四川省成都经济技术开发区高考生物 专题1 现代生物科技专题 选修3.ppt

第5章基因突变及其他变 选修3现代生物科技专题 复习向导 要点探究 栏目导航 课前导学 走近高考 复习向导 专题1基因工程 基础梳理 一 基因工程的概念及基本工具 1 概念 2 基因工程的基本工具 1 限制性核酸内切酶 2 dna连接酶 3 载体 常用载体 质粒 其他载体 噬菌体衍生物 动植物病毒等 二 基因工程的基本操作程序1 目的基因的获取 1 目的基因 编码蛋白质的基因 2 获取方法 从基因文库中获取 利用pcr技术扩增目的基因 利用dna合成仪人工合成 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 并可以遗传给下一代 使目的基因能够表达和发挥作用 2 基因表达载体的组成 目的基因 启动子 终止子和标记基因等 如图 0 3 将目的基因导入受体细胞 4 目的基因的检测和鉴定 1 检测 分子水平 2 鉴定 个体水平 三 基因工程的应用 四 蛋白质工程1 崛起缘由 天然蛋白质不一定完全符合人类生产和生活的需要 2 目标 根据人们对蛋白质功能的特定需求 对蛋白质的结构进行分子设计 3 操作手段 基因修饰或基因合成 4 设计流程 预期蛋白质功能 设计预期蛋白质结构 推测应有的氨基酸序列 找到对应的脱氧核苷酸序列 基因 知识导图 知识导图 要点探究 基因工程的理论基础与操作工具 问题引领 1 为什么不同生物的基因可以拼接起来 为什么一种生物的基因可以在另一种生物细胞内表达 2 在基因工程中为什么必须使用运载体而不能将目的基因片段直接导入受体细胞中 1 基因工程的理论基础 1 基因拼接的理论基础 dna是生物的主要遗传物质 dna的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸 双链dna分子的空间结构都是规则的双螺旋结构 2 外源基因在受体内表达的理论基础 基因是控制生物性状的独立遗传单位 遗传信息的传递都遵循中心法则阐述的信息流动方向 生物界共用一套遗传密码 2 与dna分子相关的酶 探究点一 1 几种酶的比较 2 限制酶与dna连接酶的关系 3 载体 1 作用 2 作为载体的条件 例1 2010年江苏高考 下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点 图1 图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点 请回答下列问题 1 一个图1所示的质粒分子经sma 切割前后 分别含有个游离的磷酸基团 2 若对图中质粒进行改造 插入的sma 酶切位点越多 质粒的热稳定性越 3 用图中的质粒和外源dna构建重组质粒 不能使用sma 切割 原因是 4 与只使用ecor 相比较 使用bamh 和hind 两种限制酶同时处理质粒 外源dna的优点在于可以防止 5 为了获取重组质粒 将切割后的质粒与目的基因片段混合 并加入酶 6 重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了 7 为了从cdna文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因 将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体 然后在的培养基中培养 以完成目的基因表达的初步检测 思维导引 解析 1 质粒是双链环状dna分子 所有磷酸基团均参与形成磷酸二酯键 故不含游离的磷酸基团 从图1可以看出 质粒上只含有一个sma 的切点 因此被该酶切割后 质粒变为线性双链dna分子 每条链的末端各含有一个游离的磷酸基团 2 由题目可知 sma 识别的dna序列中只有g和c g c之间可以形成三个氢键 而a t之间可以形成两个氢键 所以sma 酶切位点越多 质粒的热稳定性就越高 3 质粒抗生素抗性基因为标记基因 由图2可知 标记基因和目的基因中均含有sma 酶切位点 都可以被sma 破坏 故不能使用该酶切割质粒和含有目的基因的dna 4 只使用ecor 则质粒和目的基因两端的黏性末端相同 用连接酶连接时 会产生质粒和目的基因自身连接物 而利用bamh 和hind 两种限制酶同时剪切时 质粒和目的基因两端的黏性末端不同 用dna连接酶连接时 不会产生自身连接产物 5 质粒和目的基因连接后获得重组质粒 该过程需要dna连接酶的作用 6 质粒上的抗性基因为标记基因 用于鉴别和筛选含有重组质粒的受体细胞 7 将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体后 含有重组质粒的个体才能吸收蔗糖 因此可利用蔗糖作为唯一碳源的培养基培养大肠杆菌 含有重组质粒的大肠杆菌才能存活 不含有重组质粒的大肠杆菌因不能获得碳源而死亡 从而达到筛选目的 答案 1 0 2 2 高 3 sma 会破坏质粒的抗性基因 外源dna中的目的基因 4 质粒和含目的基因的外源dna片段自身环化 5 dna连接 6 鉴别和筛选含有目的基因的细胞 7 蔗糖为唯一含碳营养物质 基因工程的基本操作程序 问题引领 1 目的基因的获取途径有哪些 2 不同的受体细胞 目的基因导入的方法是否相同 3 基因工程成功的标志是什么 如何在分子水平上进行检测 在个体水平上进行鉴定 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 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 通过指数式扩增获取大量的目的基因 pcr扩增技术与dna复制的比较 探究点二 2 基因表达载体的构建其构建过程图示如下 重组质粒 重组dna分子 3 将目的基因导入受体细胞 1 目的 目的基因进入受体细胞内并在受体细胞内维持稳定和表达 2 受体细胞种类不同 导入方法不同 4 目的基因的检测与鉴定 例2 2011余姚中学一检 已知sars是由一种rna病毒感染所引起的疾病 sars病毒表面的s蛋白是主要的病毒抗原 在sars病人康复后的血清中有抗s蛋白的特异性抗体 某研究小组为了研制预防sars病毒的疫苗 开展了前期研究工作 其简要的操作流程如下 1 该实验的目的基因是 实验步骤 所代表的反应过程是 2 步骤 构建重组表达载体a和重组表达载体b必须使用酶和酶 3 如果省略步骤 而将大量扩增的s基因直接导入大肠杆菌 一般情况下 不能得到表达的s蛋白 其原因是s基因在大肠杆菌中不能 也不能 4 为了检验步骤 所表达的s蛋白是否与病毒s蛋白有相同的免疫反应特性 可用与进行抗原 抗体特异性反应实验 从而得出结论 5 步骤 和 的结果相比 原核细胞表达的s蛋白与真核细胞表达的s蛋白的氨基酸序列 相同 不同 根本原因是 6 该实验的原理是 常用的方法是 导入的细胞常用 思维导引 1 构建基因表达载体的目的是什么 其过程是什么 2 相同基因在不同生物细胞中表达的过程及产物是否相同 解析 1 疫苗是经过减毒或灭活的抗原 因此本实验的目的是生产s蛋白 目的基因为s蛋白基因 图中 rna dna 表示通过逆转录方式获得目的基因 2 基因表达载体构建时 需要利用限制酶对载体和目的基因进行切割 形成黏性末端 然后用dna连接酶将目的基因和载体连接起来 形成重组载体 3 目的基因导入受体细胞后 需要借助于载体在受体细胞中进行复制而扩增目的基因 从而获得大量的表达产物 而直接导入则容易被受体细胞中的dna水解酶所水解 导致得不到表达产物 4 s蛋白为sars病毒表面主要的病毒抗原 因此用抗原 抗体特异性反应实验可检测其是否具有同样的抗原性 5 步骤 和 相比 基因相同 只是导入的受体细胞的种类不同 因为真核生物和原核生物共用一套密码子 所以表达产物相同 6 基因工程的原理是基因重组 将目的基因导入动物细胞常用显微注射法 一般以受精卵为受体细胞 因为受精卵的全能性高 答案 1 s蛋白基因逆转录 2 限制性内切dna连接 3 复制表达 4 大肠杆菌中表达的s蛋白sars康复病人血清 5 相同表达蛋白质所用的基因相同 6 基因重组显微注射法动物受精卵 基因工程与蛋白质工程的比较 问题引领 1 蛋白质工程的设计流程是怎样的 2 蛋白质工程和基因工程有何联系 探究点三 例3 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 如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸 就可在 70 保存半年 给广大患者带来福音 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规律及其与生物功能的关系作为基础 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 思维导引 1 蛋白质工程与基因工程有何异同 2 蛋白质工程是直接对蛋白质结构进行改造的吗 解析 本题综合了蛋白质工程与基因工程的异同 并考查了蛋白质工程的原理及在生产实践中的应用 基因工程遵循中心法则 从dna mrna 蛋白质折叠产生功能 从而生产出自然界已有的蛋白质 蛋白质工程是按照以下思路进行的 确定蛋白质的功能 蛋白质应有的空间结构 蛋白质应有的氨基酸序列 基因应有的碱基排列 创造出自然界不存在的蛋白质 蛋白质的结构是由基因决定的 基因可以遗传给后代 而蛋白质不能直接遗传下去 答案 1 预期蛋白质的功能蛋白质三维结构应有的氨基酸序列相应的脱氧核苷酸序列 基因 2 自然界已存在的人类生产和生活基因修饰基因合成改造 3 空间 4 应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造 任何一种天然蛋白质都是由基因编码的 改造了基因也就是对蛋白质进行了改造 而且改造过的蛋白质可以通过改造过的基因遗传下去 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也无法遗传 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 1 2011年北京高考 dna可随机插入植物基因组内 导致被插入基因发生突变 用此方法诱导拟南芥产生突变体的过程如下 种植野生型拟南芥 待植株形成花蕾时 将地上部分浸入农杆菌 其中的t dna上带有抗除草剂基因 悬浮液中以实现转化 在适宜条件下培养 收获种子 称为t1代 1 为促进植株侧枝发育以形成更多的花蕾 需要去除 因为后者产生的会抑制侧芽的生长 2 为筛选出已转化的个体 需将t1代播种在含的培养基上生长 成熟后自交 收获种子 称为t2代 3 为筛选出具有抗盐性状的突变体 需将t2代播种在含的培养基上 获得所需个体 4 经过多代种植获得能稳定遗传的抗盐突变体 为确定抗盐性状是否由单基因突变引起 需将该突变体与植株进行杂交 再自交代后统计性状分离比 t 5 若上述t dna的插入造成了基因功能丧失 从该突变体的表现型可以推测野生型基因的存在导致植物的抗盐性 dna的已知序列 利用pcr技术可以扩增出被插入的基因片段 其过程是 提取 6 根据t 植株的dna 用限制酶处理后 再用将获得的dna片段连接成环 如右图 以此为模板 从图中a b c d四种单链dna片段中选取作为引物进行扩增 得到的片段将用于获取该基因的全序列信息 解析 1 题中 顶芽产生生长素运输到侧芽 抑制侧芽生长 当把顶芽去除后 侧芽就会解除抑制 快速长成侧枝 2 题中 为筛选出具有抗除草剂性状的个体 应将t1播种在含除草剂的培养基上 活下来的即抗除草剂植株 3 题与 2 题原理相同 用含盐的选择培养基选择出具有抗盐性状的个体 4 题中能稳定遗传的抗盐突变体是否由单基因控制 应分析其是否遵循基因分离定律 应将突变体与野生型植株杂交 再自交1代后统计性状分离比 看是否符合3 1 5 题中 dna的插入 会破坏原有的某些抑制植物抗盐的基因 使突变体的抗盐性增强 若突变体中含有野生型基因 会导致植物抗盐性的降低 6 用pcr技术扩增被插入的基因片段 需先提取模板dna 从突变体内用限制酶处理 再用dna连接酶连接成环作模板 根据图中所给dna合成方向 一条链应从c a 另一条应从b d 所以引物应选取b c作为引物进行扩增 t 答案 1 顶芽生长素 2 一定浓度的 除草剂 3 一定浓度的 盐 4 野生型1 5 降低 6 突变体dna连接酶b c 2 2011年江苏高考 请回答基因工程方面的有关问题 1 利用pcr技术扩增目的基因 其原理与细胞内dna复制类似 如图所示 图中引物为单链dna片段 它是子链合成延伸的基础 从理论上推测 第四轮循环产物中含有引物a的dna片段所占的比例为 在第轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的dna片段 2 设计引物是pcr技术关键步骤之一 某同学设计的两组引物 只标注了部分碱基序列 都不合理 如图 请分别说明理由 第1组 第2组 3 pcr反应体系中含有热稳定dna聚合酶 下面的表达式不能正确反映dna聚合酶的功能 这是因为 4 用限制酶ecor mbo 单独或联合切割同一种质粒 得到的dna片段长度如图 1kb即1000个碱基对 请画出质粒上ecor mbo 的切割位点 解析 本题考查聚合酶链式反应扩增dna片段的技术 1 设反应体系中最初的模板dna只有一个 经第四轮循环后产物中共有dna片段数为24 16个 其中最初放入的模板dna中与引物b结合的那条链仍与引物b结合 该dna片段不含引物a 其余片段的形成是以引物a延伸形成的链为模板 或以引物b延伸形成的链为模板 或以最初放入的模板dna中可与引物a结合的链为模板 故都含引物a 含引物a的dna片段所占比例为 16 1 16 15 16 利用pcr技术扩增目的基因 在第三轮循环产物中可出现两条脱氧核苷酸链等长的dna片段 学生可由画图的方法得出 2 观察该同学设计的两组引物 第1组引物 和引物 局部会发生碱基互补配对 从而使引物失效 第2组引物 会出现局部碱基互补配对而自身折叠形成类似发夹的结构 从而使引物失效 3 热稳定dna聚合酶只能从引物的3 端连接脱氧核苷酸 并进行连续的合成 故图中的表达式不能正确反映dna聚合酶的功能 4 首先据联合切割的结果画出质粒上的所有酶切位点 共有三个 其次据单独酶切形成的片段长度确定各酶的具体切割位置 答案 1 15 16 三 2 引物 和引物 局部发生碱基互补配对而失效 引物 自身折叠后会出现局部碱基互补配对而失效 3 dna聚合酶只能将单个脱氧核苷酸连续结合到双链dna片段的引物链上 4 见图 3 2011年海南高考 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