高考生物一轮复习 现代生物科技专题 第34讲 基因工程课件 新人教版选修3.ppt

第34讲基因工程 2017备考 最新考纲 1 基因工程的诞生 2 基因工程的原理及技术 3 基因工程的应用 4 蛋白质工程 考点一基因工程的基本工具及操作过程 自主梳理 1 基因工程的基本工具 1 限制性 核酸 内切酶 来源 主要从生物中分离纯化而来 作用 识别并切开相应两个核苷酸之间的 原核 特定的核苷酸序列 磷酸二酯键 结果 产生或平末端 如下图所示 ecor 限制酶识别的碱基序列是 切割位点在之间 sma 限制酶识别的碱基序列是 切割位点在之间 说明限制酶具有 黏性末端 gaattc g和a cccggg g和c 专一性 2 dna连接酶 作用 将限制酶切割下来的dna片段 类型 大肠杆菌 黏性末端 黏性末端和平末端 磷酸二酯键 拼接成dna分子 双链环状dna分子 限制酶切割位点 标记基因 动植物病毒 2 基因工程的操作程序 pcr 反转录法 化学 合成法 启动子 标记基因 农杆菌转化法 花粉 管通道 显微注射 dna分子杂交 分子杂交 抗原 抗体杂交 个体生物学水平 跟进题组 1 限制性核酸内切酶mun 和限制性核酸内切酶ecor 的识别序列及切割位点分别是 c aattg 和 g aattc 如图表示四种质粒和目的基因 其中箭头所指部位为限制性核酸内切酶的识别位点 质粒的阴影部分表示标记基因 适于作为图示目的基因载体的质粒是 解析由图可知 质粒b上无标记基因 不适合作为载体 质粒c和d的标记基因上都有限制性核酸内切酶的识别位点 只有质粒a上既有标记基因 且mun 的切割点不在标记基因上 答案a 基因工程操作基本工具的8个易错点 1 限制酶是一类酶 而不是一种酶 2 限制酶的成分为蛋白质 其作用的发挥需要适宜的理化条件 高温 强酸或强碱均易使之变性失活 3 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 4 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 5 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 6 限制酶切割位点应位于标记基因之外 不能破坏标记基因 以便进行检测 7 基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同 基因工程中的载体是dna分子 能将目的基因导入受体细胞内 膜载体是蛋白质 与细胞膜的通透性有关 8 基因工程中有3种工具 但工具酶只有2种 2 2015 四川卷 9 将苏云金杆菌bt蛋白的基因导入棉花细胞中 可获得抗棉铃虫的转基因棉 其过程如下图所示 注 农杆菌中ti质粒上只有t dna片段能转移到植物细胞中 1 过程 需用同种 酶对含bt基因的dna和ti质粒进行酶切 为将过程 获得的含重组质粒的农杆菌筛选出来 应使用 培养基 2 过程 中将棉花细胞与农杆菌混合后共同培养 旨在让 进入棉花细胞 除尽农杆菌后 还须转接到含卡那霉素的培养基上继续培养 目的是 3 若过程 仅获得大量的根 则应在培养基中增加 以获得芽 部分接种在无激素培养基上的芽也能长根 原因是 4 检验转基因棉的抗虫性状 常用方法是 种植转基因抗虫棉能减少 的使用 以减轻环境污染 解析本题考查基因工程与植物细胞工程的相关知识 1 同种限制酶切割质粒和含目的基因的dna 可获得相同的黏性末端 以构建基因表达载体 重组质粒含完整的卡那霉素抗性基因 故应使用含卡那霉素的选择培养基筛选含重组质粒的农杆菌 2 实验过程中将棉花细胞与农杆菌混合后共同培养 其目的是利用含重组质粒的农杆菌将t dna导入棉花细胞中 除去农杆菌后在含卡那霉素的培养基上培养 其目的是筛选出含有目的基因的棉花细胞 3 培养基中生长素用量与细胞分裂素用量比值高时 利于根的分化 抑制芽的形成 反之 有利于芽的分化 抑制根的形成 因芽顶端可合成生长素 故接种在无激素的培养基上的芽也能长根 4 可用投放棉铃虫的方法检测抗虫棉的抗虫效果 转基因抗虫棉的种植可减少农药使用量 从而减轻环境污染 答案 1 限制性核酸内切选择 2 t dna筛选获得t dna片段的植物细胞 3 细胞分裂素浓度芽顶端合成的生长素向基部运输 促进根的分化 4 投放棉铃虫农药 基因工程操作程序中的 三 三 四 一 1 目的基因 三种获取方法 直接从基因组中获取 基因组文库 cdna文库如反转录形成的dna 利用pcr技术扩增 其实质是在体外对目的基因进行大量复制 用pcr仪控制温度 变性 95 复性 55 延伸 72 通过dna合成仪用化学方法人工合成 用于序列已知 且核苷酸数目较少者 2 重组载体导入受体细胞的 三种类型 导入植物细胞 农杆菌转化法 花粉管通道法 基因枪法 导入动物细胞 显微注射法 导入受精卵 导入微生物细胞 使用ca2 处理细胞 3 目的基因表达与鉴定的 四个层面 4 基因工程操作的 一个核心 重组载体的构建 重组载体的组成 构建过程 考点二基因工程的应用及蛋白质工程 自主梳理 1 基因工程的应用 1 动物基因工程 用于提高动物从而提高产品产量 用于改善畜产品品质 用转基因动物生产 用转基因动物作器官移植的等 2 植物基因工程 培育抗虫转基因植物 抗病转基因植物和转基因植物 利用转基因改良植物的 生长速度 药物 供体 抗逆 品质 3 比较基因治疗与基因诊断 基因表达 正常基因 碱基互补配对 dna探针 2 蛋白质工程 1 概念理解 基础 蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系 操作 或基因合成 结果 改造了现有蛋白质或制造出 目的 根据人们对蛋白质功能的特定需求 对进行分子设计 2 蛋白质工程的设计流程 基因修饰 新的蛋白质 蛋白质结构 功能 蛋白 质结构 氨基 酸序列 脱氧核 苷酸序列 跟进题组 1 2015 课标卷 40 生物 选修3 现代生物科技专题 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 解析 1 hiv是rna病毒 其核酸是单链rna 而在基因工程中构建目的基因表达载体时 载体一般用的是质粒 为双链dna 故先用逆转录酶催化hiv的rna逆转录为dna分子再进行基因工程操作 2 本题涉及到了免疫学方面知识 抗原进入机体后可以产生特异性免疫反应 产生相应的抗体 抗体与抗原特异性结合 3 hiv病毒主要破坏人体t细胞 4 免疫系统除了具有防卫功能外 还有监控和清除功能 监控并清除体内已经衰老或因其他因素而被破坏的细胞 以及癌变的细胞 答案 1 rna逆转录酶cdna 或dna 2 抗体抗原抗体特异性结合 3 t 或t淋巴 4 监控和清除 2 2015 全国卷 40 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 之后还需要对合成蛋白质的生物 进行鉴定 答案 1 氨基酸序列 或结构 2 pp1dna和rna 或遗传物质 dna rna rna dna rna 蛋白质 或转录 逆转录 翻译 3 设计蛋白质的结构推测氨基酸序列功能 蛋白质工程与基因工程的比较 易错易混防范清零 易错清零 易错点1误认为目的基因的插入是 随机 的 点拨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 所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位 若目的基因插入到启动子内部 启动子将失去原功能 易错点2混淆启动子与起始密码子 终止子与终止密码子 不明确标记基因的作用 点拨启动子 起始密码子 终止子 终止密码子 1 启动子 一段有特殊结构的dna片段 位于基因的首端 它是rna聚合酶识别 结合的部位 2 终止子 一段有特殊结构的dna片段 位于基因的尾端 作用是使转录过程停止 3 起始密码子和终止密码子位于mrna上 分别控制翻译过程的启动和终止 4 标记基因 一般为抗生素抗性基因或荧光基因等 其作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因 目的基因是否导入成功 从而将含目的基因的细胞筛选出来 易错点3误认为切取目的基因与切取载体时 只能 使用 同一种酶 点拨 1 在获取目的基因和切割载体时通常用同种限制酶 以获得相同的黏性末端 但如果用两种不同限制酶切割后形成的黏性末端相同时 在dna连接酶的作用下目的基因与载体也可以连接起来 2 为了防止载体或目的基因的黏性末端自己连接即所谓 环化 可用不同的限制酶分别处理目的基因和载体 使目的基因两侧及载体上具有两个不同的黏性末端 易错点4不能依据目的基因两端的识别位点与运载体中 启动子 终止子 之间的特定序列准确选择 限制酶 点拨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 则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制 规范答题 转基因育种是利用遗传转化方法将有价值的外源基因导入受体物种获得转化体 再将转化体植株经过常规育种程序加以选择和培育 最后选育出具有优良性状的新品种 对于作物育种具有重大的意义 图甲表示我国自主研发的转基因抗虫玉米的主要培育流程 图乙表示天然土壤农杆菌