高考生物一轮复习（基础知识巩固+考点互动探究+考例考法直击+教师备用习题）第12单元 现代生物科技专题 第36讲 基因工程课件.ppt

基础知识巩固 考点互动探究 考例考法直击 教师备用习题 第36讲基因工程 考试说明 1 基因工程的诞生 2 基因工程的原理及技术 含pcr 3 基因工程的应用 4 蛋白质工程 2 基因工程的基本工具 1 限制性核酸内切酶 来源 主要从 中分离纯化而来 作用 识别双链dna分子的某种 序列 使 的两个核苷酸之间的 断裂 结果 产生 末端或 末端 一 基因工程的概念及基本工具1 基因工程的概念 1 手段 按照 进行严格的设计 通过体外 和 等技术 赋予生物以新的性状 2 目的 创造出更符合人们需要的新的 和 3 水平 水平 链接教材 人们的愿望 2 制作流程 dna重组 转基因 生物类型 生物产品 dna分子 原核生物 特定的核苷酸 特定部位 磷酸二酯键 黏性 平 2 dna连接酶 链接教材 3 载体 条件 常用载体 其他载体 噬菌体的衍生物 等 大肠杆菌 黏性末端或平末端 限制酶 标记基因 质粒 动植物病毒 链接教材 二 基因工程的基本操作程序与pcr技术1 基因工程的基本操作程序图12 36 1 2 条件dna母链 pcr模板3 过程 基因文库 pcr 启动子 标记基因 目的 表达 发挥作用 农杆菌转化 显微注射 ca2 dna分子杂交 分子杂交 抗原 抗体杂交 是否表达 taq酶 单链相应序列 脱氧核苷酸 90 95 解旋 55 60 引物 70 75 taq酶 3 基因工程药物 1 方式 利用基因工程培育 来生产药品 2 成果 利用 工程菌 可生产细胞因子 抗体 疫苗 激素等 4 基因治疗 1 概念 把 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 链接教材 三 基因工程的应用1 植物基因工程抗虫 转基因植物 利用转基因改良植物的品质 2 动物基因工程提高动物 改善畜产品的品质 用转基因动物生产 用转基因动物作器官移植的供体 抗病 抗逆 生长速度 药物 工程菌 正常基因 链接教材 2 成果 将腺苷酸脱氨酶基因转入患者的淋巴细胞 3 途径 分为 和 四 蛋白质工程图12 36 3 体内基因治疗 体外基因治疗 修饰 合成 新的蛋白质 功能 蛋白质的结构 氨基酸序列 脱氧核苷酸序列 考点一基因工程的基本操作工具 限制酶的作用特点 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 图12 36 4图12 36 5 2 dna相关六种酶的比较 1 2016 海南海口一中二模 根据基因工程的有关知识 回答下列问题 1 限制性核酸内切酶切割dna分子后产生的片段 其末端类型有 和 2 质粒运载体用ecor 切割后产生的片段如图 为使运载体与目的基因相连 含有目的 典例追踪 基因的dna除可用ecor 切割外 还可用另一种限制性核酸内切酶切割 该酶必须具有的特点是 3 按其来源不同 基因工程中所使用的dna连接酶有两类 即 dna连接酶和 dna连接酶 4 基因工程中除质粒外 和 也可作为运载体 答案 1 黏性末端平末端 2 切割产生的dna片段末端与ecor 切割产生的dna片段末端相同 3 e colit4 4 噬菌体的衍生物动植物病毒 解析 1 经限制性核酸内切酶切割后能形成两种类型的末端 即平末端和黏性末端 2 为了便于相连 两种不同限制酶切割之后所产生的黏性末端必须相同 3 dna连接酶分为两类 e colidna连接酶和t4dna连接酶 这二者都能连接黏性末端 此外t4dna连接酶还可以连接平末端 但连接平末端时的效率比较低 4 基因工程常用的运载体 质粒 噬菌体的衍生物 动植物病毒 2 2016 江西九江一中二模 苏云金杆菌 bt 能产生具有杀虫能力的毒素蛋白 图甲是转bt毒素蛋白基因植物的重组dna形成过程示意图 图乙是毒素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 据图回答下列问题 典例追踪 典例追踪 图12 36 6 典例追踪 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 能识别的碱基序列 现用bcl 和hind 切割质粒 则该图甲中 的dna右侧还能选择bamh 进行切割 并 填 能 或 不能 获得所需重组质粒吗 理由是 3 若上述假设成立 并成功形成重组质粒 则重组质粒 a 既能被bamh 切开也能被hind 切开b 能被bamh 切开但不能被hind 切开c 既不能被bamh 切开也不能被hind 切开d 能被hind 切开但不能被bamh 切开 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 填 都相同 都不同 或 不完全相同 其原因是 解析 1 图中 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后露出的黏性末端相同 质粒原来bamh 识别位点的碱基序列变为能被限制酶bcl 识别的碱基序列 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 能切割后露出的黏性末端相同 3 d 4 mrna不完全相同不同组织细胞中基因会进行选择性表达 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能被另一种限制酶bcl 识别的碱基序列 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 则不能被bamh 识别切割 根据酶切位点和识别的碱基序列可知 重组质粒能被hind 切开但不能被bamh 切开 4 从图乙可知 链是以dna一条链作为模板进行转录形成的mrna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 考点二基因工程的基本操作程序及pcr技术 1 获取目的基因的三种方法直接分离 从自然界已有的物种中分离 如从基因文库中获取 根据基因的有关信息如基因的核苷酸序列 基因在染色体上的位置 基因的转录产物mrna 基因的翻译产物 蛋白质 等可获取目的基因 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 不需要模板 以rna为模板 在逆转录酶的作用下人工合成 3 利用pcr技术扩增目的基因 pcr技术是利用dna双链复制的原理 将基因的核苷酸序列不断地加以复制 使其数量呈指数方式增加 基因表达载体的组成及构建过程 1 组成及各部分的作用图12 36 7 dna复制与pcr技术的比较 2 构建过程图12 36 8 提醒 1 限制酶切割位点应位于标记基因之外 不能破坏标记基因 以便进行检测 2 切割质粒和目的基因的限制酶必须是同一种酶 以获得相同的黏性末端 利于重组质粒的构建 但也可导致目的基因自身环化 3 三种常见的将目的基因导入受体细胞方法的比较 4 目的基因检测与鉴定的 四个方面 图12 36 9 1 2016 湖南师大附中模拟 某些适应寒冷环境的生物 能够产生一类抑制冰晶生长的蛋白质 能降低水溶液冰点的大分子 即抗冻蛋白 科学家利用昆虫抗冻蛋白 afps 基因的异源表达 现已成功地提高了双子叶植物 烟草的抗冻能力 请分析回答下列相关问题 1 为使抗冻蛋白基因在烟草细胞中高效表达 需要把来自cdna文库的抗冻蛋白基因片段正确插入基因表达载体的 和 之间 2 利用pcr技术扩增dna时 需要在反应体系中添加的有机物质有 4种脱氧核糖核苷酸和dna模板 扩增过程可以在pcr扩增仪中完成 3 将afps基因导入烟草细胞中 常用 法 此操作过程中使用的载体是 若要检测烟草是否产生了抗冻蛋白 一般采用 法检测杂交带 典例追踪 解析 1 构建基因表达载体时 抗冻蛋白基因片段 目的基因 应插入基因表达载体的启动子和终止子之间 2 pcr的条件 模板dna 四种脱氧核苷酸 一对引物 热稳定dna聚合酶 taq酶 3 将目的基因导入植物细胞常用农杆菌转化法 农杆菌中的ti质粒上的t dna可转移至受体细胞 并且整合到受体细胞染色体的dna上 根据农杆菌的这一特点 如果将目的基因插入ti质粒的t dna上 通过农杆菌的转化作用 就可以把目的基因整合到植物细胞中染色体的dna上 检测目的基因是否翻译形成相应的蛋白质 可采用抗原 抗体杂交法 答案 1 启动子终止子 2 引物耐热性的dna聚合酶 3 农杆菌转化ti质粒抗原 抗体杂交 2 2016 内蒙古呼和浩特模拟 过去20年间 伴随转基因作物的商业化进程 全球对该技术的应用急剧增加 从而也引发了人们关于转基因食品安全的担忧和讨论 农业部发言人证实到目前为止我国批准商业化种植和生产的转基因作物 只有转基因抗虫的棉花和转基因抗病毒的番木瓜这两种 图12 36 10是从酵母菌获取某植物需要的某种酶基因的流程 结合所学知识及相关信息回答下列问题 图12 36 10 典例追踪 1 图中cdna文库 填 大于 等于 或 小于 基因组文库 2 过程提取的dna需要 酶 b过程是 3 为在短时间内获得大量目的基因 可用 扩增目的基因 其原理是 4 目的基因获取之后 需要进行 其组成必须有 以及标记基因等 此步骤是基因工程的核心 5 将该目的基因导入某双子叶植物细胞 常采用的方法是 其能否在此植物体内稳定遗传的关键是 可以用 技术进行检测 典例追踪 解析 1 基因组文库包括了该种生物所有的基因 而cdna文库只包含一种生物的部分基因 因此cdna文库小于基因组文库 2 从酵母菌细胞中提取目的基因 需用到限制性核酸内切酶 以mrna为模板合成cdna的过程为逆转录 3 pcr技术是一项在生物体外复制特定dna片段的核酸合成技术 采用该技术能在短时间内获得大量目的基因 pcr技术的原理是dna复制 4 基因工程的核心操作步骤是基因表达载体的构建 其组成必须有启动子 终止子 目的基因以及标记基因等 5 将基因表达载体导入双子叶植物细胞常用农杆菌转化法 检测目的基因是否整合到植物细胞的染色体上可采用dna分子杂交技术 答案 1 小于 2 限制性核酸内切反转录 逆转录 3 pcr技术dna复制 4 基因表达载体的构建启动子 终止子 目的基因 5 农杆菌转化法目的基因是否整合到植物细胞的染色体上dna分子杂交 3 pcr技术是把dna片段在体外酶的作用下 合成许许多多相同片段的一种方法 利用它能快速而特异地扩增目的基因或dna分子片段 它的基本过程如图12 36 11所示 图12 36 11图中 表示每次扩增过程中需要的引物 加入足够多 每个引物含20个核苷酸 并 典例追踪 分别与dna片段两端碱基互补 其作用是引导合成dna子链 还作为子链的一部分 不会从模板链上脱落下来 1 pcr技术的原理是模拟生物体内的 过程 2 pcr扩增过程中需要对dna片段进行高温处理 其目的是 此过程在生物体内需 酶的参与 作用部位是dna的 键 3 据图分析 扩增过程中需要的引物有 种 其实质是 假如引物都用3h标记 从理论上计算 所得dna分子中含有3h标记的占 4 假定dna片段含200对脱氧核苷酸 经3次扩增 从理论上计算还需要提供 个游离脱氧核苷酸 典例追踪 解析 1 pcr技术的原理是模拟生物体内dna分子复制的过程 2 pcr扩增过程中通过95 高温处理 使dna分子的双螺旋结构打开 形成单链dna分子 在生物体内 dna分子解旋形成单链是在解旋酶的作用下打开氢键完成的 3 分析题图可知 该图经过一次循环形成了2个dna分子 如果引物都用3h标记 从理论上计算 所得2个dna分子中含有3h标记 4 dna片段含200对脱氧核苷酸 经3次扩增 形成了8个dna分子 其中只有两条dna单链上没有引物 因此该过程中需要的游离的脱氧核糖核苷酸数是200 2 8 1 14 20 2520 个 答案 1 dna复制 2 使dna的两条链彼此分开 或解旋 解旋氢 3 两单链dna100 4 2520 考点三蛋白质工程基因工程和蛋白质工程的比较 1 2015 全国卷 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分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸 240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸 改变后的蛋白质 p1 不但保留p的功能 而且具有了酶的催化活性 回答下列问题 1 从上述资料可知 若要改变蛋白质的功能 可以考虑对蛋白质的 进行改造 2 以p基因序列为基础 获得p1基因的途径有修饰 基因或合成 基因 典例追踪 所获得的基因表达时是遵循中心法则的 中心法则的全部内容包括 的复制 以及遗传信息在不同分子之间的流动 即 3 蛋白质工程也被称为第二代基因工程 其基本途径是从预期蛋白质功能出发 通过 和 进而确定相对应的脱氧核苷酸序列 据此获得基因 再经表达 纯化获得蛋白质 之后还需要对蛋白质的生物 进行鉴定 解析 本题考查蛋白质工程的相关知识 1 若要改变蛋白质的功能 就要对蛋白质的结构进行改造 而从材料中的内容 可以看出是改造了氨基酸的序列 2 获得p1基因的途径有对原基因 p 进行修饰或者根据氨基酸序列直接合成目的基因 p1 中心法则即遗传信息的传递途径 包括遗传物质 dna或rna 的复制和转录 翻译 逆转录的过程 3 蛋白质工程的基本途径 从预期的蛋白质功能出发 设计预期的蛋白质结构 推测应有的氨基酸序列 找到相应的脱氧核苷酸序列 该目的基因表达产生相应的蛋白质 为确定该蛋白质是否符合需要 还需对蛋白质的生物功能进行鉴定 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 3 设计蛋白质的结构推测氨基酸序列功能 1 2016 全国卷 某一质粒载体如图12 36 12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 图12 36 12 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 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 答案 1 能自我复制 具有标记基因 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 3 受体细胞 解析 本题考查基因工程中质粒作为运载体的特点 基因表达载体的构建与筛选等相关知识 主要考查学生的灵活应用能力 1 质粒载体作为基因工程的运载工具 需要有一个至多个限制酶切位点 能够在宿主细胞中进行自我复制 有标记基因 2 未被转化的和仅含环状目的基因的细胞都不含有氨苄青霉素抗性基因 在含有氨苄青霉素的培养基上都不能生长 所以不能区分出来 含有质粒载体的细胞和含有插入了目的基因的重组质粒的细胞都含有氨苄青霉素抗性基因 在含有氨苄青霉素的培养基上都能生长 所以也不能区分出来 由于含有质粒的大肠杆菌中有四环素抗性基因 在含四环素的培养基上能生长 而重组质粒的四环素抗性基因被破坏 所以含重组质粒的大肠杆菌在含四环素的培养基上不能生长 由此区分出含质粒载体的大肠杆菌和含重组质粒的大肠杆菌 3 噬菌体不能独立完成代谢 其dna复制在大肠杆菌细胞中进行 需大肠杆菌细胞提供原料 酶和能量等 2 2016 全国卷 图12 36 13 a 中的三个dna片段上依次表示出了ecor bamh 和sau3a 三种限制性核酸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12 36 13 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12 36 14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12 36 14 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 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 二者的目的基因均不能被转录 3 e colidna连接酶t4dna连接酶t4dna连接酶 解析 本题考查基因工程的操作工具及操作步骤等方面的知识 1 由于限制酶bamh 与sau3a 切割后的黏性末端相同 所以经bamh 酶切后得到的目的基因可以与表达载体被sau3a 酶切后的产物连接 2 基因表达载体的启动子和终止子应分别位于目的基因的首端和尾端 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 常见的dna连接酶有e colidna连接酶和t4dna连接酶 其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是t4dna连接酶 3 2015 全国卷 hiv属于逆转录病毒 是艾滋病的病原体 回答下列问题 1 用基因工程方法制备hiv的某蛋白 目的蛋白 时 可先提取hiv中的 以其作为模板 在 的作用下合成 获取该目的蛋白的基因 构建重组表达载体 随后导入受体细胞 2 从受体细胞中分离纯化出目的蛋白 该蛋白作为抗原注入机体后 刺激机体产生的可与此蛋白结合的相应分泌蛋白是 该分泌蛋白可用于检测受试者血清中的hiv 检测的原理是 3 已知某种菌导致的肺炎在健康人群中罕见 但是在艾滋病患者中却多发 引起这种现象的根本原因是hiv主要感染和破坏了患者的部分 细胞 降低了患者免疫系统的防卫功能 4 人的免疫系统有 癌细胞的功能 艾滋病患者由于免疫功能缺陷 易发生恶性肿瘤 答案 1 rna逆转录酶cdna 或dna 2 抗体抗原抗体特异性结合 3 t 或t淋巴 4 监控和清除 解析 1 由于hiv属于逆转录病毒 其遗传物质为rna 因此用基因工程方法制备hiv的某蛋白时 可先提取hiv中的rna 以其作为模板 在逆转录酶的作用下合成dna 获取该目的蛋白的基因 构建重组表达载体 随后导入受体细胞 2 抗原注入机体后 可刺激机体产生抗体 抗体会和抗原发生特异性结合 利用该方法可检测受试者血清中的hiv 3 hiv主要感染和破坏患者的部分t细胞 降低患者免疫系统的防卫功能 4 人体免疫系统可监控和清除癌细胞 由于艾滋病患者免疫功能缺陷 所以容易发生恶性肿瘤 4 2014 新课标全国卷 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 1 全部部分 2 筛选 3 乙表达产物耐旱性 4 同源染色体的一条上 解析 1 基因文库包括基因组文库和cdna文库 基因组文库包含生物基因组的全部基因 cdna文库是以mrna反转录后构建的 只含有已经表达的基因 即部分基因 2 从基因文库中获取目的基因需要进行筛选 3 要提高植物乙的耐旱性 需要利用农杆菌转化法将耐旱基因导入植物乙的体细胞中 要确认目的基因是否表达 可检测是否产生了目的基因的表达产物 即耐旱的相关蛋白质 也可以通过个体的表现型来检测 即观察检测其耐旱性情况 4 如果耐旱基因整合到同源染色体的两条上 相当于耐旱纯合子 则子代将全部表现为耐旱 不会出现性状分离 如果耐旱基因整合到同源染色体的一条上 则转基因植株的基因型相当于杂合子 自交后代出现耐旱 不耐旱 3 1的性状分离比 1 2016 吉林三模 回答利用农杆菌转化法培育转基因植物的相关问题 1 培育转基因植物过程的核心步骤是构建基因表达载体 其目的是使目的基因在受体细胞中 并且可以通过复制遗传给下一代 同时 使目的基因表达和发挥作用 2 构建基因表达载体时 可利用dna连接酶连接被限制酶切开的 键 3 组成基因表达载体的单体是 基因表达载体中的启动子是 识别和结合的部位 这种结合完成后才能驱动目的基因通过 填过程 合成mrna 4 用两种限制酶xba 和sac 两种酶切出的黏性末端不同 切割某dna 获得含目的基因的片段 若利用该片段构建基因表达载体 应选用下图中的何种ti质粒 答案 1 稳定存在 2 磷酸二酯 3 脱氧核苷酸rna聚合酶转录 4 甲 解析 1 构建基因表达载体的目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在 并且可以通过复制遗传给下一代 同时 使目的基因表达和发挥作用 2 dna连接酶的作用是在dna片段之间形成磷酸