【世纪金榜】高三生物一轮复习 专题3.1.31.4基因工程的应用同步课件 新人教版.ppt

1 3 1 4基因工程的应用蛋白质工程的崛起 基因工程中 要培育转基因植物 选用的受体细胞可以是哪些 要培育转基因动物呢 提示 培育转基因植物可选用受精卵或体细胞作受体细胞 因植物体细胞具有较高的全能性 可通过植物组织培养获得完整个体 而要培育转基因动物 一般只能选用受精卵作受体细胞 1 蛋白质工程虽然是改造蛋白质 但不是直接改造蛋白质 而是通过基因修饰或基因合成 先改造控制蛋白质合成的基因 通过改造基因间接改造蛋白质 2 蛋白质工程的发展离不开其他技术的发展 如需要分子生物学 晶体学以及计算机技术等 1 如图表示蛋白质工程的操作过程 下列说法不正确的是 a 蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作b 蛋白质工程是完全摆脱基因工程技术的一项全新的生物工程技术c a b过程分别是转录 翻译d 蛋白质工程中可能构建出一种全新的基因 解析 选b 蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作 如蛋白质的空间结构 氨基酸的排列顺序等 这对于合成或改造基因至关重要 蛋白质工程的进行离不开基因工程 因为对蛋白质的改造不是直接进行的 而是通过对基因的改造来完成的 图中a b过程分别是转录 翻译过程 蛋白质工程中可能根据已经明确的蛋白质的结构构建出一种全新的基因 2 2011 天津模拟 采用基因工程技术将人凝血因子基因导入山羊受精卵 培育出了转基因羊 但是 人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中 以下有关叙述正确的是 a 人体细胞中凝血因子基因的全部碱基数目 等于凝血因子氨基酸数目的6倍b 可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组dna分子导入羊的受精卵c 在该转基因羊中 人凝血因子基因存在于乳腺细胞 而不存在于其他体细胞中d 人凝血因子基因开始转录后 dna连接酶以dna分子的一条链为模板合成mrna 解析 选b 人凝血因子基因中因为存在转录成mrna终止密码子的碱基序列等多种原因 碱基数目远大于凝血因子氨基酸数目的6倍 基因工程中将目的基因导入动物细胞一般用显微注射技术 因此可用此技术将含有人凝血因子基因的重组dna分子导入羊的受精卵 由于转基因羊是由转入目的基因的羊的受精卵发育形成的 因此在该转基因羊中 人凝血因子基因存在于所有体细胞中 人凝血因子基因开始转录后 在rna聚合酶的催化作用下 以dna分子的一条链为模板合成mrna 3 某质粒上有sal hind bamh 三种限制酶切割位点 同时还含有抗四环素基因和抗氨苄青霉素基因 利用此质粒获得转基因抗盐烟草的过程如图所示 请回答下列问题 1 将含有目的基因的dna与质粒分别用sal 酶切 酶切产物用 催化连接后 两个dna片段的连接结果有 种 2 在构建重组质粒时 应选用 两种酶对 进行切割 以保证重组dna序列的惟一性 3 为筛选出导入了重组质粒的农杆菌 应在培养基中加 理由是 4 将转入抗盐基因的烟草细胞培育成完整的植株需要用 技术 愈伤组织经 进而形成完整植株 此过程除营养物质外还必须向培养基中添加 解析 本题主要考查基因表达载体的构建及筛选导入目的基因受体细胞的方法 1 dna连接酶能够恢复被限制酶切割开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 因此 将含有目的基因的dna与质粒分别用sal 酶切后 酶切产物应用dna连接酶催化连接 两个dna片段连接时 可能是质粒与质粒连接 也可能是目的基因和目的基因连接 还可能是质粒与目的基因连接 2 用两种酶切割后 在质粒两个切口处和抗盐基因两侧切口处存在不同种酶切割产生的末端 一定程度上避免了质粒与质粒的连接和目的基因与目的基因的连接 保证重组dna序列的惟一性 另外 在目的基因序列中间存在bamh 的切割位点 若选用bamh 切割会破坏目的基因的完整性 由此可快速对该题作答 3 通过图示可以看出 目的基因插入后 质粒上的抗四环素基因被破坏 而抗氨苄青霉素基因保持完好 因此 为筛选出导入了重组质粒的农杆菌 应在培养基中加入氨苄青霉素 4 将转入抗盐基因的烟草细胞培育成完整的植株需要用组织培养技术 愈伤组织形成完整植株需要经过细胞的增殖和再分化 激素在愈伤组织的形成和再分化过程中起重要作用 因此 除营养物质外还必须向培养基中添加生长素和细胞分裂素等植物激素 答案 1 dna连接酶3 2 sal hind 质粒和含抗盐基因的dna 3 氨苄青霉素重组质粒中含抗氨苄青霉素基因 而抗四环素基因被破坏 4 植物组织培养细胞增殖和再分化植物激素 生长调节剂或生长素和细胞分裂素 一 基因工程的应用成果1 乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较 1 概念 乳腺生物反应器是指将外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达 利用动物的乳腺组织生产药物蛋白 工程菌是指用基因工程的方法 使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系 2 两者的区别 2 基因治疗的类型比较 1 乳腺生物反应器受生物性别的限制 若从动物的尿液中提取药物蛋白则不受性别限制 2 注意区分基因治疗和基因诊断 基因治疗是将正常基因导入病人体内 使该基因的表达产物发挥功能 从而达到治疗疾病的目的 基因诊断是用放射性同位素 如32p 荧光分子等标记的dna分子作探针 利用dna分子杂交原理 检测被测标本上的遗传信息 达到检测疾病的目的 3 经过基因治疗后 患者细胞内的缺陷基因并没有改变 例证1 2010 天津高考 如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 可采用的生物技术是 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 解题关键 解答本题应明确以下几个关键点 1 明确转基因动物的培育过程 2 哺乳动物的培育需进行胚胎移植 3 明确检测人乳铁蛋白基因表达的方法 精讲精析 本题主要考查用转基因动物生产药物的过程 1 据图 因质粒上没有sma 的切割位点 所以只能选择bamh 和hind 同时切割 当人乳铁蛋白基因和质粒连接成重组质粒后 tetr基因被人乳铁蛋白基因隔开 不是完整的 而ampr基因是完整的 所以筛选含有重组载体的大肠杆菌首先需要在含氨苄青霉素的培养基上进行 2 人乳铁蛋白基因前面的启动子中含有调控该基因表达的核苷酸序列 能启动人乳铁蛋白基因的转录过程 3 将重组质粒导入动物细胞中 常采用显微注射的方法 4 过程 的左侧是早期胚 胎 右侧是代孕牛 所以 是将早期胚胎移植到受体牛子宫中的过程 采用的生物技术是胚胎移植技术 5 对早期胚胎进行切割 每一部分细胞都能培养为个体 这是利用了细胞的全能性 6 检测目的基因在受体细胞中是否表达 也就是检测是否产生了人乳铁蛋白 鉴定蛋白质常采用抗原 抗体杂交技术 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 二 蛋白质工程和基因工程的关系 1 蛋白质工程中 改造蛋白质是通过对基因的改造来实现的 这样的改造可遗传 能向后代细胞中传递这种改变 2 改造基因时 要对基因进行修饰或合成基因 因此 需要用到基因工程中的有关酶 如限制酶 dna连接酶等 3 改造后的基因需要表达出相应的蛋白质 可将改造或合成的基因导入受体细胞中让其表达 导入时 仍然需要构建基因表达载体 可见 基因工程技术是蛋白质工程技术的基础 因此 蛋白质工程也叫做第二代基因工程 例证2 2011 长沙模拟 下列关于蛋白质工程和基因工程的比较 不合理的是a 基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质 而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造 从而制造一种新的蛋白质b 蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的 蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成c 当得到可以在 70 条件下保存半年的干扰素后 在相关酶 氨基酸和适宜的温度 ph条件下 干扰素可以大量自我合成d 基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的 解题关键 解答本题的关键是理解基因工程及蛋白质工程的区别和联系 精讲精析 选c 基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质 而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造 从而制造一种新的蛋白质 蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的 蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成 这样产生的改变才能遗传下去 蛋白质不是遗传物质 不可能自我复制 由于基因工程和蛋白质工程都是对基因进行操作 因此 基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的 变式训练 当前医学上 蛋白质工程药物正逐步取代第一代基因工程多肽蛋白质类替代治疗剂 则基因工程药物与蛋白质工程药物的区别是 a 都与天然产物完全相同b 都与天然产物不相同c 基因工程药物与天然产物完全相同 蛋白质工程药物与天然产物不相同d 基因工程药物与天然产物不相同 蛋白质工程药物与天然产物完全相同 解析 选c 基因工程只能合成天然存在的蛋白质 因此 基因工程药物与天然产物相同 蛋白质工程则能根据人类的需要来改造蛋白质 如改造药物蛋白 使之更有效 更容易储存等 因此 蛋白质工程药物与天然产物不同 1 2010 福建高考 红细胞生成素 epo 是体内促进红细胞生成的一种糖蛋白 可用于治疗肾衰性贫血等疾病 由于天然epo来源极为有限 目前临床上使用的红细胞生成素主要来自于基因工程技术生产的重组人红细胞生成素 rhepo 其简要生产流程如图 请回答 1 图中 所指的是 技术 2 图中 所指的物质是 所指的物质是 3 培养重组cho细胞时 为便于清除代谢产物 防止细胞产物积累对细胞自身造成危害 应定期更换 4 检测rhepo的体外活性需用抗rhepo的单克隆抗体 分泌该单克隆抗体的 细胞 可由rhepo免疫过的小鼠b 淋巴 细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合而成 解析 本题以重组dna技术生产人红细胞生成素为背景考查基因工程 pcr技术和单克隆抗体的知识 以及图形分析能力 图示显示了利用基因工程技术从人的胚胎干细胞中提取目的基因 构建基因表达载体 导入中国仓鼠卵巢细胞系并表达出rhepo的过程 然后筛选出能高效表达出rhepo的细胞 并进行大规模的培养 大量生产rhepo 1 图中的 是扩增dna片段的过程 通常采用pcr技术 2 图中的 为从胚胎干细胞中提取的mrna 利用mrna可以通过反转录形成cdna而获取目的基因 为目的基因导入到受体细胞后表达出的 产物rhepo 3 培养重组cho细胞时 会产生对细胞自身有危害的代谢产物 故应定期更换培养液 4 小鼠b 淋巴 细胞只能产生少量的抗体 骨髓瘤细胞具有连续增殖的能力 将小鼠b 淋巴 细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合得到的杂交瘤细胞具备了上述两种细胞的优良特性 能产生大量的单克隆抗体 答案 1 pcr 2 mrnarhepo 3 培养液 4 杂交瘤 2 2009 福建高考 转基因抗病香蕉的培育过程如图所示 质粒上有pst sma ecor apa 等四种限制酶切割位点 请回答 1 构建含抗病基因的表达载体a时 应选用限制酶 对 进行切割 2 培养基中的卡那霉素会抑制香蕉愈伤组织细胞的生长 欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞 应使基因表达载体a中含有 作为标记基因 3 香蕉组织细胞具有 因此 可以利用组织培养技术将导入抗病基因的香蕉组织细胞培育成植株 图中 依次表示组织培养过程中香蕉组织细胞的 解析 本题考查基因工程的有关知识 1 从图中可看出 只有pst ecor 两种酶能保持抗病基因结构的完整性 所以构建含抗病基因的表达载体a时 应选用限制酶pst ecor 两种酶 对含抗病基因的dna和质粒进行切割 2 卡那霉素能抑制香蕉愈伤组织细胞的生长 欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞 应使基因表达载体a中含有抗卡那霉素基因 以此作为标记基因 3 香蕉组织细胞具有全能性 因此 可以利用组织培养技术将导入抗病基因的香蕉组织细胞培育成植株 图中 依次表示组织培养过程中香蕉组织细胞的脱分化和再分化 答案 1 pst ecor 含抗病基因的dna 质粒 2 抗卡那霉素基因 3 全能性脱分化 再分化 一 选择题 共5小题 每小题4分 共20分 1 2011 烟台模拟 科学家将 干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达 使干扰素第十七位的半胱氨酸改变成丝氨酸 结果大大提高了 干扰素的抗病毒活性 并且提高了储存稳定性 该生物技术为 a 蛋白质工程b 基因工程c 基因突变d 细胞工程 解析 选a 题干中的操作涉及的基因显然不再是原来的基因 其合成的 干扰素也不是天然 干扰素 而是经过改造的 是具有人类所需优点的蛋白质 因而整个过程利用的生物技术为蛋白质工程 2 下列关于基因工程应用的叙述 正确的是 a 我国的转基因抗虫棉转入的抗虫基因是bt毒蛋白基因b 利用乳腺生物反应器能够获得一些重要医药产品 如人的血清白蛋白 这是因为将人的血清白蛋白基因转入了动物的乳腺细胞中c 由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用d 为培育成抗除草剂的作物新品种 导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体 解析 选a 转基因抗虫棉转入的抗虫基因是bt毒蛋白基因 利用乳腺生物反应器能够获得人的血清白蛋白 这是因为将人的血清白蛋白基因转入了动物的受精卵细胞中 且在乳腺细胞中表达产生了人的血清白蛋白 大肠杆菌细胞中缺少内质网 高尔基体等细胞器 获得人的干扰素后要经过进一步的修饰才具有生物活性 为培育抗除草剂的作物新品种 导入抗除草剂基因时可以受精卵为受体细胞 也可以是体细胞 3 下列有关蛋白质工程的说法正确的是 a 蛋白质工程无需构建基因表达载体b 通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍是天然的蛋白质c 蛋白质工程需要限制酶和dna连接酶d 蛋白质工程是在蛋白质分子水平上改造蛋白质的 解析 选c 蛋白质工程改造蛋白质是通过改造基因来实现的 改造后的基因 需要构建基因表达载体 然后导入细胞中控制合成相应的蛋白质 因此需要限制酶和dna连接酶等工具酶 改造后的蛋白质是自然界中没有的 不是天然蛋白质 4 2011 无锡模拟 基因芯片的测序原理是dna分子杂交 它通过与一组已知序列的核酸探针杂交进行核酸序列测定 先在一块基片表面固定序列已知的八核苷酸的探针 当溶液中带有荧光标记的靶核酸序列 与基因芯片上对应位置的核酸探针产生互补匹配时 通过确定荧光强度最强的探针位置 获得一组序列完全互补的探针序列 据此可重组出靶核酸的序列tatgcaatctag 过程见图1 若靶核酸序列与八核苷酸的探针杂交后 荧光强度最强的探针位置如图2所示 请分析溶液中靶序列为 a agcctagctgaab tcggatcgacttc atcgacttd tagctgaa 解析 选a 将图2中的杂交序列按下图排列 可得到重组的互补序列为tcggatcgactt 按照碱基互补配对原则可知靶序列为agcctagctgaa 5 2011 南京模拟 已知正常的 珠蛋白基因 以 a表示 经mst 限制酶切割后可得到长度为1 15kb和0 2kb的两个片段 其中0 2kb的片段通常无法检测到 异常的 珠蛋白基因 以 s表示 由于突变恰好在mst 限制酶切割点上 因而失去了该酶切位点 经mst 限制酶处理后只能形成一个1 35kb的dna片段 如图1 现用mst 限制酶对编号为1 2 3的三份样品进行处理 并进行dna电泳 相对分子质量大的移动速度慢 结果如图2 则1 2 3号样品的基因型分别是 以 a s表示相关的基因 a s s a s a ab a a a s s sc a s s s a ad a s a a s s 解析 选a 正确解读电泳图 明确相对分子质量大的移动速度慢是解答本题的关键 1 3号样品产生一个电泳带 说明为纯合子 1的电泳带在后 说明相对分子质量大 为1 35kb的dna片段 所以1的基因型为 s s 3的基因型为 a a 2号样品产生2个电泳带 既含有1 35kb的dna片段 又含有1 15kb的dna片段 其中0 2kb的片段通常无法检测到 说明2为杂合子 a s 二 非选择题 共3小题 共80分 6 24分 如图是利用定点突变技术获取人们所需蛋白质的过程示意图 请据图分析回答相关问题 1 该图示过程体现了 至少写出两项 等现代生物技术的综合运用 2 当前基因工程中扩增目的基因常用的方法是 图中 填写图中序号 过程即为此项应用 3 过程需使用的酶是 它具有的重要特性是 4 从理论上分析 经过 过程可提供人们所需蛋白质的细胞占总数的 理由是 5 一个基因表达载体的组成除了目的基因外 还必须有 以及标记基因 解析 本题主要考查蛋白质工程的应用 1 图示过程应用了基因工程 导入外源基因 表达载体的构建 蛋白质工程 改造蛋白质 细胞工程 培养受体细胞 pcr技术等现代生物技术 2 3 当前基因工程中扩增目的基因常用的方法是pcr技术 图中 过程即为此项应用 pcr技术包括高温解旋 引物结合 进行互补链的合成等步骤 其中 过程为互补链的合成阶段 需使用热稳定的dna聚合酶 4 目的基因导入受体细胞后 经过复制 只有一半的子代dna分子中含有突变基因 从而控制合成人们所需的蛋白质 另一半子代 dna分子中含有正常基因 因此 从理论上分析 经过 过程可提供人们所需蛋白质的细胞占总数的1 2 5 一个基因表达载体的组成除了目的基因外 还必须有启动子 终止子以及标记基因等 答案 1 基因工程 蛋白质工程 细胞工程 pcr技术 2 pcr技术 3 dna聚合酶热稳定性 4 1 2目的基因导入受体细胞后 经过复制 只有一半的子代dna分子中含有突变基因 从而控制合成人们所需的蛋白质 另一半子代dna分子中含有正常基因 5 启动子终止子 方法技巧 基因工程和蛋白质工程的判断方法判断是基因工程还是蛋白质工程可从以下几个方面进行 1 对基因的操作方法 如果仅将基因用限制酶从dna片段中切割下来 没有经过对编码蛋白序列进行修饰 加工 或仅对其调控序列进行加工 则属于基因工程 如果将目的基因经过了一些实质性的改造 如对编码蛋白序列进行了碱基替换或增添或去除了某几个碱基 则属于蛋白质工程 2 目的基因的合成方式 基因工程和蛋白质工程都可以反转录合成目的基因 或根据蛋白质的氨基酸序列先合成mrna 再合成基因 如果合成时mrna或氨基酸序列没有经过改造 则为基因工程技术 如果mrna或氨基酸序列经过了改造 或mrna或氨基酸序列是根据蛋白质预期的功能人工设计的 则为蛋白质工程技术 3 合成的蛋白质种类 如果合成的蛋白质是天然蛋白质 则是基因工程 如果合成的蛋白质和天然蛋白质有差异 甚至是自然界中所没有的 则为蛋白质工程 7 28分 2011 镇江模拟 应用生物工程技术可获得人们需要的生物新品种或新产品 请据图回答下列问题 1 在培育转人生长激素基因牛的过程中 过程需要的工具酶是 过程常用的方法是 2 转入人生长激素基因的牛可通过分泌的乳汁来生产人生长激素 过程培养到桑椹胚或囊胚阶段 可以采用 技术 培育出多头相同的转基因犊牛 3 在制备单克隆抗体过程中 需将prg导入 则 应为 筛选出的 在体外培养时 必须培养在含5 co2的培养箱中 co2的作用是 4 在抗虫棉培育过程中 过程中的受体细胞如果采用愈伤组织细胞 与采用叶肉细胞相比较 其优点是 过程采用的技术中有两个关键阶段 分别为 和 解析 本题综合考查基因工程 胚胎工程的相关知识 1 是目的基因与载体结合的过程 需要限制酶和dna连接酶 是重组质粒导入受体细胞的过程 常用的方法是显微注射法 2 桑椹胚或囊胚阶段可以进行胚胎分割 这种方法可以培育出更多相同的转基因犊牛 3 从图中看 是浆细胞 是导入prg的重组细胞 具有无限增殖和产生特异性抗体的特点 co2的作用是维持培养液的ph 4 愈伤组织细胞与叶肉细胞相比较其特点是全能性高 植物组织培养技术中有两个关键阶段 脱分化和再分化 答案 1 限制酶 dna连接酶显微注射法 2 胚胎分割移植 3 浆细胞维持ph 4 全能性高脱分化再分化 8 28分 我国自主研发的转基因抗虫水稻 华