【金版教程】高考生物一轮复习 1 基因工程课件 新人教版选修3.ppt

选修三现代生物科技专题 专题一基因工程 1 基因工程的概念 按照人们的愿望 进行严格的设计 通过体外和等技术 赋予生物以新的遗传特性 从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品 dna重组 转基因 2 基因工程的基本操作工具 质粒载体质粒是细菌拟核dna外的环状dna小分子 可在细菌间转移 质粒是常用的转基因载体 2 基因表达载体的构建 1 基因表达载体的组成 除目的基因外 还必须有 终止子和等 启动子 是一段有特殊结构的dna片段 位于基因首端 是识别和结合的部位 标记基因的作用 鉴定受体细胞中是否含有 从而将含的细胞筛选出来 启 动子 标记基因 rna聚合酶 目的基因 目的基因 2 构建过程 3 将目的基因导入受体细胞 农杆菌转化法 显微注射技术 ca2 感受态 4 目的基因的检测和鉴定首先要检测转基因生物的上是否插入了目的基因 其次还要检测目的基因是否转录出了 最后检测 有时还需进行的鉴定 dna mrna 目的基因是否翻译成蛋白质 个体 生物学水平 病毒载体病毒很适合用于基因治疗 病毒的蛋白质外壳内能容纳多达7500个碱基的dna片段 当病毒侵染宿主细胞并在细胞内增殖时 也将重组dna带入到细胞中 病毒已经用于多次基因治疗的临床实验 这种方法存在的问题是宿主对病毒的免疫反应 显微注射dna可以通过显微注射转入动物细胞中 下图所示的是目的基因的多份拷贝正通过玻璃微型吸管注射到受精卵中 转基因小鼠和家畜都是利用这种方法产生的 但是成功率很低 只有2 3 的受精卵发育成转基因动物 在这些动物只有一小部分表达了转入的基因 基因枪法这种方法是利用压缩气体产生的动力将包裹在金属颗粒表面的外源dna打入生物组织中 常用的金属颗粒有金粉粒子或钨粉粒子 一些细胞能像表达自身基因一样表达导入的外源dna 1 基因工程的应用 生长速度 药物 抗虫转基因 抗逆转基因 正常基因 表达产物 体内 体外 2 蛋白质工程 1 概念 指以蛋白质分子的及其与的关系为基础 通过基因修饰或 对现有蛋白质进行改造 或制造一种新的蛋白质 以满足人类的生产和生活的需求 2 方法步骤 预期蛋白质功能 设计预期蛋白质结构 推测应有的序列 找到对应的 结构规律 生物功能 基因合成 氨基酸 脱氧核苷酸序列 2 切割后末端的种类 dna分子经限制酶切割产生的dna片段末端通常有两种形式 黏性末端和平末端 如图所示 当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 产生的是黏性末端 而当限制酶在它识别序列的中轴线处切开时 产生的则是平末端 2 分子缝合针 dna连接酶 1 几种酶的比较 2 dna连接酶与限制酶的关系 3 分子运输车 载体 1 载体具备的条件 对受体细胞无害 不影响受体细胞正常的生命活动 具标记基因 能对重组dna是否进入受体细胞进行鉴定 能自我复制 通过复制进行基因扩增 具有多个酶切位点 供外源基因插入其中 而且每种酶切位点最好只有一个 避免酶切后环状dna打开 丢失某些片段 2 最常用的载体是质粒 它是一种裸露的 结构简单的 独立于细菌拟核dna之外 并具有自我复制能力的双链环状dna分子 3 其他载体 噬菌体的衍生物 动植物病毒等 下列关于基因工程的叙述 错误的是 a 目的基因和受体细胞均可来自动 植物或微生物b 限制性核酸内切酶和dna连接酶是两类常用的工具酶c 人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性d 载体上的抗性基因有利于筛选含重组dna的细胞和促进目的基因的表达 解析 人胰岛素原基因可以在大肠杆菌体内得以表达 但是由于大肠杆菌是原核生物 没有内质网 高尔基体等细胞器的加工 因此在大肠杆菌中表达后无生物活性 载体上的抗性基因有利于筛选含重组dna的细胞 但由于它和目的基因是相互独立的 并不能促进目的基因的表达 答案 d 1 获取目的基因 2 人工化学合成 适用于分子较小的基因 2 基因表达载体的构建 基因工程的核心 1 目的 使目的基因在受体细胞中稳定存在 并且可以遗传给下一代 同时使目的基因能够表达和发挥作用 2 方法 3 将目的基因导入受体细胞 4 目的基因的检测与鉴定 2011 海南 回答有关基因工程的问题 1 构建基因工程表达载体时 用不同类型的限制酶切割dna后 可能产生黏性末端 也可能产生 末端 若要在限制酶切割目的基因和质粒后使其直接进行连接 则应选择能使二者产生 相同 不同 黏性末端的限制酶 2 利用大肠杆菌生产人胰岛素时 构建的表达载体含有人胰岛素基因及其启动子等 其中启动子的作用是 在用表达载体转化大肠杆菌时 常用 处理大肠杆菌 以利于表达载体进入 为了检测胰岛素基因是否转录出了mrna 可用标记的胰岛素基因片段作探针与mrna杂交 该杂交技术称为 为了检测胰岛素基因转录的mrna是否翻译成 常用抗原 抗体杂交技术 3 如果要将某目的基因通过农杆菌转化法导入植物细胞 先要将目的基因插入农杆菌ti质粒的 中 然后用该农杆菌感染植物细胞 通过dna重组将目的基因插入植物细胞的 上 解析 本题主要考查基因工程的具体应用 1 限制性核酸内切酶切割dna后既可产生黏性末端 也可产生平末端 用同种限制酶分别切割目的基因与质粒后会产生相同的黏性末端 因此dna连接酶可以直接将其黏性末端连接 2 启动子是rna聚合酶识别和结合的位点 由它转录形成mrna 大肠杆菌属于微生物 因此在基因工程操作将目的基因导入受体细胞时 应先用ca2 处理大肠杆菌 使其变成感受态细胞 以便于表达载体的进入 检测目的基因是否转录出mrna 可用分子杂交技术进行检测 即用标记的胰岛素基因片段做探针与mrna进行杂交 若出现杂交带 表明目的基因已成功转录出mrna 检测胰岛素基因转录形成的mrna是否翻译成蛋白质 可用抗原 抗体杂交的方法检测 若出现杂交带则表明胰岛素基因成功翻译形成了蛋白质 3 农杆菌ti质粒上的t dna可整合到受体细胞染色体的dna上 因此利用农杆菌转化法转基因时 应将目的基因插入农杆菌ti质粒的t dna上 答案 1 平相同 2 驱动基因转录产生mrnacacl2分子杂交技术胰岛素 3 t dnadna 胰岛素可以用于治疗糖尿病 但是胰岛素被注射入人体后会堆积在皮下 要经过较长的时间才能进入血液 而进入血液的胰岛素又容易分解 因此治疗效果受到影响 如图是用蛋白质工程设计的速效胰岛素的生产过程 请据图回答有关问题 1 构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键 图中构建新的胰岛素模型的主要依据是 2 图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么 3 新的胰岛素基因与载体 质粒 结合过程中需要限制性核酸内切酶和dna连接酶 已知限制性核酸内切酶 的识别序列和切点是 g gatcc 请画出质粒被限制性核酸内切酶 切割后所形成的黏性末端 dna连接酶对所连接的dna两端碱基序列是否有专一性要求 4 若将含有新的胰岛素基因的表达载体导入植物细胞中 最常用的有效做法是 5 若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素 需用到的生物工程有 和发酵工程 解析 1 构建新的胰岛素模型的主要依据是蛋白质的预期功能 2 根据蛋白质的预期功能 推测新的胰岛素中氨基酸的序列 进而推断基因中的脱氧核苷酸序列来合成新的胰岛素基因 3 限制酶识别特定的核苷酸序列 产生特定的黏性末端 而dna连接酶对所连接的dna两端碱基序列却没有专一性要求 4 植物基因工程最常用的转化方法是农杆菌转化法 5 生产自然界本来没有的蛋白质需要用到蛋白质工程 基因工程等技术 答案 1 蛋白质的预期功能 2 根据新的胰岛素中氨基酸的序列 推测出其基因中的脱氧核苷酸序列 然后利用dna合成仪来合成新的胰岛素基因 4 农杆菌转化法 5 蛋白质工程基因工程 限制性核酸内切酶的作用原理及应用限制性核酸内切酶能将外来的dna切断 对自己的dna却无损伤 它作用的部位在dna分子内部特定的部位进行 切割的是双链dna分子的脱氧核苷酸链上的两个磷酸二酯键 这些都是限制酶独特的识别和切割特性 下面是5种限制性核酸内切酶对dna分子的识别序列和剪切位点图 表示剪切点 切出的断面为黏性末端 限制酶1 gatc 限制酶2 catg 限制酶3 g gatcc 限制酶4 ccgc gg 限制酶5 ccagg 请指出下列哪项表达正确 a 限制酶2和4识别的序列都包含4个碱基对b 限制酶3和5识别的序列都包含5个碱基对c 限制酶1和3剪出的黏性末端相同d 限制酶1和2剪出的黏性末端相同 答案 c 基因工程的原理及操作方法基因工程是利用了基因重组的原理 通过限制酶和dna连接酶的作用实现了不同种生物基因之间的剪切和拼接 从而实现了定向改造生物性状的目的 对基因工程的操作方法和原理的不熟悉 从而导致了做题中目的性不强 不能根据题意去答题的现象 2012 南京一模 下图表示利用基因工程培育抗虫棉的过程 请据图回答下列有关问题 1 若限制酶 的识别序列和切点是 gatc 限制酶 识别序列和切点是 g gatcc 那么在 过程中 应用限制酶 切割质粒 用限制酶 切割抗虫基因 2 将通过 过程得到的大肠杆菌涂布在含有 的培养基上 若能够生长说明已导入了普通质粒或重组质粒 反之则说明没有导入 3 要确定抗虫基因导入后 是否能稳定遗传并表达 需进行检测和鉴定工作 则在个体水平上的鉴定过程可简述为 经筛选分析 该植株细胞中含有一个携带抗虫基因的dna片段 因此可以把它看作是杂合子 理论上 该转基因植株自交产生的f1代中 仍具有抗虫特性的植株占总数的 4 过程所用的现代生物技术称为 从遗传学角度来看 根细胞通过 过程 能形成棉植株的根本原因是细胞具有 解析 本题极易出错的部分有 在第 1 小题中没有看清目的基因插入的位置 从而不能确定用限制酶 还是 来切割质粒还是切割抗虫基因 第 3 小题检测抗虫性状在个体水平上是否表达 应该让害虫吞食转基因棉花的叶片 观察害虫的存活情况 这个地方也有出错的 主要没有看清是在哪个水平上进行检测的 在切割质粒时应遵循一个原则 不能同时将两个标记基因切开 至少保留一个 所以只能用酶 切割 而从目的基因两侧碱基序列可知 只能用酶 才得到含目的基因的dna片段 如果导入了重组质粒 此时重组质粒中四环素抗性基因能正常表达 而氨苄青霉素抗性基因已被破坏 所以涂布在含有四环素的培养基上 能够生长的话 说明了导入了重组质粒 普通质粒 如果把携带一个抗虫基因的dna片段看作杂合子 可以认为是aa 自交产生的f1中仍具有抗虫特性的植株占总数的比例为3 4 把一个细胞培养成一个植株的技术称为植物组织培养 答案 1 2 四环素 3 让害虫吞食转基因棉花的叶片 观察害虫的存活情况 以确定其是否具有抗虫性状3 4 4 植物组织培养发育成完整个体的全部遗传物质 基因工程的应用基因工程的一个关键环节是构建基因表达载体 将基因表达载体导入受体细胞的方法有多种 如果导入动物细胞的话 常采用显微注射法 导入植物细胞采用农杆菌转化法 还有花粉管通道法 基因枪法 导入微生物常采用cacl2处理 使之成为感受态细胞 感受态细胞能吸收周围环境中dna分子 从而使dna易于进入受体细胞中 掌握了这些知识 就能很好地应对有关基因工程的题目了 2012 泰安一模 科学家设法将生长激素基因导入其他生物体 细胞 内 从而获取大量的生长激素 应用于侏儒症的早期治疗 如下图所示 请据图回答 1 过程 采用的方法是 过程 之前需用 处理目的基因和质粒 2 过程 需事先对大肠杆菌用 处理 使其处于感受态 接着 完成转化过程 3 过程 动物细胞培养中使用的工具酶是 与植物组织培养的培养基相比 动物细胞培养液中通常需加入 4 过程 一般先将生长激素基因导入奶牛的 然后进行 再进行胚胎移植 生下转基因牛犊 解析 过程 是由mrna到dna的过程 为反转录法 过程 是将质粒和目的基因拼接在一起 在拼接前要用同一种限制酶对目的基因和质粒进行切割 以形成相同的黏性末端 过程 是将重组质粒导入大肠杆菌细胞 需要事先用ca2 处理 使之成为感受态细胞 接着将重组质粒与感受态细胞混合 在一定温度下促进感受态细胞吸收dna分子 过程 是将目的基因导入动物细胞 在对细胞进行培养中使用的工具酶是胰蛋白酶 在培养中要加入动物血清 血浆等物质 满足动物细胞的营养需求 过程 将生长激素基因导入奶牛的受精卵中 然后进行早期胚胎培养 经胚胎移植 就可以生下转基因牛犊了 答案 1 反 逆 转录法同一种限制酶 2 ca2 将重组表达载体溶于缓冲液与感受态细胞混合 在一定温度下促进感受态细胞吸收dna分子 3 胰蛋白酶动物血清 血浆 4 受精卵早期胚胎培养 1 2011 浙江高考 将ada 腺苷酸脱氨酶基因 通过质粒pet28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶 下列叙述错误的是 a 每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒b 每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点c 每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个adad 每个人的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子 解析 本题考查基因工程的应用 意在考查考生对知识的理解能力 综合运用能力 受体大肠杆菌成功表达腺苷酸脱氨酶 说明每个大肠杆菌细胞至少含有一个重组质粒 且每个ada至少指导合成一个腺苷酸脱氨酶分子 重组质粒的形成需先用限制性核酸内切酶切割目的基因和质粒形成相同的黏性末端 再在dna连接酶的作用下连接起来 连接起来的序列中会含有限制性核酸内切酶的识别位点 不同的限制性核酸内切酶识别位点不同 不是每个限制性核酸内切酶的识别位点都能插入ada c项错误 答案 c 2 2011 天津 土壤农杆菌能将自身ti的质粒的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 进而调节肿瘤组织的生长与分化 据图分析 下列叙述错误的是 a 当细胞分裂素与生长素的比值升高时 诱发肿瘤生芽b 清除肿瘤中的土壤农杆菌后 肿瘤不再生长与分化c 图中肿瘤组织可在不含细胞分裂素与生长素的培养基中生长d 基因通过控制酶的合成控制代谢 进而控制肿瘤组织生长与分化 解析 本题综合考查植物激素调节 基因表达等相关知识 意在考查考生的推理能力和信息处理能力 由题中信息可以看出 s基因与生长素合成有关 r基因与细胞分裂素合成有关 诱发肿瘤生芽时 r基因表达 s基因不表达 此时细胞中细胞分裂素与生长素的比值升高 a d正确 因为在清除土壤农杆菌之前 ti质粒上的基因已经整合到肿瘤细胞的染色体上 故肿瘤将继续生长 b错误 肿瘤组织细胞中含有控制合成生长素和细胞分裂素的基因 自身可以产生生长素 可以在不含细胞分裂素和生长素的培养基上生长 c正确 答案 b 3 2011 广东高考 登革热病毒感染蚊子后 可在蚊子唾液腺中大量繁殖 蚊子在叮咬人时将病毒传染给人 可引起病人发热 出血甚至休克 科学家用以下方法控制病毒的传播 1 将s基因转入蚊子体内 使蚊子的唾液腺细胞大量表达s蛋白 该蛋白可以抑制登革热病毒的复制 为了获得转基因蚊子 需要将携带s基因的载体导入蚊子的 细胞 如果转基因成功 在转基因蚊子体内可检测出 和 2 科学家获得一种显性突变蚊子 aabb a b基因位于非同源染色体上 只有a或b基因的胚胎致死 若纯合的雄蚊 aabb 与野生型雌蚊 aabb 交配 f1群体中a基因频率是 f2群体中a基因频率是 3 将s基因分别插入到a b基因的紧邻位置 如下图 将该纯合的转基因雄蚊释放到野生群体中 群体中蚊子体内病毒的平均数目会逐代 原因是 解析 本题考查基因工程 基因频率等知识 意在考查考生的综合运用能力 1 要获得转基因动物 受体细胞一般是受精卵 如果转基因成功 目的基因 s基因 能进行复制和表达 所以在蚊子体内可检测出s基因 s蛋白以及s基因转录的mrna 2 aabbxaabb f1的基因型为aabb 所以f1中a基因的频率为50 f1随机交配 f2中有致死现象 即基因型为a bb 3 16 和aab 3 16 的个体死亡 则f2存活个体中aa aa aa 3 6 1 故f2中a基因的频率为60 3 杂交代数增多 会导致只含有a或b基因的个体死亡 导致s基因丢失 使s基因频率下降 进而抗病毒蚊子数量减少 蚊子中病毒的平均数增多 答案 1 受精卵s基因 由s基因转录的mrnas蛋白 2 50 60 3 减少s基因表达的s蛋白会抑制登革热病毒复制 4 2011 天津理综 下图是培育表达人乳铁蛋白的乳腺生物反应器的技术路线 图中tetr表示四环素抗性基因 ampr表示氨苄青霉素抗性基因 bamh hind sma 直线所示为三种限制酶的酶切位点 据图回答 1 图中将人乳铁蛋白基因插入载体 需用 限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因 筛选含有重组载体的大肠杆菌首先需要在含 的培养基上进行 2 能使人乳铁蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达的调控序列是 填字母代号 a 启动子b tetrc 复制原点d ampr 3 过程 可采用的操作方法是 填字母代号 a 农杆菌转化b 大肠杆菌转化c 显微注射d 细胞融合 4 过程 采用的生物技术是 5 对早期胚胎进行切割 经过程 可获得多个新个体 这利用了细胞的 性 6 为检测人乳铁蛋白是否成功表达 可采用 填字母代号 技术 a 核酸分子杂交b 基因序列分析c 抗原 抗体杂交d pcr 解析 1 由图示可知 需用hind 和bamh 限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因 因酶切后tetr四环素抗性基因结构被破坏而ampr氨苄青霉素抗性基因结构完好 故用含氨苄青霉素的选择培养基可筛选含有重组载体的大肠杆菌 2 启动子是一段特殊的dna序列 是rna聚合酶识别和结合的位点 可调控基因的特异性表达 3 过程 表示把重组载体导入受体细胞的过程 当受体细胞为动物细胞时 常采用显微注射法 4 过程 表示把早期胚胎移植到代孕母牛子宫的过程 属于胚胎移植技术 5 经过程 得到新个体是细胞全能性的体现 6 人乳铁蛋白基因是否成功表达 关键看是否有其表达产物即人乳铁蛋白 可用抗原 抗体杂交法检测该蛋白是否存在 答案 1 hind 和bamh 氨苄青霉素 2 a 3 c 4 胚胎移植技术 5 全能 6 c 1 2012 北京朝阳一模 目前人类利用基因工程的方法成功培育出转基因抗虫棉 以下说法正确的是 a 苏云金芽孢杆菌的毒蛋白基因与质粒结合后直接进入棉花的叶肉细胞表达b 抗虫基因导入棉花叶肉细胞后 可通过传粉 受精的方法 使抗虫性状遗传下去c 标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因d 转基因抗虫棉经过种植 棉铃虫不会产生抗性 这样可以有效消灭棉铃虫 解析 苏云金芽孢杆菌的毒蛋白基因与质粒结合后需用农杆菌转化法 导入棉花的叶肉细胞 不能直接进入棉花的叶肉细胞表达 棉花叶肉细胞不能进行减数分裂产生配子 故抗虫基因导入棉花叶肉细胞后 可以通过组织培养技术 使抗虫性状遗传下去 棉铃虫抗性的产生是基因突变的结果 但抗虫棉的自然选择会使棉铃虫的抗性基因频率升高 答案 c 2 2012 南开中学一摸 现有一长度为1000碱基对 bp 的dna分子 用限制性核酸内切酶ecor 酶切后得到的dna分子仍是1000bp 用kpn 单独酶切得到400bp和600bp两种长度的dna分子 用ecor kpn 同时酶切后得到200bp和600bp两种长度的dna分子 该dna分子的酶切图谱正确的是 解析 该dna分子用限制性核酸内切酶ecor 切割1次后长度不变 可知该dna分子为环状结构 根据ecor kpn 的作用特点 可知酶切图谱为d 答案 d 3 2012 湖北黄石一模 我国自主研制的复制型艾滋病疫苗 是把艾滋病病毒rna的几个重要片段经某种处理后插入天花病毒dna中 形成重组病毒疫苗 该疫苗在人体内具有复制能力 产生的抗原蛋白可以持续刺激免疫系统 使人产生较强的免疫能力 在该疫苗研制过程中 使用了逆转录酶 运用基因工程手段 用质粒作载体 可利用培养的动物细胞培养天花病毒 体现了天花病毒的间接价值a b c d 解析 艾滋病病毒的遗传物质是rna 科学家利用相应的rna为模板逆转录合成dna 再将其插入天花病毒dna中制成重组病毒疫苗 即为相应的dna疫苗 该技术属于基因工程技术 载体是天花病毒 而不是质粒 病毒营寄生生活 不能独立代谢 所以要用相应的宿主活细胞来培养病毒