高考生物一轮总复习 第四十八课时 基因工程的应用、蛋白质工程的崛起课件 新人教版选修3.ppt

第四十八课时基因工程的应用 蛋白质工程的崛起 bt毒蛋白基因 蛋白酶抑制剂基因 淀粉酶抑制剂基因 植物凝集素基因 病毒外壳蛋白基因 病毒的复制酶基因 渗透压调节基因 抗冻蛋白基因 蛋白质 外源生长激素 体外基因治疗 体内基因治疗 正常基因 基因的表达产物 体外基因治疗 某种细胞 转移基因 典例精析 例1 医生对一位因缺乏腺苷脱氨酶基因而患先天性体液免疫缺陷病的美国女孩进行治疗 采用的方法是首先将患者的白细胞取出作体外培养 然后用某种病毒将正常腺苷脱氨酶基因转入人工培养的白细胞中 再将这些转基因白细胞回输到患者的体内 经过多次治疗 患者的免疫功能趋于正常 1 该病的治疗运用了基因工程技术 在这个实例中运载体是 目的基因是 目的基因的受体细胞是 某种病毒 腺苷脱氨酶基因 白细胞 2 将转基因白细胞多次回输到患者体内后 免疫能力趋于正常是由于产生了 产生这种物质的两个基本步骤是 和 3 人的腺苷脱氨酶基因与胰岛素基因相比 其主要差别是 与大肠杆菌基因相比 其主要特点是 4 该病的治疗方法属于基因工程运用中的 这种治疗方法的原理是 腺苷脱氨酶 或抗体 转录 翻译 脱氧核苷酸排列顺序不同 或遗传信息不同或碱基的数目和排列顺序不同 编码区是间隔的 不连续的 或编码区有外显子和内含子 基因治疗 把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞内从而达到治疗的目的 解析 本题主要考查遗传和基因工程有关知识 要理解真核细胞和原核细胞的基因结构特点 掌握基因工程的基本内容 尤其是基因工程操作的基本步骤 本题为基因工程技术在医学临床的应用 基因治疗 其基本过程是用基因工程的方法 把健康的外源基因导入有基因缺陷的患者细胞 使其正常表达 从而达到治疗有关疾病的目的 考点二蛋白质工程 回扣教材 1 概念 是指以蛋白质分子的 及其与 的关系作为基础 通过 或 对 进行改造 或制造一种 以满足人类的生产和生活的需求 2 过程 预期蛋白质功能 设计预期的 推测应有的 找到对应的 结构规律 生物功能 基因修饰 基因合成 现有蛋白质 新的蛋白质 蛋白质结构 氨基酸序列 脱氧核苷酸序列 典例精析 例2 蛋白质工程中需要进行直接操作的对象是 a 氨基酸结构b 蛋白质空间结构c 肽链结构d 基因结构 考查类型 本题考查对蛋白质工程的概念的理解 解析 蛋白质工程是指以蛋白质分子结构规律及其与生物功能的关系为基础 通过基因修饰或基因合成 对现有蛋白质进行改造 或制造一种新的蛋白质 以满足人类的生产或生活需要 因此 归根到底 还是要对基因进行改造 方法归纳 准确把握蛋白质工程的概念是解答本题的关键 d 考点三dna的粗提取与鉴定 回扣教材 1 dna粗提取的原理对于dna的粗提取 就是要利用dna和rna 蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面的差异 提取 去除其他成分 dna 1 根据dna的溶解性来粗提取dna的原理 dna和蛋白质等其他成分在不同浓度nacl溶液中 不同 通常选用2mol lnacl溶液溶解细胞中的 此时杂质易沉淀 在0 14mol lnacl溶液中dna溶解度 可使 酒精是一种常用有机溶剂 dna却不能溶于酒精 特别是95 冷却酒精 但细胞中的某些 可溶于酒精 利用这一点可以将dna和蛋白质进一步分离 溶解度 dna 最小 dna析出 蛋白质 2 利用dna对酶 高温和洗涤剂的耐受性原理来粗提取dna 能专一性地水解蛋白质而不会对dna产生影响 故可用 处理达到粗提取dna的目的 60 80 的高温会使大多数 而dna在80 以上才会变性 故可用60 80 的高温处理材料以达到粗提取dna的目的 能够瓦解细胞膜 但对dna没有影响 故可用该试剂来使细胞破裂 更好的提取dna 综上所述 不同浓度的 60 80 的 及 均可用来提取dna 蛋白酶 蛋白酶 蛋白质变性 洗涤剂 nacl溶液 酒精 蛋白酶 高温 洗涤剂 2 dna鉴定的原理在 条件下 dna遇二苯胺呈现 因此 可以作为鉴定dna的试剂 原理总结 通过利用不同浓度nacl溶液溶解或析出dna 可以从细胞中提取和提纯dna 再利用酒精进一步将dna与蛋白质分离开来 达到提纯的目的 最后利用二苯胺试剂鉴定提取的物质是否是dna 沸水浴 蓝色 二苯胺 3 实验设计 1 实验材料的选取 不同生物的组织中dna含量不同 在选取材料时 应本着 材料易得 便于提取的原则 2 破碎细胞 获取含dna的滤液 如果选用鸡血作材料 可在鸡血细胞液中加入一定量 作用是 并用玻棒搅拌 过滤后收集滤液 如果用洋葱作材料 则要先切碎洋葱 加入一定量洗涤剂和食盐 洗涤剂能 食盐能溶解 进行充分地搅拌和研磨 研磨能够 过滤后收集研磨液 dna含量高 蒸馏水 使血细胞大量吸水而涨裂 瓦解细胞膜 dna 破碎细胞壁 使dna更多地溶解在nacl溶液中 3 去除滤液中的杂质最初获得的dna滤液含有蛋白质 脂质等杂质 需要进一步提纯dna 具体做法如下 方案一 滤液 nacl 2mol l 过滤除去杂质 加入蒸馏水使nacl溶液浓度为0 14mol l dna析出 过滤得到过滤物 放到2mol lnacl溶液中溶解 dna nacl溶解液方案二 滤液 嫩肉粉 木瓜蛋白酶 静置10 15min 过滤获得dna滤液方案三 滤液 60 75 处理 过滤获得dna滤液方案一的原理是 方案二的原理是 方案三的原理是 dna在不同浓度nacl溶液中溶解度不同 蛋白酶分解蛋白质 不分解dna 蛋白质和dna的变性温度不同 4 dna的析出与鉴定 滤液与 混合均匀 静置2 3min 析出的白色丝状物是 dna的鉴定 试管2支 编号甲 乙 各加2mol l的 5ml 甲中放入少量白色丝状物 使之溶解 各加4ml 混合均匀 5min 观察颜色变化 等体积的冷却酒精 nacl溶液 二苯胺 沸水浴 典例精析 例3 2013江苏 某同学用洋葱进行dna粗提取和鉴定实验 操作错误的是 a 加入洗涤剂后用力进行快速 充分的研磨b 用蛋白酶纯化过滤后的研磨液中的dnac 加入酒精后用玻璃棒轻缓搅拌d 加二苯胺试剂摇匀后沸水浴加热 解析 加入洗涤剂和食盐后研磨动作要轻缓 柔和 否则容易产生大量的泡沫 不利于后续步骤的操作 用蛋白酶水解蛋白质 可纯化研磨液中的dna 加入酒精后用玻璃棒轻缓搅拌以防止dna断裂 加二苯胺试剂摇匀后沸水浴加热 才能鉴定dna存在 a 细胞核 红 dna 2 实验前由教师制备血细胞液供同学们作实验材料 而不用鸡全血 主要原因是 3 在牧区采集牛 羊和马血比较方便 若用该材料按实验要求完成实验步骤后 结果是 这是因为这些动物和人类一样 其 但若改用动物肝脏作实验材料 实验就能顺利进行 这是因为 考查类型 本题考查dna分子的粗提取实验原理和材料的选取原则 鸡血细胞液中dna相对含量高 很难提取到dna 中无细胞核 成熟的红细胞 肝脏细胞中有细胞核 解析 1 鸡血红细胞中含有细胞核 因鸡属于鸟类 新陈代谢旺盛 需要红细胞为其供应o2 所以红细胞数目较多 可以提供丰富的dna 2 鸡的全血包括血浆和血细胞 血浆中无dna 血液中除去血浆后即是浓缩的血细胞液 dna的相对含量提高 3 牛 羊 马同人类一样 均属于哺乳动物 而哺乳动物成熟的红细胞中无细胞核 仅靠血液中的其他血细胞和淋巴细胞中的少量dna 在实验中很难提取到白色丝状物 dna 肝脏细胞中含有细胞核 只要操作准确 就能提取到dna 方法归纳 本题有一定的难度 需要有一些基本的生物学常识 再结合本实验的原理即可正确分析 课时练习四十八一 选择题 每小题只有一个正确选项 1 土壤农杆菌能将自身ti质粒的t dna整合到植物染色体dna上 诱发植物形成肿瘤 t dna中含有植物生长素合成酶基因 s 和细胞分裂素合成酶基因 r 它们的表达与否能影响相应植物激素的含量 进而控制肿瘤组织的生长与分化 据图分析推测 下列叙述错误的是 b 2 下列叙述符合基因工程概念的是 a b淋巴细胞与肿瘤细胞融合 杂交瘤细胞中含有b淋巴细胞中的抗体基因b 将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌 获得能产生人干扰素的菌株c 用紫外线照射青霉菌 使其dna发生改变 通过筛选获得青霉素高产菌株d 自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其dna整合到细菌dna上 b 解析 基因工程是指按照人们的愿望 进行严格的设计 并通过体外dna重组和转基因等技术 赋予生物以新的遗传特性 进而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品 b细胞与肿瘤细胞融合 属于细胞工程 用紫外线照射青霉菌 使其dna发生改变 进而筛选出青霉素高产菌株 属于人工诱变 自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其dna整合到细菌dna上 并没有进行人为的加工 不属于基因工程 3 在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中 下列操作错误的是 a 用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸b 用dna连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体c 将重组dna分子导入烟草原生质体d 用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞 解析 烟草花叶病毒是让烟草患病的致病微生物 是rna病毒 不能用于目的基因的提取 a 4 下列技术中 依据dna分子杂交原理的是 用dna分子探针诊断疾病 b淋巴细胞与骨髓瘤细胞的杂交 快速灵敏地检测饮用水中病毒的含量 目的基因与运载体结合 形成重组dna分子a b c d 解析 基因诊断和基因检测的原理相同 都是利用特定的dna片段与待检测的样品进行分子杂交 达到一定的目的 所以 正确 b淋巴细胞与骨髓瘤细胞的杂交属于动物细胞融合 目的基因与运载体结合形成重组dna分子需使用限制酶切割和dna连接酶连接重组 不涉及dna分子杂交 a 5 下列有关基因工程和蛋白质工程的叙述 正确的是 a 基因工程需对基因进行分子水平操作 蛋白质工程不对基因进行操作b 基因工程合成的是天然存在的蛋白质 蛋白质工程合成的可以不是天然存在的蛋白质c 基因工程是分子水平操作 蛋白质工程是细胞水平 或性状水平 操作d 基因工程完全不同于蛋白质工程 解析 蛋白质工程是通过对基因修饰或基因合成 对现有蛋白质进行改造 或制造一种新的蛋白质 是建立在基因工程基础之上的 所以蛋白质工程仍需对基因进行操作 属于分子水平操作 a c d错误 b 6 下列关于基因工程的叙述 正确的是 a 基因工程往往以细菌抗药性基因为目的基因b 重组dna的形成和扩增是在细胞内完成的c 基因工程育种能够定向地改造生物性状 快速形成新物种d 限制性内切酶和dna连接酶是构建重组dna必需的工具酶 d 解析 基因工程的目的基因可以来源于细菌 动物 植物等 如抗药性基因 抗病虫害基因 抗盐碱地基因等抗性基因 也可以是动物生长激素基因 植物花青素基因等 a错误 重组dna的形成和扩增是在细胞外一定条件下完成的 b错误 基因工程育种能够定向地改造生物性状 但是否形成新物种 还需看这种生物与原物种是否产生生殖隔离 c错误 限制性内切酶和dna连接酶是构建重组dna必需的工具酶 d正确 7 增加玉米细胞中赖氨酸含量最有效的途径是 a 将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米细胞b 切除玉米细胞中天冬氨酸激酶基因和二氢吡啶二羧酸合成酶基因c 修饰天冬氨酸激酶基因和二氢吡啶二羧酸合成酶基因的个别碱基d 将根瘤菌的固氮基因导入玉米细胞 c 解析 玉米中赖氨酸的含量比较低 原因是赖氨酸合成过程中的两个关键酶 天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶 其活性受细胞内赖氨酸浓度的影响较大 当赖氨酸浓度达到一定量时 就会抑制这两个酶的活性 如果我们将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸 将二氢吡啶二羧酸合成酶中的第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸 就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸分别提高5倍和2倍 此题易错选a 要认真分析赖氨酸含量低的真正原因 通过改变有关基因的个别碱基 从而改变基因控制合成的蛋白质 酶 的结构而达到目的 属于蛋白质工程 8 关于蛋白质工程的说法错误的是 a 蛋白质工程能定向改造蛋白质的分子结构 使之更加符合人类的需要b 蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作 定向改变分子结构c 蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子d 蛋白质工程又称为第二代基因工程 解析 蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础 通过基因修饰或基因合成 对现有蛋白质进行改造 或制造新的蛋白质 所以对蛋白质分子不能直接操作 b 9 蛋白质工程的基本操作程序正确的是 蛋白质分子结构合成 dna合成 mrna合成 蛋白质的预期功能 根据氨基酸的序列推出脱氧核苷酸的序列a b c d c 10 既然蛋白质工程可以改造生物的蛋白质 当然这里所说的生物也包括大熊猫 因此我们可以通过改造大熊猫体内的某些蛋白质 使大熊猫的生命活动更加适应环境 推测以下关于改造大熊猫体内某蛋白质的说法错误的是 a 改造后的蛋白质有可能成为一种新抗原 使大熊猫产生免疫反应 从而将其排除或产生过敏反应 因此应慎重施行b 改造蛋白质是从根本上通过改造基因来实现的c 改造蛋白质后的大熊猫和现在的大熊猫仍是一个物种d 改造蛋白质后的大熊猫的后代不具有改造的蛋白质 d 解析 改造后的蛋白质具备抗原的特性 因此对高等动物 特别是人 应慎重进行改造 改造某种蛋白质后的生物和未改造的生物差别若仅是一个或几个蛋白质 不一定引起生殖隔离 因此可能仍属同一物种 改造蛋白质通过改造基因进行 若在受精卵时期进行改造 则可遗传给后代 而若像基因治疗一样 对成体进行改造 则不能遗传 其后代无改造的蛋白质 11 关于dna粗提取与鉴定实验的有关说法正确的是 a 充分溶解dna的盐溶液是0 14mol l的nacl溶液b 实验中提取较纯净的dna利用了dna不溶于酒精的特点c 对最后提取出dna用二苯胺试剂鉴定时需用酒精灯直接加热d 实验操作过程中先后两次加入蒸馏水的作用相同 a 12 在下列各项实验操作中加清水和蒸馏水的主要原理与其他项不同的是 a 在dna粗提取时第一次加入蒸馏水b 在dna粗提取时第二次加入蒸馏水c 制备细胞膜时在红细胞液中加入蒸馏水d 在已质壁分离的细胞一侧加入清水 解析 dna粗提取的实验过程中 第一次加入蒸馏水的目的是使血细胞吸水胀破以便核物质溶解 第二次加入蒸馏水是为了降低nacl浓度至0 14mol l 因为此时的dna溶解度最小 可使dna析出 b c d 请回答 1 从健康人外周血分离得到的单核细胞 应置于 气体环境中 并在适宜温度和ph条件下培养48h 提取细胞总rna 生成cdna 图中pcr过程的模板是 2 表达载体1中的位点a应含有图中 酶的识别序列 才能成功构建表达载体2 3 表达载体2导入酵母菌后 融合基因转录出的mrna中 与il 2蛋白对应的碱基序列中不能含有 密码 才能成功表达出il 2 hsa融合蛋白 4 白细胞介素在单核细胞内合成的直接模板是 在体液免疫过程中 白细胞介素可作用于受抗原刺激的b细胞 使b细胞增殖 分化 形成 细胞 95 空气和5 co2 含有目的基因 il 2基因 的cdna 限制酶bgl 终止 mrna 浆细胞和记忆 5 将表达载体2导入酵母菌细胞 在培养液中培养一段时间后离心 取 上清液 菌体 进行产物鉴定 解析 1 从健康人外周血分离得到的单核细胞 应置于95 空气和5 co2气体环境中 并在适宜温度和ph条件下培养48h 图中pcr过程的模板是含有目的基因 il 2基因 的cdna 由mrna到cdna的过程是反转录过程 2 根据图解可知目的基因的两端分别是由限制酶ecor bgl 切割的 同一限制酶切割才能形成相同的黏性末端 表达载体1中具有ecor 的识别位点 因此位点a应与限制酶bgl 的识别位点相同 才能成功构建表达载体2 上清液 3 mrna中如果含有终止密码子 则会导致翻译终止 不能合成目的蛋白 4 白细胞介素在单核细胞内合成的直接模板是mrna 在体液免疫过程中 白细胞介素可作用于受抗原刺激的b细胞 使b细胞增殖 分化 形成浆细胞和记忆细胞 5 检测蛋白质 可以利用蛋白质作为抗原 导致机体产生抗体进行检测 由于抗体具有专一性 因此抗原 抗体杂交技术可以迅速检测出酵母菌是否表达出il 2 hsa融合蛋白 在培养液中培养一段时间后离心 取上清液进行产物鉴定 不能 对sma 位点进行切割破坏了抗病基因的结构 不能 2 卡那霉素会抑制香蕉愈伤组织细胞的生长 欲利用含卡那霉素的培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞 重组质粒中应同时含有 基因 作为标记