高考生物大一轮复习 第10单元 第37课时　基因工程课件.ppt

第十单元 现代生物科技专题 1 涵盖范围 本单元包括选修3内容 基因工程 细胞工程 胚胎工程 单元教学分析 2 考情分析 1 考查力度 占分比重相对稳定 如山东理综只出一个8分的简答题 2 考查内容 基因工程中三种工具 基因工程操作四步曲 基因工程成果 转基因生物实例及安全性讨论 细胞工程中植物组织培养 植物体细胞杂交 动物细胞培养和单克隆抗体的制备及应用 核移植技术 胚胎工程中胚胎移植和胚胎分割 干细胞的研究 3 考查形式 有的省将选修与必修有机结合 既可出简答题也可出选择题 有的省如山东省全部以简答题形式呈现 且不与必修联系 3 复习指导 1 复习线索 以基因工程的具体成果 如抗虫棉 为主线 系统复习基因工程的操作工具和操作步骤等知识点 以植物的组织培养和动物细胞培养为基础 系统复习其他细胞工程技术手段 以体内受精作用和个体发育过程为基础 系统复习胚胎工程的流程 2 复习方法 图解法复习基因工程和胚胎工程 比较法复习植物组织培养和动物细胞培养 植物体细胞杂交和动物细胞融合及单克隆抗体制备 关注热点科研成果 注意知识的实践应用 第37课时 基因工程 突破考点 提炼方法 1 基因工程的概念理解 操作环境 体外 关键步骤 基因表达载体的构建 的环境 优点 与杂交育种相比 克服了远缘杂交不亲和的障碍 与诱变育种相比 定向改造生物遗传性状 操作水平 分子水平 原理 基因重组 本质 甲 供体 提供目的基因 乙 受体 表达目的基因 即基因未变 合成蛋白质未变 只是合成场所的转移 考点112核心概念 基因工程的概念及工具 2 基因工程的基本原理和理论基础概括如下图 提醒若题目强调 目的基因 的表达过程 则只包括 转录和翻译 两个过程 不包括目的基因的复制 3 操作工具 限制性核酸内切酶 分子手术刀 来源 主要是从原核生物中分离纯化出来的 化学本质 蛋白质 催化作用 所以可重复利用可用于目的基因的切割和在台的切割 作用特点 特异性 即限制酶可识别特定的脱氧核苷酸序列 切割特定位点 错位切 产生两个相同的粘性末端平切 形成平末端 切割方式 作用 提醒 切割的化学键为磷酸二酯键 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 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 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 2 dna连接酶 分子缝合针 拓展提升dna连接酶与dna聚合酶的比较 3 基因进入受体细胞的载体 分子运输车 功能 将目的基因导入受体细胞 应具备条件a 能在宿主细胞内稳定保存并大量复制 b 有一个至多个限制酶的切割位点 以便于与外源基因连接 c 有特殊的遗传标记基因 供重组dna的检测和鉴定 最常用载体 质粒 其本质是小型dna分子 不是细胞器 其他载体 噬菌体的衍生物 动植物病毒等 类型 提醒 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 常见的标记基因有抗生素抗性基因 产生特定颜色的表达产物基因 发光基因等 作为载体必须具有一个至多个限制酶切点 而且每种酶的切点最好只有一个 因为某种限制酶只能识别单一切点 若载体上有一个以上的酶切点 则切割重组后可能丢失某些片段 若丢失的片段含复制起点区 则进入受体细胞后便不能自主复制 一个载体若只有某种限制酶的一个切点 则酶切后既能把环打开接纳外源dna片段 又不会丢失自己的片段 注意与细胞膜上载体的区别 两者的化学本质和作用都不相同 质粒能自我复制 既可在自身细胞 受体细胞内 也可在体外 1 2010 浙江卷 2 在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中 如下操作错误的是 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 对位训练 解析限制性核酸内切酶用于提取目的基因和切割载体 烟草花叶病毒的遗传物质是rna 不能用限制性核酸内切酶切割 a项错误 dna连接酶可以连接具有相同黏性末端的目的基因和载体 b项正确 受体细胞可以是受精卵或体细胞 也可以是去除细胞壁的原生质体 c项正确 目的基因为抗除草剂基因 所以未成功导入目的基因的细胞不具有抗除草剂的能力 筛选时应该用含除草剂的培养基筛选转基因细胞 d项正确 答案a 排雷质粒是基因工程中最常用的载体 大肠杆菌 枯草杆菌 土壤农杆菌等细菌中都有质粒 质粒上面一般含几个到几百个基因 控制着细菌的抗药性 固氮 抗生素合成等性状 由于土壤农杆菌很容易感染植物细胞 使细胞生有瘤状物 所以科学家培育转基因植物时 常常用土壤农杆菌中的质粒作载体 考点113以流程图解决知识内在联系 基因工程的操作步骤 1 基因工程的图解 抗虫棉的培育过程 基因工程技术生产凝乳酶的过程 2 基因工程的操作程序分析 目的基因的获取途径 从自然界已有的物种中分离出来 如从基因组文库或cdna文库中获取 提醒cdna文库只含某种生物的部分基因 相当于地方图书馆 基因组文库含该种生物的全部基因 相当于国家图书馆 人工合成目的基因 常用的方法有化学合成法和反转录法 化学合成法 蛋白质 氨基酸序列 rna碱基序列 dna碱基序列 用4种脱氧核苷酸人工合成目的基因 分析 推测 推测 pcr扩增技术与dna复制的比较 反转录法 分离出供体细胞mrna 单链dna 合成目的基因 逆转录酶 dna合成酶 基因表达载体的构建 最核心步骤 基因表达载体的组成 启动子 目的基因 终止子以及标记基因等 提醒a 与载体相比较 增加启动子 目的基因和终止子三个基因片段 其功能各不相同 b 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方法 提醒该过程把三种工具 两种工具酶 一种载体 全用上了 是最核心 最关键的一步 在体外进行 将目的基因导入受体细胞 提醒 唯一不涉及到碱基互补配对的操作步骤 将微生物作为受体细胞主要原因是个体微小 代谢旺盛 繁殖速度快 获得目的基因产物多 植物细胞还可用基因枪法和花粉管通道法 目的基因的检测和鉴定 2 如图为获得抗虫棉的技术流程 在培育转基因植物的研究中 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 对位训练 请据图回答 a过程所用的载体是 需要的工具酶有 和 c过程的培养基除含有必需的营养物质 琼脂和激素外 还需加入 由图中离体棉花叶片组织获得转基因抗虫植株可采用 技术 该技术所依据的原理是 如果利用dna分子杂交原理对再生植株进行检测 d过程应该用放射性同位素 或荧光分子 标记的 作为探针 如果从个体生物水平来鉴定 d过程可用的最简单检测方法是 含kanr质粒 限制性 核酸内切酶 dna连接酶 卡那霉素 植物组织培养 植物细胞全能性 抗虫基因 让棉铃虫食用再生植株 抗虫接种实验 解析 图中作为载体的是含kanr质粒 基因工程中的工具酶有dna连接酶和限制性核酸内切酶 c过程的培养基为选择培养基 为了筛选出含有目的基因的重组质粒 培养基中应含有卡那霉素 离体植物组织培育植株采用植物组织培养技术 依据的原理是植物细胞的全能性 再生植株检测应该检验是否抗虫 因此要用放射性同位素标记抗虫基因 可以用棉铃虫食用再生植株 通过虫子是否死亡判断是否为抗虫植株 排雷 基因文库中不是直接保管相应基因 基因文库中的基因保存在受体菌中 植物细胞的全能性较高 可经植物组织培养过程成为完整植物体 因此受体细胞可以是受精卵也可以是体细胞 动物基因工程中的受体细胞一般是受精卵 目的基因的检测和表达既要在分子水平上进行 还要在个体水平上进行 考点114关注热点问题 基因工程的应用 1 抗虫棉的培育 1 目的基因 bt毒蛋白基因 2 原理 抗虫 bt毒蛋白水解成多肽与虫肠上皮细胞结合 形成穿孔 细胞肿胀裂解致死 两种抑制剂分别抑制相应酶活性 影响消化 植物凝集素为糖蛋白 与虫肠黏膜结合 影响营养物质的吸收和利用 注 毒性来自bt毒蛋白水解后的多肽 3 受体细胞 受精卵 正常发育体细胞 组织培养 4 方法 花粉管通道法 也可用农杆菌转化法或基因枪法 注 a 抗虫但不抗病毒 细菌 真菌等 b 培育抗虫作物的优点 减少环境污染 降低生产成本 c 不同抗虫基因作用机理不同 d bt毒蛋白基因来自苏云金芽孢杆菌 2 动物反应器 1 外源基因 药用蛋白基因 2 表达条件 药用蛋白基因 乳腺蛋白基因 膀胱内表达相应基因 启动子 3 受体生物 牛 羊等 4 方法 显微注射法 注 分为乳腺反应器和膀胱反应器 前者受性别 只能是雌性 和年龄 哺乳期 限制 优点可以不用提取服用 后者提取后服用 但不受性别和年龄的限制 3 基因检测和基因治疗的比较 误区警示 基因治疗目前只是处于初期的临床试验阶段 在临床上未开展 未实现这方面的治疗 dna分子制作探针进行检测时应检测单链 即将双链dna分子打开 原核生物基因 如抗虫基因 可作为真核生物 棉花 的目的基因 3 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 对位训练 答案c 排雷 1 青霉素是诱变后的高产青霉菌产生的 不是通过基因工程改造的工程菌产生的 2 动物基因工程的应用主要体现在提高动物生长速度 改善畜产品品质 用转基因动物生产药物等方面 3 动物基因工程主要为了改善畜产品的品质 不是为了产生体型巨大的个体 4 用基因工程的方法 使外源基因得以高效表达的菌类细胞株系一般称为 工程菌 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 考点115关注生物新技术 蛋白质工程 1 蛋白质工程的概念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作为基础 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 以满足人类的生产和生活的需求 特别提醒对蛋白质工程的概念应从以下几个方面理解 蛋白质工程的基础 蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系 蛋白质工程的实质 改造控制该蛋白质合成的基因 蛋白质工程的产物 产生新的蛋白质 2 蛋白质工程的过程和实例 蛋白质工程的过程 其基本途径是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 其流程图如下 蛋白质工程的实例 通过蛋白质工程改造的干扰素可在 70 条件下保存半年 经过蛋白质工程改造天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶这两种酶后 使玉米体内赖氨酸的含量大大提高 3 与基因工程的关系 区别 基因工程是借助于另外一种生物生产自然界已有的蛋白质 而蛋白质工程生产自然界没有的新的蛋白质 联系 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 因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质 必须通过基因修饰或基因合成实现 拓展延伸蛋白质组计划和人类基因组计划的比较 4 胰岛素可以用于治疗糖尿病 但是胰岛素被注射到人体后 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速效胰岛素的生产过程 请据图回答有关问题 对位训练 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 通过dna合成形成的新基因应与 结合后转移到 中才能得到准确表达 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 图中从胰岛素模型到新的胰岛素基因合成的基本思路是什么 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合成仪合成出新的胰岛素基因 蛋白质的预期功能 载体 大肠杆菌等受体细胞 蛋白质工程基因工程 解析 蛋白质工程首先要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 因此 图中构建新的胰岛素模型的主要依据是预期胰岛素的功能 即速效胰岛素 合成的目的基因应与载体结合 构建基因表达载体后导入受体细胞中才能表达 利用蛋白质工程生产速效胰岛素 需合成新的胰岛素基因 改造好的目的基因需要通过基因工程转入受体细胞 并在生产中要借助工程菌 所以还需要发酵过程 因此 此过程涉及蛋白质工程 基因工程 发酵工程 由新的蛋白质模型到构建新的基因 其基本思路是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合成仪来合成出新的胰岛素基因 排雷 对蛋白质分子进行改造 其本质是改变其基因组成 如果对蛋白质直接改造 即使改造成功 被改造的蛋白质分子还是无法遗传 蛋白质工程的实质是根据蛋白质的结构 创造新基因或者改造老基因 是基因工程的发展与延续 考纲能力知识灵活运用能力考题 2011 山东理综 35 人类疾病的转基因动物模型常用于致病机理的探讨及治疗药物的筛选 利用正常大鼠制备遗传性高血压转基因模型大鼠的流程如下图所示 考题链接基因工程的综合应用 卵母细胞除从活体输卵管中采集外 还可从已处死的雌鼠 中获取 图中的高血压相关基因作为 质粒作为 二者需用 切割后连接成重组载体 该过程与质粒上含有 有关 子代大鼠如果 和 即可分别在分子水平和个体水平上说明高血压相关基因已成功表达 然后可用其建立高血压转基因动物模型 在上述转基因大鼠的培育过程中 所用到的主要胚胎工程技术是 早期胚胎培养和胚胎移植 体外受精 卵巢 目的基因 载体 同种限制性核酸内切酶 或同种限制酶 限制酶切割位点 检测到体内有相关蛋白 出现高血压 解析 胚胎工程中卵母细胞的采集常从活体输卵管中获取 也可以从已处死的雌性动物卵巢中获取 图示为转基因技术在胚胎工程中的应用 图中的高血压相关基因为目的基因 质粒作为载体 构建重组质粒时 需用同种限制酶切割目的基因和质粒分子 由于二者