2021届一轮复习人教版基因工程课件(94张).ppt
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- 2021 一轮 复习 人教版 基因工程 课件 94
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1、 第第2929讲讲 基因工程基因工程 1 必备知识2 关键能力3 真题回访 必备知识必备知识考点一 基因工程的基本工具1.1.限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶(限制酶限制酶)(1)来源:主要从原核生物中分离纯化而来。(2)作用:识别双链DNA分子中某种特定的核苷酸序列并切开每条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。(3)结果:产生黏性末端或平末端。如下图所示,EcoR 限制酶识别的碱基序列是GAATTC,切割位点在G和A之间;Sma限制酶识别的碱基序列是CCCGGG,切割位点在G和C之间;说明限制酶具有专一性。必备知识必备知识 必备知识必备知识2.DNA2.DNA连接酶连接酶(1)作用:将
2、限制酶切割下来的DNA片段拼接成新的DNA分子。(2)类型常用类型Ecoli DNA连接酶T4 DNA连接酶来源大肠杆菌T4噬菌体功能只“缝合”黏性末端“缝合”黏性末端和平末端结果恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 必备知识必备知识 必备知识必备知识 1.滴加生理盐水不仅可以维持红细胞原有的形态,还可以稀释血液,使红细胞分散,不易凝集成块,有利于后续加入蒸馏水吸水涨破。2.使用哺乳动物成熟的红细胞是因为其没有细胞核和众多的细胞器,能够获取纯净的细胞膜。限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶等相关酶的分析比较名称作用部位作用底物形成产物限制酶磷酸二酯键DNA分子带黏性末端或平末端的DNA片
3、段DNA连接酶磷酸二酯键DNA片段重组DNA分子DNA聚合酶磷酸二酯键脱氧核苷酸子代DNA分子热稳定DNA聚合酶磷酸二酯键脱氧核苷酸子代DNA分子DNA(水解)酶磷酸二酯键DNA分子游离的脱氧核苷酸解旋酶碱基对间的氢键DNA分子脱氧核苷酸单链RNA聚合酶磷酸二酯键核糖核苷酸单链RNA分子 必备知识必备知识萤火虫发光是萤火虫体内荧光素酶催化一系列反应所产生的现象。如果荧光素酶存在于植物体内,也可使植物体发光。一直以来荧光素酶的唯一来源是从萤火虫腹部提取。但加利福尼亚大学的一组科学家成功地通过基因工程实现了将荧光素酶基因导入大肠杆菌体内,并使其在大肠杆菌体内表达产生荧光素酶。请你根据已有的知识回答
4、下列有关问题:(1)在此基因工程中,目的基因是,具体操作过程中如图所示的黏性末端是由种限制性核酸内切酶作用产生的。答案答案荧光素酶基因2思维诊断思维诊断 必备知识必备知识(2)将此目的基因导入大肠杆菌体内需要载体的帮助,则作为载体必须具备能够在宿主细胞内复制并稳定保存,以及_(至少答出两点)等条件。(3)在此基因工程中,将体外重组DNA导入大肠杆菌体内,并使其在细胞内_ 的过程称为转化。最常用的转化方法是首先用Ca2+处理大肠杆菌,目的是 。(4)目的基因在受体细胞中是否能转录出mRNA,可用技术来检测;目的基因是否表达出相应的蛋白质,除了通过观察大肠杆菌是否发光来确定外,还可以通过特异性反应
5、来判断。具有特定的限制酶切割位点、具有某些标记维持稳定和表达基因使大肠杆菌细胞处于能够吸收周围DNA分子的状态(或使大肠杆菌处于感受态细胞状态)分子杂交抗原抗体答案答案 必备知识必备知识易错易混易错易混1.一般来说,天然载体往往不能满足人类的所有要求,因此人们根据不同的目的和需要,对某些天然载体进行人工改造。2.限制酶切割位点所处的位置必须是在所需的标记基因之外,这样才能保证标记基因的完整性,有利于对目的基因的表达。必备知识必备知识考点二 基因工程操作步骤 必备知识必备知识2.基因表达载体的构建基因表达载体的构建基因工程的核心基因工程的核心(1)目的:使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以遗
6、传给下一代,同时,使目的基因能够表达和发挥作用。(2)基因表达载体的组成 必备知识必备知识(3)构建过程 必备知识必备知识(3)构建过程 生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法农杆菌转化法 显微注射法 Ca2+转化法受体细胞体细胞或受精卵 受精卵原核细胞、真核细胞等单细胞生物转化过程将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上导入农杆菌用农杆菌侵染植物细胞整合到受体细胞的染色体DNA上表达将含有目的基因的表达载体提纯取卵(受精卵)显微注射受精卵发育获得具有新性状的动物Ca2+处理细胞感受态细胞重组表达载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子 必备知识必备知识4.4.目的基因的检测与鉴定目的基
7、因的检测与鉴定 必备知识必备知识基因工程操作过程中的5个易错点1.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。2.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:如第一步人工合成DNA,第二步黏性末端之间连接成重组DNA分子,第四步DNA分子杂交或mRNA分子杂交检测目的基因。四步中都存在碱基互补配对现象。必备知识必备知识3.农杆菌转化法原理:农杆菌易感染植物细胞(双子叶植物和裸子植物),其Ti质粒上的T-DNA可转移并整合到受体细胞染色体的DNA上。4.标记基因的种类和作用:常见的标记基因有抗生素抗
8、性基因、发光基因(表达产物为带颜色的物质)等。标记基因的作用是筛选、检测目的基因是否导入受体细胞。必备知识必备知识5.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(需内质网、高尔基体的加工、分泌)则必须用真核生物,如酵母菌。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,也没有核糖体等细胞器,不能合成蛋白质。必备知识必备知识(2019重庆模拟)“杂交水稻之父”袁隆平带领的海水稻团队于2019年5月在迪拜热带沙漠种植的海水稻测产成功,最高亩产超过50
9、0公斤。引起全世界广泛关注。回答下列问题:(1)若培育转基因海水稻,可将耐盐基因导入高产水稻细胞内培育。要大量获得耐盐基因可采用技术。构建的中通常含有标记基因,标记基因的作用是 。答案答案PCR思维诊断思维诊断基因表达载体鉴定并筛选出含目的基因的受体细胞 必备知识必备知识(2)将耐盐基因导入水稻细胞常用的方法是;检测耐盐基因是否在水稻细胞中转录成功,通常采用 技术检测。(3)目前,以袁隆平院士为首的科研团队利用杂种优势提高产量。基因工程技术相对于杂交育种的突出优点是。通过转基因技术,耐盐基因能在水稻细胞或其他细胞中成功表达的原因是。答案答案基因枪法mRNA杂交克服远缘杂交不亲和障碍,定向改变生
10、物性状密码子具有通用性或不同生物共用一套密码子 必备知识必备知识考点三 基因工程的应用与蛋白质工程1.1.基因工程的应用基因工程的应用(1)植物基因工程:培育抗虫转基因植物(如抗虫棉)、抗病转基因植物(如转基因烟草)和抗逆转基因植物(如抗寒番茄);利用转基因改良植物的品质(如新花色矮牵牛)。(2)动物基因工程:用于提高动物生长速率从而提高产品产量;用于改善畜产品的品质;用转基因动物生产药物;用转基因动物作器官移植的供体等。必备知识必备知识 原理操作过程进展基因治疗基因表达将正常基因导入有基因缺陷的细胞中,以表达出正常性状来治疗疾病临床实验基因诊断碱基互补配对制作特定的 DNA探针与病人样品DN
11、A混合,分析杂交带情况临床应用(3)比较基因治疗与基因诊断 必备知识必备知识2.蛋白质工程蛋白质工程(1)概念理解a.基础:蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。b.操作:基因修饰或基因合成。c.结果:改造了现有蛋白质或制造出 新的蛋白质。d.目的:根据人们对蛋白质功能的特定需求,对 蛋白质结构进行分子设计。必备知识必备知识(2)操作过程从预期的蛋白质 功能出发设计预期的 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(基因)基因表达产生需要的蛋白质。其流程图如下:必备知识必备知识1.用基因工程的方法,使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系一般称为“工程菌”,而青霉素是诱变后的
12、高产青霉菌产生的,不是经过基因工程改造的工程菌产生的。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。3.动物基因工程的实施主要是为了改善畜产品的品质,不是为了产生体型巨大的个体。4.并非所有个体都可作为乳腺生物反应器,制备乳腺生物反应器通常是培育出雌性个体。必备知识必备知识干扰素是动物体内合成的一种蛋白质,可以用于治疗病毒感染和癌症,但体外保存相当困难。如果将干扰素分子中的一个半胱氨酸变成丝氨酸,干扰素就可以在-70 条件下保存半年,给广大患者带来福音。(1)蛋白质的合成是受基因控制的,因此获得能够控制合成“可以保存的干扰素”的基因是生产的关键,依据蛋白质工程原理,设计实验流程,
13、让动物生产“可以保存的干扰素”:答案答案应有的氨基酸序列思维诊断思维诊断相对应的脱氧核苷酸序列(基因)预期的蛋白质结构预期的蛋白质功能 必备知识必备知识(2)基因工程和蛋白质工程相比较,基因工程在原则上只能生产的蛋白质,不一定符合 的需要。而蛋白质工程是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础,通过 或,对现有蛋白质进行,或制造一种新的蛋白质,以满足人类的生产和生活需要。(3)蛋白质工程实施的难度很大,原因是蛋白质具有十分复杂的 结构。(4)对天然蛋白质进行改造,应该直接对蛋白质分子进行操作,还是通过对基因的操作来实现?说明原因。答案答案自然界已存在人类生产和生活基因修饰基因合成改造空
14、间(4)应该通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造。原因是:首先,任何一种天然蛋白质都是由基因编码的,改造了基因也就是改造了蛋白质,并且改造过的蛋白质可以通过改造过的基因遗传给下一代。如果对蛋白质直接改造,即使改造成功,被改造过的蛋白质分子还是无法遗传;其次,对基因进行改造比对蛋白质直接进行改造要容易操作,难度要小得多 关键能力关键能力题型一 限制酶的选择【典例】下图为培育转基因抗虫棉的两种思路,请据图回答问题:关键能力关键能力(1)与思路2相比,思路1的优点是筛选出的目的植株 。(2)构建重组质粒时,需要使用的限制酶是 ,还需要使用的工具酶是。(3)图中过程获取的完整的重组质粒,除了图中标
15、出的特殊DNA片段外,还应该有 等部分;过程常用的方法是 ;过程常用的试剂为 ;培育获取棉株2 或棉株4采用的生物学技术是。(4)为检测棉株3、棉株4的抗虫特性,常使用的方法是 。能稳定遗传(是纯合子)EcoR 和BamHDNA连接酶标记基因(和复制原点)农杆菌转化法秋水仙素植物组织培养接种害虫,观察棉株是否有抗虫能力答案答案解析解析 关键能力关键能力【解析】(1)思路1是采用单倍体育种方法,结合基因工程,培育出目的植株,与思路2相比,该方法的优点是目的植株是纯合子,能稳定遗传。(2)据图分析,如果用Sma酶切割目的基因,会破坏目的基因,因此用图中的质粒和目的基因构建重组DNA分子时,不能使用
16、Sma酶切割,只能选用EcoR和BamH切割目的基因和运载体,还需要使用的工具酶是DNA连接酶。(3)过程是构建基因表达载体,即重组质粒。基因表达载体中除了具有目的基因、启动子和终止子之外,还需具有标记基因和复制原点等;过程是将目的基因导入受体细胞,受体细胞是植物细胞,常用的方法是农杆菌转化法;棉株2是单倍体幼苗的外植体经过植物组织培养技术获得的,是单倍体;过程常用的试剂为秋水仙素,使植株2细胞中染色体数目加倍,获得纯合体植株3。(4)检测棉株3、棉株4的抗虫特性,常使用的方法是接种害虫,观察棉株是否有抗虫能力。关键能力关键能力限制酶的选择原则 关键能力关键能力1.根据目的基因两端的限制酶切点
17、确定限制酶的种类(1)应选择切点位于目的基因两端的限制酶,如图甲可选择Pst,不能选择Sma。(2)为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接,也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒,如图甲也可选择用Pst和EcoR两种限制酶切割目的基因。关键能力关键能力2.根据质粒的特点确定限制酶的种类(1)所选限制酶要与切割目的基因的限制酶具有相同的黏性末端。(2)质粒作为载体必须具备标记基因、复制原点等,所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构,应至少含有一个完好的标记基因,如图乙中限制酶pst因其会破坏标记基因而不宜选择。(3)所选限制酶,其切点应位于启动子与终止子之间,如图乙中Hind会破坏启动子,Ec
18、oR会破坏终止子,而Nde、Xba及BamH切出的切口可让目的基因嵌入启动子与终止子之间;若质粒上标出了T-DNA片段,则所选限制酶切点应位于T-DNA片段中。关键能力关键能力下图1为用Pvu限制酶切下的某目的基因及其上DNA片段示意图;图2为三种质粒示意图。图2中AP为氨苄青霉素抗性基因,Tc为四环素抗性基因,图中还显示了EcoR、Pvu等限制酶及其切割的位点与复制原点的距离。复制原点是在基因组上复制起始的一段序列,是指质粒在受体细胞中复制时的起点。对点练 关键能力关键能力(1)组成片段D的基本骨架与细胞膜的基本骨架相同的元素是 。(2)图2中质粒A、质粒C能否作为理想的目的基因运载体?(填
19、“能”或“否”),请说明理由_。(3)重组质粒成功导入受体细胞的概率一般仅为10-7,用质粒B构建重组质粒,为了筛选出导入了重组质粒的大肠杆菌,在导入完成后,将所有大肠杆菌分别放在含有四环素和氨苄青霉素的培养基中培养,大肠杆菌在两种培养基上的生长状况不可能的是 ,可能性最大的是 。(4)若想在山羊的乳汁中收获上述目的基因的表达产物,则需要将重组质粒导入山羊的(填细胞)中。C、H、O、P否质粒A缺少标记基因;质粒C用切割目的基因的限制酶切割时,复制原点会被限制酶切割,会影响重组质粒的自主复制在含四环素的培养基上能正常生长,在含氨苄青霉素的培养基上不能正常生长在含氨苄青霉素的培养基和含四环素的培养
20、基上都不能正常生长受精卵答案答案解析解析 关键能力关键能力【解析】(1)脱氧核糖和磷酸交替连接构成DNA片段D的基本骨架,脱氧核糖由C、H、O三种元素组成,组成磷酸的元素是H、P、O;磷脂双分子层构成细胞膜的基本骨架,磷脂分子是由C、H、O、N、P组成的;可见,组成片段D的基本骨架与细胞膜的基本骨架相同的元素是C、H、O、P。(2)分析图2可知:质粒A缺少标记基因,质粒C用切割目的基因的限制酶切割时,复制原点会被限制酶切割,进而影响重组质粒的自主复制,所以质粒A、质粒C均不能作为理想的目的基因运载体。(3)用质粒B构建重组质粒,当用切割目的基因的限制酶(Pvu)切割时,Tc(四环素抗性基因)遭
21、到破坏,而AP(氨苄青霉素抗性基因)结构完好,因此在重组质粒导入完成后,将所有大肠杆菌分别放在含有四环素和氨苄青霉素的培养基中培养,大肠杆菌在两种培养基上的生长状况不可能的是在含四环素的培养基上能正常生长,在含氨苄青霉素的培养基上不能正常生长。因重组质粒成功导入受体细胞的概率一般仅为10-7,所以生长状况可能性最大的是在含氨苄青霉素的培养基和含四环素的培养基上都不能正常生长。(4)若想在山羊的乳汁中收获上述目的基因的表达产物,则需要将重组质粒导入山羊的受精卵中。关键能力关键能力题型二题型二 基因工程与蛋白质工程实例应用基因工程与蛋白质工程实例应用【典例】(2019兰州期中)科研人员从一些荒漠植
22、物中成功克隆抗旱功能基因,培育出抗旱、耐盐碱和耐贫瘠能力的转基因紫花苜蓿新品系。它的研究成功,对改良与利用大面积盐荒地,改善生态环境,促进农牧业可持续发展具有现实意义。结合所学知识回答下列问题:(1)克隆抗旱功能基因是应用技术,其原理为。(2)获取目的基因的常用方法有从中得到,也可人工合成。PCRDNA双链复制基因文库答案答案 关键能力关键能力(3)构建好的基因表达载体需含有目的基因、终止子、和标记基因共五部分。(4)紫花苜蓿为双子叶植物,常用的导入目的基因的方法是。(5)若进行个体水平的检测,需将该植株栽培于 环境中,以观察其生长状况。(6)某些地区在规划中违背了生态工程的 原理,造成了“前
23、面造林,后面砍林”的现象;我国西北土地沙化和盐渍化非常严重,主要原因是超载放牧,导致草地退化,当地的生产活动违背了生态工程的原理。答案答案解析解析启动子复制原点农杆菌转化法干旱、盐碱和贫瘠的整体性协调与平衡 关键能力关键能力【解析】(1)题目中“克隆”的是基因,可采用PCR技术,原理是DNA双链复制。(2)获取目的基因的常用方法是从基因文库中获得,也可以人工合成。(3)基因表达载体的组成包括目的基因、终止子、启动子、标记基因和复制原点共五部分。(4)将目的基因导入双子叶植物常用的方法是农杆菌转化法。(5)从个体水平上的检测,要筛选出抗旱、耐盐碱和耐贫瘠能力的植株,需将该植株栽培于干旱、盐碱和贫
24、瘠的环境中,以观察其生长状况。(6)“前面造林,后面砍林”的现象违背了生态工程中的整体性原理;我国西北土地沙化和盐渍化非常严重,原因有多种,其中一个主要原因是超载放牧导致草地退化,该事实主要违背了生态工程的协调与平衡原理。关键能力关键能力下图是科学家利用大肠杆菌生产人胰岛素的部分过程。请结合相关知识回答问题:对点练 关键能力关键能力(1)除图示方法获得目的基因(人胰岛素基因)外,还可通过的方法获得目的基因。(2)图中所获得的人胰岛素基因在大肠杆菌中不能表达,需要质粒为其提供_等调控因子;质粒含有一个或多个 切割位点,供目的基因插入其中;质粒上还含有,供重组DNA的鉴定和选择。(3)图中切割人胰
25、岛素基因和质粒的酶(酶A)相同,其目的是 。将重组DNA分子导入大肠杆菌前,常需用处理大肠杆菌,使其成为感受态细胞。(4)由于大肠杆菌中没有 等结构,其内合成的人胰岛素没有活性,需要经过再加工。人工合成内质网、高尔基体子、终止子启动限制酶标记基因获得相同的黏性末端或平末端Ca2+答案答案解析解析 关键能力关键能力【解析】(1)获取目的基因的方法除题图所示方法外,还有人工合成法。(2)图中所获得的人胰岛素基因由于不含启动子和终止子,因此需要运载体质粒提供。质粒上还应含有一个或多个限制酶切割位点,供目的基因插入其中;质粒上还含有标记基因,供重组DNA的鉴定和选择。(3)用同一种限制酶切割目的基因和
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