2019届高考生物一轮复习：10.37《基因工程》ppt精编课件.ppt

第37课时基因工程与转基因的安全性和生物武器 1 基因工程的概念理解 1 操作环境 体外 关键步骤 基因表达载体的构建 的环境 2 优点 与杂交育种相比 克服了远缘杂交不亲和的障碍 与诱变育种相比 定向改造生物遗传性状 考点112核心概念 基因工程的概念及工具 2 基因工程的基本原理和理论基础概括如下图提醒若题目强调 目的基因 的表达过程 则只包括 转录和翻译 两个过程 不包括目的基因的复制 提醒 切割的化学键为磷酸二酯键 在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶 目的是产生相同的黏性末端 将一个基因从DNA分子上切割下来 需要切两处 同时产生4个黏性末端 不同DNA分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同 同一个DNA分子用不同的限制酶切割 产生的黏性末端一般不相同 2 DNA连接酶 分子缝合针 拓展提升DNA连接酶与DNA聚合酶的比较 提醒 一般来说 天然载体往往不能满足人类的所有要求 因此人们根据不同的目的和需要 对某些天然的载体进行人工改造 常见的标记基因有抗生素抗性基因 产生特定颜色的表达产物基因 发光基因等 作为载体必须具有一个至多个限制酶切点 而且每种酶的切点最好只有一个 因为某种限制酶只能识别单一切点 若载体上有一个以上的酶切点 则切割重组后可能丢失某些片段 若丢失的片段含复制起点区 则进入受体细胞后便不能自主复制 一个载体若只有某种限制酶的一个切点 则酶切后既能把环打开接纳外源DNA片段 又不会丢失自己的片段 注意与细胞膜上载体的区别 两者的化学本质和作用都不相同 质粒能自我复制 既可在自身细胞 受体细胞内 也可在体外 A 利用Mst 酶进行基因诊断 该过程是在细胞外进行的B 将Mst 酶用于基因诊断 若产生4个DNA片段 则 血红蛋白基因是正常的C 在起初的正常 血红蛋白基因中有4个CCTGAGG序列D 镰刀型细胞贫血症患者的成熟红细胞中没有Mst 酶的识别序列 答案 C 解析 基因诊断是具有放射性标记的DNA片段作为基因探针和提取的DNA片段进行分子杂交来判断基因是否正常的过程 这一过程是在体外进行的 A正确 由题意分析可知 在起初的正常 血红蛋白基因中有3个CCTGAGG序列 C错误 含有3个CCTGAGG序列的正常 血红蛋白基因 若用Mst 酶切割 可产生4个DNA片段 B正确 镰刀型细胞贫血症患者的成熟红细胞中没有细胞核 没有DNA 因此也就没有Mst 酶的识别序列 D正确 1 基因工程的图解 1 抗虫棉的培育过程 考点113以流程图解决知识内在联系 基因工程的操作步骤 2 基因工程技术生产凝乳酶的过程 2 基因工程的操作程序分析 1 目的基因的获取途径 从自然界已有的物种中分离出来 如从基因组文库或cDNA文库中获取 提醒cDNA文库只含某种生物的部分基因 相当于地方图书馆 基因组文库含该种生物的全部基因 相当于国家图书馆 PCR扩增技术与DNA复制的比较 2 基因表达载体的构建 最核心步骤 基因表达载体的组成 启动子 目的基因 终止子以及标记基因等 提醒a 与载体相比较 增加启动子 目的基因和终止子三个基因片段 其功能各不相同 b 启动子 DNA片段 起始密码子 RNA 终止子 DNA片段 终止密码子 RNA 基因表达载体的构建方法提醒该过程把三种工具 两种工具酶 一种载体 全用上了 是最核心 最关键的一步 在体外进行 3 将目的基因导入受体细胞 提醒 唯一不涉及碱基互补配对的操作步骤 将微生物作为受体细胞主要原因是个体微小 代谢旺盛 繁殖速度快 获得目的基因产物多 植物细胞还可用基因枪法和花粉管通道法 4 目的基因的检测和鉴定 对位训练 2 2018 浙江卷 6 天然的玫瑰没有蓝色花 这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因B 而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因B 现用基因工程技术培育蓝玫瑰 下列操作正确的是 A 提取矮牵牛蓝色花的mRNA 经逆转录获得互补的DNA 再扩增基因BB 利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因BC 利用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞D 将基因B直接导入大肠杆菌 然后感染并转入玫瑰细胞 答案 A 解析 如果所需要的目的基因的序列是完全未知的 往往就需要构建基因文库 然后从基因文库中获取目的基因 而在基因序列已知的情况下 获取目的基因通常用逆转录法或利用化学方法直接人工合成 因此 A项正确 B项错误 将目的基因与质粒连接的酶是DNA连接酶 而非DNA聚合酶 C项错误 目的基因必须与载体结合后导入受体细胞才能够自我复制和表达 且导入植物细胞常用的载体是农杆菌 而不是大肠杆菌 D项错误 1 转基因生物的安全性 1 转基因生物与食物安全 反方 反对 实质性等同 担心出现滞后效应 出现新的过敏原 营养成分改变等 正方 有安全性评价 科学家负责的态度 无实例无证据说明转基因食物有问题 支持 实质性等同 等 考点114关注热点问题 基因工程的应用与转基因生物的安全性及生物武器 2 转基因生物与生物安全 对生物多样性的影响 反方 扩散到种植区之外变成野生种类 成为入侵的外来物种 重组出有害的病原体 成为超级杂草 有可能造成 基因污染 等 正方 生命力有限 存在生殖隔离 花粉传播距离有限 花粉存活时间有限等 3 转基因生物与环境安全 对生态系统稳定性的影响 反方 打破自然物种原有界限 二次污染 重组出有害的病原微生物 毒蛋白等可能通过食物链进入人体等 正方 不改变生物原有的分类地位 减少农药使用 保护农田土壤环境等 特别提醒转基因生物存在安全性的原因 1 目前对基因的结构 调控机制及基因间的相互作用了解有限 2 目的基因往往是异种生物的基因 3 外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的 2 基因工程的应用 1 抗虫棉的培育 目的基因 Bt毒蛋白基因 原理 抗虫 Bt毒蛋白水解成多肽与虫肠上皮细胞结合 形成穿孔 细胞肿胀裂解致死 两种抑制剂分别抑制相应酶活性 影响消化 植物凝集素为糖蛋白 与虫肠黏膜结合 影响营养物质的吸收和利用 注 毒性来自Bt毒蛋白水解后的多肽 注 a 抗虫但不抗病毒 细菌 真菌等 b 培育抗虫作物的优点 减少环境污染 降低生产成本 c 不同抗虫基因作用机理不同 d Bt毒蛋白基因来自苏云金芽孢杆菌 2 动物反应器 外源基因 药用蛋白基因 表达条件 药用蛋白基因 乳腺蛋白基因 膀胱内表达相应基因 启动子 受体生物 牛 羊等 方法 显微注射法 注 分为乳腺反应器和膀胱反应器 前者受性别 只能是雌性 和年龄 哺乳期 限制 优点可以不用提取服用 后者提取后服用 但不受性别和年龄的限制 3 基因检测和基因治疗的比较 误区警示 基因治疗目前只是处于初期的临床试验阶段 在临床上未开展 未实现这方面的治疗 DNA分子制作探针进行检测时应检测单链 即将双链DNA分子打开 原核生物基因 如抗虫基因 可作为真核生物 棉花 的目的基因 3 生物武器 1 种类 2 特点 传染性强 污染面广 危害时间长 难以防治 具有一定的潜伏期 受自然条件影响大 3 传播途径 经食物和水传播 空气传播 接触传播 虫媒传播 病原体直接传播 对位训练 3 2018 罗定质检 实验人员将一段外源DNA片段 包含约850个基因 与丝状支原体 一种原核生物 的DNA进行重组后 植入大肠杆菌 制造出一种 新的生命 该生物能够正常生长 繁殖 下列有关该技术应用的叙述中 错误的是 A 该技术可以制造某些微生物 用于生产药品 制造染料 降解有毒物质等B 由于存在生殖隔离 因此人造生命进入自然界并不会破坏生物多样性C 人造生命扩散到自然界 有可能造成环境安全性问题D 此项技术可能被用来制造生物武器 从而危及人类安全 答案 B 1 蛋白质工程的概念蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础 通过基因修饰或基因合成 对现有蛋白质进行改造 或制造一种新的蛋白质 以满足人类的生产和生活的需求 特别提醒对蛋白质工程的概念应从以下几个方面理解 1 蛋白质工程的基础 蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系 2 蛋白质工程的实质 改造控制该蛋白质合成的基因 3 蛋白质工程的产物 产生新的蛋白质 考点115关注生物新技术 蛋白质工程 3 与基因工程的关系 1 区别 基因工程是借助于另外一种生物生产自然界已有的蛋白质 而蛋白质工程生产自然界没有的新的蛋白质 2 联系 蛋白质工程是在基因工程的基础上 延伸出来的第二代基因工程 因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质 必须通过基因修饰或基因合成实现 拓展延伸 蛋白质组计划和人类基因组计划的比较 对位训练 4 改编题 胰岛素可以用于治疗糖尿病 但是胰岛素被注射到人体后 会堆积在皮下 要经过较长的时间才能进入血液 而进入血液的胰岛素又容易分解 因此 治疗效果受到影响 如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程 请据图回答有关问题 1 构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键 图中构建新的胰岛素模型的主要依据是 2 通过DNA合成形成的新基因应与 结合后转移到 中才能得到准确表达 3 若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素 需用到的生物工程有 和发酵工程 4 图中从胰岛素模型到新的胰岛素基因合成的基本思路是什么 答案 1 蛋白质的预期功能 2 载体大肠杆菌等受体细胞 3 蛋白质工程基因工程 4 根据新的胰岛素中氨基酸的序列 推测出其基因中的脱氧核苷酸序列 然后利用DNA合成仪合成出新的胰岛素基因 解析 1 蛋白质工程首先要根据人们对蛋白质功能的特定需求 对蛋白质的结构进行分子设计 因此 图中构建新的胰岛素模型的主要依据是预期胰岛素的功能 即速效胰岛素 2 合成的目的基因应与载体结合 构建基因表达载体后导入受体细胞中才能表达 3 利用蛋白质工程生产速效胰岛素 需合成新的胰岛素基因 改造好的目的基因需要通过基因工程转入受体细胞 并在生产中要借助工程菌 所以还需要发酵过程 因此 此过程涉及蛋白质工程 基因工程 发酵工程 4 由新的蛋白质模型到构建新的基因 其基本思路是根据新的胰岛素中氨基酸的序列 推测出其基因中的脱氧核苷酸序列 然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因 考纲能力知识灵活运用能力考题 2018 怀集质检 人类疾病的转基因动物模型常用于致病机理的探讨及治疗药物的筛选 利用正常大鼠制备遗传性高血压转基因模型大鼠的流程如下图所示 基因工程的综合应用 1 卵母细胞除从活体输卵管中采集外 还可从已处死的雌鼠 中获取 2 图中的高血压相关基因作为 质粒作为 二者需用 切割后连接成重组载体 该过程与质粒上含有 有关 3 子代大鼠如果 和 即可分别在分子水平和个体水平上说明高血压相关基因已成功表达 然后可用其建立高血压转基因动物模型 4 在上述转基因大鼠的培育过程中 所用到的主要胚胎工程技术是 早期胚胎培养和胚胎移植 答案 1 卵巢 2 目的基因载体同种限制性核酸内切酶 或同种限制酶 限制酶切割位点 3 检测到体内有相关蛋白出现高血压 4 体外受精 解析 1 胚胎工程中卵母细胞的采集常从活体输卵管中获取 也可以从已处死的雌性动物卵巢中获取 2 图示为转基因技术在胚胎工程中的应用 图中的高血压相关基因为目的基因 质粒作为载体 构建重组质粒时 需用同种限制酶切割目的基因和质粒分子 由于二者有相同限制酶切割位点 二者可以连接形成基因表达载体 3 目的基因的表达检测可以分别在分子水平和个体水平检测 即检测体内是否产生相关蛋白质和是否出现高血压症状 4 题中转基因大鼠培育过程中 用到的生物技术有转基因技术 体外受精技术 早期胚胎培养和胚胎移植技术 其中后三者属于胚胎工程技术 典例 经典高考题 下列关于基因工程的叙述 错误的是 A 目的基因和受体细胞均可来自动物 植物或微生物B 限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶C 人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性D 载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达 答案 D 对基因工程中易错点辨析不清 解析 基因工程中目的基因和受体细胞均可来自动物 植物或微生物 常用的工具酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶 人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性 只有经过一定的物质激活以后 才有生物活性 载体上的抗性基因主要是有利于筛选含重组DNA的细胞 不能促进目的基因的表达 所以D错误 错因分析