（全国卷 地区专用）2018高考生物总复习 第十三单元 现代生物科技专题 第1讲 基因工程课件

第十三单元 现代生物科技专题,第1讲基因工程,1基因工程的概念(1)供体：提供_的生物体。(2)操作环境：_。(3)操作水平：_水平。(4)原理：_。(5)受体：表达目的基因。(6)本质：性状在_体内的表达。(7)优点：克服_的障碍，定向改造生物的_。2DNA重组技术的基本工具(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。,目的基因,体外,分子,基因重组,受体,远缘杂交不亲和,遗传性状,限制酶,原核,核苷酸序列,磷酸二酯键,黏性末端,(2)DNA连接酶种类：按来源可分为Ecoli DNA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_。DNA连接酶和限制酶的关系,(3)载体种类：_、噬菌体的衍生物、动植物病毒等。,质粒的特点,标记基因,T4DNA连接酶,磷酸二酯键,质粒,限制酶切割位点,【教材深挖】1用限制酶切割时需注意哪些问题？2下图中的图1和图2分别表示的是EcoR限制酶和Sma限制酶的作用示意图。请据图回答问题。,(1)请说出EcoR限制酶和Sma限制酶识别的碱基序列及切割的位点。(2)以上实例说明限制酶有何特性？,1获取目的基因和切割载体时，经常使用同一种限制酶(也可使用能切出相同末端的不同限制酶)，目的是产生相同的黏性末端或平末端。获取一个目的基因需限制酶切割两次，共产生4个黏性末端或平末端。限制酶切割位点的选择，必须保证标记基因的完整性，以便于检测。2(1)EcoR限制酶识别的碱基序列是GAATTC，切割位点在G和A之间；Sma限制酶识别的碱基序列是CCCGGG，切割位点在G和C之间。(2)说明限制酶具有专一性。,1.(2017四川重庆秀山中学月考，1)如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是(),A BC D,【解析】限制酶可在特定位点对DNA分子进行切割；DNA聚合酶在DNA分子复制时将脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链；DNA连接酶可将双链的DNA片段“缝合”在一起；解旋酶的作用是将DNA双链解开螺旋，为复制或转录提供模板。,C,2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下： 为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的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)逆转录作用的模板是_，产物是_。若要在体外获得大量逆转录产物，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_。,未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱(其他合理答案也可),黏性末端,平末端,切割产生的DNA片段末端与EcoR切割产生的相同(其他合理答案也可),Ecoli,T4,mRNA(或RNA),cDNA(或DNA),PCR,噬菌体的衍生物,动植物病毒(其他合理答案也可),3.下列关于载体的叙述中，错误的是()A载体与目的基因结合后，实质上就是一个重组DNA分子B对某种限制酶而言，载体最好只有一个切点，但还要有其他多种酶的切点C目前常用的载体有质粒、噬菌体的衍生物和动植物病毒D载体具有某些标记基因，便于对其进行切割,【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。,D,4如图为某种质粒的简图，小箭头所指分别为限制性核酸内切酶EcoR、BamH的酶切位点，P为转录的启动部位。已知目的基因的两端有EcoR、BamH的酶切位点，受体细胞为无任何抗药性的原核细胞。下列有关叙述正确的是()A将含有目的基因的DNA与质粒分别用EcoR酶切，在DNA连接酶作用下，生成由两个DNA片段连接形成的产物有两种BDNA连接酶的作用是将酶切后得到的黏性末端连接起来形成一个重组质粒，该过程形成两个磷酸二酯键C为了防止目的基因反向粘连和质粒自身环化，酶切时可选用的酶是EcoR和BamHD受体细胞能在含青霉素的培养基中生长表明该目的基因已成功导入该细胞,C,【解析】如果将含有目的基因的DNA与质粒分别用EcoR酶切，则酶切后二者的黏性末端相同，在DNA连接酶作用下，生成由两个DNA片段之间连接形成的产物有三种，其中只有一种符合基因工程的需求；DNA连接酶的作用是将酶切后的目的基因和质粒的黏性末端连接起来形成重组质粒，该过程形成4个磷酸二酯键；为了防止目的基因反向粘连和质粒自身环化，酶切时可选用的酶是EcoR和BamH，这样切割后得到的DNA片段两侧的黏性末端不同；由于受体细胞为无任何抗药性的原核细胞，因此能在含青霉素的培养基中生长的原因，可能是受体细胞成功导入了目的基因，也可能是只导入了不含目的基因的载体。,1确定限制酶的种类,(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载体上标记基因的标记原理载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后，抗性基因在受体细胞内表达，使受体细胞能够抵抗相应抗生素，所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以只保留转入载体的受体细胞，原理如下图所示：,1目的基因的获取(1)目的基因：主要是指_的基因。(2)获取目的基因的方法直接分离法：从自然界已有的物种中分离，如从基因组文库或_中获取。人工合成：a如果基因比较小，核苷酸序列又已知，可以通过_用化学方法直接人工合成。b以RNA为模板，在_的作用下人工合成。(3)扩增目的基因：利用_扩增目的基因。,编码蛋白质,cDNA文库,逆转录酶,DNA合成仪,PCR技术,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_中稳定存在，并且可以遗传给下一代。使目的基因能够_和发挥作用。(2)组成：_目的基因_标记基因(如抗生素抗性基因)。(3)基因表达载体的构建过程,受体细胞,表达,启动子,终止子,限制酶,DNA连接,3将目的基因导入受体细胞(连线),ba、c、ed,4.目的基因的检测与鉴定,DNA分子杂交技术分子杂交技术抗原抗体杂交技术,【教材深挖】1基因工程四步曲中，哪些步骤中发生了碱基互补配对？只有第3步“将目的基因导入受体细胞”没有发生碱基互补配对，其他三步中都涉及碱基互补配对。第1步中发生在反转录法合成目的基因或PCR技术扩增目的基因过程中。第2步中发生在黏性末端相互连接过程中。第4步中目的基因的导入检测、转录检测发生碱基互补配对。2抗虫棉培育过程中，检测目的基因是否表达常用的方法有哪两种？抗原抗体杂交法、用棉叶饲喂棉铃虫。,1.下面是将乙肝病毒控制合成病毒表面主蛋白的基因HBsAg导入巴斯德毕赤酵母菌生产乙肝疫苗的过程及有关资料，请分析回答下列问题：资料1巴斯德毕赤酵母菌是一种甲基营养型酵母菌，能将甲醇作为其唯一碳源，此时AOX1基因受到诱导而表达5AOX1和3AOX1(TT)分别是基因AOX1的启动子和终止子。资料2巴斯德毕赤酵母菌体内无天然质粒，所以科学家改造出了图1所示的pPIC9K质粒用作载体，其与目的基因形成的重组质粒经酶切后可以与酵母菌染色体发生同源重组，可以将目的基因整合于酵母菌染色体中以实现表达。,(1)如果要将HBsAg基因和pPIC9K质粒重组，应该在HBsAg基因两侧的A和B位置接上_、_限制酶识别序列，这样设计的优点是避免质粒和目的基因自身环化。(2)酶切获取HBsAg基因后，需用_将其连接到pPIC9K质粒上，形成重组质粒，并将其导入大肠杆菌以获取_。(3)步骤3中应选用限制酶_来切割重组质粒获得重组DNA，然后将其导入巴斯德毕赤酵母菌细胞。(4)为了确认巴斯德毕赤酵母菌转化是否成功，在培养基中应该加入卡拉霉素以便筛选，转化后的细胞中是否含有HBsAg基因，可以用_方法进行检测。(5)转化的酵母菌在培养基上培养一段时间后，需要向其中加入_以维持其生活，同时诱导HBsAg基因表达。(6)与大肠杆菌等细菌相比，用巴斯德毕赤酵母菌细胞作为基因工程的受体细胞，其优点是在蛋白质合成后，细胞可以对其进行_并分泌到细胞外，便于提取。,SnaB,Avr,DNA连接酶,大量重组质粒,Bgl,DNA分子杂交,甲醇,加工(修饰),【解析】(1)重组质粒上的目的基因若要表达，目的基因的首端和尾端需含有启动子和终止子。而SnaB、Avr识别的序列在启动子与终止子之间，只要在目的基因两侧A和B位置分别接上这两种序列，并用SnaB、Avr这两种限制酶对质粒和目的基因同时进行切割，便会各自出现相同的黏性末端，便于重组，同时可防止自身环化，因此在HBsAg基因两侧的A和B位置应接上SnaB和Avr限制酶的识别序列。(2)用DNA连接酶可将切割后的HBsAg基因和pPIC9K质粒连接成重组质粒；将重组质粒导入大肠杆菌体内的目的是：利用大肠杆菌的无性繁殖，短时间内获取大量的重组质粒。(3)重组DNA的两侧分别是启动子和终止子，除Bgl外，其他限制酶均会破坏含有启动子、终止子的目的基因。所以步骤3中应选用限制酶Bgl来切割重组质粒获得重组DNA，然后将其导入巴斯德毕赤酵母菌细胞。(4)可用DNA分子杂交技术检测巴斯德毕赤酵母菌内是否导入了目的基因。(5)资料1显示，甲醇为该酵母菌的唯一碳源，同时可诱导HBsAg基因表达，据此可知：转化的酵母菌在培养基上培养一段时间后，需要向其中加入甲醇以维持其生活，同时诱导HBsAg基因表达。(6)大肠杆菌等细菌为原核生物，细胞内没有对分泌蛋白进行加工修饰的内质网和高尔基体，而巴斯德毕赤酵母菌为真核生物，其细胞内有内质网和高尔基体等复杂的细胞器。所以与大肠杆菌等细菌相比，用巴斯德毕赤酵母菌细胞作为基因工程的受体细胞，其优点是在蛋白质合成后，细胞可以对其进行加工修饰并分泌到细胞外，便于提取。,2.内皮素(ET)是一种多肽，主要通过与靶细胞膜上的ET受体(ETA)结合而发挥生物效应。科研人员通过构建表达载体，实现ETA基因在大肠杆菌细胞中的高效表达，其过程如下图所示，图中SNAP基因是一种荧光蛋白基因，限制酶Apa的识别序列为 ，限制酶Xho的识别序列为请据图分析回答问题。,(1)进行过程时，需要加入缓冲液、引物、dNTP和_酶等。完成过程的目的是_。(2)过程和中，限制酶Xho切割DNA，使_键断开，形成的黏性末端是_。,反转录(逆转录),获取目的基因(ETA基因),磷酸二酯,(3)构建的重组表达载体，目的基因上游的启动子是_的部位，进而可驱动基因的转录。除图中已标出的结构外，基因表达载体还应具有的结构是_。,终止子,RNA聚合酶识别和结合,(4)过程要用CaCl2预先处理大肠杆菌，使其成为容易吸收外界DNA的_细胞。(5)将SNAP基因与ETA基因结合构成融合基因，其目的是有利于检测_。,ETA基因能否表达及表达量,感受态,2基因工程中的几种检测方法,1基因工程的应用(1)基因工程的应用：培育转基因植物和_，生产基因工程药物，进行_治疗。(2)抗虫棉的培育图示：,分析：从图中可以看出，目的基因是_，使用的载体是_，将目的基因表达载体导入受体细胞的方法是_，请写出两种检测目的基因是否表达的方法：_。,转基因动物,基因,Bt毒蛋白基因,Ti质粒,农杆菌转化法,抗原抗体杂交法、用棉叶饲喂棉铃虫,(3)基因治疗与基因诊断的不同点,基因表达,正常基因,碱基互补配对,DNA探针,2.蛋白质工程(1)目标：根据人们的需要对_的分子结构进行设计，或制造一种_。(2)操作对象：_。(3)操作过程：,写出流程图中字母代表的含义：A_，B._，C._，D._，E._。(4)结果：改造了现有蛋白质或制造出_。(5)应用：主要集中应用于对_进行改造，改良生物性状。,蛋白质,全新的蛋白质,基因,转录 翻译 分子设计 多肽链 预期功能,新的蛋白质,现有蛋白质,【教材深挖】1将目的基因导入受体细胞时，能否仅把目的基因整合到线粒体DNA或叶绿体DNA上？为什么？一般不能。如果仅把目的基因整合到线粒体DNA或叶绿体DNA上，由于细胞分裂可能导致目的基因丢失，无法稳定遗传。2对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现呢？原因是什么？,从对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造。原因是任何一种蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的基因可以遗传下去。如果对蛋白质直接进行改造，即使改造成功了，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。,1.如图所示为培育两种新品种草莓的流程示意图，请回答下列相关问题。,(1)获取人胰岛素基因的方法有_。将胰岛素基因导入草莓细胞之前，需构建基因表达载体，该过程所用到的酶有_。完整的重组质粒，除胰岛素基因外，还必须有启动子、_以及标记基因等特殊的片段。(2)图中过程人工诱导细胞融合的物理法有_。与诱导动物细胞融合的方法相比，过程不能使用的方法是_。(3)要从分子水平上检测目的基因(胰岛素基因)导入受体细胞后是否成功表达，可采用的方法是_。(4)通过过程获得的草莓果实细胞中，_(填“全部”或“部分”)含有胰岛素基因，理由是_。,人工合成法、从基因文库中获取和PCR扩增等,限制酶和DNA连接酶,终止子,离心、振动、电激等,用灭活的病毒诱导,抗原抗体杂交法,部分,若只导入一个目的基因，则其配子中不一定有目的基因,2.(2017海南华侨中学月考，13)蛋白质工程与基因工程相比，其突出特点是()A基因工程原则上能生产任何蛋白质B蛋白质工程能对现有的蛋白质进行改造，或制造出一种新的蛋白质C蛋白质工程可以不通过转录和翻译来实现D蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第三代基因工程,【解析】基因工程原则上能生产自然界原有的蛋白质，A错误；蛋白质工程能对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，B正确；蛋白质工程中合成蛋白质需要经过转录和翻译，C错误；蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程，D错误。,B,3设计并生产更加符合人类需要的蛋白质具有极为广阔的应用前景。利用胚胎工程技术生产预期蛋白质的流程如图所示：,(1)过程所示的生物工程为_。该工程是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_的修饰或合成，对现有的_进行改造，或制造出一种新的蛋白质，以满足人类生产生活的需求。(2)若预期蛋白质欲通过乳腺生物反应器生产，需在过程之前，对精子进行筛选，以保留含_染色体的精子并对精子进行_处理。,蛋白质工程,基因,蛋白质,X,获能,【解析】(1)蛋白质工程通过基因的修饰或合成，对现有的蛋白质进行改造，或制造出一种新的蛋白质，以满足人类生产生活的需求。(2)若通过乳腺生物反应器生产预期蛋白质，需要获得雌性个体，即使获能的X精子与卵子受精。,1乳腺生物反应器与基因治疗(1)乳腺生物反应器受生物性别(只能是雌性)和年龄(哺乳期)的限制。(2)基因治疗并非把健康的外源基因导入患者的所有细胞中，而只是导入具有某些功能的体细胞中。,2蛋白质工程与基因工程的比较(1)区别,(2)联系蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造。,1(2015重庆高考，6)下列有关人胰岛素基因表达载体的叙述，正确的是()A表达载体中的胰岛素基因可通过人肝细胞mRNA反转录获得B表达载体的复制和胰岛素基因的表达均启动于复制原(起)点C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D启动子和终止密码子均在胰岛素基因的转录中起作用,【解析】人肝细胞不能合成胰岛素，则人肝细胞中不含有胰岛素的mRNA，不能通过反转录获得人胰岛素基因，A错误；表达载体的复制启动于复制起点，胰岛素基因的表达启动于启动子，B错误；抗生素抗性基因是标记基因，可用于筛选含胰岛素基因的受体细胞，C正确；启动子在转录过程中起作用，终止密码子在翻译过程中起作用，D错误。,C,2(2016新课标，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。,(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。,能自我复制、具有标记基因、具有一个至多个限制酶切割位点,(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，未被转化的和仅含有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的单菌落，还需使用含有_的固体培养基。,四环素,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,3(2016新课标，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)。,根据基因工程的有关知识，回答下列问题。(1)经BamH酶切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_。,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_。,(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_。,T4DNA连接酶,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，两者目的基因均不能转录,EcoliDNA连接酶,T4DNA连接酶,【解析】(1)由于限制酶Sau3A与BamH切割后形成的黏性末端相同，所以经BamH酶切割得到的目的基因可以与上述表达载体被Sau3A酶切后的产物连接。(2)在基因表达载体中，启动子应位于目的基因的首端，终止子应位于目的基因的尾端，这样目的基因才能表达。图中甲、丙均不符合，所以不能表达目的基因的产物。(3)常见的DNA连接酶有EcoliDNA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。,4(2015新课标，40)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。,RNA,逆转录酶,cDNA(或DNA),抗体,抗原抗体特异性结合,T(或T淋巴),监控和清除,【解析】(1)HIV是RNA病毒，其核酸是单链RNA，而在基因工程中构建目的基因表达载体时，载体一般用的是质粒，为双链DNA，故先用逆转录酶催化HIV的RNA逆转录出DNA分子再进行基因工程操作。(2)本题涉及免疫学方面的知识，抗原进入机体后可以产生特异性免疫反应，产生相应的抗体，抗体与抗原特异性结合。(3)HIV病毒主要破坏人体T细胞。(4)免疫系统除了具有防卫功能外，还有监控和清除功能：监控并清除体内已经衰老或因其他因素而被破坏的细胞，以及癌变的细胞。,5(2015新课标，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，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。,氨基酸序列(或结构)(其他答案合理也可),P,P1,DNA和RNA(或遗传物质),DNARNA、RNADNA、RNA蛋白质(或转录、逆转录、翻译),设计蛋白质的结构,推测氨基酸序列,功能,【解