高考生物大一轮复习 第十一单元 现代生物科技专题 11.1 基因工程课件.ppt

考点研析 课堂归纳 随堂演练 课时规范训练 第1讲基因工程 考点1基因工程的操作工具1 限制酶 1 存在 中 2 作用 并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的 断开 答案 1 1 原核生物 2 识别双链dna分子的某种特定核苷酸序列磷酸二酯键 答案 3 黏性末端平末端 2 dna连接酶 1 作用 将双链dna片段 缝合 起来 恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 2 种类 答案 2 2 大肠杆菌t4噬菌体黏性 3 载体 1 条件 能在受体细胞中复制并稳定保存 具有一至多个限制酶切点 具有标记基因 答案 3 2 质粒 噬菌体的衍生物 3 携带外源dna片段进入受体细胞 注意 1 基因工程中有3种工具 但工具酶只有2种 2 限制酶具有特异性 即一种限制酶只能识别特定的碱基序列 并在特定的位点上进行切割 限制酶不切割自身dna的原因是原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰 3 限制酶 dna连接酶 dna聚合酶等相关酶的分析比较 题组精练 1 图1表示含有目的基因d的dna片段长度 bp即碱基对 和部分碱基序列 图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列 现有msp bamh mbo sma 4种限制性核酸内切酶 它们识别的碱基序列和酶切位点分别为c cgg g gatcc gatc ccc ggg 请回答下列问题 1 图1的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由 连接 2 若用限制酶sma 完全切割图1中dna片段 产生的末端是 末端 其产物长度为 3 若图1中虚线方框内的碱基对被t a碱基对替换 那么基因d就突变为基因d 从杂合子中分离出图1及其对应的dna片段 用限制酶sma 完全切割 产物中共有 种不同长度的dna片段 4 若将图2中质粒和目的基因d通过同种限制酶处理后进行连接 形成重组质粒 那么应选用的限制酶是 在导入重组质粒后 为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌 一般需要用添加 的培养基进行培养 经检测 部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因d不能正确表达 其最可能的原因是 解析 1 题干中强调 一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基 可通过画出dna结构示意图解决 2 sma 识别并切割的序列为ccc ggg 所以产生的末端为平末端 经sma 切割后 dna片段会形成三个小的dna片段 按切割位点算分别是 534 3 537 bp 796 3 3 790 bp 658 3 661 bp 3 用sma 切割基因d 会形成537bp 790bp 661bp三种类型 题图1中虚线方框内c g被t a替换 失去了一个酶切位点 则会被切割成534 796 3 1327 bp 和658 3 661 bp 两种类型 所以一共会得到537bp 790bp 1327bp 661bp4种类型的片段 4 根据基因d和质粒的核苷酸序列可知 可选用bamh 和mbo 进行切割 但mbo 会破坏掉两种抗生素抗性基因 因此只能用bamh 进行切割 答案 1 脱氧核糖 磷酸 脱氧核糖 2 平537bp 790bp 661bp 3 4 4 bamh 抗生素b同种限制酶切割形成的末端相同 部分目的基因d与质粒反向连接 2 下表是几种限制酶识别序列及其切割位点 图1 图2中标注了相关限制酶的酶切位点 其中切割位点相同的酶不重复标注 请回答下列问题 1 用图中质粒和目的基因构建重组质粒 应选用 两种限制酶切割 酶切后的载体和目的基因片段 通过 酶作用后获得重组质粒 为了扩增重组质粒 需将其转入处于 态的大肠杆菌 2 为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌 应在筛选平板培养基中添加 平板上长出的菌落 常用pcr鉴定 所用的引物组成为图2中 3 若bamh 酶切的dna末端与bcl 酶切的dna末端连接 连接部位的6个碱基对序列为 对于该部位 这两种酶 填 都能 都不能 或 只有一种能 切开 4 若用sau3a 切图1质粒最多可能获得 种大小不同的dna片段 解析 1 选择的限制酶应在目的基因两端且在质粒中存在识别位点 故可以用来切割的限制酶为bcl hind bamh 和sau3a 但由于bamh 和sau3a 可能使质粒中的启动子丢失或破坏抗性基因 所以应选用bcl hind 两种限制酶切割 酶切后的载体和目的基因片段 通过dna连接酶作用后获得重组质粒 为了扩增重组质粒 需将其转入感受态的大肠杆菌中 使其增殖 2 根据质粒上抗性基因 为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌 应在筛选平板培养基中添加四环素 平板上长出的菌落 常用pcr鉴定 目的基因dna受热变性后解链为单链 引物需要与单链两端相应互补序列结合 故所用引物组成是图2中的引物甲和引物丙 3 若bamh 酶切的dna末端和bcl 酶切的dna末端连接 连接部位的6个碱基对序列为 4 根据bcl bamh 和sau3a 的酶切位点 sau3a 在质粒上有三个酶切位点 完全酶切可得到记为a b c三种片段 若部分位点被切开 可得到ab ac bc abc四种片段 所以用sau3a 切质粒最多可能获得7种大小不同的dna片段 答案 1 bcl 和hind dna连接感受 2 四环素引物甲和引物丙 1 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 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点区 则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制 2 载体上标记基因的标记原理载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因 目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力 当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后 抗性基因在受体细胞内表达 使受体细胞能够抵抗相应抗生素 所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以只保留转入载体的受体细胞 原理如下图所示 考点2基因工程的操作过程与应用1 目的基因的获取 1 目的基因 主要指 的基因 也可以是一些具 作用的因子 答案 1 1 编码蛋白质调控 2 基因文库mrna反转录dna合成仪 注意 1 基因组文库与部分基因文库 2 pcr技术 原理 dna复制 需要条件 模板dna 引物 四种脱氧核苷酸 热稳定dna聚合酶 taq酶 过程 dna受热变性解旋为单链 冷却后rna引物与单链相应互补序列结合 然后在dna聚合酶作用下延伸合成互补链 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 同时使目的基因能够表达和发挥作用 答案 2 1 在受体细胞中稳定存在 并且可以遗传给下一代 2 基因表达载体的组成 答案 2 rna聚合酶转录转录目的基因 3 构建过程 答案 3 同种限制酶dna连接 3 将目的基因导入受体细胞 1 受体细胞种类不同 导入方法不同 答案 3 1 农杆菌转化法显微注射法感受态细胞法受精卵 2 基因工程产物不同 选择的受体细胞类型也不相同 培育转基因植物 受体细胞可以是受精卵 体细胞 需经植物组织培养成为完整植株 培育转基因动物 受体细胞为受精卵 若用体细胞作为受体细胞 则需经核移植技术培养成转基因动物 生产蛋白质产品 一般选用大肠杆菌等原核生物作为受体细胞 因原核生物具有一些其他生物没有的特点 如繁殖快 多为单细胞 遗传物质相对较少等 4 目的基因的检测与鉴定 注意 1 目的基因的插入位点不是随意的 基因表达需要启动子与终止子的调控 目的基因应插入启动子与终止子之间的部位 1 基因工程操作过程中只有第三步 将目的基因导入受体细胞 没有碱基互补配对现象 3 农杆菌转化法原理 农杆菌易感染双子叶植物和裸子植物 并将其ti质粒上的t dna转移并整合到受体细胞染色体dna上 题组精练 1 根据基因工程的有关知识 回答下列问题 1 cdna文库属于 基因文库 其构建方法是 用某种生物发育的某个时期的 反转录产生的cdna片段 与 连接后储存在一个受体菌群中 2 切割dna分子的工具是 它能使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的 断开 形成黏性末端或平末端 3 基因工程中所使用的dna连接酶有两类 既可以 缝合 黏性末端 又可以 缝合 平末端的是 dna连接酶 4 将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是 如果受体细胞是大肠杆菌 需要用 处理细胞 使之成为感受态细胞 才能吸收dna分子 解析 1 基因文库包括基因组文库和部分基因文库如cdna文库 cdna文库构建的方法是 用某种生物发育的某个时期的mrna反转录产生的cdna片段 与载体连接后储存在一个受体菌群中 2 切割dna分子的工具是限制酶 它作用的化学键是磷酸二酯键 限制酶切割dna后形成黏性末端或平末端 3 基因工程中所使用的dna连接酶有e colidna连接酶和t4dna连接酶两类 前者只可 缝合 黏性末端 后者既可以 缝合 黏性末端 又可以 缝合 平末端 4 将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是农杆菌转化法 如果受体细胞是大肠杆菌 需要用ca2 处理细胞 使之成为感受态细胞 才能吸收dna分子 答案 1 部分mrna载体 2 限制性核酸内切酶磷酸二酯键 3 t4 4 农杆菌转化法ca2 2 2017 湖北武汉2月调研 如图是获得转基因抗虫棉的技术流程示意图 请回答 1 a b利用的技术称为 其中 过程需要热稳定的 酶才能完成 2 图中将目的基因导入棉花细胞需要经过c过程 该过程为构建 其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在且可以遗传给下一代 并能表达 3 上述流程示意图中 将目的基因导入棉花细胞所采用的方法是 法 该方法一般 填 适宜 或 不适宜 用于将目的基因导入单子叶植物 4 从f g的过程利用的主要技术为 欲确定抗虫基因在g体内是否表达 在个体水平上需要做 实验 如果抗虫基因导入成功 且与某条染色体的dna整合起来 该转基因抗虫棉可视为杂合子 将该转基因抗虫棉自交一代 预计后代中抗虫植株占 解析 1 a b是pcr技术中的操作 过程是pcr技术中的延伸过程 需要耐热的dna聚合酶参与 2 过程c是构建基因表达载体 3 图中显示 将目的基因导入棉花细胞的方法是农杆菌转化法 该方法不适于将目的基因导入单子叶植物 这是因为农杆菌对大多数单子叶植物没有感染力 4 f g过程是将棉花体细胞培育形成新的个体 需要采用植物组织培养技术 检测抗虫基因在转基因植株体内是否表达 在个体水平上需要做抗虫接种实验 假设抗虫基因为a 则该杂合子基因型可以表示为a0 a0自交 后代中抗虫植株a 和非抗虫植株00分别占3 4 1 4 答案 1 pcrtaqdna聚合 2 基因表达载体 3 农杆菌转化不适宜 4 植物组织培养抗虫接种3 4 考点3基因工程的应用及蛋白质工程1 基因工程的应用 1 植物基因工程 2 动物基因工程 3 基因治疗与基因诊断 注意 1 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般称为 工程菌 如含有抗虫基因的土壤农杆菌菌株 而青霉素是诱变后的高产青霉菌产生的 不是通过基因工程改造的工程菌产生的 2 用基因工程生产的药品 从化学成分上分析都应该是蛋白质类 3 动物基因工程的实施主要是为了改善畜产品的品质 不是为了产生体型巨大的个体 4 并非所有个体都可作为乳腺生物反应器 制备乳腺生物反应器通常是针对雌性个体进行的操作 2 蛋白质工程 1 缘由 基因工程原则上只能产生 的蛋白质 2 基础 蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系 3 手段 基因修饰或基因合成 4 目的 合成满足人类生产和生活需求的蛋白质 5 流程 6 蛋白质工程中通过对基因操作来实现对天然蛋白质改造的原因 改造后的基因可以遗传给下一代 被改造的蛋白质无法遗传 对基因进行改造比对蛋白质进行直接改造要容易操作 难度要小得多 3 蛋白质工程与基因工程的比较 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答案 2 1 自然界已存在 题组精练 1 干扰素是动物体内合成的一种蛋白质 可以用于治疗病毒感染和癌症 但体外保存相当困难 如果将其分子上的一个半胱氨酸转变成丝氨酸 就可在 70 条件下保存半年 请根据以上信息回答下列问题 1 蛋白质的合成是受基因控制的 因此获得能够控制合成 可以保存的干扰素 的基因是生产的关键 依据蛋白质工程原理 设计实验流程 让动物生产 可以保存的干扰素 写出下列方框中相应的实验步骤 a b c d 2 基因工程与蛋白质工程相比较 基因工程在原则上只能生产 的蛋白质 不一定符合 需要 而蛋白质工程是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 或 对现有蛋白质进行 或制造一种新的蛋白质 以满足人类的生产和生活需要 3 蛋白质工程实施的难度很大 原因是蛋白质具有十分复杂的 结构 4 对天然蛋白质进行改造时 应该直接对蛋白质分子进行操作 还是应该通过对基因的操作来实现 原因是 解析 本题综合考查了蛋白质工程与基因工程的异同 并考查了蛋白质工程的原理及其在生产实践中的应用 蛋白质工程是研究蛋白质的结构和功能 蛋白质折叠 蛋白质分子设计等一系列分子生物学问题的一种新型的 强有力的手段 通过对蛋白质工程的研究 可以深入地揭示生命现象的本质和生命活动的规律 基因工程遵循中心法则 从dna mrna 蛋白质 基本上是生产出自然界已有的蛋白质 蛋白质工程则是按照相反的思路进行的 其基本流程是预期蛋白质的功能 设计蛋白质的三维结构 推测应有的氨基酸序列 合成相应的脱氧核苷酸序列 创造出需要的蛋白质 答案 1 预期蛋白质的功能蛋白质的三维结构应有的氨基酸序列相应的脱氧核苷酸序列 基因 2 自然界已存在人类生产和生活的基因修饰基因合成改造 3 空间 或高级 4 应该通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造首先 任何一种天然蛋白质都是由基因编码的 改造了基因也就是对蛋白质进行了改造 而且改造过的蛋白质可以通过改造过的基因遗传下去 如果对蛋白质直接改造 即使改造成功 被改造过的蛋白质分子也无法遗传 其次 对基因进行改造比直接对蛋白质进行改造要容易操作 难度要小得多 2 已知生物体内有一种蛋白质 p 该蛋白质是一种转运蛋白 由305个氨基酸组成 如果将p分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸 240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸 改变后的蛋白质 p1 不但保留p的功能 而且具有了酶的催化活性 回答下列问题 1 从上述资料可知 若要改变蛋白质的功能 可以考虑对蛋白质的 进行改造 2 以p基因序列为基础 获得p1基因的途径有修饰 基因或合成 基因 所获得的基因表达时是遵循中心法则的 中心法则的全部内容包括 的复制 以及遗传信息在不同分子之间的流动 即 3 蛋白质工程也被称为第二代基因工程 其基本途径是从预期蛋白质功能出发 通过 和 进而确定相对应的脱氧核苷酸序列 据此获得基因 再经表达 纯化获得蛋白质 之后还需要对蛋白质的生物 进行鉴定 解析 1 从题中所述资料可知 将p分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸 240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸后 该蛋白质的功能发生了改变 此过程是通过对构成蛋白质的氨基酸的排列顺序进行改造 进而改变了蛋白质的结构 从而改变了蛋白质的功能 2 在蛋白质工程中 目的基因可以以p基因序列为基础 对生物体内原有p基因进行修饰 也可以通过人工合成法合成新的p1基因 中心法则的内容如下图所示 由图可知 中心法则的全部内容包括 dna以自身为模板进行的复制 d