北京专用2019版高考生物一轮复习第33讲基因工程课件.pdf
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1、第33讲 基因工程 突破突破1 1 基因工程的操作工具 基因工程的操作工具 突破突破2 2 基因工程的操作步骤 基因工程的操作步骤 总纲目录总纲目录 突破突破3 3 基因工程的应用及蛋白质工程 基因工程的应用及蛋白质工程 一、基因工程的概念理解 1.供体:提供目的基因的个体。 2.操作环境: 无菌 。 3.操作水平: DNA分子 水平。 5.受体:表达目的基因的个体。 4.原理:基因重组。 6.本质:基因在 受体生物 体内表达。 7.优点:克服 远缘杂交不亲和 的障碍,定向改造生物的遗传性状。 二、DNA重组技术的基本工具 1.限制性核酸内切酶(简称:限制酶) (1)来源:主要是从 原核 生物
2、中分离纯化出来的。 (2)作用:识别双链DNA分子的某种特定 核苷酸序列 并使每条链 中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。 (3)结果:产生 黏性末端 或平末端。 2.DNA连接酶 常用类型Ecoli DNA连接酶T4DNA连接酶 来源 大肠杆菌 T4噬菌体 功能连接黏性末端连接 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 3.载体 (1)种类: 质粒 、噬菌体的衍生物、动植物病毒等。 (2)质粒特点 能自我复制 有一个至多个 限制酶切割位点 有特殊的 标记基因 三、基因工程的操作程序 四、基因工程的应用 技术名称应用 植物基因工程培育抗虫转基因植物、抗病转基因
3、植物和 抗逆 转基因植物;利 用转基因技术改良植物的品质 动物基因工程提高动物生长速度,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 基因工程药物利用转基因的工程菌生产药物,如细胞因子、抗体、疫苗等 基因治疗把正常基因导入病人体内,使其表达产物发挥功能,从而治疗疾病。分 为体内基因治疗和体外基因治疗 2.目标:根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质的结构进行分子设 计。 1.崛起缘由:天然蛋白质不一定完全符合人类生产和生活的需要。 五、蛋白质工程 4.设计流程: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(基因)。 3.
4、操作手段:基因修饰或基因合成。 1.转基因成果 (1)工程菌DNA重组微生物。 (2)基因制药。 (3)转基因动物 生物反应器 。 (4)转基因农作物。 六、转基因生物的安全性 2.安全性问题 (1)食物安全:滞后效应(产生毒性蛋白质)、新的过敏原、营养成分改变。 (2)生物安全:生物入侵,破坏生物 多样性 。 (3)环境安全:破坏生态系统的稳定性和人类的生活环境。 3.理性看待转基因技术 (1)需要正确的社会舆论导向,趋利避害,不能因噎废食。 (2)制定符合本国利益的政策和法规,最大限度地保证转基因技术和产 品的安全性。 七、禁止生物武器 1.种类:病菌、病毒、生化毒剂及经过 基因重组 的致
5、病菌。 2.我国政府态度:任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器,并反对 生物武器及其技术和设备的扩散。 1.胰岛素基因表达载体中的胰岛素基因可通过人肝细胞mRNA反转录 获得。 ( ) 3.可利用DNA分子杂交技术鉴定目的基因是否已导入受体细胞。 ( ) 2.重组Ti质粒的构建需要限制性核酸内切酶和DNA聚合酶参与。( ) 4.在应用农杆菌侵染植物叶片获得转基因植株的常规实验步骤中,不需 要用选择培养基筛选导入目的基因的细胞。 ( ) 5.外源DNA必须位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行复制。 ( ) 6.将大肠杆菌的质粒连接上人生长激素的基因后,大肠杆菌获得的能产 生人生长激素的变
6、异可以遗传。 ( ) 8.若要从植物甲中获得耐旱基因,可首先建立该植物的基因组文库,再从 中筛选出所需的耐旱基因。 ( ) 7.表达载体的复制和胰岛素基因的表达均启动于复制原(起)点。 ( ) 10.基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质,而蛋白质工程 则可对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质。 ( ) 9.重组质粒与探针能进行分子杂交是因为DNA分子脱氧核糖和磷酸交 替连接。 ( ) 突破突破1 1 基因工程的操作工具 基因工程的操作工具 1.确定限制酶的种类 (1)根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类 应选择切点位于目的基因两端的限制酶,如图甲可选择Pst。 不能选择切
7、点位于目的基因内部的限制酶,如图甲不能选择Sma。 (2)根据质粒的特点确定限制酶的种类 所选限制酶要与切割目的基因的限制酶相一致,以确保具有相同的黏 性末端。 质粒作为载体必须具备标记基因等,所以所选择的限制酶尽量不要破 坏这些结构,如图乙中限制酶Sma会破坏标记基因;如果所选酶的切点 不是一个,则切割重组后可能丢失某些片段,若丢失的片段含复制起点 区,则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。 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 (但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。 2.限制酶与DNA连接酶的
8、关系 易混辨析易混辨析 (1)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,有利于目的基因的检测。 (2)为使目的基因与载体形成相同的末端连接,通常使用同一种限制酶 将二者切割,但如果不同的限制酶切割DNA分子所产生的末端也存在 互补关系时,则两末端也可连接。 (3)限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在该酶的识别序 列或识别序列已经被修饰。 (4)限制酶是一类酶,而不是一种酶。 (5)DNA连接酶起作用时,不需要模板。 1.下列有关基因表达载体的叙述,不正确的是 ( ) A.具有复制原点,使目的基因能在受体细胞内扩增 B.具有启动子,使DNA聚合
9、酶识别并开始转录 C.具有标记基因,有利于目的基因的检测 D.具有目的基因,以实现产生特定的基因产物 考向考向1 以基础判断的形式 以基础判断的形式,考查对基本工具的理解考查对基本工具的理解 B 答案答案 B 基因表达载体具有复制原点、启动子、目的基因、终止子 和标记基因,复制原点使目的基因能在受体细胞内扩增。启动子是 RNA聚合酶识别并结合的位点。标记基因可用于鉴别受体细胞中是否 含有目的基因。目的基因表达可合成特定的基因产物。 考向考向2 以实例分析或图示分析的形式 以实例分析或图示分析的形式,考查对基本工具的理解考查对基本工具的理解 2.图甲、乙中的箭头表示三种限制性核酸内切酶的酶切位点
10、,Ampr表示 氨苄青霉素抗性基因,Ner表示新霉素抗性基因。下列叙述正确的是 ( ) A.图甲中的质粒用BamH切割后,含有4个游离的磷酸基团 B.在构建重组质粒时,可用Pst和BamH切割质粒和外源DNA C.用Pst和Hind酶切,加入DNA连接酶后可得到1种符合要求的重组 质粒 D.导入目的基因的大肠杆菌可在含氨苄青霉素的培养基中生长 答案答案 C 图甲中的质粒只有一个BamH切割位点,用BamH切割后 形成一个直链DNA,含有2个游离的磷酸基团,A错误;BamH切割位点 在目的基因上,不能用该酶切割外源DNA,B错误;用Pst和Hind酶切 质粒形成两个片段,用Pst和Hind酶能将
11、外源DNA切成4段,只有含 目的基因的片段通过DNA连接酶与含标记基因的质粒连接形成的重组 质粒符合要求,故C正确;Pst会破坏氨苄青霉素抗性基因Ampr,所以导 入目的基因的大肠杆菌不能在含氨苄青霉素的培养基中生长,D错误。 3.(2016课标全国)某一质粒载体如图所示,外源DNA插入到Ampr或 Tetr中会导致相应的基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因,Tetr表示 四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用BamH酶切后,与用BamH 酶切获得的目的基因混合,加入DNA连接酶进行连接反应,用得到的混 合物直接转化大肠杆菌。结果大肠杆菌有的未被转化,有的被转化。被 转化的大肠杆菌有三种,分
12、别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含 有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题: (1)质粒载体作为基因工程的工具,应具备的基本条件有 (答出两点即可),而作为基因表达载体,除满足上述基本条件外,还 需具有启动子和终止子。 (2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选,在上述四种大肠杆菌细 胞中,未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的,其原因是 ;并且 和 的细胞也是不能区分的,其原因是 。在上述筛选的基础上,若要筛选含有插入了目的基因的重 组质粒的大肠杆菌单菌落,还需使用含有 的固体培养基。 (3)基因工程中,某些噬菌体经改造后可以作为载体,其DNA复制所需的 原料来自于
13、。 答案答案 (1)能自我复制、具有标记基因 (2)二者均不含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均不生长 含有 质粒载体 含有插入了目的基因的重组质粒(或答含有重组质粒) 二 者均含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均能生长 四环素 (3)受体细胞 解析解析 (1)质粒作为载体应具备的基本条件有:能自我复制、具有标记 基因、含有一至多个限制酶切割位点等。(2)由题意可知,未被转化的 和仅含环状目的基因的细胞中均不含有氨苄青霉素抗性基因,所以在含 有氨苄青霉素的培养基上均不能生长。质粒载体上含有氨苄青霉素抗 性基因和四环素抗性基因,插入了目的基因的重组质粒中仅含有氨苄青 霉素抗性基因,所以含有质
14、粒载体和含有插入了目的基因的重组质粒的 细胞均能在含有氨苄青霉素的培养基上生长,但前者可以在含有四环素 的培养基上生长而后者不能,所以可用含有四环素的培养基,筛选出含 有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落。(3)噬菌体属于病 毒,病毒增殖过程中所需的原料、酶等均来自于受体细胞。 突破突破2 2 基因工程的操作步骤 基因工程的操作步骤 1.目的基因的获取 (1)直接分离 (2)人工合成 PCR 从基因文库中获取 利用技术扩增 : :RNA, 化学合成法 针对已知核苷酸序列的较小基因 反转录法 以为模板 在逆转录酶的作用下人工合成 2.基因表达载体的构建 (1)基因表达载体的组成及作用: (
15、2)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感受态细胞法 受体细胞体细胞受精卵原核细胞 转化 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 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 4.目的基因的检测与鉴定 易混辨析易混辨析 目的基因的插入点不是随意的: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启动子与终止子之间的部位。 1.(
16、2017北京理综)为了增加菊花花色类型,研究者从其他植物中克隆出 花色基因C(图1),拟将其与质粒(图2)重组,再借助农杆菌导入菊花中。 考向 以基础判断或流程图分析的形式考向 以基础判断或流程图分析的形式,考查基因工程的操作程序考查基因工程的操作程序 下列操作与实验目的不符的是 ( ) A.用限制性核酸内切酶EcoR和连接酶构建重组质粒 B.用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织,将C基因导入细胞 C.在培养基中添加卡那霉素,筛选被转化的菊花细胞 D.用分子杂交方法检测C基因是否整合到菊花染色体上 答案答案 C 本题主要考查基因工程的相关知识。由于C基因两端及质 粒上均存在限制酶EcoR的酶切位
17、点,因此,可采用限制酶EcoR和 DNA连接酶构建重组质粒;用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织(即 农杆菌转化法),可以将C基因导入细胞;由于质粒上存在潮霉素抗性基 因(标记基因),因此,可以在培养基中添加潮霉素,筛选被转化的菊花细 胞,C符合题意;可用分子杂交方法检测C基因是否整合到菊花染色体 上。 2.(2017课标全国)真核生物基因中通常有内含子,而原核生物基因中 没有,原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的 机制。已知在人体中基因A(有内含子)可以表达出某种特定蛋白(简称 蛋白A)。回答下列问题: (1)某同学从人的基因组文库中获得了基因A,以大肠杆菌作为受体细胞 却
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- 北京 专用 2019 高考 生物 一轮 复习 33 基因工程 课件
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