高考高中生物选修三专题一复习课件.ppt

1、专题一基因工程知识排查考点诠解一、基因工程诞生的理论基础1基因拼接的理论基础(1)DNA是生物的主要遗传物质。(2)DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。(3)双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。2外源基因在受体内表达的理论基础(1)基因是控制生物性状的独立遗传单位。(2)遗传信息的传递都遵循中心法则阐述的信息流动方向。(3)生物界共用一套遗传密码。二、DNA重组技术的基本工具1限制性核酸内切酶(1)来源：原核生物。(2)在原核细胞中的作用：能将外来的DNA切断，即能够限制异源DNA的侵入并使之失去活力，但对自己的DNA却无损害作用，这样可以保护细胞原有的遗传信息。由于这种切割作用

2、是在DNA分子内部进行的，故名限制性核酸内切酶(简称限制酶)。(3)在基因工程中的作用特点：专一性：只能识别DNA分子中特定的核苷酸序列，且只能在每一条链中特定的部位进行切割，这种能被特异性识别的切割部位都具有回文序列。也就是在切割部位，一条链正向读的碱基顺序，与另一条链反向读的顺序完全一致。2DNA连接酶(1)作用实质：使两个DNA单链末端之间形成磷酸二酯键而连接成一个DNA。(2)常用种类及作用：DNA连接酶DNA聚合酶作用实质都是催化两个核苷酸之间形成磷酸二酯键是否需模板不需要需要连接DNA链双链单链作用过程在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键将单个核苷酸加到已存在的核酸片段的3端的羟基上

3、，形成磷酸二酯键将存在的DNA片段连接成重组DNA分子3.基因进入受体细胞的载体(1)具备条件：对受体细胞无害，不影响受体细胞正常的生命活动。具标记基因。用肉眼无法看到载体是否进入受体细胞，只有载体带标记基因才能对重组DNA是否进入受体细胞进行鉴定。能自我复制。通过复制进行基因扩增，否则可能会使重组DNA丢失。具有一个或多个限制酶切点，供外源基因插入其中。这些供目的基因插入的限制酶切点所处位置必须是在质粒本身需要的基因之外，这样才不至于因目的基因(外源基因)插入而失活。(2)常用载体质粒：裸露的，结构简单且独立于细菌拟核DNA之外的，具有自我复制能力的小型环状DNA分子。特别提醒：(1)在基因

4、工程中使用运载体的目的有两个，一是作为运载工具，将目的基因送到受体细胞中；另一个目的是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制和保存。(2)运载体中供目的基因插入的限制酶切点位置应在质粒本身必需的重要基因之外，这样才不至于因外源基因的插入而导致质粒失活。特别提醒：(1)基因、基因文库、目的基因：基因是有遗传效应的DNA片段，是控制性状的遗传物质的基本结构和功能单位，基因的脱氧核苷酸序列代表遗传信息。基因文库是将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中通过克隆而储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，叫做基因文库。建立基因文库是为获得大量的目的基因作准备。如果基因文库中含有一

5、种生物的所有基因，这个基因文库叫做基因组文库。如果基因文库中含有一种生物的部分基因，这个基因文库就叫做部分基因文库，如 cDNA文库。目的基因是基因工程操作中需要的外源基因，它是编码某种蛋白质的结构基因，如生物的抗逆性基因、抗虫基因等。(2)基因组文库和 cDNA文库的比较：(3)DNA复制、PCR技术与基因克隆：DNA复制主要在细胞内完成，是以DNA的两条链为模板，根据碱基互补配对原则合成两个完全相同的DNA分子的过程。复制的条件是：以DNA双链为模板，以四种脱氧核苷酸为原料，需要线粒体供能，还需要多种酶，如解旋酶、DNA聚合酶等。PCR技术是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。

6、它遵循的原理与DNA复制原理相同，条件是有一段已知目的基因的核苷酸序列和根据此核苷酸序列合成的引物；原料是四种脱氧核苷酸，也需要多种酶，如DNA聚合酶。在PCR扩增仪上自动复制。基因克隆：用多种限制酶或者机械的方法，将某种生物的细胞DNA切成不同片段，并把所有片段随机地分别连接到用同种限制酶切过的基因载体上，然后分别转移到适当受体细胞如细菌中，通过细胞增殖而构成各个片段的无性繁殖系。(4)PCR技术与DNA复制的比较：利用PCR技术获取目的基因的前提，是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物，引物是一小段DNA或RNA。DNA复制PCR技术区别场所细胞内(主要是细胞核)生物

7、体外酶解旋酶、DNA聚合酶热稳定DNA聚合酶过程边解旋边复制受热变性退火延伸多次重复相同点都是半保留复制方式都遵循碱基互补配对原则都需要酶、原料、引物、模板等条件2基因表达载体的构建重组载体的构建(1)表达载体的组成：目的基因启动子终止子标记基因。3将目的基因导入受体细胞转化特别提醒：在整个基因工程中，只有第三步将目的基因导入受体细胞过程中不发生碱基互补配对，其他步骤均发生。四、抗虫棉的抗虫机理和培育过程1抗虫棉的抗虫机理培育抗虫棉所用的基因来自苏云金芽孢杆菌。这种基因人工合成以后导入到棉花细胞内，使其在生长发育过程中合成一种毒蛋白，这种毒蛋白可以破坏害虫的消化系统，使取食棉花的棉铃虫中毒死亡

8、，从而达到灭虫效果，提高棉花的抗虫性。2抗虫棉的培育过程步骤过程基本原理获得毒蛋白基因用限制酶直接从苏云金芽孢杆菌DNA分子中剪取毒蛋白基因。或根据毒蛋白的氨基酸序列或其 mRNA人工合成毒蛋白基因人工合成毒蛋白基因是根据氨基酸与 mRNA的对应关系，以及 mRNA与基因间的碱基互补关系重组载体的构建从细菌中提取符合要求的质粒，用同一种限制酶切取，用DNA连接酶将毒蛋白基因连接在质粒上，形成重组载体用同一种限制酶切取的毒蛋白基因的两端碱基序列，与质粒切口的碱基序列相同，便于互补配对重组载体的转化与筛选将重组载体与棉花受精卵放在一起培养，使重组载体进入受体细胞，然后在选择培养基上除去不含重组载体

9、的细胞质粒上所具有的基因，能使重组细胞表现某种特性，使其在选择培养基上生存下来抗虫基因的表达与鉴定将含重组载体的受精卵在一定条件下培养成棉花植株，检测其是否具有抗虫性状五、基因工程的成果归纳总结类型项目外源基因类型及举例成果举例植物基因工程的成果抗虫转基因植物抗虫基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因抗虫水稻、抗虫棉、抗虫玉米抗病转基因植物抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因；抗真菌基因：几丁质酶基因、抗毒素合成基因抗病毒烟草、抗病毒小麦、抗病毒番茄、抗病毒甜椒抗逆转基因植物抗逆基因：渗透压调节基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因抗盐碱和抗干旱的烟草、抗

10、寒番茄、抗除草剂的大豆和玉米改良品质的转基因植物优良性状基因：提高必需氨基酸含量的蛋白质编码基因、控制番茄成熟的基因、与花青素代谢有关的基因高赖氨酸玉米、耐储存番茄、新花色矮牵牛类型项目外源基因类型及举例成果举例动物基因工程的成果提高生长速度的转基因动物外源生长激素基因转基因绵羊、转基因鲤鱼改善畜产品品质的转基因动物肠乳糖酶基因乳汁中含乳糖较少的转基因牛生产药物的转基因动物药用蛋白基因乳腺蛋白基因的启动子转基因动物具有乳腺生物反应器作器官移植供体的转基因动物外源的抗原决定基因表达的调节因子或除去供体的抗原决定基因无免疫排斥的转基因克隆猪器官基因治疗体外基因治疗腺苷酸脱氨酶基因治疗复合型免疫缺陷

11、症体内基因治疗治疗囊性纤维化病基因治疗遗传性囊性纤维化病特别提醒：基因治疗是治疗人类遗传病的根本方法，但由于尚未全面了解基因调控机制和疾病致病的分子机理，基因治疗只处于初期的临床试验阶段。蛋白质具有复杂的空间结构，不同种类的蛋白质具有不同的结构和功能。蛋白质结构的多样性是由构成蛋白质的氨基酸种类、数目、排列顺序以及蛋白质的空间结构来决定的，而其结构多样性的根本原因则是由于控制蛋白质合成的基因的多样性。既然蛋白质的功能是由DNA决定的，那么要制造出新的蛋白质，就要改造DNA。所以蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。它的基本途径是：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

12、到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。结合课本中插图(如图)，可以较明确地说明这一点。2蛋白质工程与基因工程比较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)结果生产自然界没有的蛋白质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。对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现题型一题型二基因工程

13、的操作过程分析典例2已知SARS是由一种RNA病毒感染所引起的疾病。SARS病毒表面的S蛋白是主要的病毒抗原，在SARS病人康复后的血清中有抗S蛋白的特异性抗体。某研究小组为了研制预防SARS病毒的疫苗，开展了前期研究工作，其简要的操作流程如下：(1)实验步骤所代表的反应过程是_。(2)步骤构建重组表达载体A和重组表达载体B必须使用限制性内切酶和_酶，后者的作用是将用限制性内切酶切割的_和_连接起来。(3)如果省略步骤而将大量扩增的S蛋白基因直接导入大肠杆菌，一般情况下，不能得到表达的S蛋白，其原因是S蛋白基因在大肠杆菌中不能_，也不能_。(4)为了检验步骤所表达的S蛋白是否与病毒S蛋白有相同

14、的免疫反应特性，可用_与_进行抗原抗体特异性反应实验，从而得出结论。(5)步骤和的结果相比，原核细胞表达的S蛋白与真核细胞表达的S蛋白的氨基酸序列_(填“相同”或“不同”)，根本原因是_。解析：(1)利用RNA获取DNA，一般采用逆转录的方法，在这一过程中需要逆转录酶；(2)目的基因与载体结合，先用限制性内切酶在目的基因和载体上切出相同的黏性末端，将目的基因片段插入运载体的切口处，再加入适量DNA连接酶，将黏性末端连接起来；(3)选择性扩增后得到的含有遗传信息的DNA片段(S蛋白基因)，直接导入大肠杆菌细胞内，在不与其DNA整合的情况下，不进行复制和转录，得不到相应的蛋白质；(4)通过大肠杆菌

15、合成的S蛋白，结构和功能可能会发生变化，可与人体内产生的抗S蛋白的抗体进行抗原抗体特异性反应，以此进行检测；(5)各种生物都共用一套遗传密码，因此转入相同的目的基因，表达出的蛋白质一般应相同。答案：(1)逆转录(2)DNA连接载体S蛋白基因(3)复制合成S蛋白基因的mRNA(4)大肠杆菌中表达的S蛋白SARS康复病人血清(5)相同表达蛋白质所用的基因相同且共用一套遗传密码题型三基因工程的应用典例3继哺乳动物乳腺生物反应器研究成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答：(1)将人的生长激素基因导入小鼠受

16、体细胞，常用方法是_。(2)进行基因转移时，通常要将外源基因转入_中，原因是_。(3)通常采用_技术检测外源基因是否插入到了小鼠的基因组。(4)在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的_细胞中特异表达。(5)为使外源基因在后代长期保持，可将转基因小鼠体细胞的_转入_细胞中构成重组细胞，使其发育成与供体具有相同性状的个体，该技术称为_。解析：(1)将目的基因导入受体细胞的方法，因受体细胞的种类不同而不同。将目的基因导入动物细胞，采用最多也最有效的方法是显微注射法。(2)作为动物基因工程的受体细胞通常是受精卵，因为受精卵具有全能性，可使目的基因在相应组织中得以表达。(3)在目的基因的检测和鉴定

17、中，检测目的基因是否插入到受体细胞染色体DNA中，可用标记的DNA分子作探针，进行DNA分子杂交。(4)膀胱生物反应器中得以表达目的基因的是膀胱上皮细胞。(5)动物体细胞核移植(克隆)技术可以使供体细胞核的全能性得以表达，受体细胞是去核的卵细胞(M期卵母细胞)。答案：(1)显微注射法(2)受精卵(或早期胚胎)受精卵(或早期胚胎细胞)具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞中得以表达(3)DNA分子杂交(或核酸探针)(4)膀胱上皮(5)细胞核去核的卵核移植(或克隆)规律方法：根据不同的基因操作，可选用不同的受体细胞：(1)培育转基因动物，受体细胞一般选用受精卵。(2)培育转基因植物，受体细胞可选用

18、受精卵或体细胞，若选用体细胞，再通过植物组织培养，即可获得转基因植株。(3)若生产基因工程药品，受体细胞一般选用细菌，利用细菌繁殖速度快的特点，可在短期内获得大量产品。题型四蛋白质工程与基因工程的关系典例4胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，要经过较长的时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此，治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题：(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是_。(2)通过DNA合成形成的新基因应与_结合后转移到_中才能得到准确表达。(3)若要利用大肠杆菌生产

19、速效胰岛素，需用到的生物工程有_、_和发酵工程。(4)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么？(5)下列关于蛋白质工程的说法错误的是_。A蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类需要B蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构C蛋白质工程能产生自然界中不存在的新型蛋白质分子D蛋白质工程与基因工程密不可分，又称为第二代基因工程解析：(1)蛋白质工程的目标是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，因此，图中构建新的胰岛素模型的依据是预期胰岛素的功能，即速效胰岛素。(2)合成的目的基因应与运载体构建基因表达载体后导入受体细胞中

20、才能得以表达。(3)利用蛋白质工程生产自然界原本不存在的蛋白质，需对原有的胰岛素进行改造，根据新的胰岛素中氨基酸的序列推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，人工合成新的胰岛素基因，形成目的基因，改造好的目的基因需通过基因工程来生产基因产物，并且在生产过程中要借助工程菌，所以还需要进行发酵，因此该过程涉及蛋白质工程、基因工程和发酵工程。(4)由新的蛋白质模型到构建新的基因，其基本设计思路是根据新的蛋白质中氨基酸的序列，推测出基因中的脱氧核苷酸序列。然后用DNA合成仪直接合成出新的基因。(5)由于基因决定蛋白质，因此，要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造基因来完成，而不是直接对蛋白质分子进行

21、操作。答案：(1)蛋白质的预期功能(2)载体大肠杆菌等受体细胞(3)蛋白质工程基因工程(4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因。(5)B随堂演练1下图为DNA分子的某一片段，其中分别表示某种酶的作用部位，则相应的酶依次是()ADNA连接酶、限制酶、解旋酶B限制酶、解旋酶、DNA连接酶C解旋酶、限制酶、DNA连接酶D限制酶、DNA连接酶、解旋酶解析：使碱基对内氢键断裂的是解旋酶，限制酶将特定部位的相邻两脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键断开；连接DNA片段间磷酸二酯键的是DNA连接酶。答案：C2下列关于基因表达载体构建的相关叙述，不正

22、确的是()A需要限制酶和DNA连接酶B必须在细胞内进行C抗生素抗性基因可作为标记基因D启动子位于目的基因的首端解析：基因表达载体是目的基因与载体结合，在此过程中需用同一种限制酶切割目的基因与载体，用DNA连接酶将相同的末端连接起来；基因表达载体的构建是在细胞外进行的；基因表达载体包括启动子、目的基因、终止子和标记基因，其中启动子位于基因首端使转录开始，终止子在目的基因之后。答案：B3基因工程中，需使用特定的限制酶切割目的基因和质粒，便 于重组和筛选。已知限制酶的识别序列和切点是GGATCC，限制酶的识别序列和切点是GATC。根据图示判断下列操作正确的是()A目的基因和质粒均用限制酶切割B目的基

23、因和质粒均用限制酶切割C质粒用限制酶切割，目的基因用限制酶切割D质粒用限制酶切割，目的基因用限制酶切割解析：本题中要遵循一个原则：不能同时将两个标记基因切开，至少保留一个，所以只能用酶切割质粒，而从目的基因右侧碱基序列可知只能用酶。答案：D4下列关于基因工程的叙述，错误的是()A目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物B限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶C人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性D载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达解析：目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物；基因工程中常用的工具酶有限制性核酸内切酶和DNA连接酶；大肠

24、杆菌为原核生物，不含有内质网和高尔基体等细胞器，不能对蛋白质进行加工，其合成的胰岛素原无生物活性。运载体中的抗性基因为标记基因，其作用是有利于筛选含重组DNA的细胞，不能促进目的基因的表达。答案：D5钱永键先生因在研究绿色荧光蛋白方面的杰出成就而获2008年诺贝尔奖。在某种生物中检测不到绿色荧光，将水母绿色荧光蛋白基因转入该生物体内后，结果可以检测到绿色荧光。由此可知()A该生物的基因型是杂合的B该生物与水母有很近的亲缘关系C绿色荧光蛋白基因在该生物体内得到了表达D改变绿色荧光蛋白基因的1个核苷酸对，就不能检测到绿色荧光解析：在转基因生物体内能检测到绿色荧光，说明绿色荧光基因已在生物体内成功表

25、达。答案：C6(2010浙江理综卷)在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，下列操作错误的是()A用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸B用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体C将重组DNA分子导入烟草原生质体D用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞解析：限制性核酸内切酶切割的是DNA，而烟草花叶病毒的遗传物质为RNA，A错；目的基因与载体的连接由DNA连接酶催化连接，B对；受体细胞为植物细胞，所以可以是烟草原生质体，C对；目的基因为抗除草剂基因，所以未成功导入目的基因的细胞不具有抗除草剂的能力，筛选的时候应该用含除草剂的培养基筛选转基因细胞，D对。答案：A7苏云金杆菌(Bt)能

26、产生具有杀虫能力的毒素蛋白。下图是转Bt毒素蛋白基因植物的培育过程示意图(ampr为抗氨苄青霉素基因)，据图回答下列问题。(1)将图中的DNA用hind、BamH完全酶 切 后，反 应 管 中 有_种DNA片段。(2)图中表示hind与BamH酶切、DNA连接酶连接的过程，此过程可获得_种重组质粒；如果换用Bst与BamH酶切，目的基因与质粒连接后可获得_种重组质粒。(3)目的基因插入质粒后，不能影响质粒的_。(4)图中的Ti质粒调控合成的vir蛋白，可以协助带有目的基因的TDNA导入植物细胞，并防止植物细胞中_对TDNA的降解。(5)已知转基因植物中毒素蛋白只结合某些昆虫肠上皮细胞表面的特异

27、受体，使细胞膜穿孔，肠细胞裂解，昆虫死亡。而该毒素蛋白对人类的风险相对较小，原因是人类肠上皮细胞_。(6)生产上常将上述转基因作物与非转基因作物混合播种，其目的是降低害虫种群中的_基因频率的增长速率。解析：(1)BamH在中有2个切点，hind在中有1个切点，故可切出4种DNA片段。(2)因Hind 切出的末端与BamH切出的末端不同，则重组的质粒有2种。Bst与BamH切出的末端相同，则有1种重组质粒。(3)质粒进入宿主细胞必须能正常复制才能为目的基因的扩增提供必要的条件。(4)因为植物细胞中有能降解TDNA的酶(DNA水解酶)。(5)不同生物的基因不同，表达产物的蛋白质也不同。从而造成人类

28、肠上皮细胞表面无相应毒素蛋白的受体。(6)转基因与非转基因作物混种，可降低抗性作物对害虫的选择性，使害虫种群中的抗性基因频率增长速率减慢。答案：(1)4(2)21(3)复制(4)DNA水解酶(5)表面无相应的特异性受体(6)抗性8人体细胞内含有抑制癌症发生的p53基因，生物技术可对此类基因的变化进行检测。(1)目的基因的获取方法通常包括_和_。(2)上图表示从正常人和患者体内获取的p53基因的部分区域。与正常人相比，患者在该区域的碱基会发生改变，在上图中用方框圈出发生改变的碱基对；这种变异被称为_。(3)已知限制酶E识别序列为CCGG，若用限制酶E分别完全切割正常人体和患者的p53基因部分区域

29、(见上图)，那么正常人的会被切成 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 个 片 段；而 患 者 的 则 被 切 割 成 长 为_对碱基和_对碱基的两种片段。(4)如果某人的p53基因部分区域经限制酶E完全切割后，共出现170、220、290和460碱基对的四种片段，那么该人的基因型是_(以P表示正常基因，P表示异常基因)。解析：(1)目的基因通常从细胞中直接分离或通过化学方法人工合成。(2)对比正常人和患者p53基因部分区域的碱基对序列可知：正常基因中的CG碱基对被TA碱基对替换而成为异常基因。(3)由图示知：正常人的p53基因部分区域有2个限制酶切割位点，用限制酶E对正常人的该基因区域进行切割，将得到长度分别为290对碱基、170对碱基和220对碱基3个片段。异常基因因碱基替换而失去一个限制酶E的切割位点，故用限制酶E切割患者的p53基因部分区域，只能得到长度为460对碱基和220对碱基的2种片段。(4)若某人的该基因区域用限制酶E完全切割后，共出现170、290、220和460碱基对4种片段。说明该人既有正常基因，又有异常基因，故该人基因型为PP。答案：(1)从细胞分离通过化学方法人工合成(2)见下图基因碱基对的替换(基因突变)(3)3460220(4)PP