【名师一号】高考生物 专题一 基因工程复习与学科能力课件.ppt

1 选修 现代生物科技专题专题一基因工程 2 教材基础回扣1 概念 即 1 dna重组技术 是指按照人们的愿望 进行严格的设计 并通过 2 体外dna重组和 3 转基因等技术 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 3 4 5 6 7 考点迁移互动考点1基因工程的概念及操作工具1 基因工程的概念按照人们的愿望 进行严格的设计 并通过体外dna重组和转基因等技术 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或生物产品 又叫dna重组技术 8 特别提醒 对基因工程概念的理解 9 2 基因工程的操作工具 10 特别提醒 dna连接酶与dna聚合酶的不同 dna聚合酶 只在dna复制时起作用 它只能按照模板链的要求将单个的核苷酸通过磷酸二酯键连接形成dna的一条子链 dna连接酶 在基因工程中起作用 它可以将两个dna片段之间的两个缺口通过磷酸二酯键同时连接起来 因此dna连接酶不需要模板 11 质粒是最常用的运载体 不要把质粒同运载体等同 除此之外 噬菌体和动植物病毒也可作为运载体 12 例析1 下列是四种限制酶切割形成的8个末端 你是否能用dna连接酶将它们连接起来 13 解析 1 4 5 8都是错切形成的黏性末端 据碱基排列顺序可确定4和8 1和5具有相同的黏性末端 能连接成功 2 3 6 7都是平切形成的平末端 据碱基排列顺序可确定2和7 3和6分别为相同限制酶切割 可连接成功 14 15 方法技巧 对于黏性末端的判断 只要伸出的部分从外向里碱基序列一致即为相同的 不管这两个相同的序列是同在上方 同在下方 还是一个在上 一个在下 如上题中1和5 4和8 即使把上链和下链位置颠倒也不相同 对于平末端可将切割点和上 下链分为四部分 左上 右下 右上 左下 其中左上和右下碱基序列反向相同 右上和左下的碱基序列反向相同 如上题中2和7 3和6 16 互动探究1 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 17 请指出下列哪项表述正确 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 18 解析 本题考查基因工程的工具限制性核酸内切酶及学生的推理能力 综合运用知识分析解决问题的能力 限制酶2 3 4 5所识别的碱基对分别是4个 6个 6个和5个 因此a b表达错误 限制酶1剪出的黏性末端是 19 相同 而限制酶1和2剪出的黏性末端不同 故c正确 d错误 答案 c 20 考点2基因工程的基本操作与应用一 基本操作步骤1 目的基因的获取 1 目的基因 主要是指编码蛋白质的结构基因 即人类所需要的基因 从基因文库 基因组文库或cdna文库 中获取 21 22 人工合成目的基因 常用的方法有化学合成法和反转录法 23 2 基因表达载体的构建 重组质粒的构建 1 表达载体的组成 目的基因 启动子 终止子 标记基因 24 2 构建步骤 用一定的限制酶切割质粒 使其出现一个有黏性末端的切口 用同种限制酶切断目的基因 产生相同的黏性末端 将切下的目的基因片段 插入到质粒的切口处 再加入适量的dna连接酶 使质粒与目的基因结合成重组质粒 25 3 将目的基因导入受体细胞 转化 1 受体种类不同 导入方法不同植物 农杆菌转化法 基因枪法 花粉管通道法等动物 显微注射法衍生物 感受态细胞法 26 2 受体种类不同 所用的受体细胞种类也不相同植物 可以是卵细胞 受精卵 体细胞 可经组织培养成为完整个体 动物 受精卵 因为体细胞的全能性受到严格限制 4 转化实质 目的基因整合到受体细胞染色体基因组中 27 5 目的基因的检测与表达 1 导入检测 dna分子杂交法 使用dna探针 2 表达检测转录检测 分子杂交法检测mrna翻译检测 免疫法 提取蛋白质用相应的抗体进行抗体 抗原杂交 3 个体生物学水平鉴定 如作物抗性等 28 特别提醒 切割质粒和目的基因的限制酶必须是同一种酶 以获得相同的黏性末端 利于重组质粒的构建 插入的目的基因只是结构基因部分 其表达需要调控序列 因而用作载体的质粒的插入部位前须有启动子 后须有终止子 启动子 dna片段 起始密码子 rna 终止子 dna片段 终止密码子 rna dna复制 pcr技术与基因克隆 29 在整个工程中 只有第三步将目的基因导入受体细胞过程中不发生碱基互补配对 其他步骤均发生配对 30 二 基因工程的应用1 乳腺生物反应器的优点及操作过程 1 优点 产量高 质量好 成本低 易提取 2 操作过程获取目的基因 如血清白蛋白基因 构建基因表达载体 在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子 显微注射导入哺乳动物受精卵中 形成早期胚胎 将胚胎移植到母体动物子宫内 发育成转基因动物 在雌性个体中使转入基因表达 从分泌乳汁中提取所需蛋白质 31 2 基因工程药品的获得 1 方式 利用基因工程培育 工程菌 来生产药品 工程菌 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一般称为 工程菌 如含有人胰岛素基因的大肠杆菌菌株 含有抗虫基因的土壤农杆菌菌株都是 工程菌 用基因工程生产的药品 从化学成分上分析都应该是蛋白类 2 成果 利用 工程菌 可生产淋巴因子 抗体 疫苗 激素等 32 3 基因诊断基因诊断是用放射性同位素 如32p 荧光分子等标记的dna分子做探针 利用dna分子杂交原理 鉴定被检测标本上的遗传信息 达到检测疾病的目的 4 基因治疗的方法和途径 1 基因治疗的方法基因转换 基因修复 基因增补 基因失活等 33 2 基因治疗的途径 体外基因治疗 先从病人体内获得某种细胞进行培养 然后在体外完成转移 再筛选成功转移的细胞扩增培养 最后重新输入患者体内 如腺苷酸脱氨酶基因的转移 体内基因治疗 用基因工程的方法 直接向人体组织细胞中转移基因的方法 34 例析2 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 其过程大致如图所示 根据题意 回答下列问题 35 36 1 基因工程的操作程序主要包括的四个步骤是 2 ti质粒是农杆菌中的一种质粒 其上有t dna 把目的基因插入ti质粒的t dna中是利用t dna的 特点 3 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 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 可转移至受体细胞并且整合到受体细胞染色体dna上 转化 37 4 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 5 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 农杆菌转化法 目的基因是否插入了受体细胞的染色体dna上 dna分子杂交技术 38 解析 本题以抗虫棉的培育为背景 考查了运用基因工程技术生产转基因作物的步骤 方法 农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞的常用方法 利用它能在自然条件下感染双子叶植物和祼子植物 以及其ti质粒上的t dna能转移至受体细胞 并且整合到受体细胞染色体dna上的特点 可以把目的基因插入其ti质粒的t dna中 借助其作用使目的基因成功导入受体细胞 39 互动探究2 如图表示从苏云金芽孢杆菌分离出杀虫晶体蛋白基因 简称bt基因 及形成转基因抗虫植物的图解 请分析回答 40 1 写出b过程的表达式 2 人工合成目的基因的方法有 以目的基因的mrna为模板反转录为单链dna 然后在dna聚合酶的作用下合成双链dna 依照蛋白质的氨基酸序列 通过密码子推算出基因序列 然后直接合成目的基因 41 3 将目的基因和载体 质粒 结合的工具酶有 酶和 酶 4 科学家计划从哺乳动物的乳汁中提取某种抗体 应将控制抗体合成的基因导入该种动物的 中 导入基因成功表达的标志是 限制性核酸内切 dna连接 受精卵 动物乳汁中含此种抗体 42 考点3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 43 2 蛋白质工程的过程和实例 1 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 44 2 蛋白质工程的实例 通过蛋白质工程改造蛋白质后的干扰素可在 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 45 例析3 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 46 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 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 3 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 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 47 4 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 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 48 5 下列关于蛋白质工程的说法错误的是 a 蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构 使之更加符合人类需要b 蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作 定向改变分子的结构c 蛋白质工程能产生自然界中不曾存在的新型蛋白质分子d 蛋白质工程与基因工程密不可分 又称为第二代基因工程 答案 b 49 解析 1 蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求 对蛋白质结构进行分子设计 因此 图中构建新的胰岛素模型的依据是预期胰岛素的功能 即速效胰岛素 2 合成的目的基因应与载体构建基因表达载体后导入受体细胞中才能得以表达 3 利用蛋白质工程生产自然界原本不存在的蛋白质 需对原有的胰岛素进行改造 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 人工合成新的胰岛素基因 形成目的基因 改造好的目的基因需通过基因工程来生产基因产物 并且在生产过程中要借助工程菌 所以还需要进行发酵 50 因此该过程涉及蛋白质工程 基因工程和发酵工程 4 由新的蛋白质模型到构建新的基因 其基本设计思路是根据新的蛋白质中氨基酸的序列 推测出基因中的脱氧核苷酸序列 然后用dna合成仪直接合成新的基因 5 由于基因决定蛋白质的合成 因此 要对蛋白质的结构进行设计改造 最终还必须通过改造基因来完成 而不是直接对蛋白质分子进行操作 51 互动探究3 有关基因工程与蛋白质工程的说法 正确的是 a 通过基因工程产生的蛋白质都能符合人类需要b 通过基因工程能得到自然界不存在的蛋白质c 蛋白质工程通常是对蛋白质的结构进行直接改造d 蛋白质工程可以创造新的 自然界不存在的蛋白质 52 解析 蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构和生物活力的作用机制之间的关系 利用基因工程的手段 按照人类自身的需要 定向地改造天然的蛋白质 甚至于创造新的 自然界本不存在的 具有优良特性的蛋白质分子 蛋白质工程在诞生之日起就与基因工程密不可分 基因工程是通过基因操作把外源基因转入适当的生物体内的 并在其中进行表达 它的产品还是该基因编码的天然存在的蛋白质 蛋白质工程则更进一步根据分子设计的方案 通过对天然蛋白质的基因进行改造 来实现对其所编码的蛋白质改造 它的产品已不再是天然的蛋白质 而是经过改造的 53 具有了人类所需的优点的蛋白质 天然蛋白质都是通过漫长的进化过程自然选择而来的 而蛋白质工程对天然蛋白质的改造好比是在实验室里加快了进化过程 期望能更快 更有效地为人类的需要服务 答案 d 54 技巧热点探究有关基因工程的探究1 探究目的基因插入质粒上的位置情况 若运载体上含抗青霉素基因a和抗四环素基因b 当目的基因插入a片段中 则该基因不表达 在青霉素培养基上不存活 在四环素培养基上存活 若插入b基因片段 则结果相反 55 2 探究质粒上抗性基因的情况 1 方法 将重组后的质粒导入受体细胞 分别放在含青霉素 四环素的培养基上培养 观察成活情况 2 现象结论 都成活 两种标记基因都有 只有一个培养基上成活 只有其中一种 抗青霉素基因或抗四环素基因 都不成活 两种抗性基因都不存在 56 57 典例 上图是将人的生长激素基因导入细菌b细胞内制造 工程菌 示意图 所用载体为质粒a 已知细菌b细胞内不含质粒a 也不含质粒a上的基因 质粒a导入细菌b后 其上的基因能得到表达 请回答下列问题 58 1 目前把重组质粒导入细菌细胞时 效率还不高 导入完成后得到的细菌 实际上有的根本没有导入质粒 有的导入的是普通质粒a 只有少数导入的是重组质粒 此处可通过如下步骤来鉴别得到的细菌是否导入了质粒a或重组质粒 将得到的细菌涂抹在一个含有氨苄青霉素的培养基上 能够生长的就是导入了质粒a或重组质粒 反之则没有 使用这种方法鉴别的理由是 普通质粒a和重组质粒都含有抗氨苄青霉素基因 59 2 若把通过鉴定证明导入了普通质粒a或重组质粒的细菌放在含有四环素的培养基上培养 会发生的现象是 原因是 有的能生长 有的不能生长 普通质粒a上有抗四环素基因 所以导入普通质粒a的细菌能生长 而目的基因插在抗四环素基因中 结构被破坏 所以导入重组质粒的细菌不能生长 60 思维导析 1 检测质粒或重组质粒是否导入受体细胞 均需利用质粒上某些