高考生物一轮复习 1.74 基因工程的应用课件 新人教版选修3.ppt

考点一基因工程的应用 基础知识整合 1 基因工程的成果归纳总结 bt毒蛋白基因 蛋白酶抑制剂基因 淀粉酶抑制剂基因 植物凝集素基因 病毒外壳蛋白基因 病毒的复制酶基因 几丁质酶基因 抗毒素合成基因 渗透压调节基因 抗冻蛋白基因 抗除草剂基因 蛋白质 外源生长激素 体外基因治疗 体内基因治疗 2 基因治疗 1 概念 是把导入病人体内 使该发挥功能 从而达到治疗疾病的目的 是治疗人类遗传病最有效的手段 2 成果 将腺苷酸脱氨酶基因转入患者淋巴细胞中 治疗复合型免疫缺陷症 3 方法 a 先从病人体内获得 如t淋巴细胞 进行培养 然后 在体外完成基因转移 再筛选成功转移的细胞扩增培养 最后重新输入患者体内 b 体内基因治疗 直接向人体组织细胞中的治疗方法 如1994年美国科学家利用经过修饰的腺病毒作载体 成功地将治疗遗传性囊性纤维化病的正常基因转入患者肺组织中 正常基因 基因的表达产物 体外基因治疗 某种细胞 转移基因 知识拓展 1 转基因食品 转基因食品是通过遗传工程改变植物种子中的脱氧核糖核酸 然后把这些修改过的再复合基因转移到另一些植物种子内 从而获得在自然界中无法自动生长的植物物种 上世纪80年代末 科学家们开始把10多年分子研究的成果运用到转基因食品上 1995年成功地生产出抗杂草黄豆 并在市场上出售 又经过7年的努力 现在他们利用基因技术已批量生产出抗虫害 抗病毒 抗杂草的转基因玉米 黄豆 油菜 土豆 西葫芦等 目前 转基因食品的主要产地是美国 加拿大 欧盟 南非 阿根廷等 2 转基因食品安全评价 随着转基因技术向农业 食品和医药领域的不断渗透和迅速发展 转基因食品安全性现成为全球关注的热点问题之一 典例精析 例1 2011安徽 家蚕细胞具有高效表达外源基因的能力 将人干扰素基因导入家蚕细胞并大规模培养 可以提取干扰素用于制药 1 进行转基因操作前 需用酶短时处理幼蚕组织 以便获得单个细胞 2 为使干扰素基因在家蚕细胞中高效表达 需要把来自cdna文库的干扰素基因片段正确插入表达载体的和之间 胰蛋白 或胶原蛋白 启动子 终止子 3 采用pcr技术可验证干扰素基因是否已经导入家蚕细胞 该pcr反应体系的主要成分应该包含 扩增缓冲液 含mg2 水 4种脱氧核苷酸 模板dna 和 4 利用生物反应器培养家蚕细胞时 贴壁生长的细胞会产生接触抑制 通常将多孔的中空薄壁小玻璃珠放入反应器中 这样可以 增加培养的细胞数量 也有利于空气交换 taqdna聚合酶 对干扰素基因特异性的dna引物对 增大细胞贴壁生长的附着面积 考查类型 本题主要考查对基因工程应用的理解和动物细胞培养相关的基础知识 解析 1 为了使组织分散开为单个细胞 通常用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理 2 启动子位于目的基因的首端 终止子位于目的基因的尾端 3 pcr反应体系的主要成分应包括扩增缓冲液 含mg2 水 4种脱氧核苷酸 模板dna taqdna聚合酶 两种引物 4 细胞离体培养时通常表现出贴壁生长和接触抑制 多孔的中空薄壁小玻璃珠能增大贴壁生长的附着面积 增加培养的细胞数量 方法归纳 解答这类问题时 要注意将基因工程的步骤与细胞培养 细胞分化等知识相联系 考点二蛋白质工程 基础知识整合 1 概念 是指以蛋白质分子的及其与的关系作为基础 通过或 对进行改造 或制造一种 以满足人类的生产和生活的需求 2 过程 预期蛋白质功能 设计预期的 推测应有的 找到对应的 结构规律 生物功能 基因修饰 基因合成 现有蛋白质 新的蛋白质 蛋白质结构 氨基酸序列 脱氧核苷酸序列 知识拓展 蛋白质工程与基因工程的比较 典例精析 例2 蛋白质工程中需要进行直接操作的对象是 a 氨基酸结构b 蛋白质空间结构c 肽链结构d 基因结构 考查类型 本题考查对蛋白质工程的概念的理解 解析 蛋白质工程是指以蛋白质分子结构规律及其与生物功能的关系为基础 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 以满足人类的生产或生活需要 因此 归根到底 还是要对基因进行改造 方法归纳 准确把握蛋白质工程的概念是解答本题的关键 d 考点三dna的粗提取与鉴定 基础知识整合 1 dna粗提取的原理对于dna的粗提取 就是要利用dna与rna 蛋白质及脂质等在物理和化学性质方面的差异 提取 去除其他成分 1 根据dna的溶解性来粗提取dna的原理 dna和蛋白质等其他成分在不同浓度nacl溶液中不同 通常选用2mol lnacl溶液溶解细胞中的 此时杂质易沉淀 在0 14mol lnacl溶液中dna溶解度 可使 酒精是一种常用有机溶剂 dna却不能溶于酒精 特别是95 冷却酒精 但细胞中的某些可溶于酒精 利用这一点可以将dna和蛋白质进一步分离 dna 溶解度 dna 最小 dna析出 蛋白质 2 利用dna对酶 高温和洗涤剂的耐受性原理来粗提取dna 能专一性的水解蛋白质而不会对dna产生影响 故可用处理达到粗提取dna的目的 60 80 的高温会使大多数 而dna在80 以上才会变性 故可用60 80 的高温处理材料以达到粗提取dna的目的 能够瓦解细胞膜 但对dna没有影响 故可用该试剂来使细胞破裂 更好的提取dna 综上所述 不同浓度的 60 80 的及均可用来提取dna 蛋白酶 蛋白酶 蛋白质变性 洗涤剂 nacl溶液 酒精 蛋白酶 高温 洗涤剂 2 dna鉴定的原理在条件下 dna遇二苯胺呈现 因此 可以作为鉴定dna的试剂 原理总结 通过利用不同浓度nacl溶液溶解或析出dna 可以从细胞中提取和提纯dna 再利用酒精进一步将dna与蛋白质分离开来 达到提纯的目的 最后利用二苯胺试剂鉴定提取的物质是否是dna 沸水浴 蓝色 二苯胺 3 实验设计 1 实验材料的选取 不同生物的组织中dna含量不同 在选取材料时 应本着 材料易得 便于提取的原则 2 破碎细胞 获取含dna的滤液 如果选用鸡血作材料 可在鸡血细胞液中加入一定量 作用是 并用玻棒搅拌 过滤后收集滤液 如果用洋葱作材料 则要先切碎洋葱 加入一定量洗涤剂和食盐 洗涤剂能 食盐能溶解 进行充分地搅拌和研磨 研磨能够 过滤后收集研磨液 dna含量高 蒸馏水 使血细胞大量吸水而涨裂 瓦解细胞膜 dna 破碎细胞壁 使dna更多地溶解在nacl溶液中 3 去除滤液中的杂质最初获得的dna滤液含有蛋白质 脂质等杂质 需要进一步提纯dna 具体做法如下 方案一 滤液 nacl 2mol l 过滤除去杂质 加入蒸馏水使nacl溶液浓度为0 14mol l dna析出 过滤得到过滤物 放到2mol lnacl溶液中溶解 dna nacl溶解液方案二 滤液 嫩肉粉 木瓜蛋白酶 静置10 15分钟 dna滤液方案三 滤液 60 75 处理 过滤获得dna滤液方案一的原理是 方案二的原理是 方案三的原理是 dna在不同浓度nacl溶液中溶解度不同 蛋白酶分解蛋白质 不分解dna 蛋白质和dna的变性温度不同 4 dna的析出与鉴定滤液与混合均匀 静置2 3分钟 析出的白色丝状物是 dna的鉴定 试管2支 编号甲 乙 各加2mol l的5ml 甲中放入少量白色丝状物 使之溶解 各加4ml 混合均匀 5min 观察颜色变化 等体积的冷却酒精 dna nacl溶液 二苯胺 沸水浴 知识拓展 注意事项 在鸡血中加入柠檬酸钠防止凝固 鸡血静置或离心以提高细胞悬液浓度 使用塑料烧杯 使用尼龙布过滤 玻棒沿同一方向搅拌 玻棒搅拌要缓慢 细胞破裂快速搅拌 玻棒不要碰到烧杯壁 二苯胺试剂要现配现用等 为了提高dna纯度 在科学实验中通常使用的洗涤剂有十六烷基三甲基溴化铵 ctab 十二烷基硫酸钠 sds 典例精析 b 例3 在dna分子的粗提取实验中 两次向烧杯中加入蒸馏水的作用是 a 稀释血液 冲洗样品b 使血细胞破裂 降低nacl浓度使dna析出c 使血细胞破裂 增大dna溶解度d 使血细胞破裂 提取含杂质较少的dna 考查类型 本题考查dna分子的粗提取实验的基本原理 解析 在该实验过程中 第一次加入蒸馏水的目的是使血细胞过度吸水而破裂 以便核物质溶解 第二次加入蒸馏水是为了降低nacl浓度至0 14mol l 因为此时的dna溶解度最小 可使dna析出 方法归纳 了解在dna分子的粗提取实验中各操作要点的作用 例4 关于dna粗提取的实验材料的选择 经过了多次实验效果的比较 最终选择鸡血作实验材料 请据下图回答问题 1 鸡血细胞的红细胞中含 家鸡属于鸟类 新陈代谢旺盛 因而血液中细胞数目较多 可以提供丰富的 2 实验前由教师制备血细胞液供同学们作实验材料 而不用鸡全血 主要原因是 3 在牧区采集牛 羊和马血比较方便 若用该材料按实验要求完成实验步骤后 结果是 这是因为这些动物和人类一样 其 但若改用动物肝脏作实验材料 实验就能顺利进行 这是因为 细胞核 红 dna 鸡血细胞液中dna相对含量高 很难提取到dna 成熟的红细胞中无细胞核 肝脏细胞中有细胞核 考查类型 本题考查dna分子的粗提取实验原理和材料的选取原则 解析 1 鸡血红细胞中含有细胞核 因鸡属于鸟类 新陈代谢旺盛 需要红细胞为其供应o2 所以红细胞数目较多 可以提供丰富的dna 2 鸡的全血包括血浆和血细胞 血浆中无dna 血液中除去血浆后即是浓缩的血细胞液 dna的相对含量提高 3 牛 羊 马同人类一样 均属于哺乳动物 而哺乳动物成熟的红细胞中无细胞核 仅靠血液中的血细胞和淋巴细胞中的少量dna 在实验中很难提取到白色丝状物 dna 肝脏细胞中含有细胞核 只要操作准确 就能提取到dna 方法归纳 本题有一定的难度 需要有一些基本的生物学常识 再结合本实验的原理即可正确分析 课时练习七十六一 选择题 每小题只有一个正确选项 1 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17位的半胱氨酸改变成丝氨酸 结果大大提高 干扰素的抗病活性 并且提高了储存稳定性 该生物技术为 a 基因工程b 蛋白质工程c 基因突变d 细胞工程 b 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 b 3 2011四川 北极比目鱼中有抗冻基因 其编码的抗冻蛋白具有11个氨基酸的重复序列 该序列重复次数越多 抗冻能力越强 下图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图 有关叙述正确的是 a 过程 获取的目的基因 可用于基因工程和比目鱼基因组测序b 多个抗冻基因编码区依次相连成能表达的新基因 不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白c 过程 构成的重组质粒缺乏标记基因 需要转入农杆菌才能进行筛选d 应用dna探针技术 可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达 b 解析 过程 获得的目的基因已不含非编码区和内含子 因此不能用于比目鱼基因组测序 因此a错 导入农杆菌是为了扩增和更易导入番茄细胞 c错 dna探针技术不能检测基因是否完全表达 目的基因的完全表达应该检测其表达产物蛋白质 d错 每一个抗冻基因编码区经转录后的mrna都有独立的起始密码子和终止密码子 即使将多个抗冻基因编码区依次相连成能表达的新基因 也不可能使抗冻蛋白的有关重复序列次数增多 4 金茶花是中国特有的观赏品种 但易得枯萎病 降低观赏价值 科学家在某种植物中找到了抗枯萎病的基因 用转基因方法培育出了抗枯萎病的金茶花新品种 请据图分析基因工程操作的过程不对的是 a 为用限制性核酸内切酶获取目的基因b 为用dna连接酶连接目的基因c 为重组基因导入受体细胞d 为目的基因的表达和检测 a 5 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的分子结构 使之更加符合人类的需要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 定向改变分子结构c 蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子d 蛋白质工程又称为第二代基因工程 b 6 蛋白质工程的基本操作程序正确的是 蛋白质分子结构合成 dna合成 mrna合成 蛋白质的预期功能 根据氨基酸的序列推出脱氧核苷酸的序列a b c d c 7 下列关于 基因探针 的叙述 错误的是 a 基因探针的工作原理是碱基互补配对b 待测的dna分子首先要解旋变为单链 才可用基因探针检测c 待测的dna分子可以直接用基因探针测序d 用标记的目的基因做探针 可以与目的基因转录出的mrna杂交8 在下列各项试验操作中加清水和蒸馏水的主要原理与其他项不同的是 a 在dna粗提取时第一次加入蒸馏水b 在dna粗提取时第二次加入蒸馏水c 制备细胞膜时在红细胞液中加入蒸馏水d 在已质壁分离的细胞一侧加入清水 c b 二 非选择题 9 日本下村修 美国沙尔菲和美籍华人钱永健因在研究绿色荧光蛋白 gfp 等方面的突出贡献 获得2008年度诺贝尔化学奖 下图为我国首例绿色荧光蛋白 gfp 转基因克隆猪的培育过程示意图 据图回答 1 绿色荧光蛋白基因在该实验中是作为基因 图中通过过程 形成重组质粒 需要限制性内切酶切取目的基因 切割质粒 限制性内切酶 的识别序列和切点是 g gatcc 请画出质粒被限制酶 切割后所形成的黏性末端 2 过程 将重组质粒导入猪胎儿成纤维细胞时 采用最多也最有效的方法是 目的 显微注射技术 3 如果将切取的gfp基因与抑制小猪抗原表达的基因一起构建到载体上 gfp基因可以作为基因表达载体上的标记基因 其作用是 4 目前科学家们通过蛋白质工程制造出了蓝色荧光蛋白 黄色荧光蛋白等 采用蛋白质工程技术制造出蓝色荧光蛋白过程的正确顺序是 用数字表示 推测蓝色荧光蛋白的氨基酸序列和基因的脱氧核苷酸顺序 蓝色荧光蛋白的功能分析和结构序列设计 蓝色荧光蛋白基因的修饰 合成 表达出蓝色荧光蛋白 为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因 5 在培养重组细胞时 培养液中通常含有葡萄糖 氨基酸 无机盐 维生素和等 6 以上培育过程中应用到的生物技术有 等 至少答出三项 动物血清 转基因技术 核移植技术 动物细胞培养技术 胚胎移植技术 10 已知鸡的红细胞合成 珠蛋白 胰岛细胞合成胰岛素 为证明 鸡红细胞中含胰岛素基因 胰岛细胞中也含 珠蛋白基因 用编码上述两种蛋白质的基因作探针 分别对两种细胞中提取的总dna片段进行杂交 结果显示为实验一 分别对两种细胞中提取的总rna片段进行杂交 结果显示为实验二 注 表示杂交过程中有杂合双链 表示杂交过程中没有杂合双链 1 用dna探针检测基因的原理 2 分析鸡成熟红细胞合成 珠蛋白而不合成胰岛素的原因 3 在实验二的dna探针杂交实验中碱基配对的原则是 4 试判断 合成 珠蛋白和胰岛素的遗传密码是否在探针上 说明理由 5 举例说明dna探针在生产 生活中的应用 2例 基因探针能与相对应的基因中的碱基序列发生互补配对 基因选择性表达的结果 a u t a g c 不在 因为探针是用dna片段做的 而遗传密码存在于mrna上 镰刀状细胞贫血症的检测 苯丙酮尿症的检测 白血病的检测 饮用水中病毒含量的检测等 11 在植物基因工程中 用土壤农杆菌中的ti质粒作为运载体 把目的基因重组入ti质粒上的t dna片段中 再将重组的t dna插入植物细胞的染色体dna中 1 科学家在进行上述基因操作时 要用同一种分别切割质粒和目的基因 质粒的黏性末端与目的基因dna片段的黏性末端就可通过而黏合 2 将携带抗除草剂基因的重组ti质粒导入二倍体油菜细胞 经培养 筛选获得一株有抗除草剂特性的转基因植株 经分析 该植株含有一个携带目的基因的t dna片段 因此可以把它看作是杂合子 理论上 在该转基因植株自交f1代中 仍具有抗除草剂特性的植株占总数的 原因是 限制性内切酶 碱基互补配对 3 4 雌雄配子各有1 2含抗除草剂基因 受精时 雌雄配子随机结合 3 种植上述转基因油菜 它所携带的目的基因可以通过花粉传递给近缘物种 造成 基因污染 如果把目的基因导入叶绿体dna中 就可以避免 基因污染 原因是 叶绿体遗传表现为母系遗传 目的基因不会通过花粉传递而在下一代中显现出来 12 dna在nacl溶液中溶解度有两重性 随着nacl溶液的变化而变化 1 请在下列nacl溶液中选出溶解度能使dna析出最彻底的一种 和溶解度最高的一种 a 0 14mol lb 2mol lc 0 15mol ld 0 3mol l 2 dna不溶于酒精溶液 但细胞中的某些物质却可以溶于酒精溶液 利用这一原理可以 可以推测溶于酒精中的物质可能有 a b 除去杂质 某些脂类 蛋白质 糖类或其他大分子物质 3 利用dna与反应变蓝色的特性 将该物质作为鉴定的试剂 其实验过程要点是向放有的试管中加入4ml的 混合均匀后 将试管置于5min 待试管 观察试管中溶液颜色的变化 这个实验也说明dna耐温 二苯胺 dna dna 二苯胺试剂 沸水中水浴加热 冷却后 高 例 2011重庆 拟南芥是遗传学研究的模式植物 某突变体可用于验证相关的基因的功能 野生型拟南芥的种皮为深褐色 tt 某突变体的种皮为黄色 tt 下图是利用该突变体验证油菜种皮颜色基因 tn 功能的流程示意图 1 与拟南芥t基因的mrna相比 若油菜tn基因的mrna中uga变为aga 其末端序列成为 agcgcgaccagacucuaa 则tn比t多编码 个氨基酸 起始密码子位置相同 uca uaa为终止密码子 2 图中 应为 若 不能在含抗生素kan的培养基上生长 则原因是 若 的种皮颜色为 则说明油菜tn基因与拟南芥t基因的功能相同 2 重组质粒 重组dna分子 重组质粒未导入 深褐色 3 假设该油菜tn基因连接到拟南芥染色体