高考生物大一轮复习 第43讲 基因工程优选课件.ppt

现代生物科技专题 第10章 第43讲基因工程 栏目导航 一 基因工程的基本工具1 限制性核酸内切酶 1 来源 主要从 中分离 2 作用 切断两个核苷酸之间的 3 作用特点 专一性 即限制酶可识别 切割特定位点 考点一基因工程的操作工具及程序 原核生物 磷酸二酯键 特定的脱氧核苷酸序列 黏性末端 2 dna连接酶 大肠杆菌 黏性末端或平末端 限制酶 标记基因 动植物病毒 二 基因工程的基本操作程序1 目的基因的获取 1 目的基因 编码蛋白质的基因 2 获取方法 从基因文库中获取 利用 扩增目的基因 利用 人工合成 pcr技术 dna合成仪 2 基因表达载体的构建 基因工程的核心 1 目的 使目的基因在受体细胞中 并可以遗传给下一代 使目的基因能够 和发挥作用 2 基因表达载体的组成 目的基因 终止子和标记基因等 如图 稳定存在 表达 启动子 农杆菌转化法 显微注射法 ca2 dna探针 dna mrna 抗原 抗体杂交 1 判断正误 正确的画 错误的画 1 限制性核酸内切酶 dna连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具酶 2 dna连接酶可把目的基因与载体的黏性末端的碱基黏合 形成重组dna 3 e colidna连接酶既可以连接平末端 又可以连接黏性末端 4 taq酶是用pcr仪对dna分子扩增过程中常用的一种耐高温的dna连接酶 5 基因表达载体中含有启动子和终止密码子 6 如果某种生物的cdna文库中的某个基因与该生物的基因组文库中的某个基因控制的性状相同 则这两个基因的结构也完全相同 7 目的基因导入马铃薯细胞后 可随着马铃薯dna分子的复制而复制 传给子代细胞并表达 8 应用dna探针技术 可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其是否表达 2 若要利用某目的基因 见图甲 和p1噬菌体载体 见图乙 构建重组dna 见图丙 限制性核酸内切酶的酶切位点分别是bgl a gatct ecor g aattc 和sau3a gatc 下列分析合理的是 d a 用ecor 切割目的基因和p1噬菌体载体b 用bgl 和ecor 切割目的基因和p1噬菌体载体c 用bgl 和sau3a 切割目的基因和p1噬菌体载体d 用ecor 和sau3a 切割目的基因和p1噬菌体载体解析解答本题的关键是要看清切割后目的基因插入的方向 只有用ecor 和sau3a 切割目的基因和p1噬菌体载体 构建的重组dna中rna聚合酶在插入的目的基因上的移动方向才一定与图丙相同 3 下列关于载体的叙述中 错误的是 a 载体与目的基因结合后 实质上就是一个重组dna分子b 对某种限制酶而言 载体最好只有一个切点 但还要有其他多种酶的切点c 目前常用的载体有质粒 噬菌体的衍生物和动植物病毒d 载体具有某些标记基因 便于对其进行切割解析载体带有特殊的标记基因 如抗生素抗性基因 以便于对外源基因是否导入进行检测 d 确定限制酶的种类 1 根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类 应选择切点位于目的基因两端的限制酶 如图甲可选择pst 不能选择切点位于目的基因内部的限制酶 如图甲不能选择sma 为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接 也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒 如图甲也可选择用pst 和ecor 两种限制酶 但要确保质粒上也有这两种酶的切点 2 根据质粒的特点确定限制酶的种类 所选限制酶要与切割目的基因的限制酶相一致 以确保具有相同的黏性末端 质粒作为载体必须具备标记基因等结构 所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构 如图乙中限制酶sma 会破坏标记基因 如果所选酶的切点不止一个 则切割重组后可能会丢失某些片段 若丢失的片段含复制起区 则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制 一基因工程的概念与操作工具分析 2 切割后末端的种类 3 载体具备的条件 例1 如图是基因工程中利用pbr322质粒 ampr表示氨苄青霉素抗性基因 tetr表示四环素抗性基因 与抗病基因构建重组质粒的示意图 该质粒上的pst sma ecor apa 等四种限制酶的识别序列及切割位点见表 结合图表分析 下列叙述错误的是 c a pbr322质粒 抗病基因和重组质粒的基本组成单位都是脱氧核苷酸b 形成重组质粒时 应选用限制酶pst 和ecor 对含抗病基因的dna 质粒进行切割c 一个质粒被限制酶ecor pst sma 同时切割后可得到3个dna片段和6个黏性末端d 将受体细胞置于含有四环素的培养基上培养 可筛选出已导入抗病基因的受体细胞 解析图中pbr322质粒 抗病基因和重组质粒都是dna分子 其基本组成单位都是脱氧核苷酸 通过分析含抗病基因的dna可知 该dna含三个限制酶切割位点 其中sma 的切割位点位于抗病基因内部 因此用pst ecor 才能完整地切下该抗病基因 一个质粒被限制酶ecor pst sma 同时切割后可得到3个dna片段 产生6个末端 从表格信息可知 ecor pst 切割产生的4个末端是黏性末端 而sma 切割产生的2个末端是平末端 当ecor 切割质粒时 氨苄青霉素抗性基因 ampr 已受到破坏 因此 在筛选时 应将受体细胞置于含有四环素的培养基上培养 与dna有关的4种酶 二基因工程的基本操作程序 3 构建过程 3 将目的基因导入受体细胞 4 目的基因的检测与鉴定 例2 在某些深海鱼中发现的抗冻蛋白基因afp对提高农作物的抗寒能力有较好的应用价值 下图所示是获得转基因莴苣的技术流程 请据图回答下列问题 1 获取目的基因的主要途径包括从自然界已有的物种中分离和 2 过程需要的酶有 3 重组质粒除了带有抗冻蛋白基因afp以外 还必须含有启动子 终止子和 这样才能构成一个完整的基因表达载体 4 如果受体细胞c1是土壤农杆菌 则将目的基因导入它的目的是利用农杆菌的 使目的基因进入受体细胞c2 并将其插入到受体细胞c2中的 上 使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达 形成转基因莴苣 经 过程获得的转基因莴苣中的目的基因是否表达 在分子水平上可用 法进行检测 如果出现杂交带 说明目的基因已经表达蛋白质产品 转基因莴苣培育成功 人工合成 限制 性核酸内切 酶 dna连接酶 标记基因 转化作用 染色体 抗原 抗体杂交 解析 1 获取目的基因的主要途径有从自然界已有的物种中分离和人工合成 2 过程为基因表达载体的构建过程 需要用到限制性核酸内切酶和dna连接酶 3 一个完整的基因表达载体包括目的基因 启动子 终止子和标记基因 4 农杆菌转化法利用的是农杆菌的转化作用 将目的基因整合到受体细胞的染色体dna上 进而使目的基因能够稳定遗传和表达 检测目的基因是否成功表达可采用抗原 抗体杂交法 1 质粒载体作为基因工程的工具 应具备的基本条件有 答出两点即可 而作为基因表达载体 除满足上述基本条件外 还需具有启动子和终止子 2 如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选 在上述四种大肠杆菌细胞中 未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的 其原因是 并且 和 的细胞也是不能区分的 其原因是 在上述筛选的基础上 若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落 还需使用含有 的固体培养基 3 基因工程中 某些噬菌体经改造后可以作为载体 其dna复制所需的原料来自于 答题送检 来自阅卷名师报告 解析 1 质粒作为载体应具备的基本条件有 能自我复制 具有标记基因 含有一至多个限制酶切割位点等 2 由题意可知 未被转化的和仅含环状目的基因的细胞中均不含有氨苄青霉素抗性基因 所以在含有氨苄青霉素的培养基上均不能生长 质粒载体上含有氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因 插入了目的基因的重组质粒中仅含有氨苄青霉素抗性基因 所以含有质粒载体和含有插入了目的基因的重组质粒的细胞均能在含有氨苄青霉素的培养基上生长 但前者可以在含有四环素的培养基上生长而后者不能 所以可用含有四环素的培养基筛选出含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落 3 噬菌体属于病毒 增殖过程中所需的原料 酶等均来自于受体细胞 规范答题 除注明外 每空2分 1 能自我复制 具有标记基因 2 二者均不含有氨苄青霉素抗性基因 在该培养基上均不生长含有质粒载体含有插入了目的基因的重组质粒 或答含有重组质粒 二者均含有氨苄青霉素抗性基因 在该培养基上均能生长 3分 四环素 3 受体细胞 1 绞股蓝细胞中含有抗烟草花叶病毒 tmv 基因 可以合成一种抗tmv蛋白 叶片对tmv具有抗感染性 烟草是重要的经济作物 由于tmv的感染会导致大幅度减产 研究人员利用转基因技术培育出了抗tmv的烟草 主要流程如图所示 1 科学家首先从绞股蓝细胞中提取抗tmv基因转录的rna 然后合成目的基因 图中过程 表示 获得的dna必须在两侧添加 和 2 过程 构建重组ti质粒时 必须使用 和 两种工具酶 3 由图分析 在过程 构建的重组ti质粒上应该含有卡那霉素抗性基因作为 重组ti质粒导入烟草体细胞的方法是 逆转录 启动子 终止子 限制酶 dna连接酶 标记基因 农杆菌转化法 4 在过程 培养基中 除含有卡那霉素及植物必需的各种营养成分外 还必须添加 以保证受体细胞能培养成再生植株 5 过程 可采取 的方法 检测植株是否合成了抗tmv蛋白 在个体水平的鉴定过程中 可通过 的方法来确定植株是否具有抗性 植物激素 或生长素和细胞分裂素 抗原 抗体杂交 接种烟草花叶病毒 一 基因工程的应用1 植物基因工程 主要用于提高农作物的 以及改良 和利用植物 等方面 2 动物基因工程 主要应用于动物品种改良 建立 等方面 3 基因工程药物 来源于转基因的 4 基因治疗 把 导入病人体内 使该基因的 发挥功能 考点二基因工程的应用成果和蛋白质工程 抗逆能力 农作物的品质 生产药物 生物反应器 器官移植 工程菌 正常基因 表达产物 二 蛋白质工程1 崛起缘由 天然蛋白质 人类生产和生活的需要 2 目标 根据人们对蛋白质功能的特定需求 对 进行分子设计 3 操作手段 基因修饰或基因合成 4 设计流程 预期蛋白质功能 设计预期蛋白质结构 推测应有的 序列 找到对应的 序列 基因 不一定完全符合 蛋白质的结构 氨基酸 脱氧核苷酸 taq酶 单链相应序列 脱氧核苷酸 2 过程 90 95 解旋 55 60 引物 70 75 taq酶 1 判断正误 正确的画 错误的画 1 我国的转基因抗虫棉转入的抗虫基因是bt毒蛋白基因 2 利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品 如人的血清白蛋白 这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中 3 由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用 4 为培育抗除草剂的作物新品种 导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体 5 基因工程药物主要来源于转基因动物生产 6 基因治疗是把正常基因导入病人体内 使该基因的表达产物发挥功能 从而达到治疗疾病的目的 7 蛋白质工程可按照人类意愿生产出自然界中不存在的蛋白质 8 人类主要通过直接改造蛋白质的结构来生产新的蛋白质 2 在基因工程技术中 需要用氯化钙处理的步骤是 a 目的基因的提取b 目的基因与载体结合c 将目的基因导入受体细胞d 目的基因的检测与表达3 蛋白质工程与基因工程相比 其突出特点是 a 基因工程原则上能生产任何蛋白质b 蛋白质工程能对现有的蛋白质进行改造 或制造一种新的蛋白质c 蛋白质工程可以不通过转录和翻译来实现d 蛋白质工程是在基因工程的基础上 延伸出来的第三代基因工程 c b 解析基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质 a项错误 蛋白质工程通过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 b项正确 蛋白质是通过转录和翻译形成的 蛋白质工程必须通过转录和翻译来实现 c项错误 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 d项错误 1 乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较 1 概念 乳腺生物反应器是指导入外源基因在哺乳动物的乳腺中特异性表达 利用动物的乳腺组织生产药物蛋白 工程菌是指用基因工程的方法 使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系 一基因工程的应用及蛋白质工程 2 两者的区别 2 基因治疗与基因诊断 3 蛋白质工程与基因工程 有关基因工程应用的4个易错点 1 动物基因工程主要是为了改善畜产品的品质 而不是为了产生体型巨大的个体 2 bt毒蛋白基因控制合成的bt毒蛋白并无毒性 进入昆虫消化道被分解成多肽后产生毒性 3 青霉素是青霉菌产生的 不是通过基因工程产生的 4 并非所有个体都可作为乳腺生物反应器 操作成功的应该是雌性个体 个体本身的繁殖速度较快 泌乳量 蛋白含量等都是应该考虑的因素 例1 科学家对鼠源杂交瘤抗体进行改造 生产出效果更好的鼠 人嵌合抗体 用于癌症治疗 如图表示鼠 人嵌合抗体的形成过程 据图回答 1 改造鼠源杂交瘤抗体 生产鼠 人嵌合抗体 属于 填生物工程 的范畴 2 图示过程是根据预期的 设计 最终必须对 进行操作 此操作中改变的是 3 经过改造的鼠 人嵌合抗体 与鼠源杂交瘤抗体相比较 突出的优点是 从免疫角度考虑 4 上述过程中对科学家来说难度最大的是 蛋白质工程 嵌合抗体功能 嵌合抗体的结构 基因 碱基对 对人体的不良反应减小 设计嵌合抗体的空间结构 解析 1 通过图示可知 鼠 人嵌合抗体是通过人工设计而形成的特定功能的蛋白质 其生产过程应属于蛋白质工程的范畴 2 蛋白质工程的流程 预期蛋白质的功能 设计预期的蛋白质结构 推测应有的氨基酸序列 找到相对应的脱氧核苷酸序列 基因 3 从免疫的角度考虑 对人体来说鼠源抗体为抗原 若利用人的抗体与之嵌合 则排斥作用会减轻 对人体的负作用会减小 4 由于蛋白质空间结构比较复杂 不易确定 所以成为蛋白质工程中最大的障碍 二pcr技术的基本操作和应用 细胞内dna复制与pcr技术的比较 例2 2017 江苏卷 金属硫蛋白 mt 是一类广泛存在的金属结合蛋白 某研究小组计划通过多聚酶链式反应 pcr 扩增获得目的基因 构建转基因工程菌 用于重金属废水的净化处理 pcr扩增过程示意图如下 请回答下列问题 1 从高表达mt蛋白的生物组织中提取mrna 通过 获得 用于pcr扩增 2 设计一对与mt基因两端序列互补配对的引物 引物1和引物2 为方便构建重组质粒 在引物中需要增加适当的 位点 设计引物时需要避免引物之间形成 而造成引物自连 3 图中步骤1代表 步骤2代表退火 步骤3代表延伸 这三个步骤组成一轮循环 4 pcr扩增时 退火温度的设定是成败的关键 退火温度过高会破坏 的碱基配对 退火温度的设定与引物长度 碱基组成有关 长度相同但 的引物需要设定更高的退火温度 5 如果pcr反应得不到任何扩增产物 则可以采取的改进措施有 填序号 升高退火温度 降低退火温度 重新设计引物 逆转录 cdna 限制性核酸内切酶 碱基互补配对 变性 引物与模板 gc含量高 解析 1 pcr技术可在体外对dna进行扩增 模板可以是mrna经过逆转录获得的cdna 2 设计一对与mt基因两端序列互补配对的引物 引物1和引物2 时 需在引物中增加适当的限制性核酸内切酶的识别序列 便于目的基因与质粒的连接 为了避免引物自连 设计引物时需要避免引物之间形成碱基互补配对 3 根据pcr的过程可知 图中步骤1为变性 步骤2为退火 复性 步骤3为延伸 这三个步骤构成一个循环 4 退火温度的设定与引物长度 碱基组成有关 过高的退火温度会破坏引物与模板的碱基配对 因g c之间的氢键数多于a t之间的氢键数 故gc含量高的引物需要设定更高的退火温度 5 如果pcr反应得不到任何扩增产物 可能的原因是退火温度过高使扩增效率降低 也可能是未按照目的基因两端的核苷酸序列来设计引物 因此可以采取的措施是降低退火温度 重新设计引物等 例1 2015 全国卷 hiv属于逆转录病毒 是艾滋病的病原体 回答下列问题 1 用基因工程方法制备hiv的某蛋白 目的蛋白 时 可先提取hiv中的 以其作为模板 在 的作用下合成 获取该目的蛋白的基因 构建重组表达载体 随后导入受体细胞 2 从受体细胞中分离纯化出目的蛋白 该蛋白作为抗原注入机体后 刺激机体产生的可与此蛋白结合的相应分泌蛋白是 该分泌蛋白可用于检测受试者血清中的hiv 检测的原理是 3 已知某种菌导致的肺炎在健康人群中罕见 但是在艾滋病患者中却多发 引起这种现象的根本原因是hiv主要感染和破坏了患者的部分 细胞 降低了患者免疫系统的防卫功能 4 人的免疫系统有 癌细胞的功能 艾滋病患者由于免疫功能缺陷 易发生恶性肿瘤 答题送检 来自阅卷名师报告 解析 1 h