高中生物 第十一單元 現(xiàn)代生物科技專題 第37講 基因工程課件.pptVIP

第十一單元現(xiàn)代生物科技專題第37講基因工程 考情分析 備考導航 知識梳理自主學習夯實基礎 1 基因工程的概念 考點一基因工程的基本工具 目的基因 基因重組 分子水平 符合人們需要 遠緣雜交不親和 定向改造 2 基因工程的基本工具 1 限制性核酸內切酶 簡稱 來源 主要是從生物中分離純化出來的 作用 識別特定的并切開特定部位的兩個核苷酸之間的 結果 產生或平末端 2 dna連接酶 種類 按來源可分為e colidna連接酶和 作用 將雙鏈dna片段 縫合 起來 恢復被限制酶切開的兩個核苷酸之間的 限制酶 原核 核苷酸序列 磷酸二酯鍵 黏性末端 t4dna連接酶 磷酸二酯鍵 3 載體 種類 噬菌體的衍生物 動植物病毒等 質粒的特點 質粒 限制酶切割位點 標記基因 深挖教材 1 為什么不同生物的基因可以拼接起來 提示 基因拼接的理論基礎 dna是生物的主要遺傳物質 dna的基本組成單位都是四種脫氧核苷酸 雙鏈dna分子的空間結構都是規(guī)則的雙螺旋結構 2 為什么一種生物的基因可以在另一種生物細胞內表達 提示 外源基因在受體內表達的理論基礎 基因是控制生物性狀的獨立遺傳單位 遺傳信息的傳遞都遵循中心法則闡述的信息流動方向 生物界共用一套遺傳密碼 3 限制酶主要存在于原核生物中 它有什么意義 提示 限制酶在原核生物中主要是切割外源dna 使之失效 從而達到保護自己的目的 4 原核生物中限制酶為什么不切割自身的dna 提示 原核生物中不存在該酶的識別序列或識別序列已被修飾 重點透析剖析考點拓展深化 1 限制酶 1 識別序列的特點 呈現(xiàn)堿基互補對稱 無論是奇數個堿基還是偶數個堿基 都可以找到一條中心軸線 如 以中心線為軸 兩側堿基互補對稱 以為軸 兩側堿基互補對稱 2 切割后末端的種類 2 與dna分子相關的酶 1 dna相關六種酶的比較 2 限制酶與dna連接酶的關系 易錯點撥 1 限制酶是一類酶 而不是一種酶限制酶的成分為蛋白質 其作用的發(fā)揮需要適宜的理化條件 高溫 強酸或強堿均易使之變性失活 2 基因工程中的載體與細胞膜上物質運輸的載體不同基因工程中的載體是dna分子 能將目的基因導入受體細胞內 膜載體是蛋白質 與細胞膜的通透性有關 3 dna連接酶作用時并不需要模板dna連接酶是把兩個具有相同末端的dna片段通過磷酸二酯鍵連接起來 題組例練分類例練提煉方法 1 2016 全國 卷 40 圖 a 中的三個dna片段上依次表示出了ecor bamh 和sau3a 三種限制性內切酶的識別序列與切割位點 圖 b 為某種表達載體的示意圖 載體上的ecor sau3a 的切點是唯一的 根據基因工程的有關知識 回答下列問題 1 經bamh 酶切后得到的目的基因可以與上述表達載體被酶切后的產物連接 理由是 解析 1 由題圖 a 三種限制酶的識別序列可知 bamh 酶與sau3a 酶切割目的基因與表達載體后產生的片段具有相同的黏性末端 答案 1 sau3a 兩種酶切割后產生的片段具有相同的黏性末端 2 若某人利用圖 b 所示的表達載體獲得了甲 乙 丙三種含有目的基因的重組子 如圖 c 所示 這三種重組子中 不能在宿主細胞中表達目的基因產物的有 不能表達的原因是 解析 2 構建基因表達載體時 目的基因應插入在啟動子和終止子之間 甲中目的基因插入在啟動子的上游 丙中目的基因插入在終止子的下游 兩者的目的基因均不能被轉錄 答案 2 甲和丙甲中目的基因插入在啟動子的上游 丙中目的基因插入在終止子的下游 兩者的目的基因均不能被轉錄 3 dna連接酶是將兩個dna片段連接起來的酶 常見的有和 其中既能連接黏性末端又能連接平末端的是 解析 3 常見的dna連接酶有e colidna連接酶和t4dna連接酶 其中t4dna連接酶既能連接黏性末端又能連接平末端 答案 3 e colidna連接酶t4dna連接酶t4dna連接酶 2 2016 江西九江二模 蘇云金芽孢桿菌 bt 能產生具有殺蟲能力的毒蛋白 圖甲是轉bt毒蛋白基因植物的重組dna形成過程示意圖 圖乙是毒蛋白基因進入植物細胞后發(fā)生的兩種生物大分子合成的過程 回答下列問題 1 將圖甲 的dna用hind bamh 完全酶切后 反應管中有種dna片段 過程 兩片段通過鍵相連 2 假設圖甲中質粒原來bamh 識別位點的堿基序列變?yōu)榱肆硪环N限制酶bcl 的堿基序列 現(xiàn)用bcl 和hind 切割質粒 則該圖甲中 的dna右側還選擇bamh 進行切割 則 填 能 或 不能 獲得所需重組質粒嗎 理由是 解析 1 圖甲中 的dna含有兩個bamh 酶的切割位點 含有一個hind 酶的切割位點 所以用hind bamh 完全酶切 中的dna后 反應管中有4種dna片段 過程 兩片段通過磷酸二酯鍵相連 2 據圖分析 由于bamh 和bcl 切割dna后露出的堿基序列相同 質粒原來bamh 識別位點的堿基序列變?yōu)橄拗泼竍cl 的堿基序列 用bcl 和hind 切割質粒 用bamh 和hind 切割目的基因 仍能獲得重組質粒 答案 1 4磷酸二酯 2 能切割后露出的堿基序列相同 3 若上述假設成立 并成功形成重組質粒 則重組質粒 填 能 或 不能 被hind 切開 填 能 或 不能 被bamh 切開 解析 3 質粒和目的基因都被hind 切割 形成相同的黏性末端 則形成的重組質粒還能被hind 切割 質粒原來bamh 識別位點的堿基序列變?yōu)榱肆硪环N限制酶bcl 的堿基序列 則形成的黏性末端是 而目的基因被bamh 切割 則形成的黏性末端 則形成的重組dna片段是 因此不能被bamh 識別 也不能被切割 根據酶切位點和識別的堿基序列可知 重組質粒只能被hind 但不能被bamh 切開 答案 3 能不能 t actag g cctag tgatcc actagg 4 圖乙中 鏈是 不同組織細胞的相同dna進行過程 時啟用的起始點 在 都相同 都不同 或 不完全相同 中選擇 其原因是 解析 4 從圖乙可知 鏈形成是以dna一條鏈作為模板進行轉錄形成的信使rna分子 不同組織細胞的相同dna在轉錄時 相同基因一般轉錄起點相同 不同的基因轉錄起點不同 原因是基因的選擇性表達 答案 4 mrna不完全相同不同組織細胞中基因會進行選擇性表達 限制酶的選擇方法 1 應選擇切點位于目的基因兩端的限制酶 如圖甲可選擇pst 不能選擇切點位于目的基因內部的限制酶 如圖甲不能選擇sma 2 切割質粒時 一般所選限制酶要與切割目的基因的限制酶一致 以確保具有相同的黏性末端 質粒作為載體必須具備標記基因 啟動子和終止子等 所以所選擇的限制酶不要破壞這些結構 如圖乙中限制酶sma 會破壞標記基因 且切割位點應位于啟動子和終止子之間以利于目的基因的插入和表達 如果所選限制酶的切點不是一個 則切割重組后可能丟失某些片段 若丟失的片段含復制原點區(qū) 則切割重組后的片段進入受體細胞后不能自主復制 3 為避免目的基因和質粒的自身環(huán)化和隨意連接 可使用兩種不同的限制酶切割目的基因和質粒 如圖甲可選擇用pst 和ecor 兩種限制酶 但要確保質粒上也有這兩種限制酶的切點 方法突破 知識梳理自主學習夯實基礎 1 基因工程的基本操作程序 考點二基因工程的基本操作程序及應用 基因文庫 pcr 啟動子 標記基因 農桿菌轉化 顯微注射 dna分子雜交 抗原 抗體雜交 2 pcr技術 1 原理 2 條件 模板 酶 熱穩(wěn)定dna聚合酶 引物 分別與相結合 原料 四種 dna雙鏈復制 dna母鏈 taqdna聚合酶 單鏈相應互補序列 脫氧核苷酸 3 過程 90 95 解旋 55 60 引物 70 75 taqdna聚合酶 3 基因工程的應用 1 動物基因工程 用于提高動物 用于改善畜產品品質 用轉基因動物生產 用轉基因動物作器官移植的等 2 植物基因工程 培育抗蟲轉基因植物 抗病轉基因植物和轉基因植物 利用轉基因改良植物的 深挖教材 1 基因工程操作過程中 哪些步驟中具有堿基互補配對現(xiàn)象 提示 基因工程操作過程中第一 二 四步中均具有堿基互補配對現(xiàn)象 而只有第三步沒有 2 動物基因工程中 為什么常選動物的受精卵作為受體細胞 提示 受精卵的全能性高 能使目的基因在相應的組織和器官中得以表達 3 基因工程成功的標志是什么 提示 目的基因在受體細胞中得以表達 生長速度 藥物 供體 抗逆 品質 重點透析剖析考點拓展深化 1 獲取目的基因的方法 1 從基因文庫中獲取 包括基因組文庫和cdna文庫等 2 人工合成目的基因的常用方法 化學合成法 已知核苷酸序列的較小基因 直接利用dna合成儀用化學方法合成 不需要模板 反轉錄法 以rna為模板 在逆轉錄酶作用下人工合成 3 通過pcr技術擴增目的基因 目的 通過指數式擴增獲取大量的目的基因 pcr技術與dna復制的比較 2 基因表達載體的構建 1 組成及作用 2 構建過程 3 將目的基因導入受體細胞 4 目的基因的檢測與鑒定 5 基因治療與基因診斷 易錯點撥 啟動子 起始密碼子 終止子 終止密碼子啟動子和終止子位于dna片段上 分別控制轉錄過程的啟動和終止 起始密碼子和終止密碼子位于mrna上 分別控制翻譯過程的啟動和終止 題組例練分類例練提煉方法 1 2016 全國 卷 40 某一質粒載體如圖所示 外源dna插入到ampr或tetr中會導致相應的基因失活 ampr表示氨芐青霉素抗性基因 tetr表示四環(huán)素抗性基因 有人將此質粒載體用bamh 酶切后 與用bamh 酶切獲得的目的基因混合 加入dna連接酶進行連接反應 用得到的混合物直接轉化大腸桿菌 結果大腸桿菌有的未被轉化 有的被轉化 被轉化的大腸桿菌有三種 分別是含有環(huán)狀目的基因 含有質粒載體 含有插入了目的基因的重組質粒的大腸桿菌 回答下列問題 解析 1 質粒能作為基因工程的載體的條件是質粒能自我復制 具有標記基因 具有一至多個酶切位點等 答案 1 能自我復制 具有標記基因 1 質粒載體作為基因工程的工具 應具備的基本條件有 答出兩點即可 而作為基因表達載體 除滿足上述基本條件外 還需具有啟動子和終止子 解析 2 用含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基對未被轉化的大腸桿菌和被轉化的三種大腸桿菌進行篩選時 未被轉化的大腸桿菌和僅含環(huán)狀目的基因的大腸桿菌均不含有氨芐青霉素抗性基因 在該培養(yǎng)基上均不能生長 故兩者無法區(qū)分 含有質粒載體的大腸桿菌和含有插入了目的基因的重組質粒的大腸桿菌均含有氨芐青霉素抗性基因 在該培養(yǎng)基上均能生長 故兩者也無法區(qū)分 但前者細胞內還含有四環(huán)素抗性基因 而后者細胞內含有的重組質粒在插入目的基因時四環(huán)素抗性基因被破壞 因此在含有四環(huán)素的固體培養(yǎng)基上前者能生長 后者不能生長 2 二者均不含有氨芐青霉素抗性基因 在該培養(yǎng)基上均不生長含有質粒載體含有插入了目的基因的重組質粒 或答含有重組質粒 二者均含有氨芐青霉素抗性基因 在該培養(yǎng)基上均能生長四環(huán)素 2 如果用含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基進行篩選 在上述四種大腸桿菌細胞中 未被轉化的和僅含環(huán)狀目的基因的細胞是不能區(qū)分的 其原因是 并且和的細胞也是不能區(qū)分的 其原因是 在上述篩選的基礎上 若要篩選含有插入了目的基因的重組質粒的大腸桿菌單菌落 還需使用含有的固體培養(yǎng)基 3 基因工程中 某些噬菌體經改造后可以作為載體 其dna復制所需的原料來自于 解析 3 噬菌體侵染受體細胞后 在受體細胞內利用受體細胞的脫氧核苷酸來進行dna復制 答案 3 受體細胞 解析 1 人工合成法是根據蛋白質的氨基酸序列 推測出信使rna序列 再推測出相應基因的核苷酸序列 進行人工合成目的基因 利用pcr技術可進行體外大量擴增目的基因 2 基因表達載體的構建是基因工程的核心步驟 需要用限制酶將目的基因和載體進行切割 斷開磷酸二酯鍵 再用dna連接酶連接形成重組dna 答案 1 脫氧核苷酸序列pcr 2 基因表達載體的構建dna連接酶 2 2016 山東青島一模 某高校研發(fā)的幽門螺桿菌疫苗為基因工程疫苗 對該菌引發(fā)的胃炎 胃潰瘍等疾病具有較好的預防效果 其有效成分是一種該菌表面抗原蛋白質 回答下列問題 1 根據表面抗原蛋白質的氨基酸序列推測出目的基因的 進行人工合成 然后通過技術大量擴增 2 基因工程的核心步驟是 要利用連接被限制酶切開的磷酸二酯鍵 3 目的基因進入受體細胞內 并且在受體細胞內維持穩(wěn)定和表達的過程 稱為 最終翻譯是否成功 常用的檢測方法是 4 實驗證明 一定時間內間隔口服該疫苗3次效果更好 其主要原因是體內產生的細胞數量增多 導致獲得的免疫預防作用更強 持續(xù)時間更久 解析 3 轉化是指將目的基因導入受體細胞內 并且在受體細胞內維持穩(wěn)定和表達的過程 常用抗原 抗體雜交法檢測最終翻譯是否成功 4 一定時間內間隔口服該疫苗3次 屬于二次免疫反應 體內產生的記憶細胞數量增多 導致獲得的免疫預防作用更強 持續(xù)時間更久 效果更好 答案 3 轉化抗原 抗體雜交 4 記憶 知識梳理自主學習夯實基礎 蛋白質工程 1 概念理解 基礎 蛋白質分子的結構規(guī)律及其與生物功能的關系 操作 或基因合成 結果 改造現(xiàn)有蛋白質或制造出 目的 滿足人類的生產和生活的需求 2 操作過程從預期的出發(fā) 設計預期的 推測應有的 找到相對應的 基因 基因表達 產生需要的蛋白質 考點三蛋白質工程 基因修飾 新的蛋白質 蛋白質功能 蛋白質結構 氨基酸序列 脫氧核苷酸序列 重點透析剖析考點拓展深化 蛋白質工程與基因工程的比較 題組例練分類例練提煉方法 1 糖尿病是近年來高發(fā)的 富貴病 常見類型有遺傳型糖尿病和 型糖尿病 遺傳型糖尿病的主要病因之一是胰島受損 科研機構作出如下設計 取糖尿病患者的細胞 將人的正常胰島素基因導入其中 然后做細胞培養(yǎng) 誘導產生胰島組織 重新植入患者的胰島 使胰島恢復功能 型糖尿病需要注射胰島素治療 目前臨床使用的胰島素制劑注射后120min后才出現(xiàn)高峰 與人體生理狀態(tài)不符 科研人員通過一定的工程技術手段 將胰島素b鏈的28號和29號氨基酸互換 獲得了速效胰島素 已通過臨床試驗 解析 1 對遺傳型糖尿病進行基因治療的方案中 胰島素基因稱為目的基因 pcr技術可在體外快速擴增目的基因 將該基因導入動物細胞最有效的方法是顯微注射法 2 基因工程步驟中的核心步驟是基因表達載體的構建 答案 1 目的基因pcr顯微注射法 2 基因表達載體的構建 目的基因與運載體結合 1 對遺傳型糖尿病進行基因治療的方案中 胰島素基因稱為 實驗室中要先對該基因利用技術進行擴增 將該基因導入正常細胞所用的方法是 2 對遺傳型糖尿病患者進行治療的基因工程步驟中的核心步驟是 解析 3 圖中流程a是預期蛋白質的功能 流程b是相應的氨基酸序列 4 蛋白質工程指以蛋白質分子的結構規(guī)律及其與生物功能的關系作為基礎 通過基因修飾或基因合成 對現(xiàn)有蛋白質進行改造 或制造一種新的蛋白質 以滿足人類的生產和生活的需要 答案 3 預期蛋白質的功能相應的氨基酸序列 4 修飾合成改造 3 科研人員利用蛋白質工程合成速效胰島素 該技術的實驗流程為 其中 流程a是 流程b是 4 與基因工程相比 蛋白質工程是以蛋白質分子的結構規(guī)律及其與生物功能的關系作為基礎 通過基因或基因 對現(xiàn)有蛋白質進行 制造一種新的蛋白質 以滿足人類的生產和生活的需要 解析 1 蛋白質的功能由蛋白質的三維結構決定 而蛋白質的三維結構與氨基酸序列有關 因此 若要改變蛋白質的功能 可以考慮對蛋白質的氨基酸序列進行改造 2 p基因與p1基因的根本區(qū)別是堿基序列不同 因此可以通過對p基因進行修飾獲得p1基因 也可以直接合成p1基因 中心法則的內容包括遺傳信息的復制 轉錄 逆轉錄和翻譯 答案 1 氨基酸序列 或結構 2 pp1dna和rna 或遺傳物質 dna rna rna dna rna 蛋白質 或轉錄 逆轉錄 翻譯 2 2015 全國 卷 40 已知生物體內有一種蛋白質 p 該蛋白質是一種轉運蛋白 由305個氨基酸組成 如果將p