高考生物一轮复习 现代生物科技专题 第36讲 基因工程（包括PCR技术）课件（选修3）.ppt

生物课标版 第36讲基因工程 包括pcr技术 考点一基因工程的工具与操作程序 教材研读 一 基因工程的工具1 限制酶 1 存在 原核生物中 2 作用 识别双链dna分子的某种特定核苷酸序列 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 3 形成末端类型 2 dna连接酶 1 作用 将双链dna片段 缝合 起来 恢复被限制酶切开的两个核苷酸间的磷酸二酯键 2 种类 3 载体 1 条件 能在受体细胞中复制并稳定保存 具有一至多个限制酶切点 具有标记基因 2 种类 3 作用 携带外源dna片段进入受体细胞 4 特点 可在细胞中进行自我复制或整合到染色体dna上随染色体dna进行同步复制 二 基因工程的基本操作程序1 目的基因的获取 1 目的基因 主要指 编码蛋白质的基因 也可以是一些具 调控作用的因子 2 方法 2 基因表达载体的构建 基因工程的核心 1 目的 使目的基因 在受体细胞中稳定存在 并且可以遗传给下一代 同时使目的基因能够表达和发挥作用 2 基因表达载体的构成 3 构建过程 3 将目的基因导入受体细胞 4 目的基因的检测与鉴定 考点二基因工程的应用与蛋白质工程 一 动物基因工程与植物基因工程1 动物基因工程 用于提高动物 生长速度从而提高产品产量 用于改善畜产品品质 用转基因动物生产药物 用转基因动物作器官移植的 供体等 2 植物基因工程 培育抗虫转基因植物 抗病转基因植物和抗逆转基因植物 利用转基因改良植物的 品质 二 基因诊断与基因治疗1 基因诊断 又称为dna诊断 是采用 基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体 2 基因治疗 1 概念 把 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 2 成果 将腺苷酸脱氨酶基因转入患者的淋巴细胞中 治疗复合型免疫缺陷症 3 类型 三 蛋白质工程1 蛋白质工程的概念 疑难诊室 1 既然存在基因工程 为什么还要改造蛋白质 提示 基因工程只能产生自然界已存在的蛋白质 2 蛋白质工程中为什么通过对基因操作来实现对天然蛋白质的改造 提示 蛋白质具有十分复杂的空间结构 基因的结构相对简单 容易改造 改造后的基因可以遗传给下一代 被改造的蛋白质无法遗传 考点三转基因生物的安全性与生物武器1 转基因生物存在安全性问题的原因 1 目前对 基因的结构 基因间的相互作用及基因的调控机制等都了解得相当有限 2 目的基因往往是 异种生物的基因 3 外源基因插入宿主基因组的部位往往是 随机的 2 对转基因生物安全性的争论 在 食物安全 生物安全 环境安全三个方面存在激烈的争论 3 理性对待转基因技术 趋利避害 不能因噎废食 4 基因身份证 1 否定的理由 个人基因资讯的泄露造成 基因歧视 势必造成遗传学失业大军 个人婚姻困难和人际关系疏远等 2 肯定的理由 一些遗传性疾病在后代中复现率很高 通过基因检测可以 及早预防 适时治疗 达到挽救患者生命的目的 5 生物武器 1 种类 致病菌 病毒 生化毒剂 以及经过 基因重组的致病菌等 2 中国政府的态度 在任何情况下 不发展 不生产 不储存生物武器 并反对生物武器及其技术和设备的扩散 1 判断有关基因工程工具说法的正误 1 2014江苏单科 23a 切割质粒的限制性核酸内切酶均能特异性地识别6个核苷酸序列 2 2014江苏单科 23c 载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因 3 限制酶只能用于切割目的基因 4 dna连接酶能使两碱基间通过氢键连接起来 5 限制性核酸内切酶 dna连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具酶 6 e colidna连接酶既可连接平末端 又可连接黏性末端 2 判断有关基因工程操作程序说法的正误 1 2015重庆理综 6a 表达载体中的胰岛素基因可通过人肝细胞mrna反转录获得 2 2015重庆理综 6c 借助抗生素抗性基因可将含胰岛素基因的受体细胞筛选出来 3 2015重庆理综 6d 启动子和终止密码子均在胰岛素基因的转录中起作用 4 用pcr方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列 5 pcr体系中一定要添加从受体细胞中提取的dna聚合酶 6 目的基因导入双子叶植物一般采用农杆菌转化法 7 为培育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 8 由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用 9 检测目的基因是否导入受体细胞可用抗原 抗体杂交技术 3 判断下列有关蛋白质工程和转基因技术说法的正误 1 蛋白质工程可以合成自然界中不存在的蛋白质 2 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 3 2014重庆理综 2d 生物武器是用微生物 毒素 干扰素及重组致病菌等来形成杀伤力 4 目前对转基因生物安全性的争论主要集中在食用安全性 生物安全性和环境安全性上 5 2014江苏单科 23d 抗虫基因即使成功地插入植物细胞染色体上也未必能正常表达 突破一基因工程的操作工具与操作程序 考点突破 1 基因工程操作程序中的 三 三 二 一 1 目的基因 三种获取方法 从基因文库中获取 基因组文库 cdna文库 利用pcr技术扩增 其实质是在体外对目的基因进行大量复制 用pcr仪控制温度 变性 95 复性 55 延伸 72 通过dna合成仪用化学方法人工合成 用于序列已知 且核苷酸数目较少者 利用mrna反转录法合成 2 将目的基因导入受体细胞的 三种类型 导入植物细胞 农杆菌转化法 花粉管通道法 基因枪法 导入动物细胞 显微注射法 导入受精卵 导入微生物细胞 使用ca2 处理受体细胞 3 目的基因检测与鉴定的 两个水平 4 基因工程操作的 一个核心 基因表达载体的构建 2 pcr技术 1 原理 dna复制 即 2 pcr反应过程 3 结果 上述三步反应完成后 一个dna分子就变成了两个dna分子 随着重复次数的增多 dna分子就以2n的形式增加 pcr的反应过程都是在pcr扩增仪中完成的 3 突破基因工程的五个易错点 1 基因组文库与部分基因文库不同 2 目的基因的插入位点不是随意的 基因表达需要启动子与终止子的调控 所以目的基因应插入启动子与终止子之间 若目的基因插入启动子内部 启动子将失去原功能 3 启动子 起始密码子 终止子 终止密码子 启动子 一段有特殊结构的dna片段 位于基因的首端 它是rna聚合酶识别 结合的部位 终止子 一段有特殊结构的dna短片段 位于基因的尾端 作用是使转录过程停止 起始密码子和终止密码子位于mrna上 分别控制翻译过程的启动和终止 4 切取目的基因与切割载体时 只能 使用 同一种酶 在获取目的基因和切割载体时通常用同一种限制酶 以获得相同的黏性末端 但如果用两种不同限制酶切割后形成的黏性末端相同时 在dna连接酶的作用下目的基因与载体也可以连接起来 为了防止载体或目的基因的黏性末端自己连接即所谓 环化 可用不同的限制酶分别处理目的基因和载体 使目的基因两侧及载体上具有两个不同的黏性末端 5 基因工程操作过程中只有第三步 将目的基因导入受体细胞 没有碱基互补配对现象 第一步存在pcr或人工合成法获得dna 第二步存在黏性末端连接现象 第四步检测存在分子杂交方法 4 dna的粗提取与鉴定 1 实验原理 2 操作流程 考向一依托实例分析 考查基因工程的基本操作工具1 2016课标全国 40 15分 图 a 中的三个dna片段上依次表示出了ecor bamh 和sau3a 三种限制性内切酶的识别序列与切割位点 图 b 为某种表达载体的示意图 载体上的ecor sau3a 的切点是唯一的 图 a 图 b 根据基因工程的有关知识 回答下列问题 1 经bamh 酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被酶切后的产物连接 理由是 2 若某人利用图 b 所示的表达载体获得了甲 乙 丙三种含有目的基因的重组子 如图 c 所示 这三种重组子中 不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有 不能表达的原因是 图 c 3 dna连接酶是将两个dna片段连接起来的酶 常见的有和 其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是 答案 1 sau3a 两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端 每空2分 共4分 2 甲和丙 2分 甲中目的基因插入在启动子的上游 丙中目的基因插入在终止子的下游 二者的目的基因均不能被转录 3分 其他合理答案可酌情给分 3 e colidna连接酶t4dna连接酶t4dna连接酶 每空2分 共6分 其他合理答案可酌情给分 解析 1 分析图 a 可知 限制酶sau3a 与bamh 切割dna后形成的黏性末端相同 故经这两种酶切割得到的产物可以用dna连接酶进行连接 2 构建基因表达载体时 为保证目的基因能在宿主细胞中成功表达 目的基因应插入在启动子和终止子之间 据此可判断甲 丙均不符合要求 目的基因均不能被转录 3 常见的dna连接酶有e colidna连接酶和t4dna连接酶 其中t4dna连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端 考向二借助实例 考查基因工程的操作程序2 2014课标 40 15分 植物甲具有极强的耐旱性 其耐旱性与某个基因有关 若从该植物中获得该耐旱基因 并将其转移到耐旱性低的植物乙中 有可能提高后者的耐旱性 回答下列问题 1 理论上 基因组文库含有生物的基因 而cdna文库中含有生物的基因 2 若要从植物甲中获得耐旱基因 可首先建立该植物的基因组文库 再从中出所需的耐旱基因 3 将耐旱基因导入农杆菌 并通过农杆菌转化法将其导入植物的体细胞中 经过一系列的过程得到再生植株 要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确表达 应检测此再生植株中该基因的 如果检测结果呈阳性 再在田间试验中检测植株的是否得到提高 4 假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交 子代中耐旱与不耐旱植株的数量比为3 1时 则可推测该耐旱基因整合到了 填 同源染色体的一条上 或 同源染色体的两条上 答案 15分 1 全部 2分 部分 2分 其他合理答案也给分 2 筛选 2分 其他合理答案也给分 3 乙 2分 表达产物 2分 其他合理答案也给分 耐旱性 2分 4 同源染色体的一条上 3分 解析 1 基因组文库包含某种生物的全部基因 cdna文库又称为部分基因文库 含有某种生物的部分基因 2 植物甲基因组文库中有该种植物的全部基因 从中可筛选出耐旱基因 3 植物乙的耐旱性低 所以植物乙体细胞作为受体细胞 要确定耐旱基因是否正确表达 应检测该基因的表达产物 对于个体水平的检测 应在干旱的田间进行试验 检测植物乙耐旱性是否得到了提高 4 将耐旱基因看作a 不耐旱基因看作a aa aa 耐旱与不耐旱数量比为3 1 则耐旱基因整合到了同源染色体的一条上 突破二基因工程的应用与蛋白质工程一 基因工程的应用1 植物基因工程 2 动物基因工程 3 基因治疗与基因诊断 体型巨大的个体 4 并非所有个体都可作为乳腺生物反应器 制备乳腺生物反应器通常是针对雌性个体进行的操作 易混易错 1 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 如含有抗虫基因的土壤农杆菌菌株 而青霉素是诱变后的高产青霉菌产生的 不是通过基因工程改造的工程菌产生的 2 用基因工程生产的药品 从化学成分上分析都应该是蛋白质类 3 动物基因工程的实施主要是为了改善畜产品的品质 不是为了产生 二 蛋白质工程与基因工程 考向一依托实例分析 考查基因工程的应用1 2016天津理综 7 12分 人血清白蛋白 hsa 具有重要的医用价值 只能从人血浆中制备 如图是以基因工程技术获取重组hsa rhsa 的两条途径 1 为获取hsa基因 首先需采集人的血液 提取合成总cdna 然后以cdna为模板 使用pcr技术扩增hsa基因 下图中箭头表示一条引物结合模板的位置及扩增方向 请用箭头在方框内标出另一条引物的位置及扩增方向 2 启动子通常具有物种及组织特异性 构建在水稻胚乳细胞内特异表达rhsa的载体 需要选择的启动子是 填写字母 单选 a 人血细胞启动子b 水稻胚乳细胞启动子c 大肠杆菌启动子d 农杆菌启动子 3 利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中 需添加酚类物质 其目的是 4 人体合成的初始hsa多肽 需要经过膜系统加工形成正确空间结构才有活性 与途径 相比 选择途径 获取rhsa的优势是 5 为证明rhsa具有医用价值 须确认rhsa与的生物学功能一致 答案 12分 1 总rna 或mrna 2 b 3 吸引农杆菌移向水稻受体细胞 有利于目的基因成功转化 4 水稻是真核生物 具有膜系统 能对初始rhsa多肽进行高效加工 5 hsa 解析 1 总cdna是以mrna为模板逆转录合成的 所以需要提取人的总rna或mrna pcr扩增的原理是dna复制 dna复制时 两条子链的延伸方向相反 所以引物的位置及方向如答案所示 2 要使rhsa基因在水稻胚乳细胞内特异性表达 需要选择水稻胚乳细胞的启动子 3 酚类物质可吸引农杆菌移向水稻受体细胞 使农杆菌ti质粒上的t dna转移到受体细胞并整合到受体细胞染色体的dna上 有利于目的基因成功转化 4 大肠杆菌为原核生物 无内质网和高尔基体 不能对多肽进行高效加工 而水稻是真核生物 具有内质网和高尔基体 可对多肽链进行高效加工 5 要证明rhsa具有医用价值 须确认rhsa与hsa的生物学功能一致 考向二借助实例 考查蛋白质工程2 2015课标 40 15分 已知生物体内有一种蛋白质 p 该蛋白质是一种转运蛋白 由3