高中生物 第十一单元 现代生物科技专题 第37讲 基因工程课件.ppt

第十一单元现代生物科技专题第37讲基因工程 考情分析 备考导航 知识梳理自主学习夯实基础 1 基因工程的概念 考点一基因工程的基本工具 目的基因 基因重组 分子水平 符合人们需要 远缘杂交不亲和 定向改造 2 基因工程的基本工具 1 限制性核酸内切酶 简称 来源 主要是从生物中分离纯化出来的 作用 识别特定的并切开特定部位的两个核苷酸之间的 结果 产生或平末端 2 dna连接酶 种类 按来源可分为e colidna连接酶和 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之间的 限制酶 原核 核苷酸序列 磷酸二酯键 黏性末端 t4dna连接酶 磷酸二酯键 3 载体 种类 噬菌体的衍生物 动植物病毒等 质粒的特点 质粒 限制酶切割位点 标记基因 深挖教材 1 为什么不同生物的基因可以拼接起来 提示 基因拼接的理论基础 dna是生物的主要遗传物质 dna的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸 双链dna分子的空间结构都是规则的双螺旋结构 2 为什么一种生物的基因可以在另一种生物细胞内表达 提示 外源基因在受体内表达的理论基础 基因是控制生物性状的独立遗传单位 遗传信息的传递都遵循中心法则阐述的信息流动方向 生物界共用一套遗传密码 3 限制酶主要存在于原核生物中 它有什么意义 提示 限制酶在原核生物中主要是切割外源dna 使之失效 从而达到保护自己的目的 4 原核生物中限制酶为什么不切割自身的dna 提示 原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已被修饰 重点透析剖析考点拓展深化 1 限制酶 1 识别序列的特点 呈现碱基互补对称 无论是奇数个碱基还是偶数个碱基 都可以找到一条中心轴线 如 以中心线为轴 两侧碱基互补对称 以为轴 两侧碱基互补对称 2 切割后末端的种类 2 与dna分子相关的酶 1 dna相关六种酶的比较 2 限制酶与dna连接酶的关系 易错点拨 1 限制酶是一类酶 而不是一种酶限制酶的成分为蛋白质 其作用的发挥需要适宜的理化条件 高温 强酸或强碱均易使之变性失活 2 基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同基因工程中的载体是dna分子 能将目的基因导入受体细胞内 膜载体是蛋白质 与细胞膜的通透性有关 3 dna连接酶作用时并不需要模板dna连接酶是把两个具有相同末端的dna片段通过磷酸二酯键连接起来 题组例练分类例练提炼方法 1 2016 全国 卷 40 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 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 解析 1 由题图 a 三种限制酶的识别序列可知 bamh 酶与sau3a 酶切割目的基因与表达载体后产生的片段具有相同的黏性末端 答案 1 sau3a 两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端 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 解析 2 构建基因表达载体时 目的基因应插入在启动子和终止子之间 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 两者的目的基因均不能被转录 答案 2 甲和丙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 两者的目的基因均不能被转录 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 解析 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 答案 3 e colidna连接酶t4dna连接酶t4dna连接酶 2 2016 江西九江二模 苏云金芽孢杆菌 bt 能产生具有杀虫能力的毒蛋白 图甲是转bt毒蛋白基因植物的重组dna形成过程示意图 图乙是毒蛋白基因进入植物细胞后发生的两种生物大分子合成的过程 回答下列问题 1 将图甲 的dna用hind bamh 完全酶切后 反应管中有种dna片段 过程 两片段通过键相连 2 假设图甲中质粒原来bamh 识别位点的碱基序列变为了另一种限制酶bcl 的碱基序列 现用bcl 和hind 切割质粒 则该图甲中 的dna右侧还选择bamh 进行切割 则 填 能 或 不能 获得所需重组质粒吗 理由是 解析 1 图甲中 的dna含有两个bamh 酶的切割位点 含有一个hind 酶的切割位点 所以用hind bamh 完全酶切 中的dna后 反应管中有4种dna片段 过程 两片段通过磷酸二酯键相连 2 据图分析 由于bamh 和bcl 切割dna后露出的碱基序列相同 质粒原来bamh 识别位点的碱基序列变为限制酶bcl 的碱基序列 用bcl 和hind 切割质粒 用bamh 和hind 切割目的基因 仍能获得重组质粒 答案 1 4磷酸二酯 2 能切割后露出的碱基序列相同 3 若上述假设成立 并成功形成重组质粒 则重组质粒 填 能 或 不能 被hind 切开 填 能 或 不能 被bamh 切开 解析 3 质粒和目的基因都被hind 切割 形成相同的黏性末端 则形成的重组质粒还能被hind 切割 质粒原来bamh 识别位点的碱基序列变为了另一种限制酶bcl 的碱基序列 则形成的黏性末端是 而目的基因被bamh 切割 则形成的黏性末端 则形成的重组dna片段是 因此不能被bamh 识别 也不能被切割 根据酶切位点和识别的碱基序列可知 重组质粒只能被hind 但不能被bamh 切开 答案 3 能不能 t actag g cctag tgatcc actagg 4 图乙中 链是 不同组织细胞的相同dna进行过程 时启用的起始点 在 都相同 都不同 或 不完全相同 中选择 其原因是 解析 4 从图乙可知 链形成是以dna一条链作为模板进行转录形成的信使rna分子 不同组织细胞的相同dna在转录时 相同基因一般转录起点相同 不同的基因转录起点不同 原因是基因的选择性表达 答案 4 mrna不完全相同不同组织细胞中基因会进行选择性表达 限制酶的选择方法 1 应选择切点位于目的基因两端的限制酶 如图甲可选择pst 不能选择切点位于目的基因内部的限制酶 如图甲不能选择sma 2 切割质粒时 一般所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致 以确保具有相同的黏性末端 质粒作为载体必须具备标记基因 启动子和终止子等 所以所选择的限制酶不要破坏这些结构 如图乙中限制酶sma 会破坏标记基因 且切割位点应位于启动子和终止子之间以利于目的基因的插入和表达 如果所选限制酶的切点不是一个 则切割重组后可能丢失某些片段 若丢失的片段含复制原点区 则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制 3 为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接 可使用两种不同的限制酶切割目的基因和质粒 如图甲可选择用pst 和ecor 两种限制酶 但要确保质粒上也有这两种限制酶的切点 方法突破 知识梳理自主学习夯实基础 1 基因工程的基本操作程序 考点二基因工程的基本操作程序及应用 基因文库 pcr 启动子 标记基因 农杆菌转化 显微注射 dna分子杂交 抗原 抗体杂交 2 pcr技术 1 原理 2 条件 模板 酶 热稳定dna聚合酶 引物 分别与相结合 原料 四种 dna双链复制 dna母链 taqdna聚合酶 单链相应互补序列 脱氧核苷酸 3 过程 90 95 解旋 55 60 引物 70 75 taqdna聚合酶 3 基因工程的应用 1 动物基因工程 用于提高动物 用于改善畜产品品质 用转基因动物生产 用转基因动物作器官移植的等 2 植物基因工程 培育抗虫转基因植物 抗病转基因植物和转基因植物 利用转基因改良植物的 深挖教材 1 基因工程操作过程中 哪些步骤中具有碱基互补配对现象 提示 基因工程操作过程中第一 二 四步中均具有碱基互补配对现象 而只有第三步没有 2 动物基因工程中 为什么常选动物的受精卵作为受体细胞 提示 受精卵的全能性高 能使目的基因在相应的组织和器官中得以表达 3 基因工程成功的标志是什么 提示 目的基因在受体细胞中得以表达 生长速度 药物 供体 抗逆 品质 重点透析剖析考点拓展深化 1 获取目的基因的方法 1 从基因文库中获取 包括基因组文库和cdna文库等 2 人工合成目的基因的常用方法 化学合成法 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 不需要模板 反转录法 以rna为模板 在逆转录酶作用下人工合成 3 通过pcr技术扩增目的基因 目的 通过指数式扩增获取大量的目的基因 pcr技术与dna复制的比较 2 基因表达载体的构建 1 组成及作用 2 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 5 基因治疗与基因诊断 易错点拨 启动子 起始密码子 终止子 终止密码子启动子和终止子位于dna片段上 分别控制转录过程的启动和终止 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 题组例练分类例练提炼方法 1 2016 全国 卷 40 某一质粒载体如图所示 外源dna插入到ampr或tetr中会导致相应的基因失活 ampr表示氨苄青霉素抗性基因 tetr表示四环素抗性基因 有人将此质粒载体用bamh 酶切后 与用bamh 酶切获得的目的基因混合 加入dna连接酶进行连接反应 用得到的混合物直接转化大肠杆菌 结果大肠杆菌有的未被转化 有的被转化 被转化的大肠杆菌有三种 分别是含有环状目的基因 含有质粒载体 含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌 回答下列问题 解析 1 质粒能作为基因工程的载体的条件是质粒能自我复制 具有标记基因 具有一至多个酶切位点等 答案 1 能自我复制 具有标记基因 1 质粒载体作为基因工程的工具 应具备的基本条件有 答出两点即可 而作为基因表达载体 除满足上述基本条件外 还需具有启动子和终止子 解析 2 用含有氨苄青霉素的培养基对未被转化的大肠杆菌和被转化的三种大肠杆菌进行筛选时 未被转化的大肠杆菌和仅含环状目的基因的大肠杆菌均不含有氨苄青霉素抗性基因 在该培养基上均不能生长 故两者无法区分 含有质粒载体的大肠杆菌和含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌均含有氨苄青霉素抗性基因 在该培养基上均能生长 故两者也无法区分 但前者细胞内还含有四环素抗性基因 而后者细胞内含有的重组质粒在插入目的基因时四环素抗性基因被破坏 因此在含有四环素的固体培养基上前者能生长 后者不能生长 2 二者均不含有氨苄青霉素抗性基因 在该培养基上均不生长含有质粒载体含有插入了目的基因的重组质粒 或答含有重组质粒 二者均含有氨苄青霉素抗性基因 在该培养基上均能生长四环素 2 如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选 在上述四种大肠杆菌细胞中 未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的 其原因是 并且和的细胞也是不能区分的 其原因是 在上述筛选的基础上 若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落 还需使用含有的固体培养基 3 基因工程中 某些噬菌体经改造后可以作为载体 其dna复制所需的原料来自于 解析 3 噬菌体侵染受体细胞后 在受体细胞内利用受体细胞的脱氧核苷酸来进行dna复制 答案 3 受体细胞 解析 1 人工合成法是根据蛋白质的氨基酸序列 推测出信使rna序列 再推测出相应基因的核苷酸序列 进行人工合成目的基因 利用pcr技术可进行体外大量扩增目的基因 2 基因表达载体的构建是基因工程的核心步骤 需要用限制酶将目的基因和载体进行切割 断开磷酸二酯键 再用dna连接酶连接形成重组dna 答案 1 脱氧核苷酸序列pcr 2 基因表达载体的构建dna连接酶 2 2016 山东青岛一模 某高校研发的幽门螺杆菌疫苗为基因工程疫苗 对该菌引发的胃炎 胃溃疡等疾病具有较好的预防效果 其有效成分是一种该菌表面抗原蛋白质 回答下列问题 1 根据表面抗原蛋白质的氨基酸序列推测出目的基因的 进行人工合成 然后通过技术大量扩增 2 基因工程的核心步骤是 要利用连接被限制酶切开的磷酸二酯键 3 目的基因进入受体细胞内 并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程 称为 最终翻译是否成功 常用的检测方法是 4 实验证明 一定时间内间隔口服该疫苗3次效果更好 其主要原因是体内产生的细胞数量增多 导致获得的免疫预防作用更强 持续时间更久 解析 3 转化是指将目的基因导入受体细胞内 并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程 常用抗原 抗体杂交法检测最终翻译是否成功 4 一定时间内间隔口服该疫苗3次 属于二次免疫反应 体内产生的记忆细胞数量增多 导致获得的免疫预防作用更强 持续时间更久 效果更好 答案 3 转化抗原 抗体杂交 4 记忆 知识梳理自主学习夯实基础 蛋白质工程 1 概念理解 基础 蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系 操作 或基因合成 结果 改造现有蛋白质或制造出 目的 满足人类的生产和生活的需求 2 操作过程从预期的出发 设计预期的 推测应有的 找到相对应的 基因 基因表达 产生需要的蛋白质 考点三蛋白质工程 基因修饰 新的蛋白质 蛋白质功能 蛋白质结构 氨基酸序列 脱氧核苷酸序列 重点透析剖析考点拓展深化 蛋白质工程与基因工程的比较 题组例练分类例练提炼方法 1 糖尿病是近年来高发的 富贵病 常见类型有遗传型糖尿病和 型糖尿病 遗传型糖尿病的主要病因之一是胰岛受损 科研机构作出如下设计 取糖尿病患者的细胞 将人的正常胰岛素基因导入其中 然后做细胞培养 诱导产生胰岛组织 重新植入患者的胰岛 使胰岛恢复功能 型糖尿病需要注射胰岛素治疗 目前临床使用的胰岛素制剂注射后120min后才出现高峰 与人体生理状态不符 科研人员通过一定的工程技术手段 将胰岛素b链的28号和29号氨基酸互换 获得了速效胰岛素 已通过临床试验 解析 1 对遗传型糖尿病进行基因治疗的方案中 胰岛素基因称为目的基因 pcr技术可在体外快速扩增目的基因 将该基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法 2 基因工程步骤中的核心步骤是基因表达载体的构建 答案 1 目的基因pcr显微注射法 2 基因表达载体的构建 目的基因与运载体结合 1 对遗传型糖尿病进行基因治疗的方案中 胰岛素基因称为 实验室中要先对该基因利用技术进行扩增 将该基因导入正常细胞所用的方法是 2 对遗传型糖尿病患者进行治疗的基因工程步骤中的核心步骤是 解析 3 图中流程a是预期蛋白质的功能 流程b是相应的氨基酸序列 4 蛋白质工程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要 答案 3 预期蛋白质的功能相应的氨基酸序列 4 修饰合成改造 3 科研人员利用蛋白质工程合成速效胰岛素 该技术的实验流程为 其中 流程a是 流程b是 4 与基因工程相比 蛋白质工程是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 通过基因或基因 对现有蛋白质进行 制造一种新的蛋白质 以满足人类的生产和生活的需要 解析 1 蛋白质的功能由蛋白质的三维结构决定 而蛋白质的三维结构与氨基酸序列有关 因此 若要改变蛋白质的功能 可以考虑对蛋白质的氨基酸序列进行改造 2 p基因与p1基因的根本区别是碱基序列不同 因此可以通过对p基因进行修饰获得p1基因 也可以直接合成p1基因 中心法则的内容包括遗传信息的复制 转录 逆转录和翻译 答案 1 氨基酸序列 或结构 2 pp1dna和rna 或遗传物质 dna rna rna dna rna 蛋白质 或转录 逆转录 翻译 2 2015 全国 卷 40 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305个氨基酸组成 如果将p