2021年新课标新高考生物复习课件：专题25 基因工程与蛋白质工程.pptx

1、考点一基因工程考点一基因工程一、基因工程的工具1.限制性核酸内切酶(限制酶)(1)存在:主要在原核生物中。(2)作用: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磷酸二酯键断开。(3)形成末端类型在识别序列中心轴线两侧切开黏性末端在识别序列中心轴线处切开平末端考点清单考点清单2.DNA连接酶(1)作用:将双链DNA片段“缝合”起来,恢复被限制酶切开的两个核苷酸间的磷酸二酯键。(2)种类种类EcoliDNA连接酶T4DNA连接酶来源大肠杆菌T4噬菌体特点只“缝合”黏性末端黏性末端和平末端都可“缝合”3.载体(1)条件:能在受体细胞中复制并稳定保存;具有一至多个

2、限制酶切点;具有标记基因。(2)种类(3)作用:携带外源DNA片段进入受体细胞。(4)特点:可在受体细胞中进行自我复制或整合到染色体DNA上,随染色体DNA进行同步复制。思考1:限制酶来源于原核生物,为什么不能切割自己的DNA分子?:最常用质粒其他 噬菌体的衍生物、动植物病毒提示1:限制酶具有特异性,即一种限制酶只能识别特定的碱基序列,并在特定的位点上进行切割。限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物DNA分子中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。思考2:切取目的基因与切割载体时“只能”使用“同一种酶”吗?提示2:a.在获取目的基因和切割载体时通常用同一种限制酶,以获得相同的黏性(或平)末

3、端。但如果用两种不同的限制酶切割后形成的末端相同,在DNA连接酶的作用下目的基因与载体也可以连接起来。b.为了避免目的基因和载体的自身环化和随意连接,可使用不同的限制酶切割目的基因和载体,使目的基因和载体各具有两个不同的末端。基因文库类型基因组文库部分基因文库(如cDNA文库)构建基因文库的过程文库大小大小基因中启动子有无二、基因工程的基本操作程序1.目的基因的获取(1)从基因文库中获得基因中内含子有无基因多少某种生物的全部基因某种生物的部分基因物种间的基因交流部分基因可以可以(2)人工合成目的基因a.反转录法:mRNA单链DNA双链DNA(目的基因)。b.化学合成:已知蛋白质的氨基酸序列mR

4、NA的核苷酸序列目的基因的脱氧核苷酸序列目的基因(3)利用PCR技术扩增目的基因a.原理:DNA双链复制。b.前提:已知目的基因的一段核苷酸序列,以便根据这一序列合成两种引物。c.条件:DNA模板、引物、热稳定DNA聚合酶和4种脱氧核苷酸。过程说明图解变性当温度上升到90以上时,双链DNA解聚为单链复性温度下降到50左右,两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合延伸72左右时,TaqDNA聚合酶活性高,可使DNA新链由5端向3端延伸d.扩增过程e.目的:通过指数式扩增获取大量的目的基因。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,并且可以遗传给下一代,同

5、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(3)构建过程3.将目的基因导入受体细胞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+参与的转化法(感受态细胞法)受体细胞体细胞或受精卵受精卵原核细胞过程将目的基因插入Ti质粒的T-DNA上导入农杆菌侵染植物细胞整合到受体细胞的染色体DNA上表达基因表达载体受精卵新性状个体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4.目的基因的检测与鉴定思考1:目的基因的插入位点是随意的吗?提示1:不是。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启动子与终止子之间,若目的基因插入启动

6、子内部,启动子将失去原功能。思考2:DNA连接酶和DNA聚合酶的作用相同吗?提示2:不相同。DNA连接酶连接的是两个DNA片段,而DNA聚合酶连接的是单个的脱氧核苷酸。思考3:启动子=起始密码子吗?终止子=终止密码子吗?提示3:启动子起始密码子,终止子终止密码子。a.启动子是一段有特殊结构的DNA片段,位于基因的首端,它是RNA聚合酶识别、结合的部位。终止子是一段有特殊结构的DNA片段,位于基因的尾端,作用是使转录过程终止。b.起始密码子和终止密码子位于mRNA上,分别控制翻译过程的启动和终止。考点二基因工程的应用与蛋白质工程考点二基因工程的应用与蛋白质工程一、基因工程的应用1.动物基因工程与

7、植物基因工程(1)动物基因工程:用于提高动物生长速度从而提高产品产量;用于改善畜产品品质;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。(2)植物基因工程:培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和抗逆转基因植物;利用转基因改良植物的品质。2.基因诊断与基因治疗(1)基因诊断:又称为DNA诊断,是采用基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体。(2)基因治疗a.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,从而达到治疗疾病的目的。b.c.成果:将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋巴细胞中,使淋巴细胞能产生腺苷酸脱氨酶,然后,再将这种淋巴细胞转入患者体内,从而治疗复合型免

8、疫缺陷症。二、蛋白质工程1.蛋白质工程崛起的缘由(1)基因工程的实质:将一种生物的基因转移到另一种生物体内,后者可以产生它本不能产生的蛋白质,进而表现出新的性状。(2)基因工程的不足:在原则上只能产生自然界已存在的蛋白质。2.蛋白质工程的基本原理思考1:既然存在基因工程,为什么还要改造蛋白质?提示1:基因工程只能产生自然界已存在的蛋白质。思考2:蛋白质工程中为什么通过对基因操作来实现对天然蛋白质的改造?提示2:a.蛋白质具有十分复杂的空间结构,基因的结构相对简单,容易改造;b.改造后的基因可以遗传给下一代,被改造的蛋白质无法遗传。3.蛋白质工程的基本途径应用口蹄疫病毒应用口蹄疫病毒VPVP1

9、1基因在胡萝卜中的表达及转基因大米的培育基因在胡萝卜中的表达及转基因大米的培育情境材料情境材料口蹄疫由口蹄疫病毒(FMDV)引起,该病毒属于小RNA病毒科、口蹄疫病毒属。口蹄疫病毒VP1基因是参与构成病毒粒子的主要中和抗原基因,其表达蛋白可以诱导动物机体产生中和抗体。科学家们将VP1基因转入拟南芥、马铃薯、烟草和苜蓿中,均引起了动物产生抗口蹄疫病毒的特异性免疫反应,这些研究成果极大地促进了口蹄疫疫苗的研究。但由于转化受体主要集中在一些模式植物上,而烟草的毒性、马铃薯块茎难以生食等因素均限制了生产的转基因植物疫苗直接用于口服。胡萝卜种植广泛,易于组织培养和转化,且可以生食,是生产口服疫苗理想的“

10、生实践探究实践探究物反应器”。因此以胡萝卜为转化受体,研究FMDV的VP1基因在转基因胡萝卜中的表达情况,为进一步研究利用转基因植物生产口服疫苗提供了一条新途径。问题探究问题探究(1)构建基因表达载体的目的是什么?(2)将VP1基因转入胡萝卜细胞最常用的是什么方法?其原理是什么?(3)一般来说,切割目的基因或运载体为何使用两种不同的限制酶?要点点拨要点点拨(1)使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传给下一代,同时,使目的基因能够表达和发挥作用。(2)将目的基因(VP1基因)导入植物细胞最常用的是农杆菌转化法。当植物体受到损伤时,伤口处的细胞会分泌大量的酚类化合物,吸引农杆菌移向这些细胞,

11、这时农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA(可转移的DNA)可转移至受体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上,利用这一特点,可将目的基因转入植物细胞中。(3)防止切割后的运载体或目的基因发生自身环化。拓展思维(1)1944年,艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献,也可以说是基因工程的先导,如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示,那么获得的启示是什么?【提示】证明了生物的遗传物质是DNA,也证明了DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体。(2)1972年,伯格首先在体外进行了DNA改造的研究,成功构建了第一个体外重组DNA分子,如果说他的工作为基因工程理论的建立提供了启示,那么获得的启示是什么?【提示】两种不同生物的DNA在体外可以连接到一起并具有生物学功能。