2018版高考生物大一轮复习第十二单元现代生物科技专题第42讲基因工程及其安全性学案

1、第42课基因工程和安全性1.基因工程诞生(I) 2。基因工程原理和技术(包括PCR技术)(II) 3。基因工程应用程序节目(II)蛋白质工程学科(I) 5。实验：粗提取和鉴定DNA基因工程操纵工具1.理解基因工程概念(1)捐赠者：提供目的基因。(2)操作环境：无菌。(3)操作水平：DNA分子水平。(4)原理：遗传重组。(5)受体：表达对象基因。(6)本质：特性在受体生物中表达。(7)优点：克服远缘杂交的不亲和性障碍，确定生物的遗传性质，进行改造。2.DNA重组技术的基本工具(1)限制性核酸内切酶(简称限制酶)资料来源：主要是原核生物分离纯化。作用：识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，切断每个链

2、特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。结果：产生粘性末端或平头端。(2)DNA连接酶项目Ecoli DNA连接酶T4DNA连接酶来源大肠杆菌T4噬菌体功能连接粘性末端粘性末端和末端连接结果恢复限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。(3)托架常用载体：质粒其他载体：噬菌体衍生物、动植物病毒等。具备的条件A.可以在宿主细胞内稳定地保存和大量复制。B.为了与外源基因连接，有一个或多个限制酶切割部位。C.具有用于筛选的特殊标记基因。角色A.作为运输工具，将目的基因转移到宿主细胞。B.利用它在宿主细胞内大量克隆目的基因。1.限制性核酸内切酶(限制酶)(1)识别序列的特征：表示碱基互补对称。奇数个碱基和

3、偶数个碱基都可以找到。例如，您可以寻找中心轴，例如中心线为轴，两个碱基为徐璐对称。思考轴，双碱基互补对称。(2)切断后端点的种类(3)限制酶选择技术根据目的基因两端的限制酶切割部位决定限制酶种类A.必须选择目标基因两端切割部位的限制酶(例如图A可以选择PstI)。B.不能选择剪切点位于目标基因内部的限制酶(例如图A不能选择SmaI)。C.为了避免目的基因和质粒本身的循环化和随机连接，还可以使用其他限制酶切割目的基因和质粒(如图A所示，PstI和EcoRI的限制酶(但是，确保质粒上方也有牙齿两种酶的切割点)。根据质粒特性决定限制酶种类A.选择的限制酶应与切割目的基因的限制酶一致，产生相同的粘性末

4、端牙齿。B.质粒(B)作为载体必须具有标记基因等，因此选定的限制酶(B)尽量不破坏这种结构。图B中限制酶SmaI将具有破坏标记基因。如果所选酶的剪切点多于两个，则片段重组后部分片段可能会丢失，如果缺失片段包含复制起始区域，则片段重组后的片段切割为受体细胞后无法自动复制。2.限制酶和DNA连接酶关系(1)限制酶和DNA连接酶作用部位是磷酸二酯键。(2)限制酶没有切割自己的DNA，原因是原核生物中牙齿酶的识别序列或识别序列已经被修改。(。(3)DNA连接酶运行不需要模板。3.矢量显示的基因的标记原理载体的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因需要转移的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。含有抗

5、生素耐药基因的载体进入受体细胞后，耐药基因在受体细胞内表达，受体细胞就能抵抗这种抗生素，因此，如果在受体细胞的培养体系中加入牙齿抗生素，就只剩下转移到载体的受体细胞了。原理如下：基因工程工具的几个茄子错误(1)限制酶酶是一种酶，不是酶。(2)限制酶成分是蛋白质，其作用的发挥需要适当的理化条件，高温、江珊、强碱都容易变性停用。(3)切割目的基因和矢量时，要求相同的限制酶种类，目的是生产相同的粘性末端或扁平末端。(4)要从DNA分子中切割一个基因，就必须切割两个地方，同时制造四个粘性末端或扁平末端。(。(5)徐璐其他DNA分子切割同一限制酶而形成的粘性末端都相同，而同一DNA分子切割不同限制酶而产

6、生的粘性末端一般都不同。(。(6)基因工程中的载体不同于细胞膜物质运输的载体。基因工程载体是能把目的基因导入受体细胞的DNA分子。膜载体是蛋白质，与细胞膜的通透性有关。(7)基因工程中有3种茄子工具，但工具酶只有2种。1.(2016高考全国圈B，40)如果一个质粒载体如图所示，将外源DNA插入Ampr或Tetr，那么该基因可能被停用(Ampr是暗皮宁青霉素抗性基因，Tetr是四环素抗性基因)。有些人将牙齿质粒载体切成BAMH I酶，与BAMH I酶获得的目的基因混合，产生DNA连接酶连接反应，将大肠杆菌直接转化为获得的混合物。结果大肠杆菌中有部分没有转化，有部分转化。转化的大肠杆菌有环状目的基

7、因、质粒载体、插入目的基因的重组质粒等三种。请回答以下问题：(1)质粒托架是基因工程工具_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _作为基因表现矢量，除了满足上述基本条件外，还需要启动子和终结器。(2)用含有氨的青霉素培养基筛选，不能区分牙齿4个茄子大肠杆菌细胞中没有转换的细胞和只含有环状目的基因的细胞。原因如下。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

8、 _ _ _ _ _ _ _ _ _此外，_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _和_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _要根据上述过滤器筛选插入目标基因的重组质粒大肠杆菌属，请执行以下操作：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(3)基因工程中，有些噬菌体经过改造后可以用作载体，其DNA克隆所需的原料是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

9、_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。分析：(1)承运人质粒上必须有一个到多个限制酶切割部位，在细胞内自行克隆，并含有特殊的标记基因。(2)只含有未转化的大肠杆菌和环状目的基因的大肠杆菌没有引入质粒载体，质粒上含有氨的青霉素抗性基因，这种大肠杆菌不能在含有氨的青霉素培养基中生长。插入质粒载体和目标基因的重组质粒包含大肠杆菌都含有抗黑苄青霉素的基因，两者都生长在含有黑苄青霉素的培养基中，因此无法区分这两者。主题图显示，用BAMH I切割质粒后，四环素抗性基因破坏，所以可以通过氨苄青霉素培养基将选定的菌群放在含有四环素的培养基上，然后再过滤。在四环素培养基中能存活的是含有质粒载体的大

10、肠杆菌，含有插入目的基因的重组质粒大肠杆菌无法存活。(3)噬菌体病毒，转化后成为载体，复制DNA所需的原料来自受体细胞。(。答：(1)自我复制，标记基因(2)两者均不含致癌青霉素抗性基因，牙齿培养基中包含质粒载体插入的目标基因的重组质粒(或包含A-重组质粒)牙齿均含有致癌青霉素抗性基因，牙齿培养基中可能会生长出四环素(3)受体细胞2.(2016高考全国滚动C，40)图(A)三个茄子DNA片段，依次列出ECOR I、BAMH I、Sau3A I三个茄子限制内切酶的识别序列和切割点。图(B)是某种表达载体的示意图(载体的ECOR I)。根据基因工程相关知识，回答以下问题。(1)通过bamh 酶获得

11、的目的基因是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(2)使用图(B)所示的表达向量获得包含A、B、C三个茄子目的基因的重组，如图(C)所示。牙齿三个茄子重组者中不能在宿主细胞中表达目的基因产物的是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(3)

12、DNA连接酶是连接两块DNA的酶，通常是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _分析：(1)如图(A)所示，Bamh I和Sau3A I的限制酶识别点不同，但两种酶切割后生成的DNA片段具有相同的粘性末端，因此由Bamh I酶切割的目的基因可能与图(B)中载体被Sau3A I酶切割后的产物相关联。(2)载体的启动子和终止符起到调节目的基因表达的作用。甲和C的目的基因分别插入启动子上游和终止端的下游，因此牙齿两个载体的目的基因都不能转录和翻译。(3)典型的DNA连接酶Ecoli DNA连接酶和T4DNA连接酶，但其作用不同，T4D

13、NA连接酶都可以连接粘性末端和扁平末端，而Ecoli DNA连接酶粘性末端只能连接。答案(1) sau3a 两种茄子酶切割后产生的片段具有相同的粘性末端(2)甲和丙甲的目的基因插入启动子上游，病中目的基因插入终点者下游，两者的目的基因都不能转录(3)Ecoli DNA连接酶T4DNA连接酶T4DNA连接酶基因工程基本操作程序1.目的基因获取(1)目的基因：主要指编码蛋白质的基因，也可能是调节作用的因子。(。(2)方法基因表现矢量3354基因工程构建的核心(1)目的：目的基因稳定地存在于受体细胞中，使其能够遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。(2)基因表现载体的组成(3)建设过程目的

14、基因导入受体细胞(1)植物：农杆菌转换法、基因枪法、花粉管通道法。(2)动物：显微注射技术。(3)微生物：敏感细胞法。目的基因的检测与鉴定(1)利用DNA分子杂交技术检测目的基因是否存在。(2)利用分子杂交技术检测目的基因转录。(3)抗原-抗体杂交检测目的基因的翻译。(4)利用个人生物学水平的检查鉴定重组的表现。1.基因组文库和一些基因文库基因词库类型基因组文库一些基因文库(cDNA库)构筑基础人文高中课程任何生物的所有DNA限制酶很多DNA片段导入与托架的连接受体菌群某种生物发育的某物。时期的mRNA逆转史CDNA导入与托架的连接受体菌群2.PCR技术(1)原理：DNA复制。(2)要求：模板

15、DNA、引物、4茄子脱酸核苷酸、热稳定性DNA聚合酶(Taq酶)。(3)过程：DNA热变性裂解与单链、冷却后引物及单链互补序列结合，在热稳定DNA聚合酶的作用下，扩展合成互补链。目的基因导入受体细胞生物种类植物动物微生物常用方法农杆菌转换法糙米公司技术感性细胞法主要受体细胞体细胞受精卵原核细胞转换课程目的将基因插入Ti质粒TDNA农杆菌导入植物细胞将受体细胞整合到染色体DNA中表达含有目的基因的表达载体得到净化采集鸡蛋(受精卵)糙米公司受精卵发育具有新性质的动物Ca2+细胞处理感性细胞重组表达载体DNA分子和易感细胞混合易感细胞吸收DNA分子目的基因检测和识别的“第四阶段”基因工程操作过程中容

16、易发生几个茄子错误。(1)目的基因的插入部位不是随机的。因为基因表达需要控制启动子和终止符，所以目的基因必须插入到启动子和终止符之间的部位。(2)基因工程操作过程中，只有第三阶段(目的基因导入受体细胞)没有碱基互补配对现象。第一阶段用反转录方法获得DNA，第二阶段有粘性末端连接现象，第四阶段检测分子水平杂交。(3)农杆菌转化法原则：农杆菌感染植物细胞，(4)转换：目的基因进入受体细胞内，在受体细胞内保持稳定和表达的过程称为转换。转化的本质是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。(5)标记基因的种类和作用：标记基因的作用筛选，检查目的基因是否流入受体细胞，常见抗生素抗性基因，发光基因(标记产物是

17、有色物质)等。(6)选择受体细胞：受体细胞经常使用植物受精卵或体细胞(组织培养)、动物受精卵(通常渡边杏使用体细胞)、微生物(大肠杆菌、酵母)等。要合成糖蛋白、生物活性胰岛素，必须使用真核生物酵母菌(内质网，高尔基体的加工，需要分泌)。一般不使用麦科等离子体的原因是寄生生活。哺乳动物成熟的红细胞不能在没有核或核糖体等细胞器的情况下合成蛋白质，因此绝对可以渡边杏使用。(7)要注意的问题是基因表现向量中的启动子(DNA片段)开始密码子(RNA)。终结器(DNA片段)结束密码子(RNA)。基因表现载体的构建是最核心、最重要的阶段，在体外进行。1.(高考战局改编)根据基因工程相关知识回答了以下问题。(1)限制性内切酶切割DNA分子后产生的片段，末端类型为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _和(2)质粒载体切割EcoRI后生成的片段如下：为了将载体与目的基因连接起来，包含目的基因的DNA不仅可以切割成EcoRI，还可以切割成另一种限制性内切酶，牙齿酶必须具备的特征如下：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(3)根据来源，基因工程内使用的DNA连接酶，即_ _ _ _ _