高考生物总复习 专题29 基因工程课件.pptVIP

专题29基因工程 生物 浙江选考专用 考点基因工程基础知识一 基因工程的含义与工具1 基因工程与遗传工程 基因工程是狭义的遗传工程 广义的遗传工程泛指把一种生物的遗传物质 细胞核 染色体脱氧核糖核酸等 移到另一种生物的细胞中去 并使这种遗传物质所带的遗传信息在受体细胞中表达 2 基因工程的核心是 构建重组dna分子 考点清单 3 基因工程的工具 1 限制性核酸内切酶a 来源 主要是从 微生物 如细菌 中分离纯化出来的 b 功能 识别并切开每条链中两个脱氧核苷酸之间的 磷酸二酯键 c 特点 具有专一性 表现在以下两个方面 识别dna分子中 某种特定的核苷酸序列 使每一条链中特定位点的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开 d 作用结果 产生 粘性末端或平末端 2 dna连接酶功能 将末端碱基互补的2个dna片段连接起来 3 载体a 最常用的载体 质粒实质 是能够 自主复制的双链环状dna分子 是一种特殊的遗传物质 在细菌中以独立于拟核之外的方式存在 b 其他载体 噬菌体 植物病毒和动物病毒等 二 基因工程的基本操作步骤1 获得目的基因 1 目的基因 人们所需要的基因 如 人的胰岛素基因 植物的抗病基因等 2 获取方法2 形成重组dna分子一般用 相同的限制性核酸内切酶分别切割含有目的基因的供体dna分子和载体 如质粒 使其产生相同的粘性末端 或平末端 然后用dna连接酶将两者连接在一起 形成重组dna分子 3 将重组dna分子导入受体细胞常用的受体细胞 大肠杆菌 枯草杆菌 酵母菌和动植物细胞等 4 筛选含有目的基因的受体细胞 1 筛选原因 并不是所有的细胞都接纳了重组dna分子 2 筛选方法举例 质粒上有抗生素如四环素的抗性基因 所以含有这种重组质粒的受体细胞就能够在有四环素的培养基上生长 而没有接纳重组质粒的细胞在这种培养基上不能生长 这样就能筛选出含有重组dna分子的受体细胞 5 目的基因的表达目的基因在宿主细胞中表达 产生人们需要的功能物质 三 基因工程与遗传育种1 转基因植物培育优点2 转基因动物 1 含义 转入了外源基因的动物 2 培育优点 省时 省力 四 基因工程与疾病治疗1 基因工程药物 2 基因治疗指的是向目标细胞中引入正常功能的基因 以纠正或补偿基因的缺陷 达到治疗的目的 五 基因工程与生态环境保护1 利用转基因植物生产聚羟基烷酯 用于合成可降解的新型塑料 2 改造分解石油的细菌 提高其分解石油的能力 3 利用转基因微生物吸收环境中的重金属 降解有毒化合物和处理工业废水 重点难点一 基因工程的三大操作工具1 限制性核酸内切酶 1 限制性核酸内切酶 限制酶 的作用限制酶切割时断开的是dna分子中的磷酸二酯键 即相邻脱氧核苷酸间的键 而不是两条链之间的氢键 如图 2 限制性核酸内切酶具有专一性 表现在两个方面 识别双链dna分子中特定的核苷酸序列 切割特定序列中的特定位点 如图 2 dna连接酶 1 dna连接酶的作用两个来源不同的dna用相同的限制性核酸内切酶切割 形成相同的粘性末端 或平末端 dna连接酶能催化磷酸与脱氧核糖之间化学键的形成 将两个dna末端的缝隙 缝合 起来 如图 2 几种易混淆酶的比较 3 载体的种类及作用 1 载体应具备的特征 能在宿主细胞内稳定保存并大量复制 有1个或多个限制性核酸内切酶切点 以便与外源基因连接 具有某些标记基因 以便进行筛选 2 载体的种类 细菌质粒 最常用大肠杆菌质粒 噬菌体和某些动植物病毒 一般来说天然的载体往往不能满足人们的所有要求 因此人们根据不同目的和需求 对某些天然的载体进行人工改建 3 作用一是用它作为运载工具 将目的基因送到宿主细胞中去 二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制 例1已知甲种农作物因受到乙种昆虫危害而减产 乙种昆虫食用某种原核生物分泌的丙种蛋白质后死亡 因此 可将丙种蛋白质基因转入甲种农作物体内 使甲种农作物获得抗乙种昆虫危害的能力 回答下列问题 1 为了获得丙种蛋白质的基因 在已知丙种蛋白质氨基酸序列的基础上 推测出丙种蛋白质的序列 据此可利用方法合成目的基因 获得丙种蛋白质的基因还可用和法 2 在利用上述丙种蛋白质基因和质粒载体构建重组质粒的过程中 常需要使用酶和酶 3 将含有重组质粒的农杆菌与甲种农作物的愈伤组织共同培养 筛选出含有丙种蛋白质的愈伤组织 由该愈伤组织培养成的再生植株可抵抗的危害 4 若用含有重组质粒的农杆菌直接感染甲种农作物植株叶片伤口 则该植株的种子 填 含有 或 不含 丙种蛋白质基因 解析本题考查抗虫作物培育过程的相关知识 1 获取目的基因的方法主要有基因文库获取法 pcr技术扩增法和化学合成法三种 已知丙种蛋白质氨基酸序列 可通过推测丙种蛋白质的基因序列 然后利用化学方法人工合成丙种蛋白质基因 2 在构建重组质粒的过程中 需要使用限制性核酸内切酶和dna连接酶 前者能识别特定的核苷酸序列 使每条链特定部位的核苷酸之间的磷酸二酯键断开 使其形成粘性末端 或平末端 被喻为 分子手术刀 后者能将两个带有相同粘性末端 或平末端 的dna片段连接起来 被称为 分子针线 3 将含有重组质粒的农杆菌与甲种农作物的愈伤组织共同培养 可筛选出含有丙种 蛋白质的愈伤组织 而后培养出抗乙种昆虫的植株 4 若只用重组质粒感染甲种农作物叶片伤口 可在叶片组织中筛选出含丙种蛋白质的细胞 由于该重组质粒感染的是体细胞 故该植株的种子中不含有丙种蛋白质基因 答案 1 基因化学基因文库获取法pcr技术扩增 其他合理答案也给分 2 限制dna连接 3 乙种昆虫 4 不含 知能拓展 1 用限制酶切割dna分子时 破坏的是dna链中的磷酸二酯键 2 粘性末端是指双链dna分子被限制酶切开后 切口处的两个末端伸出的由若干特定核苷酸组成的单链 3 质粒是基因工程中最常用的载体 大肠杆菌 枯草杆菌 土壤农杆菌等细菌中都有质粒 质粒上面一般含几个到几百个基因 控制着细菌的抗药性 固氮 抗生素合成等性状 由于土壤农杆菌很容易感染植物细胞 使细胞生有瘤状物 所以科学家培育转基因植物时 常常用土壤农杆菌中的质粒作载体 4 细菌在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制 其限制性核酸内切酶可以识别和切割dna上的特定的碱基序列 降解外源dna 而其自身的dna并不受该核酸内切酶的作用 二 基因工程基本操作步骤1 基因工程基本操作 五步曲 1 获得目的基因 序列未知 建立一个包括目的基因在内的基因文库 再从基因文库中获取 序列已知 化学方法 如逆转录法 合成或者用pcr扩增目的基因 pcr技术与dna复制的比较 2 形成重组dna分子 一般采用同种限制性核酸内切酶切割质粒和目的基因 以获得相同的粘性末端 或平末端 以利于形成重组dna分子 但有时用不同的限制性核酸内切酶处理也可以获得相同的粘性末端 或平末端 目的基因的插入可能会破坏转基因生物原有基因的结构 影响转基因生物的正常生长 甚至致死 限制性核酸内切酶只识别双链dna分子中特定的核苷酸序列 对rna不起作用 用dna连接酶连接时 可形成3种不同的连接物 目的基因 载体连接物 载体 载体连接物 目的基因 目的基因连接物 导入受体细胞后 可利用抗性基因的差异进行筛选 3 将重组dna分子导入受体细胞 4 筛选含有目的基因的受体细胞 原理 质粒上有抗生素抗性基因等标记基因 方法 利用选择培养基筛选 举例 所有受体细胞含四环素培养基活的受体细胞重组dna分子 质粒上有四环素抗性基因 含重组dna分子的受体细胞在实际应用中还有 a 检测是否插入目的基因 利用dna分子杂交技术 目的基因dna一条链 作探针 与受体细胞中提取的dna杂交 看是否有杂交带 b 检测是否转录出了mrna 利用核酸分子杂交技术 目的基因dna一条链 作探针 与受体细胞中提取的mrna杂交 看是否有杂交带 5 目的基因的表达 看到目的性状或分离到目的基因表达产物 检测目的基因是否翻译成蛋白质 方法是从转基因生物中提取蛋白质 用相应的抗体进行抗原 抗体杂交 个体生物学水平的鉴定 如转基因抗虫植物是否出现抗虫性状 2 有关基因工程操作易错分析 1 基因文库中的基因保存在受体菌中 2 原核生物繁殖快 多为单细胞 遗传物质相对较少 有利于目的基因的复制与表达 因此常采用大肠杆菌等原核生物作为受体细胞 3 植物细胞的全能性较高 可经植物组织培养过程成为完整植物体 因此受体细胞可以是受精卵也可以是体细胞 动物基因工程中的受体细胞一般是受精卵 4 操作工具有三种 但常用工具酶有两种 载体不是酶 在基因工程操作步骤 获得目的基因 和 形成重组dna分子 两个过程中通常用同种限制酶 目的是产生相同的粘性末端 或平末端 dna连接酶只在 形成重组dna分子 操作中用到 5 一般情况下 用同一种限制性核酸内切酶切割质粒和含有目的基因的dna片段 但有时可用两种限制性核酸内切酶分别切割质粒和目的基因 这样可避免质粒和质粒之间 目的基因和目的基因之间的连接 6 标记基因的种类和作用 标记基因的作用 筛选 检测目的基因是否导入受体细胞 常见的有抗生素抗性基因 发光基因 表达产物为带颜色的物质 等 例2浙江大学农学院喻景权教授课题组研究发现 一种植物激素 油菜素内酯能促进农药在植物体内的降解和代谢 用油菜素内酯处理后 许多参与农药降解的基因 如p450基因和红霉素抗性基因 表达和酶活性都得到提高 在这些基因 指导 下合成的蛋白酶能把农药逐渐转化为水溶性物质或低毒甚至无毒物质 有的则被直接排出体外 某课题组进一步进行了如下的实验操作 请回答下列问题 1 获得油菜素内酯合成酶基因的方法有 步骤 用pcr技术扩增基因时用到的耐高温酶通常是指 步骤 用到的酶有 2 图中导入重组质粒的方法是 在导入之前应用处理受体细菌 3 导入重组质粒2以后 往往还需要进行检测和筛选 可用制成探针 检测是否导入了重组基因 在培养基中加入可将含有目的基因的细胞筛选出来 4 请你为该课题命名 解题思路解析进行基因工程操作时 首先要获取目的基因 其方法有多种 从基因文库中获取 人工合成目的基因或pcr合成等 在构建基因表达载体的过程中 用到的工具酶有限制酶和dna连接酶 图中的受体细胞是细菌 故用转化法导入重组质粒 导入后 需检测和筛选 从图中可以看出 最终是通过对照实验来检验转基因细菌对土壤中残留农药的分解能力 答案 1 从基因文库中获取人工合成目的基因或pcr合成耐热的dna聚合酶限制酶和dna连接酶 2 转化法氯化钙溶液 3 红霉素抗性基因红霉素 4 油菜素内酯能否促进土壤中农药的分解 三 基因诊断与基因治疗1 基因诊断 1 方法 dna分子杂交法 即dna探针法 该方法是根据碱基互补配对原则 把互补的双链dna解开 把单链的dna小片段用同位素 荧光分子或化学发光催化剂等进行标记 之后同被检测的dna中的同源互补序列杂交 从而检出所要查明的dna或基因 2 步骤 抽取病人的组织或体液作为化验样品 将样品中的dna分离出来 用化学法或热处理法使样品dna解旋 将事先制作好的dna探针引入化验样品中 这些已知的经过标记的探针若能够在化验样品中找到互补链 则与之结合 杂交 在一起 找不到互补链的dna探针 则可以被洗 脱 这样通过对遗留在样品中的标记过的dna探针进行基因分析 就能检出病人所得的病 2 基因治疗 1 原理 利用正常基因纠正或补偿基因的缺陷 即把正常基因导入患者体内 使该基因的表达产物发挥功能 从而达到治疗疾病的目的 而原有缺陷基因一般不做处理 2 方法 有体外基因治疗和体内基因治疗 体外基因治疗方法疗效较好 如重度免疫缺陷症的体外基因治疗方法 体内基因治疗 用基因工程的方法 直接向人体组织细胞中转移基因 方法限制性核酸内切酶和dna连接酶作用分析1 限制酶限制酶具有专一性 表现在两个方面 1 识别双链dna分子中特定的核苷酸序列 识别序列的特点 呈现碱基互补对称 无论是奇数个碱基还是偶数个碱基 都可以找到一条中轴线 如图 中轴线两侧的双链dna上的碱基是反向对称重复排列的 如 gccg以中心线为轴 两侧碱基互补对称 为轴 两侧碱基互补对称 突破方法 2 切割特定序列中的特定位点 使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开 产生的dna片段末端通常有两种形式 粘性末端和平末端 a 粘性末端 当限制酶在它识别序列的中轴线两侧将dna的两条链分别切开时 产生的是粘性末端 如 ecor 识别gaattc序列 将g与a之间的磷酸二酯键切开 如图所示 b 平末端 当限制酶在它识别序列的中轴线处切开时 产生的则是平末端 如 sma 识别cccggg序列 将c与g之间的磷酸二酯键切开 如图所示 知能拓展 1 限制酶具有专一性 一般情况下 不同限制酶切割形成的粘性末端 或平末端 不同 但也有用不同限制酶处理后形成的粘性末端 或平末端 相同 可以用dna连接酶进行连接 如g gatcc和 gatc限制酶识别的序列不同 但处理后形成的末端相同 2 一般情况下 用同一种限制酶分别处理质粒和目的基因 使其具有相同的粘性末端 或平末端 但如果都用相同的两种限制酶分别处理 也可形成分别对应的相同粘性末端 或平末端 例如目的基因的两端分别有bamh 和hind 的酶切位点 质粒上也有这两种酶的切点 如图所示 2 限制酶选择的注意事项 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 以确保具有相同的粘性末端 或平末端 质粒作为载体必须具备标记基因等 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是一个 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 则切割重