2012年高考生物第一轮复习 专题一 基因工程课件 新人教版选修3

专题1基因工程,重难点聚焦,考点1基因工程的理论基础,1.基因拼接的理论基础（1）DNA是主要的遗传物质；（2）DNA的基本组成单位都是四种脱氧核糖核苷酸；（3）DNA双螺旋结构。2.外源基因表达的理论基础（1）基因是控制生物性状独立遗传的单位；（2）遗传信息的传递都遵循中心法则；（3）生物界共用一套遗传密码。3.技术支持：基因转移载体的发现；工具酶的发明；DNA体外重组的实现；重组DNA表达实验的成功。,重难点聚焦,考点2基因工程的工具,1.“分子手术刀”限制性核酸内切酶（限制酶）（1）来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。这种酶在原核生物中的作用是防止外来病原物的侵害，将外源DNA切割保证自身安全。（2）作用特点：切割外源DNA，对自身的DNA不起作用，达到保护自身的目的。专一性：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且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）作用结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式黏性末端和平末端。,（4）作用实质：使特定部位的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键断开。,2.“分子缝合针”DNA连接酶(1)类型：有两种DNA连接酶，EcoliDNA连接酶和T4DNA连接酶。相同点：都缝合磷酸二酯键。,(2)与DNA聚合酶作用的比较,（3）与限制酶的比较,3.“分子运输车”载体（1）作用：作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞内。利用载体在宿主细胞内对目的基因大量复制。（2）具备的条件：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，供外源DNA片段插入。具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。（3）种类：最常用的载体是质粒,它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。其他载体：噬菌体的衍生物、动植物病毒。,考点3基因工程的基本操作程序,1.目的基因的获取（1）直接分离基因：从自然界已有的物种中分离，如从基因组文库中或者cDNA文库中分离。（2）人工合成的方法：目前人工合成基因的方法主要有两条途径。逆转录法：以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需要的基因。化学方法合成：已知核苷酸序列的小片段基因，直接利用DNA合成仪用化学方法合成，不需要模板。如人的血红蛋白基因、胰岛素基因等就可以通过人工合成基因的方法获得。,（3）利用PCR技术扩增目的基因PCR是一种细胞外扩增DNA片段的技术，叫聚合酶链式反应。原理是利用了DNA的热变性原理，通过控制温度来控制双链的解旋与结合。PCR的反应过程包括变性：高温下双链DNA在热作用下，氢键断裂，形成两条单链DNA。复性：低温两种引物通过碱基互补配对原则与两条单链DNA结合。延伸:中温条件下,在TaqDNA聚合酶的作用下，以四种脱氧核糖核苷酸为原料，根据碱基互补配对原则，合成DNA新链。,2.基因表达载体的构建（1）基因表达载体的组成：目的基因、启动子、终止子、标记基因。（2）构建方法,3.将目的基因导入受体细胞,4.目的基因的检测与鉴定（1）分子水平的检测导入检测：DNA分子杂交技术，即使用放射性同素标记的含目的基因的DNA片段作为探针检测。,（2）个体生物学水平的鉴定：对转基因生物进行抗虫或抗病的接种实验。,5.用基因工程的方法，使大肠杆菌生产出鼠的-珠蛋白。（1）从小鼠中克隆出-珠蛋白基因的编码序列（cDNA）。（2）将cDNA连接上在大肠杆菌中可以适用的启动子，另外加上抗四环素基因，构建成一个表达载体。（3）将表达载体导入无四环素抗性的大肠杆菌中，然后在含有四环素的培养基上培养大肠杆菌。如果表达载体未进入大肠杆菌中，大肠杆菌会因不含有抗四环素基因而死掉；如果培养基上长出大肠杆菌菌落，则表明-珠蛋白基因已进入其中。（4）培养进入了-珠蛋白基因的大肠杆菌，收集菌体，破碎后从中提取-珠蛋白。,例1农杆菌是一种在土壤中生活的微生物，能在自然条件下感染植物，因而在植物基因工程中得到了广泛的运用。如图为农杆菌转化法的示意图，试回答下列问题：,（1）一般情况下农杆菌不能感染的植物是，利用农杆菌自然条件下感染植物的特点，能实现。具体原理是在农杆菌的Ti质粒上存在T-DNA片段，它具有可转移,典例分析,至受体细胞并整合到受体细胞上的特点，因此只要将携带外源基因的DNA片段插入到（部位）即可。（2）根据T-DNA的这一转移特点，推测该DNA片段上可能含有控制（酶）合成的基因。（3）图中c过程中，能促进农杆菌向植物细胞转移的物质是类化合物。（4）要获取能表现出新性状的植株，d过程涉及的生物学技术是。（5）植物基因工程中除了农杆菌转化法之外，还可采取等。（至少写出两种）,解析：（1）一般农杆菌不能感染的植物是单子叶植物，可感染双子叶植物和裸子植物，利用其感染性，可实现将目的基因导入到植物细胞。真正可转移至受体细胞并整合到受体细胞染色体的DNA上的是农杆菌T-DNA片段，因此目的基因必须插入到该部位才能成功转移。（2）根据T-DNA这一转移特点，可以推测该DNA片段可控制合成DNA连接酶、限制酶，才能实现与双子叶植物细胞染色体DNA的整合。（3）植物细胞受伤后可产生酚类物质，促进农杆菌向植物细胞转移。（4）d过程涉及的生物学技术是植物组织培养，通过脱分化、再分化，最终形成完整的植物体。（5）植物基因工程中除了农杆菌转化法之外，还可采用基因枪法和花粉管通道法等。,答案：（1）单子叶植物将目的基因导入到植物细胞染色体的DNAT-DNA片段（内部）（2）DNA连接酶、限制酶（3）酚（4）植物组织培养（5）基因枪法、花粉管通道法,1.下列关于基因工程的叙述，错误的（）A.目的基因和受体细胞均可来自动植物或微生物B.限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶C.人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性D.载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达,解析：选D。大肠杆菌为原核生物，不含有内质网和高尔基体等细胞器，不能对蛋白质进行加工，其合成的胰岛素原无生物活性。载体中的抗性基因为标记基因，其作用是有利于筛选含重组DNA的细胞，但不能促进目的基因的表达。,课堂达标,2.采用基因工程技术将人凝血因子基因导入山羊受精卵，培育出了转基因羊。但是人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中。下列有关叙述正确的是（）A.人体细胞中凝血因子基因的碱基对数目，小于凝血因子氨基酸数目的3倍B.可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组DNA分子导入羊的受精卵C.在该转基因羊中，人凝血因子基因只存在于乳腺细胞，而不存在于其他体细胞中D.人凝血因子基因开始转录后，DNA连接酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNA,解析：选B。人体细胞内遗传信息的表达过程中存在终止密码子等不编码氨基酸的情况，因此，细胞中凝血因子基因的碱基对数目应大于凝血因子氨基酸数目的3倍；在该转基因羊中，人凝血因子基因存在于所有的体细胞中；催化mRNA合成的酶是RNA聚合酶。,考点4基因工程的应用,1.植物基因工程应用,2.动物基因工程应用,3.基因治疗,4.乳腺生物反应器与微生物生产的比较,如果工程菌为原核生物，因其没有内质网、高尔基体，所以不能生产糖蛋白类物质。基因治疗能从根本上治疗遗传病，不能治疗传染病，但由于尚未全面了解基因调控机制和疾病的分子机理，只处于初期的试验阶段。乳腺生物反应器受生物性别的限制，但从动物的尿液中提取的目的基因产物则不受性别限制。,特别提醒,5.蛋白质工程,例2（1）饲料加工过程温度较高，要求植酸酶具有较好的高温稳定性。利用蛋白质工程技术对其进行改造时，首先必须了解植酸酶的，然后改变植酸酶的，从而得到新的植酸酶。（2）培育转植酸酶基因的大豆，可提高其作为饲料原料时磷的利用率。将植酸酶基因导入大豆细胞常用的方法是。请简述获得转基因植株的完整过程：。（3）为了提高猪对饲料中磷的利用率，科学家将带有植酸酶基因的重组质粒通过转入猪的受精卵中。该受精卵培养至一定时期后可通过方法，从而一次得到多个转基因猪个体。,典例分析,解析：（1）蛋白质工程的原理是从预期的蛋白质功能出发推测出蛋白质的结构，从而推测出相应的氨基酸序列，再对基因进行改造从而得到新的蛋白质。不能直接改造蛋白质，因为它不能遗传。（2）基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法。转基因植株培育的完整过程必须包含四个步骤，即基因工程的四个操作程序。（3）导入动物细胞常用显微注射法，想得到多个具有相同遗传物质的个体的方法是胚胎分割移植。（4）转基因生物进入生态环境，对生态环境的影响应从正反两方面评价，只要答案合理就可以。,答案：（1）空间结构氨基酸序列（2）农杆菌介导的转化法外源植酸酶基因农杆菌大豆细胞大豆植株再生鉴定（3）显微注射法胚胎分割（4）减少环境中磷的污染，但基因可能扩散到环境中。,3.有关基因工程的成果及应用的说法中正确的是（）A.用基因工程方法培育的抗虫植物也能抗病毒B.蛋白质工程就是提高蛋白质产量的工程C.基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物D.目前，在发达国家，基因治疗已用于临床实践,解析：选C。运用基因工程方法培育的抗虫植物只能防御害虫，不能抵抗病毒；基因治疗目前处于初期的临床试验阶段