选修3 专题1、4 基因工程、生物技术的安全性和伦理问题 课件

选修3现代生物科技专题专题1、4基因工程、生物技术 的安全性和伦理问题考纲内容能力要求2013年高考风向标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5．转基因生物的安全性6．生物武器对人类的威胁7．生物技术中的伦理问题ⅠⅡⅡⅠⅠⅠⅠ1.常以基因工程为主线命制非选择题考查基因结构、基因表达、基因工程及安全性等知识2．基因工程在农业、医药生产、疾病诊断和治疗中的应用也是常考的内容一、基因工程

1．DNA重组技术的基本工具

(1)限制性核酸内切酶——“分子手术刀” 1)功能：能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的①______________断开。磷酸二酯键黏性平2)结果：形成②_____末端或③____末端。2．基因工程的基本操作程序(1)⑩__________的获取：从基因文库中获取、利用PCR技术扩增、人工合成(反转录法、化学合成法等)。目的基因

(2)基因表达载体的构建——基因工程的核心 1)目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并可以遗传给下一代，并使目的基因能够表达和发挥作用。 2)基因表达载体的组成：目的基因、⑪_______、⑫______、标记基因。启动子终止子(3)将目的基因导入受体细胞农杆菌转化法1)导入植物细胞：采用⑬_______________、基因枪法、花粉管通道法等。显微注射技术2)导入动物细胞：主要采用⑭_____________。3)导入微生物：先用Ca2＋处理再融合。(4)目的基因的检测和鉴定目的基因

1)分子杂交技术(DNA探针＋转基因生物DNA)：检测是否有⑮____________。 2)分子杂交技术(DNA探针＋转基因生物mRNA)：检测目的基因是否⑯_______。转录3)抗原—抗体杂交：检测目的基因是否翻译成⑰________。4)对生物进行个体生物学水平的鉴定。蛋白质1.获取目的基因和切割载体时使用同一种限制酶，目的是__________________。产生相同的黏性末端2．获取一个目的基因需限制酶剪切___次，共产生___个黏性末端或平末端。两42．生物技术的伦理问题(1)克隆人生殖性克隆人1)中国政府的态度：禁止____________。2)四不原则不赞成、不允许、不支持、不接受

________________________________任何生殖性克隆人的实验。(2)设计试管婴儿基因检测_________。1)设计试管婴儿需对胚胎进行2)多数人持认可态度。(3)基因检测某些基因1)基因身份证：记录某个人__________资讯的身份证。2)人们对基因检测的两种观点。3．禁止生物武器(1)生物武器的种类：致病菌、病毒、生化毒剂及经基因重组的致病菌等。食物(2)生物武器的散布方式：通过______、生活必需品等散布到敌方。军队和平民(3)生物武器的危害：对____________造成大规模杀伤后果。

转基因生物及其产品的安全性主要包括哪三个方面？

答案：导入的外源基因及其产物对受体生物是否有不利影响；有关转基因生物释放或使用带来的生态学上的安全性；转基因生物在食品、饲料和其他消费领域的安全性。(3)作用结果——形成DNA片段末端①黏性末端：错位切，切下后的两端形成单链末端。②平末端：平切，在两条链的特定序列的中轴线处切割，形成一个无黏性末端的平口。(4)作用实质：使特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。2．DNA连接酶(1)作用实质：恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键，使两个DNA分子连接成一个DNA。(2)常用种类及作用①E·coliDNA连接酶来源：大肠杆菌作用：连接黏性末端

来源：T4

噬菌体②T4DNA连接酶作用：既能连接黏性末端，也能连接 平末端，但后者连接效率低3．基因的运输工具——载体(1)作用①作为运载工具，将目的基因送入宿主细胞中。②利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。(2)载体必须具备三个条件①能在宿主细胞内稳定保存并大量复制。②有多个限制酶切位点，以便与目的基因连接。③具有某些标记基因，以便进行筛选。(3)种类①细菌质粒：细菌拟核DNA以外的小型环状DNA。②λ噬菌体的衍生物和某些病毒的DNA。限制酶BamHⅠEcoRⅠPstⅠ识别序列和 切割位点↓GGATCCCCTAGG↑↓GAATTCCTTAAG↑↓CTGCAGGACGTC↑【典例1】(2011年浙江联考)下表为几种限制性核酸内切酶识别的序列和切割的位点。如下图所示，已知某DNA在目的基因的两端1、2、3、4四处有BamHⅠ或EcoRⅠ或PstⅠ的酶切位点。现用BamHⅠ和EcoRⅠ两种酶同时切割该DNA片段(假设所用的酶均可将识别位点完全切开)，下列各种酶切位点情况中，可以防止酶切后单个含目的基因的DNA片段自身连接成环状的是()A．1为BamHⅠ，2为EcoRⅠ，3为BamHⅠ，4为PstⅠB．1为EcoRⅠ，2为BamHⅠ，3为BamHⅠ，4为PstⅠC．1为PstⅠ，2为EcoRⅠ，3为EcoRⅠ，4为BamHⅠD．1为BamHⅠ，2为EcoRⅠ，3为PstⅠ，4为EcoRⅠ[解题思路]第一步提取隐含信息：①酶切后单个含目的基因的DNA片段的两个黏性末端如果是相同的，则能自身连接成环状；②要切下单个含目的基因的DNA片段，必须在2、3位点上切割。第二步分析选项：用BamHⅠ和EcoRⅠ两种酶同时切割该DNA片段，当2为EcoRⅠ，3为BamHⅠ，切下的单个含目的基因的DNA

片段的两个黏性末端不相同，不能自身连接成环；B、C项的2、3位点的限制酶一样，切下的DNA片段的黏性末端相同；D项在3位点处是PstⅠ切割位点，题目中没有要求用此酶进行切割。[答案]A考点基因工程的基本操作程序(2)获取方法1．目的基因的获取(1)目的基因：主要是编码蛋白质的结构基因(人类所需的)。 ①从自然界已有的物种中分离：从基因文库或cDNA文库中获取②人工合成：反转录法、化学合成法

③利用PCR技术扩增

【说明】基因文库就相当于某种生物的基因仓库，储备着大量该物种的基因。DNA复制PCR技术基因克隆场所细胞核生物体外细胞内酶

解旋酶、DNA聚合酶Taq酶

限制酶、DNA连接酶载体不需要不需要需要遵循原则碱基互补配对碱基互补配对碱基互补配对结果DNA分子DNA分子片段DNA分子片段DNA复制、PCR技术与基因克隆的比较2．基因表达载体的构建——重组质粒的构建(1)基因表达载体的组成目的基因＋标记基因＋启动子＋终止子(2)构建步骤方法主要适用范围受体细胞植物细胞农杆菌转化法双子叶植物、裸子植物体细胞花粉管通道法抗虫棉受精卵基因枪法单子叶植物体细胞动物细胞显微注射法动物受精卵病毒侵染法微生物细胞转化法(CaCl2)原核生物大肠杆菌等3．目的基因导入受体细胞的方法4.目的基因的检测方法(1)导入检测：DNA分子杂交法(使用DNA探针)检测目的基因。(2)表达检测①转录检测：分子杂交法，用标记的目的基因作为探针与mRNA杂交，检测mRNA。②翻译检测：免疫法，提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原－抗体杂交。(3)个体生物学水平鉴定：如作物抗性的鉴定等。

C．过程②构成的重组质粒缺乏标记基因，需要转入农杆菌才能进行筛选 D．应用DNA探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达[解题思路]第一步读懂图：过程①是通过反转录形成目的基因，②是构建基因表达载体，再通过农杆菌转化法将目的基因导入番茄体细胞中，经组织培养形成抗冻番茄植株。

第二步拓展基本概念：基因包括编码区和非编码区，编码区能指导蛋白质形成，非编码区不指导蛋白质合成，但其中有调控编码区的部位，如RNA聚合酶结合位点；原核细胞的编码区是连续的，而真核细胞的编码区是不连续的，包含外显子和内含子，只有前者能编码蛋白质，经转录后形成的成熟mRNA不含内含子所转录的片段。

第三步选项分析：过程①获得的目的基因已不含非编码区和内含子，因此不能用于比目鱼基因组测序。C项：质粒含标记基因，而导入农杆菌的目的是为了利用其将目的基因导入受体细胞内，与筛选无关。D项：DNA探针技术不能检测基因是否完全表达，目的基因是否完全表达应该检测表达产物蛋白质。[答案]B►考点对应练

2．(双选)下列图解表示基因表达载体(重组DNA)的构建过程，有关说法正确的是()A．b、c分别表示用限制酶和DNA连接酶处理B．切割目的基因与切割载体时必须用同种限制酶C．d只能通过人工合成法获取D．构建的基因表达载体只要求含有目的基因

解析：d可通过多种方法获取(如从基因文库中获取等)；基因表达载体除含有目的基因外还必须有标记基因、启动子、终止子等。

答案：AB考点基因工程的应用

1．乳腺生物反应器

(1)优点：产量高、质量好、成本低、易提取等。 (2)操作过程 获取目的基因→构建基因表达载体→显微注射导入哺乳动物受精卵中→形成早期胚胎→将胚胎移植到母体动物子宫内→发育成转基因动物→在雌性个体中目的基因表达，从分泌的乳汁中提取所需蛋白质2．基因工程药品

(1)生产方式：利用基因工程培育“工程菌”来生产药品。 ①“工程菌”：用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系，如含有人胰岛素基因的大肠杆菌菌株、含有抗虫基因的土壤农杆菌菌株等。②用基因工程生产的药品，从化学成分上分析都应该是蛋白质类。(2)成果：生产出细胞因子、抗体、疫苗、激素等。3．基因诊断(1)方法：DNA分子杂交法(即DNA探针法)

(2)主要过程：根据碱基互补配对原则，把互补的双链DNA解开，得到的单链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，从而检测出所要查明的DNA或基因。4．基因治疗(1)概念：把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而治疗疾病。(2)方法：基因置换、基因修复、基因增补、基因失活等。(3)途径

①体外基因治疗：先从病人体内获得某种细胞进行培养，然后在体外完成转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内，如腺苷酸脱氨酶基因的转移。②体内基因治疗：用基因工程的方法，直接向人体组织细胞中转移基因的方法。【典例3】(2011

年浙江联考)基因治疗是指()

A．对有基因缺陷的细胞提供营养，从而使其恢复正常，达到治疗疾病的目的 B．把健康的外源基因导入到有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的 C．运用人工诱变的方法，使有基因缺陷的细胞发生基因突变恢复正常 D．运用基因工程技术，把有缺陷的基因切除，达到治疗疾病的目的

[解题思路]基因治疗是指将正常的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，可分为体内基因治疗和体外基因治疗两种方法。[答案]B►考点对应练3．下列关于转基因生物的叙述正确的是()A．将人胰岛素基因转入到大肠杆菌中来生产人胰岛素，则大肠杆菌是“工程菌”B．转抗虫基因的植物，不会导致昆虫群体抗性基因增加C．动物的生长激素基因转入植物后不能表达

D．将雄性动物细胞作为乳腺生物反应器的受体细胞

解析：由于植物与昆虫间是相互选择的，转抗虫基因植物可使昆虫群体抗性基因频率增加；动物生长激素基因转入植物后也能表达；雄性动物不能分泌乳汁，不能作为乳腺生物反应器的受体细胞。A项目蛋白质工程基因工程区别过程预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质获取目的基因→构建基因表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定实质定向改造或生产人类所需蛋白质定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品(基因的异体表达)结果可生产自然界没有的蛋白质只能生产自然界中已有的蛋白质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。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，都必须通过基因修饰或基因合成实现考点蛋白质工程与基因工程的比较【典例4】蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是()

A．氨基酸结构 B．蛋白质空间结构 C．肽链结构 D．基因结构

[解题思路]蛋白质工程是依据人们设计的蛋白质分子结构，来改造基因，进而控制合成新的蛋白质或改造自然界中的蛋白质。

[答案]D►考点对应练

4．科学家将β－干扰素基因进行定点突变并导入大肠杆菌中表达，使干扰素第17位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高β－干扰素的抗病性活性，并且提高了储存稳定性。该生物技术为()BA．基因工程C．基因突变B．蛋白质工程D．细胞工程

解析：基因工程是只能生产自然界已存在的蛋白质，蛋白质工程是对现有蛋白质进行改造或制造新的蛋白质。本题中改变的β－干扰素不是天然的，因此，属于蛋白质工程。1．(2012年惠州三调)下列说法正确的是()B

A.蛋白质工程不属于基因工程 B.基因工程可定向地改造生物遗传性状 C.微生物最常用的接种方法是平板划线法和穿刺接种法 D.体细胞杂交技术可用于克隆动物

解析：蛋白质工程属于第二代基因工程；微生物最常用的接种方法是平板划线法和稀释涂布平板法。2．(2011年惠州二模)现代生物科技中，下列处理或操作正确的是()A

A．将目的基因导入叶绿体DNA中，防止目的基因随花粉逃逸 B．基因工程中的工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体 C．试管苗和试管婴儿的产生都属于无性生殖 D．蛋白质工程是直接对蛋白质分子进行改造

解析：载体不是酶；试管婴儿的产生属于有性生殖；蛋白质工程是直接对基因进行改造。

3．(2011年潮州三模)下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是()CA．①②③④B．①②④③C．①④②③D．①④③②

解析：①为限制性核酸内切酶，能将DNA双链切割成两个DNA片段；②为DNA连接酶，能将两个DNA片段连接起来；③为解旋酶，能将双链DNA解旋成两条单链；④为DNA聚合酶，能将单个脱氧核苷酸连接成DNA单链。4．(2011年惠州三模)在基因工程操作的基本步骤中，没有进行碱基互补配对的是()C

A．人工合成目的基因 B．目的基因与载体结合 C．将目的基因导入受体细胞 D．目的基因的表达与检测

解析：将目的基因导入受体细胞的方法有基因枪法、农杆菌转化法等，都没有进行碱基互补配对。5．(2011年广州调研