高考生物一轮复习 专题1基因工程精品课件 新人教版选修3.ppt

一 基因工程及其基本工具1 基因工程的含义是指按照人们的愿望 进行严格的设计 并通过和等技术 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 又称 2 基本工具 体 外dna重组 转基因 dna重组技术 原核生物 特定核苷酸 磷酸二酯 黏性末端或平末端 2 dna连接酶 或连接起来 平末端 磷酸二酯键 t4dna连接酶 3 载体 特点 含有 多个 并能在受体细胞中并稳定保存 质粒 其他载体 噬菌体的衍生物 等 小型环状dna分子 标记基因 限制酶切点 复制 动植物病毒 二 基因工程的基本操作程序 基因文库 pcr 化学方法 2 基因表达载体的构建 基因表达载体上应具有 启动子 和 3 将目的基因导入受体细胞 常用方法 植物 基因枪法 动物 显微注射法 细菌 等 目的基因 终止子 标记基因 农杆菌转化 法 花粉管通道法 感受态细胞法 利用技术检测目的基因有无 利用检测目的基因的转录 利用检测目的基因的翻译产物 利用来鉴定重组性状的表达 4 目的基因的检测与鉴定 dna分子杂交 分子杂交 抗原 抗体杂交 个体水平 三 蛋白质工程1 目标 根据人们的需要对蛋白质的分子结构进行设计 2 操作对象 3 操作过程 预期的蛋白质功能 设计预期的 推测应有的序列 推导并合成相对应的 基因 蛋白质结构 氨基酸 脱氧核 苷酸序列 示例1 2010 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 解析 本题考查基因工程的限制性内切酶的作用特点 1 质粒切割前是双链环状dna分子 所有磷酸基团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 因此被改酶切割后 质粒变为线性双链dna分子 因每条链上含有一个游离的磷酸基团 因此切割后含有两个游离的磷酸基团 2 由题目可知 sma 识别的dna序列只有g和c 而g和c之间可以形成三个氢键 a和t之间可以形成二个氢键 所以sma 酶切位点越多 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 标记基因和外源dna目的基因中均含有sma 酶切位点 都可以被sma 破坏 故不能使用该酶剪切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粘性末端相同 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 剪切时 质粒和目的基因两端的粘性末端不同 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 该过程需要连接酶作用 故混合后加入dna连接酶 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 目的基因为蔗糖转运蛋白基因 所用的受体细胞为丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体 若将重组质粒导入了受体细胞 则受体细胞应能从培养基中吸收蔗糖 故应在以蔗糖为唯一碳源的培养基上进行培养 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 1 与dna有关的几种酶 1 几种酶的比较 获取目的基因和切割载体时使用同一种限制酶 目的是产生相同的黏性末端 获取一个目的基因需限制酶剪切两次 共产生4个黏性末端或平末端 限制酶切割位点的选择必须保证标记基因的完整性 以便于检测 2 限制酶与dna连接酶的关系 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 dna连接酶起作用时不需要模板 2 载体 1 具备条件 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检测 能自我复制 通过复制进行基因扩增 否则可能会使重组dna丢失 具有一个或多个限制酶切点 供外源基因插入其中 2 常用载体 质粒 裸露的 结构简单且独立于细菌拟核dna之外的 具有自我复制能力的小型环状dna分子 1 如图为dna分子的某一片段 其中 分别表示某种酶的作用部位 则相应的酶依次是 a dna连接酶 限制酶 解旋酶b 限制酶 解旋酶 dna连接酶c 解旋酶 限制酶 dna连接酶d 限制酶 dna连接酶 解旋酶 解析 使碱基对内氢键断裂的是解旋酶 限制酶将特定部位的相邻的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键断开 连接dna片段间磷酸二酯键的是dna连接酶 答案 c 2 除了下列哪一项之外 其余的都是基因工程的运载体所必须具备的条件 a 能在宿主细胞中复制并保存b 具有多个限制酶切点 以便与外源基因连接c 具有标记基因 便于进行筛选d 是环形状态的dna分子 解析 可以作为基因工程运载体的有质粒 噬菌体的衍生物 动植物病毒等 其中很多病毒的dna分子不是环状的 所以dna分子是环状的不是作为运载体必须具备的条件 答案 d 示例2 2010 天津高考 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 本题综合考查基因工程和胚胎工程的相关知识 同时考查利用所学原理解决实际问题的能力 1 sam 酶切位点在人乳铁蛋白基因内 如用其酶切 则会破坏目的基因 故排除 为防止目的基因和载体自身连接 在利用限制酶进行切割时 两端需要剪切成不同的黏性末端 因此需要用bamh 和hind 两种限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因 因人乳铁蛋白基因插入位置位于tetr四环素抗性基因内 因此该基因不能表达而导致受体细胞无四环素抗性 又因为载体上的ampr氨苄青霉素抗性基因未被破坏 所以受体细胞具有氨苄青霉素抗性 故筛选含有重组 载体的大肠杆菌需要在含氨苄青霉素的培养基上进行 2 启动子位于基因的首端 可驱动基因转录出信使rna 使基因得以表达 故属于调控序列 3 过程将目的基因导入到动物的受精卵中 一般采用显微注射法 4 过程表示将早期胚胎移入代孕牛体内继续发育 故为胚胎移植技术 5 早期胚胎分割成几份后 每份经移植和培养后都能形成一个新的个体 利用了细胞的全能性 6 人乳铁蛋白基因成功表达的标志是产生了人乳铁蛋白 因此可利用抗原 抗体杂交技术检测其是否成功表达 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 目的基因的获取 1 直接分离 从自然界已有的物种中分离 如从基因文库中获取 2 人工合成目的基因的常用方法 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 以rna为模板 在逆转录酶作用下人工合成 3 利用pcr技术扩增目的基因 原理 dna双链复制 条件 模板 四种游离的脱氧核苷酸 热稳定的dna聚合酶 引物等 过程 加热至90 95 dna解链 冷却到55 60 引物结合到互补dna链 加热至70 75 热稳定dna聚合酶从引物起始进行互补链的合成 2 基因表达载体的构建 3 将目的基因导入受体细胞 4 目的基因的检测和鉴定 3 2011 杭州模拟 科学家通过基因工程方法 将苏云金芽孢杆菌的bt毒蛋白基因转入普通棉株细胞内 并成功实现了表达 从而培育出了能抗棉铃虫的棉花植株 抗虫棉 其过程大致如下图所示 1 基因工程的操作程序主要包括的四个步骤是 2 bt毒蛋白基因转入普通棉株细胞内并成功实现表达的过程 在基因工程中称为 3 将目的基因导入受体细胞的方法有很多种 该题中涉及的是 4 目的基因能否在棉株体内稳定维持和表达其遗传特性的关键是 这需要通过检测才能知道 检测采用的方法是 解析 解答本题需注意基因操作的四个步骤和相关的操作技术以及基因载体应具备的条件 答案 1 目的基因的获取基因表达载体的构建将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定 2 转化 3 农杆菌转化法 4 目的基因是否插入了受体生物细胞的染色体dna上dna分子杂交技术 示例3 如图表示从苏云金芽孢杆菌分离出来的杀虫晶体蛋白质基因 简称bt基因 及形成转基因抗虫植物的图解 1 在下列含有atp和有关的酶的试管中 大量而快捷的获取bt基因的最佳方案是如图所示中的 2 写出b的表达过程 3 活化的毒性物质应是一种 分子 活化的毒性物质全部或部分嵌合于昆虫的细胞膜上 使细胞膜产生孔道 导致细胞由于 平衡的破坏而破裂 4 我国在 863 计划资助下开展bt抗虫棉育种等研究 这将对 和农业可持续发展产生巨大影响 5 胰岛素是治疗依赖型糖尿病的特效药物 但是天然胰岛素在人体内寿命只有几小时 重症病人每天要注射好几次药物 给病人增加了不便和痛苦 通过蛋白质工程改变胰岛 素的空间结构 以延长胰岛素的半衰期 得到长效胰岛素 还可以在不改变胰岛素活性部位结构的前提下 增强其他部位的结合强度 使之难以被酶破坏 从而增强其稳定性 若要利用大肠杆菌生产上述长效胰岛素 需用到的生物工程有发酵工程 和 用蛋白质工程生产的胰岛素 与天然胰岛素比较 显著的优点是 解析 应用基因工程技术 从苏云金芽孢杆菌中提取杀虫晶体蛋白基因 目的基因 导入棉花细胞中形成转基因抗虫棉 bt基因的表达使棉花细胞中合成了原毒素 使采食棉花的昆虫中毒死亡 蛋白质工程的实质是生产出自然界原本不存在的蛋白质 所以需对原有的胰岛素进行改造 改造好的目的基因需通过基因工程生产基因产物 并且在生产过程中要借助工程菌 所以还需要进行发酵 1 乳腺生物反应器受生物性别的限制 若从动物尿液中提取目的基因产物则不受性别限制 2 基因治疗是治疗人类遗传病的根本方法 但由于尚未全面了解基因调控机制和疾病产生的分子机理 基因治疗目前只是处于初期的临床试验阶段 3 基因工程的目的不同 可选用的受体细胞不同 若生产基因工程药品 受体细胞一般选用微生物 利用微生物繁殖速度快的特点 可在短期内获得大量产品 4 蛋白质工程的原理 1 蛋白质工程的流程 蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定要求 对蛋白质的结构进行分子设计 由于基因决定蛋白质 因此 要对蛋白质结构进行设计改造 还必须从基因入手 2 蛋白质工程的流程图 4 2009 广东高考 1 饲料加工过程温度较高 要求植酸酶具有较好的高温稳定性 利用蛋白质工程技术对其进行改造时 首先必须了解植酸酶的 然后改变植酸酶的 从而得到新的植酸酶 2 培育转植酸酶基因的大豆 可提高其作为饲料原料时磷的利用率 将植酸酶基因导入大豆细胞常用的方法是 请简述获得转基因植株的完整过程 3 为了提高猪对饲料中磷的利用率 科学家将带有植酸酶基因的重组质粒通过 转入猪的受精卵中 该受精卵培养至一定时期后可通过 方法 从而一次得到多个转基因猪个体 4 若这些转基因动 植物进入生态环境中 对生态环境有何影响 解析 1 蛋白质工程的原理是从预期的蛋白质的功能出发推测出蛋白质的结构 从而推测出相应的氨基酸序列 再对基因进行改造