高考生物一轮复习 第十五单元 现代生物科技专题 第1讲 基因工程课件.ppt

第十五单元现代生物科技专题 第1讲基因工程 知识清单 一 基因工程及应用1 基因工程的概念 1 供体 提供目的基因 2 操作环境 体外 3 操作水平 分子水平 4 原理 基因重组 5 受体 表达目的基因 6 本质 性状在受体体内的表达 7 优点 克服远缘杂交不亲和的障碍 定向改造生物的遗传性状 知识清单 2 基因工程的基本工具 2 dna连接酶 作用 将限制酶切割下来的dna片段拼接成dna分子 知识清单 种类 知识清单 知识清单 对载体的分析 知识清单 知识清单 4 基因工程的应用 知识清单 二 蛋白质工程1 概念理解 1 基础 蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系 2 操作 基因修饰或基因合成 3 结果 改造了现有蛋白质或制造出新的蛋白质 4 目的 满足人类的生产和生活的需求 2 操作过程从预期的蛋白质功能出发 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 基因表达 产生需要的蛋白质 知识清单 知识清单 1 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 2 dna连接酶的作用部位是磷酸二酯键 3 质粒是常用的载体 它是一种小型的环状dna分子 具有一个至多个限制酶切割位点及标记基因 4 目的基因的获取方法有从基因文库中获取和人工合成 5 基因表达载体包括目的基因 启动子 终止子和标记基因 6 目的基因导入植物细胞常用农杆菌转化法 导入动物细胞常用显微注射法 导入微生物细胞常用感受态细胞法 考点二 考点三 考点一 考点一基因工程的基本工具1 与dna分子相关的酶 1 几种酶的比较 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 切割后产生末端的种类 黏性末端和平末端 a 黏性末端 是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形成的 错位切 如图 所示 考点二 考点三 考点一 b 平末端 是限制酶在识别序列的中轴线切开时形成的 平切 如图 所示 限制酶与dna连接酶的关系 考点二 考点三 考点一 2 载体作用 1 作为运载工具 将目的基因转移到宿主细胞内 2 利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制 巧辨基因工程操作中基本工具的7个易错点 1 限制酶是一类酶 而不是一种酶 2 限制酶的化学本质为蛋白质 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个末端 5 不同dna分子用同一种限制酶切割产生的末端都相同 同一个dna分子用不同的限制酶切割 产生的末端一般不相同 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 膜上载体是蛋白质 与细胞膜的通透性有关 考点二 考点三 考点一 典例1 2015 商丘一模 如图为某质粒表达载体简图 小箭头所指分别为限制酶ecor bamh 的酶切位点 ampr为青霉素抗性基因 tctr为四环素抗性基因 p为启动子 t为终止子 ori为复制原点 又知植物甲具有极强的耐旱性 其耐旱性与某个基因有关 若从该植物中获得该耐旱基因 并将其转移到耐旱性低的植物乙中 有可能提高后者的耐旱性 已知耐旱基因两端分别有包括ecor bamh 在内的多种酶的酶切位点 据图回答下列相关问题 考点二 考点三 考点一 1 获得耐旱基因常用基因文库法 理论上 中含有该生物的全部基因 而中含有该生物的部分基因 将含有耐旱基因的dna与该质粒表达载体分别用ecor 酶切 酶切产物用dna连接酶处理后 两两连接的产物有种 2 将上述连接产物导入无任何抗药性的宿主细胞后 将这些宿主细胞接种到含四环素的培养基中 能正常生长的宿主细胞所含有的连接产物是 3 目的基因表达时 rna聚合酶识别和结合的位点是 其合成的产物是 4 在上述实验中 为了防止目的基因和质粒表达载体在酶切后产生的末端发生任意连接 酶切时应选用的酶是 5 假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交 子代中耐旱植株与不耐旱植株的数量比为3 1时 则可推测该耐旱基因整合到了 填 同源染色体的一条上 或 同源染色体的两条上 考点二 考点三 考点一 解题思路 本题考查基因工程的相关知识 1 基因文库包括基因组文库和cdna文库 其中基因组文库中含有该生物的全部基因 而cdna文库中含有生物的部分基因 将含有耐旱基因的dna与该质粒表达载体分别用ecor 酶切 酶切产物用dna连接酶处理后 两两连接的产物有3种 即含有耐旱基因的dna与含有耐旱基因的dna连接 质粒与质粒连接 含有耐旱基因的dna与质粒连接 2 由题图可知 构建基因表达载体时 四环素抗性基因会被破坏 因此将上述连接产物导入无任何抗药性的宿主细胞后 将这些宿主细胞接种到含四环素的培养基中 能正常生长的宿主细胞所含有的连接产物是载体 载体连接物 或质粒 质粒连接物 3 目的基因表达时 rna聚合酶识别和结合的位点是启动子 其合成的产物是mrna 4 酶切时应选用限制酶ecor 和bamh 形成不同的黏性末端 这样可以防止目的基因和质粒表达载体在酶切后产生的末端发生任意连接 5 若该耐旱基因整合到了同源染色体的两条上 则自交子代均为耐旱植株 若该耐旱基因整合到了同源染色体的一条上 则其子代中耐旱植株与不耐旱植株的数量比为3 1 考点二 考点三 考点一 参考答案 1 基因组文库cdna文库3 2 载体 载体连接物 或质粒 质粒连接物 3 启动子mrna 4 ecor 和bamh 5 同源染色体的一条上 考点二 考点三 考点一 1 下列关于各种酶作用的叙述 不正确的是 c a dna连接酶能使不同脱氧核苷酸的磷酸与脱氧核糖连接b rna聚合酶能与基因的特定位点结合 催化遗传信息的转录c 一种dna限制酶能识别多种核苷酸序列 切割出多种目的基因d 胰蛋白酶能作用于离体的动物组织 使其分散成单个细胞 解析 dna连接酶能使不同脱氧核苷酸的磷酸与脱氧核糖连接 形成磷酸二酯键 a项正确 rna聚合酶能与基因的特定位点 启动子 结合 催化遗传信息的转录 b项正确 限制酶具有特异性 即一种dna限制酶只能识别一种核苷酸序列 c项错误 胰蛋白酶能消化组织细胞间的物质 将离体的动物组织分散成单个细胞 d项正确 考点二 考点三 考点一 2 2015 福建高考 gdnf是一种神经营养因子 对损伤的神经细胞具有营养和保护作用 研究人员构建了含gdnf基因的表达载体 如图1所示 并导入到大鼠神经干细胞中 用于干细胞基因治疗的研究 请回答 考点二 考点三 考点一 1 在分离和培养大鼠神经干细胞的过程中 使用胰蛋白酶的目的是使细胞分散开 2 构建含gdnf基因的表达载体时 需选择图1中的xho 限制酶进行酶切 3 经酶切后的载体和gdnf基因进行连接 连接产物经筛选得到的载体主要有3种 单个载体自连 gdnf基因与载体正向连接 gdnf基因与载体反向连接 如图1所示 为鉴定这3种连接方式 选择hpa 酶和bamh 酶对筛选得到的载体进行双酶切 并对酶切后的dna片段进行电泳分析 结果如图2所示 图中第 泳道显示所鉴定的载体是正向连接的 4 将正向连接的表达载体导入神经干细胞后 为了检测gdnf基因是否成功表达 可用相应的抗体与提取的蛋白质杂交 当培养的神经干细胞达到一定密度时 需进行传代培养以得到更多数量的细胞 用于神经干细胞移植治疗实验 考点二 考点三 考点一 解析 本题以基因治疗为情景 考查基因工程和细胞工程的相关知识 1 细胞工程中常用胰蛋白酶处理动物组织 使其细胞分散开 以便于进行细胞培养 2 在使用限制酶进行酶切时 必须保证目的基因的完整 根据题图1可知 应该使用xho 限制酶进行酶切 3 若重组载体是正向连接的 则重组质粒和酶切位置如图所示 结合题干信息可知 双酶切后的片段为6000bp和700bp 泳道 符合要求 4 检测目的基因是否成功表达 可利用抗原 抗体杂交技术 动物细胞培养一段时间后 会出现接触抑制现象 需进行传代培养以得到更多数量的细胞 考点二 考点三 考点一 考点二基因工程的基本操作程序1 目的基因的获取途径 1 从基因文库中获取 包括基因组文库和cdna文库等 2 人工合成目的基因的常用方法 化学合成法 已知核苷酸序列的较小基因 可直接利用dna合成仪用化学方法合成 不需要模板 反转录法 以rna为模板 在逆转录酶作用下人工合成 3 通过pcr技术扩增目的基因 目的 利用dna复制的原理在体外特异性的复制某dna片段以获得大量的目的基因 考点二 考点三 考点一 2 基因表达载体的构建 基因工程的核心 1 基因表达载体的组成及作用 目的基因 能控制表达所需要的特定性状 启动子 为rna聚合酶识别和结合部位 驱动转录mrna 终止子 使转录终止的特殊结构的dna片段 标记基因 鉴定受体细胞中是否含有目的基因 从而将含有目的基因的细胞筛选出来 如抗生素抗性基因 考点二 考点三 考点一 2 构建基因表达载体的目的 使目的基因在受体细胞中稳定存在 并且可以遗传给下一代 使目的基因能够表达和发挥作用 3 构建过程 考点二 考点三 考点一 3 将目的基因导入受体细胞 转化 考点二 考点三 考点一 4 目的基因的检测与鉴定 考点二 考点三 考点一 基因工程操作中的7个失分点 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 所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位 2 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 3 原核生物作为受体细胞的优点 繁殖快 多为单细胞 遗传物质相对较少等 4 转化的实质是将目的基因整合到受体细胞染色体基因组中 5 一般情况下 用同一种限制酶切割质粒和含有目的基因的片段 但有时可用两种限制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 熟悉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 7 还应注意的问题有 基因表达载体中 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是最核心 最关键的一步 在体外进行 考点二 考点三 考点一 典例2 2015 新课标全国卷 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 考点二 考点三 考点一 解题思路 本题考查基因工程及免疫的有关知识 1 hiv是rna病毒 若要制备hiv的某种蛋白质 需先提取hiv中的rna 以其作为模板 在逆转录酶的作用下合成dna 从而获得目的蛋白的基因 2 目的蛋白作为抗原 可以刺激机体产生相应的抗体 抗体能与相应抗原特异性结合 3 hiv主要破坏人体的t淋巴细胞 4 人的免疫系统有监控和清除癌细胞的功能 参考答案 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 考点二 考点三 考点一 1 2015 江苏高考 胰岛素a b链分别表达法是生产胰岛素的方法之一 图1是该方法所用的基因表达载体 图2表示利用大肠杆菌作为工程菌生产人胰岛素的基本流程 融合蛋白a b分别表示 半乳糖苷酶与胰岛素a b链融合的蛋白 请回答下列问题 考点二 考点三 考点一 1 图1基因表达载体中没有标注出来的基本结构是终止子 2 图1中启动子是rna聚合酶识别和结合的部位 有了它才能启动目的基因的表达 氨苄青霉素抗性基因的作用是作为标记基因 将含有重组质粒的大肠杆菌筛选出来 3 构建基因表达载体时必需的工具酶有限制酶和dna连接酶 4 半乳糖苷酶与胰岛素a链或b链融合表达 可将胰岛素肽链上蛋白酶的切割位点隐藏在内部 其意义在于防止胰岛素的a b链被菌体内蛋白酶降解 5 溴化氰能切断肽链中甲硫氨酸羧基端的肽键 用溴化氰处理相应的融合蛋白能获得完整的a链或b链 且 半乳糖苷酶被切成多个肽段 这是因为 半乳糖苷酶中含多个甲硫氨酸 而胰岛素a b链中不含甲硫氨酸 6 根据图2中胰岛素的结构 请推测每个胰岛素分子中所含游离氨基的数量 你的推测结果是至少2个 理由是两条肽链的一端各有一个游离的氨基 氨基酸r基团中可能还含有游离的氨基 考点二 考点三 考点一 解析 本题考查基因工程和蛋白质结构的有关知识 1 题图1中基因表达载体中被没有标注出来的基本结构是终止子 2 启动子是rna聚合酶识别和结合的部位 氨苄青霉素抗性基因可作为标记基因 将含有基因表达载体的大肠杆菌筛选出来 3 构建基因表达载体的过程中必须使用同一种限制酶切割目的基因和载体 并用dna连接酶将切割好的目的基因和载体连接起来 4 半乳糖苷酶将胰岛素肽链中的蛋白酶的切割位点隐藏 可防止胰岛素的a b链被菌体内蛋白酶切割而发生降解 5 半乳糖苷酶经溴化氰处理后被切成多个肽段 说明 半乳糖苷酶分子中还有多个甲硫氨酸 而胰岛素的a b链没有被分割 说明其中不含甲硫氨酸 6 胰岛素分子中含有两条肽链 每条肽链的一端都有一个游离的氨基 另外r基因中也可能含有游离的氨基 因此胰岛素分子中至少还有2个游离的氨基 考点二 考点三 考点一 2 2016 山西四校联考 研究发现 转基因抗虫植物能杀死昆虫的原理是该基因控制合成的蛋白质被昆虫食用后 在消化道中被蛋白酶水解产生具有毒性的活性肽 与昆虫肠道细胞上的受体结合 使细胞渗透压失衡 最终导致昆虫死亡 如图表示利用某种细菌中提取的抗虫基因培养抗虫玉米的大致流程 请回答下列问题 考点二 考点三 考点一 1 农杆菌中的ti质粒上t dna具有可转移至受体细胞并且整合到受体细胞染色体的dna上的特点 图中d过程的方法称为农杆菌转化法 a过程所需的酶是限制酶和dna连接酶 2 图中的重组质粒除了含有目的基因外 还必须有启动子 终止子 标记基因和复制原点 培育转基因玉米成功的标志是玉米植株表现出抗虫性状 玉米细胞产生了抗虫蛋白 目的基因能否遗传给后代常采用的检测方法是dna分子杂交技术 3 e过程需要运用植物组织培养技术 经过脱分化和再分化过程最终形成植株 其依据的原理是植物细胞的全能性 在此操作过程中 经常使用生长素和细胞分裂素 当生长素与细胞分裂素的比值大于1时 可促进根的生成 当生长素与细胞分裂素的比值小于1时 可促进芽的生成 考点二 考点三 考点一 解析 根据题意和题图所示分析可知 图示为通过基因工程方法培育转基因抗虫玉米的大致流程 其中a表示基因表达载体的构建过程 b c d表示采用农杆菌转化法将目的基因导入玉米细胞 e表示采用植物组织培养技术将玉米细胞培养成转基因抗虫玉米 1 题图中d过程采用了农杆菌转化法 其原理是农杆菌中的ti质粒上的t dna可转移至受体细胞 并且整合到受体细胞染色体的dna上 a过程为基因表达载体的构建过程 所需的酶是限制酶和dna连接酶 2 重组质粒的组成至少包括目的基因 启动子 终止子 标记基因和复制原点 培育转基因玉米成功的标志是玉米植株表现出抗虫性状 目的基因能否在玉米体内稳定遗传的关键是目的基因是否插入到受体细胞染色体的dna上 检测目的基因是否导入受体细胞的方法是dna分子杂交技术 3 e过程需要运用植物组织培养技术 经过脱分化和再分化过程最终形成植株 其依据的原理是植物细胞的全能性 在此操作过程中 经常使用生长素和细胞分裂素 当生长素与细胞分裂素的比值大于1时 可促进根的生成 当生长素与细胞分裂素的比值小于1时 可促进芽的生成 考点二 考点三 考点一 考点三蛋白质工程及其与基因工程的关系 考点二 考点三 考点一 典例3 2015 新课标全国卷 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 考点二 考点三 考点一 解题思路 本题考查蛋白质工程的相关知识 1 由题意可知 要改变蛋白质的功能 可以对蛋白质中氨基酸的排列顺序进行改造 2 若要获得p1基因 可直接修饰p基因 也可以人工合成p1基因 中心法则的内容包括 遗传信息可以从dna流向dna 即dna的自我复制 也可以从dna流向rna 进而流向蛋白质 即遗传信息的转录和翻译 3 蛋白质工程的基本途径 从预期的蛋白质功能出发 设计预期的蛋白质结构 推测应有的氨基酸序列 找到相对应的核糖核苷酸序列 rna 找到相对应的脱氧核糖核苷酸序列 dna 参考答案 1 氨基酸序列 或结构 合理即可 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 考点二 考点三 考点一 1 2015 太原实验中学月考 蛋白质工程与基因工程相比 其突出特点是 b 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 解析 基因工程原则上能生产自然界原有的蛋白质 a项错误 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 b项正确 蛋白质工程中合成蛋白质需要经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 考点二 考点三 考点一 2 2015 山东济宁鱼台一中三模 糖尿病是近年来高发的 富贵病 常见类型有遗传型糖尿病和 型糖尿病 遗传型糖尿病的主要病因