【优化方案】高考生物总复习 第3章第2讲基因工程简介课件 大纲人教版选修.ppt

第2讲基因工程简介 高频考点突破 实验专题探究 命题视角剖析 第2讲基因工程简介 基础自主梳理 即时达标训练 基础自主梳理 一 基因工程的概念 基因拼接技术 dna分子 拼接 表达 二 基因操作的工具1 基因操作的工具酶 黏性末端 磷酸二酯键 目的基因 重组dna分子 2 基因的运输工具 运载体 1 条件 能够在宿主细胞中复制并稳定地保存 具有多个 切点 以便与外源基因连接 具有某些 便于进行筛选 2 作用 作为运载工具将 转移到宿主细胞中 利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制 3 常用的运载体 质粒 和动植物病毒等 限制酶 标记基因 外源基因 噬菌体 三 基因操作的基本步骤1 提取目的基因 1 直接分离目的基因 常用 鸟枪法 又叫 散弹射击法 适用范围 细胞 优点 操作简便 缺点 工作量大 具有一定的盲目性 2 人工合成法 适用范围 真核细胞 途径 法 化学方法直接合成 原核 反转录 2 目的基因与运载体结合 1 用同一种 分别切割目的基因和质粒 使其具有相同的黏性末端 2 加入 形成重组dna分子 3 将目的基因导入受体细胞 1 常用的受体细胞有大肠杆菌 枯草杆菌 土壤农杆菌 酵母菌和动植物的细胞等 2 导入原理 借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径 3 目的基因导入受体细胞后 就会随受体细胞的繁殖而 获得大量目的基因 限制酶 dna连接酶 复制 4 目的基因的检测和表达 1 导入检测 根据重组dna分子上的 来判断 2 表达检测 根据受体细胞合成的相应蛋白质或表现出特定的性状来判断 标记基因 思考感悟 鸟枪法 为什么不适于获取真核生物细胞中的基因 提示 由于真核生物在基因表达时 结构基因中的内含子不能指导蛋白质的合成 四 基因工程的成果与发展前景1 医药卫生方面 1 生产基因工程药品 过程 目的基因导入 工程菌 基因药物 常见药品 乙肝疫苗 人生长激素等 2 基因诊断 用放射性同位素 荧光分子等标记的dna作探针 利用 原理 鉴定被检测标本上的遗传信息 达到检测疾病的目的 3 基因治疗 把健康的外源基因导入 的细胞中 达到治疗疾病的目的 发酵提纯 干扰素 dna分子杂交 有基因缺陷 2 农牧业及食品工业 1 农业 获得高产 稳产和具有优良品质的农作物 培育具有各种 的作物新品种 2 畜牧业 培育具有各种优良品质的转基因动物 利用某些特定的外源基因在哺乳动物体内表达 获得人类所需要的各类物质 如 抗体及酶等 3 食品业 为人类开辟新的食物来源 抗逆性 激素 3 环境保护方面 1 环境监测 用 检测饮用水中病毒的含量 2 环境净化 获得能同时分解四种烃类的 超级细菌 吞噬 汞和降解土壤中ddt的细菌等 dna探针 高频考点突破 1 原理 不同生物dna的组成单位和空间结构相同 所有生物共用一套遗传密码 2 操作步骤 第二步 目的基因与运载体结合 c 名师点拨 由于一种氨基酸可对应多种密码子 因此根据蛋白质中已知的氨基酸序列合成出的目的基因可能有多种 但这并不影响基因表达产物 根据基因操作的目的不同 可选用不同的受体细胞a 生产基因工程药物 如胰岛素 受体细胞一般采用细菌 如大肠杆菌 利用细菌繁殖速度快的特点 可在短期内获得大量基因工程产品 b 培育转基因动物 受体细胞一般选用受精卵 c 培育转基因植物 受体细胞可选用受精卵或体细胞 若受体细胞是体细胞 再将含目的基因的体细胞进行组织培养 即可获得转基因植株 即时应用 随学随练 轻松夺冠 1 以重组dna技术为核心的基因工程正在改变着人类的生活 请回答下列问题 1 获得目的基因的方法通常包括 和 2 切割和连接dna分子所使用的酶分别是 和 3 运送目的基因进入受体细胞的载体一般选用病毒或 后者的形状成 4 由于重组dna分子成功导入受体细胞的频率 所以在转化后通常需要进行 操作 5 将人胰岛素基因分别导入大肠杆菌与酵母菌 从两者中生产的胰岛素在功能和 序列上是相同的 解析 获取目的基因的方法有多种 常见的有人工合成法 到基因文库中查找 用限制性核酸内切酶切取 鸟枪法 等 其中人工合成基因的方法主要有两条途径 一条途径是以目的基因转录成的信使rna为模板 反转录成互补的单链dna 然后在酶的作用下合成双链dna 从而获得所需要的基因 另一条途径是根据已知的蛋白质的氨基酸序列 推测出相应的信使rna序列 然后按照碱基互补配对原则 推测出它的结构基因的核苷酸序列 再通过化学的方法 以单核苷酸为原料合成目的基因 切割目的基因和运载体用限制性核酸内切酶 连接dna用dna连接酶 质粒常被用作基因的载体 指细菌 酵母菌和放线菌等生物中染色体以外的dna分子 一般呈环形 上面有抗生素的抗性基因 重组dna分子导入成功率非常低 通常要进行筛选 如果导入成功 并能获得蛋白质产物 其氨基酸序列应与原生物产物相同 答案 1 化学合成 人工合成 酶切获取 从染色体dna中分离 从生物细胞分离 2 限制性核酸内切酶 限制酶 dna连接酶 连接酶 3 质粒小型环状 双链环状 环状 4 低筛选 5 氨基酸 1 基因治疗 与 基因诊断 辨析 1 基因治疗 原理 把健康的外源基因导入含有基因缺陷的细胞中 因此病人细胞中既含有缺陷基因 又含有健康基因 结果 健康基因的表达掩盖了缺陷基因的表达 2 基因诊断 原理 dna分子杂交 过程a 制备用放射性同位素 如32p 荧光分子等标记的dna 疾病dna 分子探针 b 待测dna 患者dna制成单链 c 让两者进行杂交 若两者能进行互补配对 则说明患者患有此病 若两者不能进行互补配对 则患者无此病 2 基因工程应用的理解 1 基因工程的操作工具有限制酶 dna连接酶 运载体 它们是为基因操作服务的 只有有了操作工具 才能进行基因工程的四个步骤 只有有了基因工程的四个步骤 才能使基因工程在基因诊断 基因治疗 生产基因产物 定向改造生物的某些遗传性状等领域得以应用 2 dna与基因的关系是整体与局部的关系 基因具有相对独立性 可控制生物的性状 正因为如此 可人工提取目的基因 人工合成基因的方法 依据了 中心法则 碱基互补配对原则 反转录 等原理 利用dna分子作探针依据了dna分子杂交原理 利用限制性内切酶处理目的基因 运载体 可切出相同的黏性末端 依据了酶的专一性原理 名师点拨 dna探针原理相关制备 原理 由于dna双链的核苷酸是彼此互补的 当dna分子杂交时 首先将双链dna加热或改变ph 使双链解开 这一过程称变性 相反的过程为复性 根据所需基因的核苷酸序列制成一段与之互补的核苷酸短链 并用同位素标记 即成为探针 探针的制备 方法之一是根据翻译产物蛋白质的氨基酸序列查出相应的dna的核苷酸序列 再从中选出两个片段 用化学方法合成这两个片段并用同位素标记 即成为探针 方法之二是用所需基因的mrna反转录成dna 标记后作为探针 dna探针与普通dna片段有差别 即必须进行同位素或荧光标记 若检测人体则可用于疾病的诊断 若检测水中或空气中某种微生物则用于环境检测 dna探针因检测对象不同而不同 通过dna分子杂交原理进行相关检测 即时应用 随学随练 轻松夺冠 2 下列关于基因工程应用的叙述 正确的是 a 基因治疗就是把缺陷基因诱变成正常基因b 基因诊断的基本原理是dna分子杂交c 一种基因探针能检测水体中的各种病毒d 原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良 解析 选b 基因治疗是指将健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中 达到治疗疾病的目的 是不处理缺陷基因的 基因探针利用的原理是dna分子杂交 所以具有专一性 一种基因探针只能检测一种疾病或病毒 基因工程可以实现用原核基因改良真核生物的遗传性状 如抗虫棉的培育 补充完善型实验一 概述补充完善类实验是依据给出的实验目的 具体材料及一些附加条件 来补充完善实验的相关内容 主要包括补充实验材料 原理 步骤 结果等几个方面 二 题型分类及解答分析1 补充完善实验材料 1 条件已知实验目的 部分实验步骤 实验专题探究 2 补充完善角度 获取实验目的中的有关材料信息 然后选材 做对照时所需材料 此类试题往往是空白对照 如实验材料常用蒸馏水 相同处理操作对象时所需材料这时要对操作对象进行分析 应该如何处理 如对大豆幼苗进行培养 应有完全培养液 2 补充完善实验原理 1 条件已知实验目的 2 补充完善角度根据实验目的中的关键词 而后联系教材相关知识进行作答 3 补充完善实验步骤 1 条件已知实验目的 实验材料 部分实验步骤 2 补充完善角度依据实验操作的一般步骤 即 分组编号 对照处理 相同处理 观察现象 分组编号根据实验目的 确定出需设对照类型 明确应分几组 如探究生长素浓度对扦插枝条生根的影响 需设相互对照 一般分5 6组 若设空白对照 一般分两组 对照处理明确自变量 分清对照组 实验组应加何种物质 相同处理明确对操作对象做如何处理 这时要针对不同的操作对象进行具体分析 对实验组和对照组进行无关变量平衡处理 观察现象要依据实验原理 针对不同的操作对象 找出观察指标 4 补充完善实验结果 1 分清实验类型是验证性还是探究性 验证性只有一种结果 根据实验目的 原理即可确定 探究性有多种结果 实验中出现的可能结果都要一一列出 2 依据实验原理 明确对照组 实验组出现的现象 实战演练 专项提能 小试牛刀 转基因技术可以使某基因在植物体内过量表达 也可以抑制某基因表达 假设a基因通过控制赤霉素的合成来控制番茄的株高 请完成如下实验设计 以验证假设是否成立 1 实验设计 借助转基因技术 但不要求转基因的具体步骤 分别测定正常与矮生植株的赤霉素含量和株高 2 支持上述假设的预期结果 3 若假设成立 据此说明基因控制性状的方式 解析 首先要仔细审题 理出一个清晰思路 通过控制a基因的表达情况来看植物体内赤霉素的变化情况 注意设置对照实验 其次根据题目要求如 不要求转基因的具体步骤 来解答 三是应考虑是否与课本内容相关联 答案 1 答案一 通过转基因技术 一是抑制正常植株a基因的表达 二是使a基因在矮生植株中过量表达 测定两个实验组植株的赤霉素含量和株高答案二 通过转基因技术 抑制正常植株a基因的表达 测定其赤霉素含量和株高 通过转基因技术 使a基因在矮生植株中过量表达 测定其赤霉素含量和株高 答案二中 和 次序不做要求 2 与对照比较 正常植株在a基因表达被抑制后 赤霉素含量降低 株高降低 与对照比较 a基因在矮生植株中过量表达后 该植株赤霉素含量增加 株高增加 3 基因通过控制酶的合成来控制代谢途径 进而控制生物性状 视角1紧扣教材重点基因工程中有关酶的比较 命题视角剖析 下列关于各种酶作用的叙述中 正确的是 a dna连接酶能使不同脱氧核苷酸的脱氧核糖与含氮碱基连接起来b rna聚合酶能与信使rna的特定位点结合 催化遗传信息的转录c 一种dna限制酶能识别多种核苷酸序列 切割出多种目的基因d 胰蛋白酶能作用于离体的动物组织 使其分散成单个细胞 尝试解答 d 解析 dna连接酶的作用是连接一个脱氧核苷酸的脱氧核糖和与其相邻的另一个脱氧核苷酸的磷酸 使相邻的脱氧核苷酸连接起来 rna聚合酶能与基因编码区上游的非编码区的特定位点结合 催化遗传信息的转录 一种dna限制酶只能识别一种特定核苷酸序列 在动物细胞培养中 胰蛋白酶能作用于离体的动物组织 使其分散成单个细胞 视角2洞察高考热点 基因工程的操作 2010年高考江苏卷 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smai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smai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smai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 尝试解答 1 0 2 2 高 3 smai会破坏质粒的抗性基因 外源dna中的目地基因 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 解析 本题综合考查基因工程的过程及应用 1 质粒是双链环状dna分子 在smai切割前没有游离的磷酸基团 smai作用于两个核苷酸之间的磷酸二酯键 切割产生的dna片段末端是平末端 因而质粒经切割后含有2个游离的磷酸基团 2 质粒的热稳定性主要由氢键的数量决定 氢键数量越多 质粒的热稳定性越高 反之则低 dna分子中a与t之间存在2个氢键 c与g之间存在3个氢键 因此dna分子中g c碱基对越多 热稳定性就越高smai识别cccggg序列 并在c和g之间将这段序列切开 也就是质粒中smai酶切位点越多 g c碱基对越多 热稳定性越高 3 据图i可知 smai切割的位点在抗生素抗性基因之中 抗生素抗性基因是标记基因 应尽量避免破坏 据图2可知smai切割的位点在目的基因之中 破坏了目的基因 所以不能使用smai切割 4 用同种限制酶切割后的质粒和目的基因 在基因表达载体构建时 常形成三种 直接方式 其中目的基因与目的基因的连接 质粒与质粒的连接是无效的连接 用两种限制酶可避免此类现象 5 基因表达载体的构建过程中需加dna连接酶 连接脱氧核糖和磷酸 6 抗生素抗性基因属于标记基因 供重组dna的鉴定和选择 7 目的基因是