高考生物一轮复习 专题一 基因工程课件 新人教版选修3.ppt

,选修3现代生物科技专题,专题一基因工程,Z整合核心考点,1限制性核酸内切酶(1)来源：主要从生物中分离纯化而来。(2)作用：识别特定的并切开相应两个核苷酸之间的_。(3)结果：产生或平末端。,原核,核苷酸序列,磷酸二酯键,黏性末端,2DNA连接酶,大肠杆菌,黏性末端和平末端,3载体(2)其他载体：噬菌体衍生物、等。,动植物病毒,(2)切割后产生末端的种类黏性末端和平末端。当限制酶在它识别序列的中轴线两侧将DNA的两条链分别切开时，产生的是黏性末端，而当限制酶在它识别序列的中轴线处切开时，产生的是平末端。,3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：,根据基因工程的有关知识，回答下列问题。(1)限制性内切酶切割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内切酶切割，该酶必须具有的特点是_。,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,(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_。,Ecoli,T4,mRNA(或RNA),cDNA(或DNA),PCR,噬菌体,动植物病毒,未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱,解析本题考查基因工程的操作过程及基因工程中的工具和工具酶的作用，考查考生的识记能力与理解分析能力，难度适中。限制性内切酶切割DNA分子形成的末端通常有两种，即黏性末端和平末端。为使运载体和目的基因连接，二者必须具有相同的黏性末端，因而当使用除EcoR之外的其他酶进行切割时，应该产生相同的黏性末端。DNA连接酶的来源有两个：一是大肠杆菌，二是T4噬菌体。反转录是由RNA形成DNA的过程，获得大量反转录产物时常采用PCR扩增技术。基因工程常用的运载体是质粒，除此以外，噬菌体和动植物病毒也可作为运载体。如果用大肠杆菌作受体细胞，必须用钙离子处理，使其处于感受态(此状态吸收外源DNA的能力增强)。,1目的基因的获取,2基因表达载体的构建(1)基因表达载体的组成及作用,(2)基因表达载体的构建过程,3将目的基因导入受体细胞,显微注射技术,体细胞,TDNA,染色体DNA,显微注射,Ca2,DNA,4.目的基因的检测与鉴定,1.几种目的基因获取方法的比较(1)基因文库的分类：按外源DNA片段的来源分类,(2)基因文库的构建方法,(3)构建基因文库的目的为了在不知目的基因序列的情况下，便于获得所需的目的基因。2基因表达载体中启动子、终止子的来源(1)如果目的基因是从自然界中已有的物种中分离出来的，在构建基因表达载体时，不需要在质粒上目的基因的前后端接上特定的启动子、终止子，因为目的基因中已含有启动子、终止子。(2)如果目的基因是通过人工方法合成的，或通过cDNA文库获得的，则目的基因是不含启动子和终止子的。若只将基因的编码序列导入受体生物中，目的基因没有启动子、终止子，是无法转录的，因此，在构建基因表达载体时，需要在与质粒结合之前，在目的基因的前后端接上特定的启动子、终止子。,(2015江苏)胰岛素A、B链分别表达法是生产胰岛素的方法之一。图1是该方法所用的基因表达载体，图2表示利用大肠杆菌作为工程菌生产人胰岛素的基本流程(融合蛋白A、B分别表示半乳糖苷酶与胰岛素A、B链融合的蛋白)。请回答下列问题。,(1)图1基因表达载体中没有标注出来的基本结构是_。(2)图1中启动子是_酶识别和结合的部位，有了它才能启动目的基因的表达；氨苄青霉素抗性基因的作用是_。(3)构建基因表达载体时必需的工具酶有_。,终止子,RNA聚合,作为标记基因，将含有重组质粒的大肠杆菌筛选出来,限制酶和DNA连接酶,(4)半乳糖苷酶与胰岛素A链或B链融合表达，可将胰岛素肽链上蛋白酶的切割位点隐藏在内部，其意义在于_。(5)溴化氰能切断肽链中甲硫氨酸羧基端的肽键，用溴化氰处理相应的融合蛋白能获得完整的A链或B链，且半乳糖苷酶被切成多个肽段，这是因为_。(6)根据图2中胰岛素的结构，请推测每个胰岛素分子中所含游离氨基的数量。你的推测结果是_，理由是_。,防止胰岛素的A、B链被菌体内蛋白酶降解,半乳糖苷酶中含多个甲硫氨酸，而胰岛素A、B链中不含甲硫氨酸,至少2个,两条肽链的一端各有一个游离的氨基，氨基酸R基团中可能还含有游离的氨基,解析本题考查基因工程及蛋白质的分子结构。(1)一个完整的基因表达载体主要包括目的基因、复制原点、启动子、终止子、标记基因等。图1中没有标注的基本结构是终止子。(2)启动子是基因中的一段DNA序列，是RNA聚合酶的结合位点，它启动目的基因的表达。氨苄青霉素抗性基因是标记基因，其作用是筛选含有重组质粒的大肠杆菌。(3)构建基因表达载体时要将目的基因连接在运载体上，所以必需的工具酶有限制酶和DNA连接酶。(4)胰岛素是在大肠杆菌内生产的，将胰岛素肽链上蛋白酶的切割位点隐藏在内部，可以防止胰岛素的A、B链被大肠杆菌体内的蛋白酶降解。(5)溴化氰能切断肽链中甲硫氨酸羧基端的肽键，用溴化氰处理相应的融合蛋白能获得完整的A链或B链，说明胰岛素A、B链中不含甲硫氨酸。半乳糖苷酶被切成多个肽段，说明其中含多个甲硫氨酸。(6)从图2可以看出胰岛素分子由两条肽链组成，所以每个胰岛素分子至少含有两个游离氨基，因为两条肽链的一端各有一个游离的氨基，氨基酸的R基团中还可能含有游离的氨基。,1基因工程的应用,生长速度,供体,抗虫转基因,抗逆转基因,正常基因,表达产物,体内,体外,2.蛋白质工程(1)蛋白质工程的目标是：根据，对_进行分子设计。(2)蛋白质工程的手段对蛋白质的结构进行设计改造，最终必须通过来完成。3转基因生物的安全性(1)转基因成果工程菌DNA重组微生物。基因制药。转基因动物。转基因农作物。,人们对蛋白质功能的特定需求,蛋白质的结构,基因,生物反应器,(2)安全性问题食物安全：(产生毒性蛋白质)、新的过敏原、营养成分改变。生物安全：生物入侵，破坏生物。环境安全：破坏生态系统的和人类生活环境。(3)理性看待转基因技术需要正确的，趋利避害，不能因噎废食。制定符合本国利益的政策和法规，最大程度地保证转基因_的安全性。,滞后效应,多样性,稳定性,社会舆论导向,技术和产品,4禁止生物武器(1)种类：病菌、病毒、生化毒剂及经过的致病菌。(2)我国政府态度：任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。,基因重组,基因诊断和基因治疗(1)基因诊断：DNA分子杂交法(即DNA探针法)，该方法是根据碱基互补配对原则，把互补的双链DNA解开，把单链的DNA小片段用同位素、荧光分子或化学发光催化剂等进行标记，之后同被检测的DNA中的同源互补序列杂交，从而检出所要查明的DNA或基因。(2)基因治疗后，缺陷基因没有改变。基因治疗是把正常基因导入受体细胞中，以表达正常产物从而治疗疾病，对原来细胞中存在缺陷的基因没有消除或改变。,(2015课标)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：_。,氨基酸序列(或结构),P,P1,DNA和RNA(或遗传物质),DNARNA、RNADNA、RNA蛋白质(或转录、逆转录、翻译),(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。,设计蛋白质的结构,推测氨基酸序列,功能,解析(1)蛋白质的功能与结构相关，若要改变蛋白质的功能，需要对其结构进行改造。(2)确定目的基因的碱基序列后，可通过对现有基因进行改造或者重新合成来获得目的基因。中心法则的内容包括遗传信息的复制、转录、逆转录和翻译。(3)蛋白质工程的基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过设计蛋白质的结构和推测氨基酸序列，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列。获得蛋白质之后要对蛋白质的生物功能进行鉴定。,T突破考疑考技,1基因工程操作工具易错辨析(1)限制酶是一类酶，而不是一种酶。(2)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。(3)在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶，目的是产生相同的黏性末端。(4)将一个基因从DNA分子上切割下来，需要切两处，同时产生4个黏性末端。(5)不同DNA分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同，同一个DNA分子用不同的限制酶切割，产生的黏性末端一般不相同。(6)限制酶切割位点应位于标记基因之外，不能破坏标记基因，以便于进行检测。,2基因工程操作过程中易出现的错误(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)目的基因的插入位点不是随意的：基因表达需要启动子与终止子的调控，所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位。(3)基因工程操作过程中只有第三步(将目的基因导入受体细胞)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，第四步存在检测时的分子水平杂交。(4)农杆菌转化法原理：农杆菌易感染植物细胞，并将其Ti质粒上的TDNA转移并整合到受体细胞染色体DNA上。,(5)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，称为转化。转化的实质是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。(6)受体细胞的选择：受体细胞常用植物受精卵或体细胞(经组织培养)、动物受精卵(一般不用体细胞)，微生物(大肠杆菌、酵母菌)等。要合成糖蛋白、有生物活性的胰岛素则必须用真核生物酵母菌(需内质网、高尔基体的加工、分泌)；一般不用支原体，原因是它营寄生生活；一定不能用哺乳动物成熟的红细胞，原因是它无细胞核，不能合成蛋白质。(7)还应注意的问题有：基因表达载体中，启动子(DNA片段)起始密码子(RNA)；终止子(DNA片段)终止密码子(RNA)。,3基因工程应用中的易错分析(1)Bt毒蛋白基因编码的Bt毒蛋白并无毒性，进入昆虫消化道被分解成多肽后产生毒性。(2)青霉素是诱变后的高产青霉菌产生的，不是通过基因工程改造的工程菌产生的。(3)动物基因工程主要为了改善畜产品的品质，不是为了产生体型巨大的个体。,1(2015重庆理综)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,解析本题主要考查基因工程的有关概念和原理，解题的切入点是利用基因工程的有关知识逐一分析各选项。目的基因可通过反转录(逆转录)获得，但在人的肝细胞中胰岛素基因不能表达，因此没有胰岛素基因的mRNA，A项错误。表达载体的复制启动于复制原点，但胰岛素基因的表达则开始于启动子，B项错误。表达载体中含标记基因，作用是将含目的基因的受体细胞筛选出来，常用的标记基因是抗生素抗性基因，C项正确。启动子在胰岛素基因的转录中起作用，而终止密码子在胰岛素基因的翻译中起作用，D项错误。由于忽视基因的选择性表达，有的学生可能误选A项；由于不能区分启动子和起始密码子、终止子和终止密码子，有的学生也可能误选D项。答案C,2(2014重庆理综)下图是利用基因工程培育抗虫植物的示意图。以下相关叙述，正确的是()A的构建需要限制性核酸内切酶和DNA聚合酶参与B侵染植物细胞后，重组Ti质粒整合到的染色体上C的染色体上若含抗虫基因，则就表现出抗虫性状D只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异,解析本题考查基因工程的原理和操作。构建基因表达载体时，需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶参与，A项错误；携带外源DNA片段的质粒进入受体细胞后，整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制，B项错误；抗虫基因在转基因植株中正常表达才能使其表现出抗虫性状，C项错误；植株抗虫性状的出现是由于获得了外源基因，属于基因重组导致的可遗传变异，D项正确。答案D,3(双选)(2014广东理综)利用基因工程技术生产羧酸酯酶(CarE)制剂的流程如图所示，下列叙述正确的是()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,解析本题考查基因工程。由mRNA获得DNA的过程是逆转录，需要逆转录酶，A项正确。过程表示用PCR扩增目的基因，此过程不需要解旋酶，通过控制温度达到解旋的目的，B项错误。过程感受态的大肠杆菌是使用CaCl2处理的，C项错误。鉴定目的基因是否导入受体细胞，可以采用DNA分子杂交技术，D项正确。答案AD,4(2015福建理综)GDNF是一种神经营养因子，对损伤的神经细胞具有营养和保护作用。研究人员构建了含GDNF基因的表达载体(如图1所示)，并导入到大鼠神经干细胞中，用于干细胞基因治疗的研究。请回答下列问题：,(1)在分离和培养大鼠神经干细胞的过程中，使用胰蛋白酶的目的是_。(2)构建含GDNF基因的表达载体时，需选择图1中的_限制酶进行酶切。(3)经酶切后的载体和GDNF基因进行连接，连接产物经筛选得到的载体主要有3种；单个载体自连、GDNF基因与载体正向连接、GDNF基因与载体反向连接(如图1所示)。为鉴定这3种连接方式，选择Hpa酶和BamH酶对筛选得到的载体进行双酶切，并对酶切后的DNA片段进行电泳分析，结果如图2所示。图中第_泳道显示所鉴定的载体是正向连接的。,使细胞分散开,Xho,(4)将正向连接的表达载体导入神经干细胞后，为了检测GDNF基因是否成功表达，可用相应的_与提取的蛋白质杂交。当培养的神经干细胞达到一定密度时，需进行_培养以得到更多数量的细胞，用于神经干细胞移植治疗实验。,抗体,传代,解析本题主要考查了基因工程、细胞工程等知识。(1)胰蛋白酶可以分解细胞间的蛋白质，使细胞分散开。(2)选择限制酶时，既要把目的基因切割下来，又要在质粒上有切割位点，且质粒上的末端与目的基因的末端互补。故只能选择Xho。(3)据图1中左侧相应酶切位点及片段大小，画出3种连接方式中的酶切位点及片段大小，如下图。,由图可知，切割后产生的片段分别为6000bp、6000bp和700bp,6500bp和200bp。故显示所鉴定的载体为正向连接的是第泳道。(4)检测目的基因是否成功表达，应用抗原抗体杂交的方法。培养的干细胞达到一定密度时会出现接触抑制现象，细胞会停止分裂，此时应把细胞分散开进行传代培养。,5(2015课标全国理综)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_。,RNA,逆转录酶,cDNA(或DNA),抗体,抗原抗体特异性结合,(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。,T(或T淋巴),(4)监控和清除,解析本题通过基因工程及其应用、免疫等知识考查实验与探究能力。(1)HIV属于逆转录病毒，用基因工程方法制备HIV的某蛋白时，可先提取HIV中的RNA，以其为模板在逆转录酶的作用下合成DNA(cDNA)，获取该目的蛋白的基因，构建重组表达载