高考生物复习现代生物科技专题第1讲基因工程材料全国公开课一等奖百校联赛示范课赛课特等奖课件

第1页第1讲基因工程第2页[最新考纲]

1.基因工程诞生(Ⅰ)2.基因工程原理及技术(含PCR技术)(Ⅱ)3.基因工程应用(Ⅱ)4.蛋白质工程(Ⅰ)第3页1．基因工程基本工具(1)两种工具酶：限制性核酸内切酶(限制酶)、DNA连接酶。限制性核酸内切酶主要从原核生物中提取，含有专一性，使特定部位两个核苷酸之间磷酸二酯键断裂。(2)一个运输工具：载体。①载体种类：质粒、λ噬菌体衍生物、动植物病毒等。②四个条件：能够自我复制、有多个限制酶切割位点、含有标识基因、对受体细胞无伤害。第4页2．基因工程基本操作程序四个主要步骤目标基因获取→基因表示载体构建→将目标基因导入受体细胞→目标基因检测与判定。(1)基因表示载体包含目标基因、开启子、终止子和标识基因等。(2)目标基因导入植物细胞方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法。(3)目标基因导入动物细胞方法是显微注射法，惯用受体细胞是受精卵。第5页(4)目标基因获取与检测①三种获取方法：基因文库直接取得、PCR扩增、人工合成。②四种检测方法：DNA分子杂交、DNA—mRNA分子杂交、抗原—抗体杂交、个体生物学水平抗性检测。3．蛋白质工程是经过基因修饰或基因合成对现有蛋白质进行改造，或制造一个新蛋白质。第6页[课前导学]1．基因工程概念知识点一基因工程及基因工程基本工具基因工程别名基因拼接技术或__________技术操作环境__________操作对象基因操作水平__________水平基本过程剪切→______→______→表示结果人类需要________或生物类型优点①可________生物遗传性状；②可克服远缘杂交不亲和性DNA重组生物体外DNA分子拼接导入基因产物定向改造第7页2．基因工程基本操作工具【答案】原核生物磷酸二酯键黏性末端磷酸二酯键黏性末端平末端目标基因质粒自我复制第8页[小题通关]1．(年广东对口升学模拟)限制性核酸内切酶MunⅠ和限制性核酸内切酶EcoRⅠ识别序列及切割位点分别是—C↓AATTG—和—G↓AATTC—。如图表示四种质粒和目标基因，其中箭头所指部位为限制性核酸内切酶识别位点，质粒阴影部分表示标识基因。适于作为图示目标基因载体质粒是()第9页【答案】A【解析】由图可知，质粒B上无标识基因，不适合作为载体；质粒C和D标识基因上都有限制性核酸内切酶识别位点。只有质粒A上现有标识基因，且MunⅠ切割位点不在标识基因上。第10页2．若要利用某目标基因(见图甲)和P1噬菌体载体(见图乙)构建重组DNA(见图丙)，限制性核酸内切酶酶切位点分别是Bgl

Ⅱ(A↓GATCT)、EcoRⅠ(G↓AATTC)和Sau3AⅠ(↓GATC)。以下分析合理是()A．用EcoRⅠ切割目标基因和P1噬菌体载体B．用BglⅡ和EcoRⅠ切割目标基因和P1噬菌体载体第11页C．用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目标基因和P1噬菌体载体D．用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目标基因和P1噬菌体载体【答案】D【解析】解答本题关键是要看清切割后目标基因插入方向，只有用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目标基因和P1噬菌体载体，产生不一样黏性末端，可预防发生反向连接，这么构建重组DNA中RNA聚合酶在插入目标基因上移动方向才一定与图丙相同。第12页知识点二基因工程基本操作程序及应用基因基因文库mRNA反转录DNA合成仪PCR技术第13页2．基因表示载体构建——基因工程关键(1)基因表示载体组成：目标基因、开启子、终止子、___________等。①开启子：a．位置：位于_______________。b．作用：是RNA聚合酶识别和结合部位，驱动基因________________，最终取得所需要蛋白质。②终止子：a．位置：位于基因尾端。b．作用：使______在所需要地方停顿下来。标识基因基因首端转录出mRNA转录第14页(2)构建目标①使目标基因在______________中稳定存在，而且能够遗传给下一代；②使______________能够表示和发挥作用。受体细胞目标基因稳定和表示农杆菌转化法花粉管通道法显微注射第15页4．目标基因检测与判定方法检测或判定目标水平DNA分子杂交技术检测目标基因有没有______水平分子杂交技术检测___________________________________技术检测目标基因是否翻译抗虫或抗病接种试验是否含有抗虫抗病特征个体水平目标基因是否转录分子抗原—抗体杂交第16页5．基因工程应用(1)植物基因工程：主要用于提升农作物___________，以及改良农作物品质和利用植物生产药品等方面。(2)动物基因工程：主要应用于动物品种改良、建立生物反应器、______________等方面。(3)基因工程药品：起源于转基因________。(4)基因治疗：把__________导入病人体内，使该基因表示产物发挥功效。抗逆能力器官移植工程菌正常基因第17页[小题通关]1．以下相关基因工程说法正确是()A．假如某种生物cDNA文库中某个基因与该生物基因组文库中某个基因控制性状相同，则这两个基因结构也完全相同B．一个基因表示载体组成，除了目标基因外，还必须有开启子、终止密码子和标识基因C．目标基因进入受体细胞内，而且在受体细胞内维持稳定和表示过程，称为转化D．将目标基因导入植物细胞和动物细胞惯用方法是显微注射法【答案】C第18页【解析】cDNA是由mRNA反转录得到，因为mRNA缺乏内含子和开启子，所以即使某生物cDNA文库中某个基因与该生物基因组文库中某个基因控制性状相同，这两个基因结构也可能是不相同。基因表示载体包含开启子、目标基因、标识基因、终止子，而终止密码子存在于mRNA上。将目标基因导入植物细胞通惯用农杆菌转化法，导入动物细胞用显微注射法。第19页2．科学家将比目鱼抗冻蛋白基因转移到西红柿细胞内培育出“抗冻西红柿”，在“目标基因检测与判定”步骤，不需要进行是()A．利用标识基因，将含有比目鱼抗冻蛋白基因西红柿细胞筛选出来B．利用分子探针，检测“抗冻西红柿”DNA上是否插入了抗冻蛋白基因C．利用对应抗体，检测“抗冻西红柿”细胞中是否形成抗冻蛋白质D．进行抗寒栽培试验，检测“抗冻西红柿”是否能在严寒环境中生存【答案】A【解析】目标基因检测与判定可使用基因探针检测受体细胞中是否含有目标基因，也可使用抗原—抗体杂交法检测目标基因是否翻译出蛋白质，还可在个体水平进行检测，看其是否表现出对应性状。利用标识基因，将含有比目鱼抗冻蛋白基因西红柿细胞筛选出来不属于目标基因检测与判定步骤。第20页[课前导学]1．概念了解(1)基础：蛋白质分子结构规律及其与生物功效关系。(2)操作：___________或基因合成。(3)结果：改造了现有蛋白质或制造出______________。(4)目标：依据人们对蛋白质功效特定需求，对________________进行分子设计。知识点三蛋白质工程基因修饰新蛋白质蛋白质结构第21页2．蛋白质工程设计流程【答案】功效蛋白质结构氨基酸序列脱氧核苷酸序列第22页[小题通关](年河北定州期末)以下相关蛋白质工程叙述错误是()A．蛋白质工程可合成自然界不存在蛋白质B．蛋白质工程可对酶催化活性、抗氧化性、热变性等加以改变C．蛋白质工程是经过对基因修饰或合成来实现对蛋白质改造D．蛋白质工程成功率低原因主要是蛋白质种类太少，原料不足【答案】D【解析】蛋白质工程可合成自然界不存在蛋白质，A正确；蛋白质工程可对酶催化活性、抗氧化性、热变性等加以改变，B正确；蛋白质工程是经过对基因修饰或合成来实现对蛋白质改造，C正确；蛋白质工程成功率低原因主要是对蛋白质空间结构了解过少，D错误。第23页基因工程操作工具第24页(2)切割后产生末端种类——黏性末端和平末端①当限制酶在它识别序列中轴线两侧将DNA两条链分别切开时，产生是黏性末端。②当限制酶在它识别序列中轴线处切开时，产生是平末端。第25页3．与DNA分子相关几个酶比较项目限制酶DNA连接酶DNA聚合酶解旋酶作用底物DNA分子DNA分子片段脱氧核苷酸DNA分子作用部位磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键碱基对间氢键作用特点切割目标基因及载体，能专一性识别双链DNA分子某种特定核苷酸序列，而且使每一条链中特定部位两个核苷酸之间磷酸二酯键断开将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开两个核苷酸之间磷酸二酯键只能将单个脱氧核苷酸添加到脱氧核苷酸链上将DNA两条链之间氢键打开作用结果形成黏性末端或平末端形成重组DNA分子形成新DNA分子形成单链DNA分子第26页4．选择限制酶注意事项(1)依据目标基因两端限制酶切点确定限制酶种类①应选择切点位于目标基因两端限制酶，如图甲可选择PstⅠ。②不能选择切点位于目标基因内部限制酶，如图甲不能选择SmaⅠ。③为防止目标基因和质粒本身环化和随意连接，可使用两种不一样限制酶分别切割目标基因和质粒，如图甲可选择用PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种限制酶切点)。第27页(2)依据质粒特点确定限制酶种类①切割质粒限制酶要与切割目标基因限制酶一致，以确保含有相同黏性末端。②目标基因表示需要调控序列，质粒插入目标基因部位之前有开启子，之后需有终止子。③质粒作为载体必须具备标识基因、开启子和终止子等，选择限制酶尽可能不要破坏这些结构，如图乙中限制酶SmaⅠ会破坏标识基因。④假如所选限制酶切点不是一个，则切割重组后可能丢失一些片段，若丢失片段含复制起点区，则切割重组后片段进入受体细胞后不能自主复制。第28页

基因工程操作基本工具8个易错点(1)限制酶是一类酶，而不是一个酶。(2)限制酶成份为蛋白质，其作用发挥需要适宜理化条件，高温、强酸或强碱均易使之变性失活。(3)在切割目标基因和载体时要求用同一个限制酶，目标是产生相同黏性末端。(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)不一样DNA分子用同一个限制酶切割产生黏性末端都相同，同一个DNA分子用不一样限制酶切割，产生黏性末端普通不相同。第29页(6)限制酶切割位点应位于标识基因之外，不能破坏标识基因，方便进行检测。(7)基因工程中载体与细胞膜上物质运输载体不一样。基因工程中载体是DNA分子，能将目标基因导入受体细胞内；膜载体是蛋白质，与细胞膜通透性相关。(8)基因工程中有3种工具，但工具酶只有2种。第30页图1表示含有目标基因DDNA片段长度(bp即碱基对)和部分碱基序列，图2表示一个质粒结构和部分碱基序列。现有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ四种限制性核酸内切酶，它们识别碱基序列和酶切位点分别为C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。请回答以下问题：考查基因工程操作工具第31页(1)图1一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由______________连接。(2)若用限制酶SmaⅠ完全切割图1中DNA片段，产生末端是______末端，其产物长度为________________________________。(3)若图1中虚线方框内碱基对被T—A碱基对替换，那么基因D就突变为基因d。从杂合子中分离出图1及其对应DNA片段，用限制酶SmaⅠ完全切割，产物中共有________种不一样长度DNA片段。(4)若将图2中质粒和目标基因D经过同种限制酶处理后进行连接，形成重组质粒，那么应选取限制酶是________________。在导入重组质粒后，为了筛选出含重组质粒大肠杆菌，普通需要用添加__________培养基进行培养。经检测，部分含有重组质粒大肠杆菌菌株中目标基因D不能正确表示，其最可能原因是________________________________________。第32页【答案】(1)脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖(2)平537bp、790bp、661bp(3)4(4)BamHⅠ抗生素B同种限制酶切割形成末端相同，部分目标基因D与质粒反向连接第33页【解析】(1)两条脱氧核苷酸链之间碱基经过氢键相连，一条脱氧核苷酸链中相邻碱基经过“脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖”连接。(2)依据限制酶SmaⅠ识别碱基序列可知，限制酶SmaⅠ切割产生末端为平末端。在图1序列中共有2个SmaⅠ切割位点，切割后形成3种不一样长度产物，分别为537bp、790bp、661bp。(3)图1中有SmaⅠ两个识别序列，完全切割后产生3个不一样长度DNA片段，若虚线方框中碱基对被T—A碱基对替换，再经SmaⅠ识别并完全切割后会产生2个DNA片段，其中1个DNA片段与未替换前完全切割相同，所以经完全切割后共产生4种不一样长度DNA片段。第34页(4)切割目标基因可选取限制酶BamHⅠ和限制酶MboⅠ，但限制酶MboⅠ可将质粒中抗生素A抗性基因和抗生素B抗性基因都破坏，而限制酶BamHⅠ只破坏抗生素A抗性基因，所以只能选取限制酶BamHⅠ；重组质粒中含有抗生素B抗性基因，所以可在含抗生素B培养基上培养。第35页基因工程操作过程及蛋白质工程及其与基因工程关系第36页2．基因表示载体构建(1)基因表示载体组成及作用第37页(2)构建过程第38页3．将目标基因导入受体细胞方法比较项目植物细胞动物细胞微生物细胞惯用方法农杆菌转化法显微注射技术感受态细胞法受体细胞体细胞受精卵原核细胞转化过程将目标基因插入到Ti质粒T－DNA上→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞染色体DNA上→表示将含有目标基因表示载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→取得含有新性状动物Ca2＋处理细胞→感受态细胞→重组表示载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子第39页4．目标基因检测与判定第40页5．蛋白质工程与基因工程关系比较项目蛋白质工程基因工程区分过程预期蛋白质功效→设计预期蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到相对应脱氧核苷酸序列获取目标基因→构建基因表示载体→将目标基因导入受体细胞→目标基因检测与判定实质定向改造或生产人类所需蛋白质定向改造生物遗传特征，以取得人类所需生物类型或生物产品结果可生产自然界没有蛋白质只能生产自然界已经有蛋白质联络①蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来第二代基因工程；②基因工程中所利用一些酶需要经过蛋白质工程进行修饰、改造第41页

基因工程中3个易错点(1)基因表示载体≠载体：基因表示载体与载体相比增加了目标基因。(2)目标基因插入位点不是随意：基因表示需要开启子与终止子调控，所以目标基因应插入到开启子与终止子之间部位，若目标基因插入到开启子内部，开启子将失去其功效。(3)开启子≠起始密码子，终止子≠终止密码子：开启子和终止子位于DNA片段上，分别控制转录过程开启和终止；起始密码子和终止密码子位于mRNA上，分别控制翻译过程开启和终止。第42页1．转基因草莓中有能表示乙肝病毒表面抗原基因，由此可取得用来预防乙肝一个新型疫苗，其培育过程以下列图所表示(①～④代表过程，A～C代表结构或细胞)：考查基因工程操作过程(1)在图中①基因表示载体构建过程中，为了使目标基因正常表示，目标基因首端必须有________识别和结合部位。若选择限制酶切出DNA片段是平末端，应选择____________进行连接。第43页(2)将目标基因导入受体细胞方法很多，在该题中包括方法是________________，之所以要把目标基因插入Ti质粒T－DNA中，这是利用T－DNA________________________________特点。(3)过程②详细操作是：先用____________处理农杆菌，使其处于感受态；再将含乙肝病毒表面抗原基因重组Ti质粒溶于缓冲液中与经处理农杆菌混合，完成转化过程。(4)图中③和④过程分别叫作__________________，将叶盘培养成草莓幼苗所依据原理是__________________________________。(5)乙肝病毒表面抗原基因能否在草莓植株体内维持稳定遗传关键是_____________________，通常采取__________方法进行检测。第44页【答案】(1)RNA聚合酶T4DNA连接酶(2)农杆菌转化法可转移至受体细胞并整合到受体细胞染色体DNA上(3)Ca2＋(4)脱分化和再分化植物细胞全能性(5)目标基因是否插入了受体细胞染色体DNA上DNA分子杂交第45页【解析】本题考查基因工程及转基因生物安全性相关知识，意在考查对基因工程了解及利用所学知识处理实际问题和识图能力。(1)基因表示载体由开启子、目标基因、终止子和标识基因等组成，其中开启子是RNA聚合酶识别和结合位点；依据酶起源不一样，DNA连接酶分为两类：E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶，这二者都能连接黏性末端，不过T4DNA连接酶还能够连接平末端。(2)将目标基因导入受体细胞方法很多，在该题中包括方法是农杆菌转化法。农杆菌中Ti质粒上T－DNA可转移至受体细胞，而且整合到受体细胞染色体DNA上。第46页(3)图中②过程是将重组质粒导入农杆菌，因为受体细胞是细菌，惯用Ca2＋处理使其处于一个能吸收周围环境中DNA分子生理状态，称为感受态细胞，以完成转化过程。(4)图中③过程是让叶盘细胞脱分化形成愈伤组织，进而再经④再分化形成幼苗，此过程叫作植物组织培养；原理是植物细胞全能性。(5)乙肝病毒表面抗原基因能否在草莓植株体内维持稳定遗传关键是目标基因是否插入了受体细胞染色体DNA上，通常采取DNA分子杂交方法进行检测。在分子水平上，还可采取抗原—抗体杂交方法来检测转基因草莓果实提取液中有没有对应抗原。第47页2．干扰素是动物体内合成一个蛋白质，能够用于治疗病毒感染和癌症，但体外保留相当困难，假如将其分子中一个半胱氨酸变成丝氨酸，就能够在－70℃条件下保留六个月，给广大患者带来了福音。