【全优设计】高考生物一轮复习 专题1 基因工程及生物技术的安全性课件 新人教版选修3.ppt

选修3现代生物科技专题 专题1基因工程及生物技术的安全性 一 基因工程的概念及基本工具 1 概念 又叫做 技术或 技术 是按照人们的意愿 把一种生物的某种基因提取出来 加以 然后放到另一种生物的细胞里 地改造生物的遗传性状 基因拼接 dna重组 修饰改造 定向 即时训练1如图为一种限制酶切割dna分子的模式图 1 这种限制酶切点是在之间 切割后形成个黏性末端 其特点是 2 此限制酶的作用特点是 3 如果g碱基发生基因突变 可能发生的情况是 答案 1 g a2碱基序列完全相同 2 只能识别某一种特定的核苷酸序列 并在特定的位点切割 3 限制性核酸内切酶不能识别切割位点 解析 限制性核酸内切酶能识别双链dna分子的某种特定的核苷酸序列 并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开 将dna断开后每一段都含一个黏性末端 如果限制酶识别的位点核苷酸发生变化 则限制酶不会再识别 因为酶具有专一性 二 基因工程的步骤 基因表达载体的构建 核心 将目的基因导入受体细胞 转化 目的基因的检测与鉴定 即时训练2下图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图 请据图作答 1 图中基因工程的基本过程可以概括为 四步曲 即 2 能否利用人的皮肤细胞来完成 过程 为什么 3 过程 必需的酶是酶 过程 需要的条件是 过程 需要的酶是 4 在利用a b获得c的过程中 必须用切割a和b 使它们产生 再加入 才可形成c 5 为使过程 更易进行 可用 药剂 处理d 答案 1 获取目的基因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 不能皮肤细胞中的胰岛素基因未表达 或未转录 不能形成胰岛素mrna 3 逆转录加热使dna解链为单链taq酶 4 同一种限制性核酸内切酶相同的黏性末端dna连接酶 5 ca2 建 将目的基因导入受体细胞及目的基因的检测与鉴定 2 人体的皮肤细胞中含有合成胰岛素的基因 但在此细胞中不表达 即基因的选择性表达 所以不能找到相应的mrna 3 过程是以mrna合成dna的过程 为逆转录 此过程需要逆转录酶 过程是利用pcr技术扩增目的基因 过程利用加热使dna解旋 过程需要热稳定的dna聚合酶 taq酶 4 a为目的基因而b为载体 两者结合时首先用同一种限制酶切出相同的黏性末端 然后在dna连接酶的作用下相互结合 5 过程为将重组dna导入受体细胞 大肠杆菌用ca2 处理可以增大细胞壁的通透性 重组dna更容易导入受体细胞 解析 1 基因工程的四个过程为 获取目的基因 基因表达载体的构 1 植物基因工程 2 动物基因工程 三 基因工程的应用 3 基因治疗 四 蛋白质工程 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 也就是说 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 是包含多学科的综合科技工程领域 可从以下几个方面对蛋白质工程概念进行理解 1 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 2 蛋白质工程的改造对象 改造蛋白质的结构 本质上是改造控制该蛋白质合成的基因的结构 3 蛋白质工程的产物 产生新的蛋白质 五 理性看待转基因生物 1 转基因生物的优缺点分析 2 对待转基因生物的正确态度是趋利避害 不能因噎废食 即时训练3利用蛋白质工程改造天然蛋白质 进而改变其功能 获得毒副作用减小 专一性 药效和稳定性都增强的理想药物 如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个小时 重症病人每天得注射好几次药物 给病人带来不便 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 增强其他部位结合强度 使之难以被酶所破坏 从而增强其稳定性 1 多选 若要批量生产以上提到的长效胰岛素 根据所学知识 需要 用到哪些生物工程 a 发酵工程b 基因工程 c 蛋白质工程d 胚胎工程 2 用蛋白质工程生产的胰岛素 与自然胰岛素比较 显著的优点是 答案 1 abc 2 具有长效性和天然胰岛素不具备的稳定性 解析 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工程来生产 并且在生产工程中要借助工程菌 导入目的基因的大肠杆菌 所以还 需要进行发酵工程 1 基因工程原理及特点 1 原理 外源基因在受体细胞中能够表达 其原因是 不同生物间dna分子的结构基本相同 不同生物进行基因表达时都遵循 中心法则 即 所有生物共用一套密码子 考点一基因工程及基本工具 2 特点 它是一种按照人们的意愿 定向改造生物遗传特性的技术 在dna分子水平上进行操作 是在体外进行的人为的基因重组 一旦成功 便可遗传 2 基因工程的基本工具 1 与dna分子相关的酶 几种酶的比较 限制酶与dna连接酶的关系 限制酶不切割自身dna的原因 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 2 载体 作用 作为运载工具 将目的基因转移到宿主细胞内 利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制 具备的条件 能在宿主细胞内稳定保存并大量复制 有多个限制酶切割位点 以便与外源基因连接 具有特殊的标记基因 以便进行筛选 种类 易错提示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 例1 蓝藻拟核dna上有控制叶绿素合成的chll基因 某科学家通过构建该种生物缺失chll基因的变异株细胞 以研究chll基因对叶绿素合成的控制 技术路线如图所示 下列相关叙述错误的是 a 过程应使用不同的限制性内切酶 b 过程都要使用dna连接酶 c 终止密码子是基因表达载体的重要组成部分 d 若操作成功 可用含红霉素的培养基筛选出该变异株 解析 限制性内切酶有特异性 过程要切割的dna序列不同 故应使用不同的限制性内切酶 dna连接酶的作用是连接被切开的磷酸二酯键 使chll基因 红霉素抗性基因与质粒结合 基因表达载体由目的基因 启动子 终止子 标记基因组成 终止密码子是mrna上密码子的一种 表示一次翻译的结束 变异株中chll基因被重组基因替换 重组基因中有红霉素抗性基因 故可用含红霉素的培养基筛选出该变异株 答案 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 以rna为模板 在逆转录酶的作用下人工合成 考点二基因工程基本操作程序 3 pcr技术与dna复制的比较 2 基因表达载体的构建 1 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 2 基因表达载体的构建方法 3 将目的基因导入受体细胞 4 目的基因的检测与鉴定 1 分子水平的检测 导入检测 dna分子杂交技术 用放射性同位素标记含目的基因的dna片段作探针 目的是检测目的基因是否插入受体细胞染色体dna上 2 个体水平检测 易错提示农杆菌法是双子叶植物和裸子植物中常用的一种基因转化方法 基因枪法是单子叶植物中常见的一种基因转化方法 例2 下列有关基因工程操作的叙述正确的是 a 用同种限制性内切酶切割载体与目的基因可获得相同的黏性末端 b 以蛋白质的氨基酸序列为依据合成的目的基因与原基因的碱基序列相同 c 检测到受体细胞含有目的基因就标志着基因工程操作的成功 d 用含抗生素抗性基因的质粒作为载体是因为其抗性基因便于与外源基因连接 达 使受体表现出目标性状或获得目标产物才标志着基因工程的操作成功 抗生素抗性基因作为标记基因 用于检测目的基因是否导入受体细胞 答案 a 解析 由于一种氨基酸可以由多种密码子控制 因此以蛋白质的氨基酸序列为依据合成的目的基因与原基因通常不同 只有目的基因表 1 基因工程的应用 1 抗虫棉的培育 目的基因 bt毒蛋白基因 原理 bt毒蛋白水解成多肽与肠上皮细胞结合 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 与肠黏膜结合 影响营养物质的吸收和利用 受体细胞 方法 花粉管通道法 也可用农杆菌转化法或基因枪法 考点三基因工程的应用与转基因生物的安全性及生物武器 2 动物反应器 外源基因 药用蛋白基因 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 受体生物 牛羊等 方法 显微注射法 3 基因检测和基因治疗的比较 不同抗虫基因作用机理不同 bt毒蛋白基因来自苏云金芽孢杆菌 2 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 3 基因治疗是治疗人类遗传病的根本方法 但由于人类尚未全面了解基因调控机制和疾病的分子机理 基因治疗只处于初期的临床实验阶段 易错提示 1 抗虫基因 抗虫但不抗病毒 细菌 真菌等 培育抗虫作物的优点 减少环境污染 降低生产成本 2 转基因生物的安全性 1 转基因生物存在安全性问题的原因 目前对基因的结构 调控机制及基因间的相互作用了解有限 目的基因往往是异种生物的基因 外源基因往往是随机插入宿主细胞基因组的 2 理性看待转基因生物 转基因生物的优缺点 对待转基因生物的正确态度 a 对转基因生物出现激烈的伦理方面的争论是正常的 关键是社会应有正确的舆论导向 从而促进科学技术的发展 b 国家对转基因技术要制定符合本国利益的政策和法规 c 在转基因生物或其产品研究过程中 科学家要自觉遵守科学研究道德 3 蛋白质工程与基因工程的比较 易错提示 1 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 2 改造后的基因需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 可见基因工程技术是蛋白质工程技术的基础 例3 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 利用蛋白质工程对植酸酶进行改造时 应在了解植酸酶空间结构的基础上 对植酸酶的氨基酸序列进行改造 使其具有特定功能 从而得到新的植酸酶 2 基因工程中将目的基因导入植物细胞的常用方法是农