高考生物大一轮复习 第十一单元 生物技术实践41课件 新人教版 .ppt

第十一单元生物技术实践第41讲基因工程 考纲要求 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 教材导学一 基因工程的概念及基本工具 二 基因工程的基本操作程序 三 基因工程的应用 四 蛋白质工程 自我校对一 dna重组体外dna重组转基因遗传特性生物类型生物产品限制酶 限制性核酸内切酶 某种特定核苷酸序列特定部位的磷酸二酯键黏性末端平末端dna连接酶磷酸二酯键质粒小型双链环状dna限制酶复制遗传标记基因 噬菌体的衍生物二 编码蛋白质pcr技术启动子终止子农杆菌转化法显微注射法插入了目的基因转录出了mrna三 抗病抗逆生长速度品质药物器官移植四 蛋白质蛋白质氨基酸脱氧核苷酸 考点突破考点一基因工程的基本工具1 限制酶和dna连接酶的关系 1 限制酶和dna连接酶的作用部位都是磷酸二酯键 2 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 限制酶是一类酶 而不是一种酶 4 dna连接酶起作用时 不需要模板 1 一般来说 天然载体往往不能满足人类的所有要求 因此人们根据不同的目的和需要 对某些天然的载体进行人工改造 2 限制酶切割位点所处的位置必须是在所需的标记基因之外 这样才能保证标记基因的完整性 有利于对目的基因的检测 注意 1 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 2 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 3 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 4 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 5 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 6 基因工程中有3种工具 但工具酶只有2种 例1 一环状dna分子 设其长度为1 已知某种限制性核酸内切酶在该分子上有3个酶切位点 如图中a b c三处 如果该dna分子在3个酶切位点上都被该酶切断 则会产生0 2 0 3 0 5三种不同长度的dna片段 现有多个上述dna分子 若在每个分子上至少有1个酶切位点被该酶切断 则从理论上讲 经该酶切后 这些dna分子最多能产生长度不同的线状dna的种类数是 a 4b 8c 6d 7 解析 本题考查限制酶的作用 在此环状dna上可以切1 3个位点 切1个位点得到长度为1的片段 切2个位点可以得到长度为0 5 0 2 0 8 0 3 0 7共5种片段 切3个位点可以得到0 2 0 3 0 5共3种长度的片段 总共能获得6种不同的dna片段 答案 c 例2 多选 2014 广东 利用基因工程技术生产羧酸酯酶 care 制剂的流程如图所示 下列叙述正确的是 a 过程 需使用逆转录酶b 过程 需使用解旋酶和pcr获取目的基因c 过程 使用的感受态细胞可用nacl溶液制备d 过程 可利用dna分子杂交鉴定目的基因是否已导入受体细胞 解析 过程 是以rna为模板合成dna的过程 即逆转录过程 需要逆转录酶的催化 故a项正确 过程 表示利用pcr扩增目的基因 在pcr过程中 不需要解旋酶 是通过控制温度来达到解旋的目的 故b项错 利用氯化钙处理大肠杆菌 使之成为感受态细胞 故c项错 检测目的基因是否成功导入受体细胞的染色体dna中 可以采用dna分子杂交技术 故d项正确 答案 ad 考点二基因工程的基本操作程序1 目的基因的获取 1 从基因文库中获取目的基因 如从基因组文库或cdna文库中获取 2 利用pcr技术扩增目的基因 利用dna复制的原理在体外特异性的复制某dna片段以获得呈指数方式增加的目的基因 3 人工合成法 通过dna合成仪用化学方法直接人工合成 例3 如图表示化学方法合成目的基因 的过程 据图分析下列叙述正确的是 a 过程 需要dna连接酶b 过程 需要限制性核酸内切酶c 目的基因 的碱基序列是已知的d 若某质粒能与目的基因 重组 则该质粒与 的碱基序列相同 解析 dna连接酶是将两个dna分子的黏性末端或平末端的 缝隙 连接起来 而过程 是两条链的碱基互补配对 不需要dna连接酶 a项错误 限制性核酸内切酶是用来切割dna的 而过程 不需要 b项错误 当某质粒与目的基因用限制酶切割后有互补的黏性末端 就可以形成重组dna分子 d项错误 答案 c 2 基因表达载体的构建 1 基因表达载体的组成 如图所示 2 基因表达载体的构建方法 注意 1 插入的目的基因的表达需要调控序列 因而用作载体的质粒的插入基因部位之前需有启动子 之后需有终止子 2 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 便于连接 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 3 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 4 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 例4 如图为基因表达载体模式图 下列相关叙述正确的是 a 甲表示启动子 位于基因的首端 它是dna聚合酶识别 结合的部位b 乙表示终止密码子 位于基因的尾端 作用是使转录过程停止c 丙表示目的基因 其作用是获得人们所需要的性状d 复制原点的存在有利于目的基因在宿主细胞中扩增 解析 甲表示启动子 位于基因的首端 它是rna聚合酶识别 结合的部位 a项错误 乙表示终止子 位于基因的尾端 作用是使转录过程停止 b项错误 丙表示标记基因 其作用是鉴定受体细胞中是否含有目的基因 c项错误 答案 d 4 目的基因的检测和鉴定 注意 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 没有发生碱基互补配对现象 2 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 3 转化的实质是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中 例5 目的基因导入受体细胞后 是否可以稳定维持和表达其遗传特性 只有通过鉴定和检测才能知道 下列属于目的基因检测和鉴定的是 检测受体细胞是否有目的基因 检测受体细胞是否有致病基因 检测目的基因是否转录出mrna 检测目的基因是否翻译出蛋白质a b c d 解析 目的基因的检测包括 检测转基因生物的染色体dna上是否插入了目的基因 方法是用dna分子杂交技术 使dna探针与基因组dna杂交 检测目的基因是否转录出了mrna 方法是用基因探针与mrna杂交 检测目的基因是否翻译出了蛋白质 方法是进行抗原 抗体杂交 答案 c 例6 转基因生物作为生物反应器 用于生产人们所需要的药用蛋白 如激素 抗体 疫苗 酶等 下图是通过生物工程培育能产生人胰岛素烟草的过程 请据图回答 1 构建表达载体的a过程中 需要用到的工具酶有 和 2 d过程采用的方法是 若把重组质粒导入动物细胞 常采用的方法是 3 e过程采用的技术主要包括 和 两个阶段 4 如果利用dna分子杂交原理对再生植株进行检测 f过程应该用 作为探针 解析 构建表达载体的a过程中 需要用到的工具酶有限制酶和dna连接酶 重组质粒导入不同生物的受体细胞方法不同 微生物常用ca2 处理 植物细胞常用农杆菌转化法 动物细胞常用显微注射法 植物组织培养技术的核心是脱分化和再分化 如果利用dna分子杂交原理对再生植株进行检测 f过程应该用放射性同位素标记的胰岛素基因作为探针 因为目的基因是胰岛素基因 答案 1 限制酶dna连接酶 2 农杆菌转化法显微注射法 3 脱分化再分化 4 放射性同位素标记的胰岛素基因 例7 某种微生物合成的蛋白酶与人体消化液中的蛋白酶的结构和功能很相似 只是其热稳定性较差 进入人体后容易失效 现要将此酶开发成一种片剂 临床治疗食物消化不良 最佳方案是 a 替换此酶中的少数氨基酸 以改善其功能b 将此酶与人蛋白酶进行拼接 形成新的蛋白酶c 重新设计与创造一种蛋白酶d 减少此酶在片剂中的含量 解析 蛋白质的结构包括一级结构和空间结构 一级结构是指组成蛋白质的氨基酸的种类 数量 排列顺序 蛋白质的功能是由一级结构和空间结构共同决定的 特别是空间结构与蛋白质的功能关系更密切 要想使蛋白酶热稳定性有所提高 就要改变蛋白质的结构 此类问题一般是对蛋白质中的个别氨基酸进行替换 答案 a 例8 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 如果将其分子中的一个半胱氨酸变成丝氨酸 就可以在 70 条件下保存半年 给广大患者带来了福音 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 2 基因工程和蛋白质工程相比较 基因工程在原则上只能生产 的蛋白质 不一定符合 的需要 而蛋白质工程是以蛋白质分子的结构及其与生物功能的关系为基础 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 应该直接对蛋白质分子进行操作 还是通过对基因的操作来实现 原因是 解析 1 蛋白质工程的基本流程为 根据预期的蛋白质功能 设计出预期的蛋白质结构 推测应有的氨基酸序列 合成相对应的脱氧核苷酸序列 2 蛋白质工程的实质是通过对基因改造或基因合成 制造自然界不存在的 符合人们生产和生活需要的蛋白质 3 蛋白质的空间结构十分复杂 很难根据预期功能来预测出空间结构 4 基因控制蛋白质的合成 对基因的改造相当于间接改造了蛋白质 答案 1 预期蛋白质的功能预期的蛋白质结构应有的氨基酸序列相对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 改造了基因也就是改造了蛋白质 并且改造过的蛋白质可以通过改造过的基因遗传给下一代 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还是无法遗传 其次 对基因进行改造比对蛋白质直接进行改造要容易操作 难度要小得多 考点四基因工程的应用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将外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达 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 例9 下列有关基因诊断和基因治疗的叙述 正确的是 a 基因工程可以直接在细胞内修复有问题的基因b 用基因替换的方法可治疗21 三体综合征c 基因治疗就是把缺陷基因诱变成正常基因d 应用基因探针可以检测出苯丙酮尿症 解析 有缺陷的基因不能在细胞内进行修复 21三 体综合征是染色体疾病 用基因替换没有治疗效果 基因治疗是用正常基因 掩盖 缺陷基因 苯丙酮尿症是基因突变引起的遗传病 可以通过基因探针检测出来 答案 d 例10 下列关于转基因动物的描述 不正确的是 a 可将外源生长激素基因导入动物细胞内 提高动物的生长速率b 可将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组 降低乳汁中乳糖的含量 进而改善畜产品的品质c 可利用转基因技术制成乳腺生物反应器 使哺乳动物的产奶量增加d 可以利用转基因动物作为器官移植的供体 解析 可利用转基因技术制成乳腺生物反应器 使哺乳动物本身变成 批量生产药物的工厂 选项c错误 答案 c 课堂练习1 下图是获得抗虫棉的技术流程示意图 卡那霉素抗性基因 kanr 常作为标记基因 只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长 下列叙述正确的是 a 构建重组质粒过程中需要限制性内切酶和dna连接酶b 愈伤组织的分化产生了不同基因型的植株c 卡那霉素抗性基因 kanr 中有该过程所利用的限制性内切酶的识别位点d 抗虫棉有性生殖后代能保持抗虫性状的稳定遗传 解析质粒与目的基因结合时需要用同一种限制性内切酶切割 切出的黏性末端相同 可用dna连接酶连接 愈伤组织由相同的细胞分裂形成 分化后产生相同基因型的植株 卡那霉素抗性基因作为标记基因不能有限制性内切酶的切割位点 标记基因被切断后就不能再表达 从而失去作用 抗虫棉为杂合子 其有性生殖后代可能会发生性状分离 抗虫性状不一定能稳定遗传 答案a 2 有关基因工程的叙述正确的是 a 限制酶只在获得目的基因时才用b 重组质粒的形成是在细胞内完成的c 质粒都可作为运载体d 蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料 解析如果以质粒为运载体 首先要用一定的限制酶切割质粒 使质粒出现一个切口 露出黏性末端 然后用同一种限制酶切割目的基因 使其产生相同的黏性末端 所以运载体的切割也要用到限制酶 重组质粒的形成是在生物体外完成的 只有具有标记基因的质粒才能作为运载体 答案d 3 下图是将人的生长激素基因导入细菌d细胞内 产生 工程菌 的示意图 所用的载体为质粒a 若已知细菌d细胞内不含质粒a 也不含质粒a上的基因 质粒a导入细菌后 其上的基因能得到表达 能表明目的基因已与载体结合 并被导入受体细胞的结果是 a 在含氨苄青霉素的培养基和含四环素的培养基上均能生长繁殖的细菌b 在含氨苄青霉素的培养基和含四环素的培养基上都不能生长繁殖的细菌c 在含氨苄青霉素的培养基上能生长繁殖 但在含四环素的培养基上不能生长繁殖的细菌d 在含氨苄青霉素的培养基上不能生长繁殖 但在含四环素的培养基上能生长繁殖的细菌 解析由题图可知 人生长激素基因插入质粒后将四环素抗性基因破坏 该基因不再表达 因此 含有重组质粒的受体细胞在含氨苄青霉素的培养基上能生长繁殖 但在含四环素的培养基上不能生长繁殖 答案c 4 下列关于基因表达载体构建的相关叙述 不正确的是 a 需要限制酶和dna连接酶b 必须在细胞内进行c 抗生素抗性基因可作为标记基因d 启动子位于目的基因的首端 解析基因表达载体的构建是目的基因与载体结合 在此过程中需用同一种限制酶切割目的基因与载体 用dna连接酶将相同的末端连接起来 基因表达载体的构建是在细胞外进行的 基因表达载体包括启动子 目的基因 终止子和标记基因 其中启动子位于目的基因首端使转录开始 终止子在目的基因之后 答案b 5 甲 乙两图表示从细菌细胞中获取目的基因的两种方法 以下说法中错误的是 a 甲方法可建立该细菌的基因组文库b 乙方法可建立该细菌的cdna文库c 甲方法要以脱氧核苷酸为原料d 乙方法需要逆转录酶参与 解析首先