高考生物一轮复习 现代生物科技专题 第1讲 基因工程课件 新人教版选修3.ppt

走向高考 生物 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 高考总复习 现代生物科技专题 选修三 第一讲基因工程 选修三 1 基因工程的诞生 2 基因工程的原理及技术 3 基因工程的应用 4 蛋白质工程 目的基因体外分子水平基因重组 受体 远缘杂交不亲和 定向 限制酶 原核 核苷酸序列 磷酸二酯键 黏性末端 两段dna片段 质粒 限制酶切割位点 标记基因 基因 基因文库 pcr技术 目的基因 标记基因 基因的首端 转录出mrna 转录 受体细胞 目的基因 稳定和表达 4 目的基因的检测与鉴定 目的基因是否转录 抗原 抗体杂交技术 分子 目的基因是否表达 抗干旱 农作物的品质 生产药物 生物反应器 工程菌 遗传病 正常基因 遗传病 体内基因治疗 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 1 如图为dna分子在不同酶的作用下所发生的变化 则图中依次表示限制性核酸内切酶 dna聚合酶 dna连接酶 解旋酶作用的正确顺序如何 提示 限制性核酸内切酶能将dna分子切割为dna片段 符合图中 dna聚合酶在dna复制过程中将脱氧核苷酸连接成dna链 符合图中 dna连接酶能连接不同的dna片段 符合图中 解旋酶能打开dna双链形成dna单链 符合图中 故正确顺序应为 2 基因工程中 需使用特定的限制酶切割目的基因和质粒 便于重组和筛选 已知限制酶 的识别序列和切点是 g gatcc 限制酶 的识别序列和切点是 gatc 请据图分析 切割目的基因时宜选择限制酶 还是限制酶 切割质粒呢 请说明理由 提示 由题图及题干信息知 目的基因两侧分别含 ggatcc 序列和 gatc 序列 若使用酶 切割 只能切断一侧 不能切断另一侧 若使用酶 切割 则可同时切断两侧 从而切出目的基因 同理 质粒中也含两种酶识别位点 且两识别位点均位于标记基因部位 若使用酶 切割质粒 则可同时破坏两个标记基因 使用酶 切割则可保留gene 作标记基因 故切割目的基因应选择酶 切割质粒应选择酶 c 利用dna聚合酶将基因b与质粒连接后导入玫瑰细胞d 将基因b直接导入大肠杆菌 然后感染并转入玫瑰细胞答案a解析提取矮牵牛蓝色花的mrna 逆转录得到dna 然后扩增 可获得大量的基因b a正确 从基因文库中获取目的基因 只要根据目的基因的相关信息和基因文库中的信息进行筛选对比即可 不需要用限制酶进行切割 b错误 目的基因与质粒的连接需要用dna连接酶 而不是dna聚合酶 c错误 目的基因需要和运载体连接后形成重组质粒再导入 而且应该用农杆菌进行感染 而不是大肠杆菌 d错误 答案b 解析构建基因表达载体时需要用同一种限制性核酸内切酶切割目的基因和载体 以产生相同的黏性末端 然后用dna连接酶连接 由于受体细胞有植物 动物和微生物之分 以及目的基因导入受体细胞的方法不同 因此 基因表达载体的构建也会有所差别 不可能是千篇一律的 抗生素基因的作用是作为标记基因 鉴别受体细胞中是否导入了目的基因 从而将含有目的基因的细胞筛选出来 基因表达载体的构建是整个基因工程的核心环节 答案d 解析蛋白质工程是按照以下思路进行的 确定蛋白质的功能 蛋白质应有的高级结构 蛋白质应具备的折叠状态 应有的氨基酸序列 应有的碱基序列 创造出自然界不存在的蛋白质 因此a b c项正确 蛋白质工程是通过对基因的改造来实现对蛋白质的改造 而不是直接对氨基酸的分子结构进行重新设计 d项错误 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 反转录作用的模板是 产物是 若要在体外获得大量反转录产物 常采用 技术 5 基因工程中除质粒外 和 也可作为运载体 6 若用重组质粒转化大肠杆菌 一般情况下 不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞 原因是 答案 1 黏性末端平末端 2 切割产生的dna片段末端与ecor 切割产生的相同 3 大肠杆菌t4 4 mrna 或rna cdna 或dna pcr 5 噬菌体的衍生物动植物病毒 6 未处理的大肠杆菌吸收质粒 外源dna 的能力极弱 解析 1 dna分子经限制性内切酶切割产生的dna片段末端通常有两种形式 即黏性末端和平末端 2 若用不同的酶切割目的基因 形成的末端一定要与ecori切割运载体产生的末端相同 这样才能相互互补连接 3 根据酶的来源 可将dna连接酶分为大肠杆菌dna连接酶和t4dna连接酶两类 4 以mrna为模板 合成互补的dna 称为反转录 通过pcr技术 可以在短时间内大量扩增目的基因 5 基因工程中常用的运载体有质粒 噬菌体的衍生物和动植物病毒等 6 大肠杆菌细胞外有细胞壁和细胞膜 能阻止其他物质的进入 只能通过ca2 处理细胞 使细胞处于能吸收周围环境中dna分子的生理状态 这种细胞称为感受态细胞 1 基因工程的理论基础 基因工程的操作工具 2 基因工程的工具酶 1 几种酶的比较 3 作为载体的条件 高考警示 关于工具酶的五个注意点 1 限制酶切割位点所处的位置必须是在所需的标记基因之外 这样才能保证标记基因的完整性 有利于对目的基因的检测 2 为使目的基因与载体形成相同的dna片段末端连接 通常使用同一种限制酶将二者切割 但如果不同的限制酶切割dna分子所产生的末端也存在互补关系时 则两末端也可连接 3 限制酶不切割自身dna的原因是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 4 限制酶是一类酶 而不是一种酶 5 dna连接酶起作用时 不需要模板 a 用ecor 切割目的基因和p1噬菌体载体b 用bgl 和ecor 切割目的基因和p1噬菌体载体c 用bgl 和sau3a 切割目的基因和p1噬菌体载体d 用ecor 和sau3a 切割目的基因和p1噬菌体载体解析解答本题的关键是要看清切割后目的基因插入的方向 只有用ecor 和sau3a 切割目的基因和p1噬菌体载体 构建的重组dna中rna聚合酶在插入的目的基因上的移动方向才一定与图丙相同 答案d 解析载体必须具备的条件有 对受体细胞无害 不影响受体细胞正常的生命活动 具有自我复制能力 或能整合到受体细胞的染色体dna上 随染色体dna的复制而同步复制 具有一个至多个限制酶切点 以便目的基因可以插入到载体中 带有特殊的标记基因 如抗生素抗性基因 以便于对外源基因是否导入进行检测 载体dna分子大小适合 以便于提取和进行体外操作 答案d 技巧点拨 确定限制酶种类的两种方法 1 根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类 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 为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接 也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒 如图甲也可选择用pst 和ecor 两种限制酶 但要确保质粒上也有这两种酶的切点 2 根据质粒的特点确定限制酶的种类 所选限制酶要与切割目的基因的限制酶相一致 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等 所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构 如图乙中限制酶sma 会破坏标记基因 如果所选酶的切点不止一个 则切割重组后可能丢失某些片段 若丢失的片段含复制起点区 则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制 基因工程的基本操作程序和应用 基因表达载体的构建步骤 3 将目的基因导入受体细胞 4 目的基因的检测与鉴定 2 基因工程的应用 1 乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较 2 基因治疗与基因诊断 高考警示 关于基因工程的四个注意点 1 限制酶剪切目的基因与质粒的次数不同 获取一个目的基因需限制酶剪切2次 共产生4个黏性末端或平末端 切割质粒则只需要限制酶剪切1次 因为质粒是环状dna分子 而目的基因在dna分子链上 2 基因工程操作过程中只有第三步没有碱基互补配对现象 第一步存在逆转录法获得dna 第二步存在黏性末端连接现象 第四步存在检测分子水平杂交 3 并非所有个体都可作为乳腺生物反应器 操作成功的应该是雌性个体 个体本身的繁殖速度较高 泌乳量 蛋白含量等都是应该考虑的因素 4 dna复制 pcr技术与基因克隆 a 过程 需使用逆转录酶b 过程 需使用解旋酶和pcr获取目的基因c 过程 使用的感受态细胞可用nacl溶液制备d 过程 可利用dna分子杂交鉴定目的基因是否已导入受体细胞 解析通过流程图分析 考查基因工程的操作程序 基因工程操作过程中 过程 为逆转录 需要逆转录酶 过程 为pcr技术扩增目的基因 该过程应用高温使dna双螺旋解开 不需要解旋酶 过程 为将目的基因导入受体细胞 以大肠杆菌作为受体细胞时 常用的方法就是利用氯化钙溶液处理大肠杆菌 使之成为感受态细胞 利于基因表达载体进入受体细胞 导入目的基因的大肠杆菌就成为工程菌 因此 过程 为目的基因的检测 检测目的基因是否导入大肠杆菌的第一步是用dna分子杂交法 答案ad 1 在上述工程中 铁结合蛋白基因称为 获取该基因后常用 技术进行扩增 2 构建重组ti质粒时 通常要用同种限制酶分别切割 和 将重组ti质粒转入农杆菌时 可以用 处理农杆菌 使重组ti质粒易于导入 3 将含有重组ti质粒的农杆菌与水稻愈伤组织共同培养时 通过培养基2的筛选培养 可以获得 培养基3与培养基2的区别是 4 检测培育转基因水稻的目的是否达到 需要检测转基因水稻 解析本题中培育转基因水稻的目的是培育出铁含量比普通大米高的水稻 因此目的基因为铁结合蛋白基因 要大量获得一般采用pcr技术进行扩增 构建重组质粒要用同一种限制酶切割含目的基因的dna片段和质粒 将外植体培养成试管苗的过程要用到不同的培养基 培养基最明显的差别在于所添加激素的种类和比例的不同 培育转基因水稻的目的是获得铁含量较高的大米 因此检测时应看转基因水稻种子中铁的含量 答案 1 目的基因pcr 2 含目的基因的dna片段质粒cacl2 3 含有重组质粒的愈伤组织生长素和细胞分裂素的浓度比例不同 4 种子中铁的含量 技巧点拨 解答有关基因工程基本操作程序的 四步曲 一要分辨限制酶的种类及识别序列和切割位点 在切割目的基因和载体时 一般用同一种限制酶切割 也可用不同的限制酶切割 但两种限制酶切割后产生的黏性末端中碱基要互补配对 二要找出标记基因 目的基因及其插入位点 一般来说 质粒中至少有一个标记基因 如抗生素抗性基因 明确目的基因的插入位点是在标记基因内部还是标记基因之外 三要分析目的基因插入质粒后是否破坏了标记基因 如果质粒中有一个标记基因 插入后一般不破坏标记基因 如果质粒中有两个标记基因 则需看标记基因中是否有插入位点 如果某一标记基因中有插入位点 则目的基因插入质粒后该标记基因被破坏 四要理清判断目的基因是否导入受体细胞的方法 一般用含有某种抗生素的培养基培养受体菌 如果有两种抗生素基因 还需确定用哪一种抗生素来判断 蛋白质工程与基因工程的关系 高考警示 二者都属于分子水平的操作 蛋白质工程的本质是通过改造基因进而形成自然界不存在的蛋白质 所以被形象地称为第二代基因工程 1 构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键 图中构建新的胰岛素模型的主要依据是 2 图中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是 3 新的胰岛素基因与载体 质粒 结合过程中需要限制性核酸内切酶和dna连接酶 已知限制性核酸内切酶i的识别序列和切点是 g gatcc 请画出质粒被限制性核酸内切酶i切割后所形成的黏性末端 dna连接酶对所连接的dna两端碱基序列是否有专一性要求 填 是 或 否 4 若将含有新的胰岛素基因的表达载体导入植物细胞中 最常用的方法是 5 若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素 需用到的生物工程有 和发酵工程 解析 1 构建新的胰岛素模型的主要依据是蛋白质的预期功能 2 根据蛋白质的预期功能 推测新的胰岛素中氨基酸的序列 进而推断基因中的脱氧核苷酸序列来合成新的胰岛素基因 3 将目的基因导入植物细胞中 最常用的转化方法是农杆菌转化法 4 限制性核酸内切酶识别特定的核苷酸序列 产生特定的黏性末端或平末端 而dna连接酶对所连接的dna两端碱基序列却没有专一性要求 5 生产自然界中本来没有的蛋白质需要用到蛋白质工程 基因工程等技术 思维导图 要点强记1 限制酶具有特异性 即一种限制酶只能识别特定的碱基序列 并在特定的位点上进行切割 2 dna连接酶的作用部位是磷酸二酯键 3 质粒是常用的载体 它是一种小型的环状dna分子 具有一个至多个限制酶切割位点及标记基因 4 目的基因的获取有从基因文库中获取和人工合成两类方法 5 基因表达载体包括目的基因 启动子 终止子和标记基因 6 目的基因导入植物细胞常用农杆菌转化法 导入动物细胞常用显微注射法 导入微生物细胞常用感受态细胞法 a 质粒用限制酶 切割 目的基因用限制酶 切割b 目的基因和质粒均用限制酶 切割c 质粒用限制酶 切割 目的基因用限制酶 切割d 目的基因和质粒均用限制酶 切割答案a解析由图可知 由于限制酶 能识别限制酶 的识别序列 限制酶 不能识别限制酶 的识别序列 要将目的基因从该dna链中提取出来 需要在目的基因左右切开 所以要用限制酶 使粒不能用限制酶 否则会将两个标记基因都给切开 答案d 解析本题考查基因工程的相关知识 不同的限制性核酸内切酶特异性地识别不同核苷酸序列 a错误 pcr反应中 起初的90 95 高温是使目的基因解旋 后冷却至50 左右是使引物结合到互补dna链上 最后再加热至72 左右是让dna聚合酶催化dna的子链延伸 b错误 载体质粒通常采用抗生素抗性基因作为筛选标记基因 c错误 基因成功插入也未必会表达 d正确 解答此类题目一定要准确把握基因工程的步骤 基因工程的工具 答案b 解析基因工程是通过对基因的操作 将符合人们需要的目的基因导入适宜的生物体 使其高效表达 从中提取所需的基因控制合成的蛋白质 或表现某种性状 蛋白质产品仍然为天然存在的蛋白质 蛋白质工程却是对控制蛋白质合成的基因进行改造 从而实现对其编码的蛋白质的改变 所得到的已不是天然的蛋白质 题目中的操作涉及的基因显然不再是原来的基因 其合成的 干扰素也不是天然 干扰素 而是经过改造的 是人类所需的蛋白质 因而整个过程利用的生物技术应为蛋白质工程 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 因为hiv为逆转录病毒 所以提取hiv中的rna 获得目的基因 以rna作为模板 在逆转录酶的作用下合成dna获取该目的基因 2 目的蛋白作为抗原侵入机体后 可启动机体的体液免疫 通过浆细胞产生抗体 而此抗体可与目的蛋白抗原结合 利用上述原理可检测受试者血清中是否含有hiv 3 hiv