【理想樹600分考點700分考法】2016屆高考生物二輪復習專題18基因工程課件

考點55基因工程的工具及操作程序考點56基因工程的應用及蛋白質工程專題18基因工程高考考法突破考法1基因工程的概念與操作工具分析應試基礎必備考點55基因工程的工具及操作程序考點55基因工程的工具及操作程序考法2基因工程的基本操作程序應試基礎必備1．基因工程的概念理解(1)操作環(huán)境：體外——關鍵步驟“表達載體的構建”的環(huán)境。(2)優(yōu)點：與雜交育種相比，能克服遠緣雜交不親和障礙；與誘變育種相比，能定向改造生物性狀。(3)操作水平：分子水平。(4)原理：基因重組。(5)本質：甲(供體提供目的基因)導入乙(受體表達目的基因)，即基因未變、合成蛋白質未變，只是合成場所的轉移?？键c55基因工程的工具及操作程序2．基因工程的基本工具(1)限制性核酸內切酶——“分子手術刀”①來源及化學本質：主要是從原核生物中分離純化出來的蛋白質。②作用：催化作用，可重復利用；可用于DNA的切割(獲取目的基因)和載體的切割。③作用特點：特異性，即限制酶可識別特定的脫氧核苷酸序列，切割特定位點。④切割方式：包括錯位切和平切，錯位切產生兩個相同的黏性末端；平切形成平末端。應試基礎必備(2)DNA連接酶——“分子縫合針”①功能：將雙鏈DNA片段“縫合”起來，恢復被限制酶切開的兩個核苷酸間的磷酸二酯鍵。②種類：E·coliDNA連接酶和T4DNA連接酶。(3)基因進入受體細胞的載體——“分子運輸車”①作用：攜帶外源基因進入受體細胞，并在受體細胞內對目的基因進行大量復制。②必須具備的條件：a．能在受體細胞中穩(wěn)定保存并復制。載體可在細胞中自我復制或整合到染色體DNA上，隨染色體DNA進行同步復制。b．具有一個至多個限制酶的切割位點，以便與外源基因連接。c．具有特殊的標記基因，供重組DNA的檢測與鑒定。③種類：最常用的載體是質粒，其他載體有λ噬菌體的衍生物、動植物病毒等。3．基因工程的基本操作程序(1)目的基因的獲取獲取目的基因的途徑主要有以下三種：①從自然界中已有的物種中分離出來，如從基因組文庫或cDNA文庫中獲取。②通過PCR技術擴增獲取a．原理：DNA復制。b．前提條件：要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便合成引物。c．其他條件：一對引物、四種游離的脫氧核苷酸、熱穩(wěn)定的DNA聚合酶、能量等。考點55基因工程的工具及操作程序應試基礎必備③人工合成：常用的方法有化學合成法和反轉錄法?？键c55基因工程的工具及操作程序(2)基因表達載體的構建①構建基因表達載體是基因工程中最核心、最關鍵的一步，在體外進行。其目的是使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。②基因表達載體的組成：啟動子、目的基因、終止子以及標記基因等，如圖所示。a．啟動子：一段有特殊結構的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶識別和結合的部位，能驅動基因轉錄出mRNA。b．終止子：一段有特殊結構的DNA片段，位于基因的尾端。c．標記基因：篩選、鑒別受體細胞是否含有目的基因。應試基礎必備③基因表達載體的構建方法考點55基因工程的工具及操作程序(3)將目的基因導入受體細胞①轉化的概念：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。應試基礎必備②常用的轉化方法和過程返回考點目錄③轉化的實質：目的基因整合到受體細胞基因組中，從而使受體生物獲得新的遺傳特性。(4)目的基因的檢測和表達考點55基因工程的工具及操作程序細胞類型常用方法受體細胞轉化過程植物細胞農桿菌轉化法體細胞將目的基因插入Ti質粒的T－DNA上→轉入農桿菌→導入植物細胞→整合到受體細胞的DNA上動物細胞顯微注射法受精卵將含有目的基因的表達載體提純→取卵→獲得受精卵→顯微注射→早期胚胎培養(yǎng)→胚胎移植→發(fā)育成為具有新性狀的動物微生物細胞Ca2＋處理增大細胞壁通透性原核細胞或酵母菌用Ca2＋處理細胞→感受態(tài)細胞→重組表達載體DNA分子與感受態(tài)細胞混合→感受態(tài)細胞吸收高考考法突破角度1基因工程的概念分析考法1基因工程的概念與操作工具分析考點55基因工程的工具及操作程序基因工程的別名基因拼接技術或DNA重組技術操作環(huán)境生物體外操作對象基因操作水平DNA分子水平基本過程剪切→拼接→導入→表達結果人類需要的基因產物角度2幾組概念的辨析1．E·coliDNA連接酶與T4DNA連接酶的比較常用類型E·coliDNA連接酶T4DNA連接酶來源大腸桿菌T4噬菌體功能只能將雙鏈DNA片段互補的黏性末端之間的磷酸二酯鍵連接起來連接黏性末端或平末端，但連接平末端的效率低相同點恢復被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵高考考法突破2．DNA連接酶與DNA聚合酶的比較3．限制酶、DNA連接酶、DNA聚合酶等相關酶的分析比較考點55基因工程的工具及操作程序DNA連接酶DNA聚合酶作用實質都是催化兩個脫氧核苷酸之間形成磷酸二酯鍵是否需模板不需要需要連接DNA鏈雙鏈單鏈作用過程在兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵將單個核苷酸加到已存在的核酸片段的3′端的羥基上，形成磷酸二酯鍵作用結果將兩個DNA片段連接成重組DNA分子合成新的DNA分子名稱作用部位作用底物作用結果限制酶磷酸二酯鍵DNA將DNA切成兩個片段DNA連接酶磷酸二酯鍵DNA片段將兩個DNA片段連接為一個DNA分子DNA聚合酶或熱穩(wěn)定DNA聚合酶磷酸二酯鍵脫氧核苷酸將單個脫氧核苷酸依次連接到單鏈末端DNA(水解)酶磷酸二酯鍵DNA將DNA片段水解為單個脫氧核苷酸解旋酶堿基對之間的氫鍵DNA將雙鏈DNA分子局部解旋為單鏈，形成兩條長鏈RNA聚合酶磷酸二酯鍵核糖核苷酸將單個核糖核苷酸依次連接到單鏈末端高考考法突破4.工具酶和載體的區(qū)別工具酶本質為蛋白質，載體本質為小型DNA分子，但不一定是環(huán)狀。5．基因工程中的載體與細胞膜上載體的區(qū)別基因工程中的載體是人為地將基因運載到細胞中的工具，其本質是DNA；細胞膜上的載體是細胞自身控制物質出入細胞的工具，本質是蛋白質?？键c55基因工程的工具及操作程序角度3關于限制酶的分析(1)切割目的基因和載體時要求用同一種限制酶的原因：目的是產生相同的黏性末端。也可用不同的限制酶切割，但必須能產生相同的黏性末端。(2)作為載體必須具有多個限制酶切點，而且每種酶的切點最好只有一個的原因：因為某種限制酶只能識別單一切點，若載體上有一個以上的酶切點，則切割重組后可能丟失某些片段，若丟失的片段含復制起點區(qū)，則進入受體細胞后便不能自主復制。一個載體若只有某種限制酶的一個切點，則酶切后既能把環(huán)打開接納外源DNA片段，又不會丟失自己的片段。(3)獲取一個目的基因需限制酶剪切目的基因的兩端，共產生4個黏性末端或平末端。(4)限制酶的選擇依據高考考法突破①根據目的基因兩端的限制酶切點確定限制酶的種類a．應選擇切點位于目的基因兩端的限制酶，如圖甲可選擇PstⅠ。b．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SmaⅠ。c．為避免目的基因和質粒的自身環(huán)化和隨意連接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和質粒，如圖甲也可選擇用PstⅠ和EcoRⅠ兩種限制酶(但要確保質粒上也有這兩種酶的切點)。②根據質粒的特點確定限制酶的種類a．所選限制酶要與切割目的基因的限制酶相一致，以確保具有相同的黏性末端。b．質粒作為載體必須具備標記基因等，所以所選擇的限制酶盡量不要破壞這些結構，如圖乙中限制酶SmaⅠ會破壞標記基因。(5)不同限制酶切出的黏性末端未必不同，如和識別的序列不同，但經限制酶處理后形成的黏性末端相同?？键c55基因工程的工具及操作程序考點55基因工程的工具及操作程序高考考法突破角度1獲取目的基因的方法1．已知DNA序列的目的基因的獲取方法可以用分離法和PCR擴增法。2．已知某種蛋白質時目的基因的獲取方法可以用化學合成法或反轉錄法，二者都屬于人工合成。3．基因組文庫和cDNA文庫的比較考點55基因工程的工具及操作程序考法2基因工程的基本操作程序文庫類型cDNA文庫基因組文庫文庫大小小大基因中啟動子無有基因中內含子無有基因多少某種生物的部分基因某種生物的全部基因物種之間的基因交流可以部分基因可以說明基因文庫的組建過程包含基因工程的基本操作步驟。從基因文庫中獲取目的基因的優(yōu)點是操作簡便，缺點是工作量大，具有一定的盲目性角度2基因表達載體的構建(1)載體與基因表達載體的區(qū)別：與載體相比較，基因表達載體增加了啟動子、目的基因和終止子三個基因片段，其功能各不相同。(2)構建基因表達載體應用限制酶對目的基因和載體同時進行切割。(3)常見的標記基因：抗生素抗性基因、產生特定顏色的表達產物基因、發(fā)光基因等。(4)易混概念辨析：啟動子(DNA片段)≠起始密碼子(RNA)；終止子(DNA片段)≠終止密碼子(RNA)。角度3將目的基因導入受體細胞1．常用的受體細胞的種類①植物：常用體細胞或受精卵。②動物：常用受精卵，一般不用體細胞。③微生物：常用大腸桿菌、酵母菌等，一般以大腸桿菌作為受體細胞時，為了使大腸桿菌處于能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)要用CaCl2處理。若要合成如糖蛋白、有生物活性的胰島素時則必須用真核生物酵母菌，主要原因是需內質網、高爾基體的加工、分泌。2．微生物作受體細胞的原因主要是個體微小，代謝旺盛，繁殖速度快，獲得目的基因產物多。3．目的基因導入受體細胞的方法①將目的基因導入植物細胞的方法：可用農桿菌轉化法、基因槍法和花粉管通道法，其中農桿菌轉化法是最常用的方法。②將目的基因導入動物細胞最常用、最有效的方法是顯微注射法。4．唯一不涉及堿基互補配對的操作步驟將目的基因導入受體細胞。高考考法突破考點55基因工程的工具及操作程序角度4目的基因的檢測和鑒定高考考法突破考點55基因工程的工具及操作程序類型步驟檢測內容方法結果分子檢測第一步目的基因是否進入受體細胞DNA分子雜交(DNA和DNA之間)是否出現雜交帶第二步目的基因是否轉錄出mRNA分子雜交技術(DNA和RNA之間)第三步目的基因是否翻譯出蛋白質蛋白質分子雜交(抗原和抗體之間)本考點結束考點55基因工程的工具及操作程序高考考法突破考法3基因工程的應用考法4 基因工程的綜合考查應試基礎必備考點56基因工程的應用及蛋白質工程考點56基因工程的應用及蛋白質工程應試基礎必備1．基因工程的應用(1)轉基因生物①概念：是指利用基因工程技術導入外源基因培育出的能夠將新性狀穩(wěn)定地遺傳給后代的基因工程生物。②優(yōu)點：運用基因工程改良動植物品種最突出的優(yōu)點是能打破常規(guī)育種難以突破的物種之間的界限。(2)基因工程的應用①植物基因工程：培育抗蟲轉基因植物、抗病轉基因植物和其他抗逆轉基因植物；利用基因工程改良植物的品質。②動物基因工程：用于提高動物生長速度從而提高產品產量；用于改善畜產品品質；用轉基因動物生產藥物；用轉基因動物作器官移植的供體等。③基因診斷：又稱為DNA診斷，是采用基因檢測的方法來判斷患者是否出現了基因異常或攜帶病原體。④基因治療：指利用正常基因置換或彌補缺陷基因的治療方法。實例：腺苷酸脫氨酶基因缺陷癥的基因治療。考點56基因工程的應用及蛋白質工程應試基礎必備返回考點目錄2．蛋白質工程(1)蛋白質工程的目標：根據人們對蛋白質功能的特定需求，對蛋白質的結構進行分子設計。(2)蛋白質工程的基本途徑：預期的蛋白質功能→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到相對應的脫氧核苷酸序列(基因)。(3)蛋白質工程的原理：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求。(4)蛋白質工程的進展：科學家通過對胰島素的改造，已使其成為速效型藥品。(5)蛋白質工程的前景：由于蛋白質發(fā)揮功能必須依賴于正確的、十分復雜的高級結構，因而目前成功的例子還不多，但隨著科學技術的深入發(fā)展，蛋白質工程將會給人類帶來更多的福音?？键c56基因工程的應用及蛋白質工程高考考法突破角度1基因工程的應用總結考點56基因工程的應用及蛋白質工程考法3基因工程的應用項目具體應用目的基因作用受體生物備注植物基因工程抗蟲轉基因植物Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因Bt毒蛋白與腸上皮細胞結合使細胞腫脹裂解致死；抑制劑能抑制相應酶活性，影響消化；植物凝集素與腸黏膜結合，影響物質的吸收和利用棉花、水稻、玉米等①抗蟲但不抗病毒、細菌、真菌等；②培育抗蟲作物的優(yōu)點是減少環(huán)境污染、降低生產成本；③Bt毒蛋白基因來自蘇云金芽孢桿菌抗病轉基因植物病毒外殼蛋白基因、病毒復制酶基因、幾丁質酶基因、抗毒素合成基因前兩種為抗病毒作用；后兩種為抗真菌作用煙草、小麥等引起植物生病的微生物有病毒、細菌、真菌三大類抗逆轉基因植物調節(jié)細胞滲透壓基因、抗凍蛋白基因、抗除草劑基因①通過改變細胞內滲透壓，提高抗鹽堿、抗旱能力；②耐寒能力提高；③抗除草劑煙草、番茄、大豆、玉米抗逆是指抵抗不良環(huán)境的能力，如鹽堿、干旱、低溫、澇害等改良植物的品質含必需氨基酸的蛋白質編碼基因、控制番茄果實成熟的基因、花青素代謝有關的基因①控制合成的蛋白質含必需氨基酸多；②延遲番茄成熟；③改變花瓣的顏色玉米、番茄、矮牽牛等賴氨酸、亮氨酸等都屬于必需氨基酸高考考法突破動物基因工程提高動物生長速度生長激素基因促進生長，提高生長速度鯉魚注意不能導入生長素基因改善畜產品的品質腸乳糖酶基因將乳糖分解，降低牛奶中乳糖的含量奶牛部分人對乳糖會發(fā)生過敏反應轉基因動物生產藥物(乳腺生物反應器)藥用蛋白基因＋乳腺蛋白基因＋啟動子分泌乳汁來生產所需要的藥品牛和山羊已生產出的藥品有抗凝血酶、血清蛋白、生長激素和α－抗胰蛋白酶作器官移植的供體某種調節(jié)因子、設法除去抗原決定基因①抑制抗原決定基因的表達；②不能合成相應抗原豬選擇豬的器官作替代品的原因：內臟構造、大小、血管分布與人相似；體內隱藏的致病基因少項目具體應用目的基因作用受體生物備注微生物基因工程基因工程藥品控制藥品合成的相應基因，如人的胰島素基因、干擾素基因、乙肝疫苗基因等生產合成相應的藥品，如胰島素、干擾素、乙肝疫苗等大腸桿菌、酵母菌等選擇微生物作受體的原因：繁殖快、單細胞、遺傳物質少考點56基因工程的應用及蛋白質工程高考考法突破角度2基因檢測和基因治療考點56基因工程的應用及蛋白質工程基因檢測又稱為DNA診斷，采用基因檢測的