【与名师对话】2012届高考生物一轮复习 3.1基因工程课件 新人教版选修3.ppt

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【与名师对话】2012届高考生物一轮复习 3.1基因工程课件 新人教版选修3.ppt_第1页
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1 基因工程的 诞 生 I 2 基因工程的原理及技 术 3 基因工程的 应 用 4 蛋白 质 工程 I 5 基因工程的理 论 基 础 6 基因工程的操作工具 基本步 骤 7 基因工程在工 业 农业 医 药 中的 应 用 8 蛋白 质 工程与基因工程的关系 对应学生用书 210页 一 DNA重 组 技 术 的基本工具 1 限制性核酸内切 酶 分子手 术 刀 1 来源 主要从 中分离 纯 化出来的 2 作用特点 能 够识别 DNA分子 并使特定部 位的两个核苷酸之 间 的 断开 3 作用 结 果 产 生 或 对应学生用书 210页 2 DNA连 接 酶 分子 缝 合 针 1 作用 将 拼接成新的 DNA分子 2 种 类 3 基因运 载 体 分子运 输车 1 作用 将 送入受体 细 胞中 2 常用种 类 噬菌体的衍生物 3 作用原理 携 带 外源基因的 质 粒 载 体 进 入受体 细 胞 后 停留在 细 胞内 进 行 或整合到染色体上 随之同 步复制 二 基因工程的基本操作程序 三 基因工程的应用 2 动 物基因工程 四 蛋白质工程 1 含义 以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作基础 通过 对现有蛋白质进行改造 或制造一种新的蛋白 质 2 基本原理 自主核对 一 原核生物 特定核苷酸序列 磷酸二酯键 黏性末端 平末端 DNA片段 黏性末端 黏性末端 平末端 外源基因 质粒 动植物病毒 自我复制 二 结构基因 PCR技术 化学方法 RNA聚合酶 尾 端 目的基因 目的基因 农杆菌转化法 花粉管通道法 显 微注射法 感受态细胞法 DNA分子杂交 DNA分子杂交 抗 原 抗体 抗虫或抗病 四 基因修饰或基因合成 蛋白质功能 蛋白质结构 氨 基酸序列 脱氧核苷酸序列 1 与基因工程有关的各种 酶 有何区 别 2 可表达的 载 体是如何构建的 考点 1 基因工程的基本操作工具 1 限制性核酸内切 酶 1 作用 用于 获 取目的基因和切割运 载 体 2 特点 具有 专 一性 表 现 在两个方面 识别 双 链 DNA中特定核苷酸序列 对应学生用书 211页 切割特定序列中的特定位点 特定序列表 现为 中心 对 称 如 EcoR 酶 的切割序列 如下 图 3 产 物 用限制性核酸内切 酶 切割形成的新 链 有两种 即黏性末端和平末端 黏性末端 是限制 酶 在 识别 序列的中心 轴线 两 侧 将 DNA的两条 链 分 别 切开形成的 如下 图 所示 平末端 是限制 酶 在 识别 序列的中心 轴线处 切开形成 的 如下 图 所示 2 DNA连 接 酶 1 常用的 DNA连 接 酶 2 DNA连 接 酶 DNA聚合 酶 解旋 酶 及限制 酶 的比 较 作用特点 作用 结 果 限制性 核酸内 切 酶 切割目的基因及运 载 体 能 专 一性 识别 双 链 DNA分 子的某种特定的核苷酸序 列 并且使每一条 链 中特 定部位的两个核苷酸之 间 的磷酸二 酯键 断开 形成黏性末端或平末端 解旋 酶 将 DNA两条 链 之 间 的 氢键打开 形成两条脱氧核苷酸 单链 作用特点 作用 结 果 DNA 聚合 酶 只能将 单 个脱氧核苷酸添 加到脱氧核苷酸 链 上 在 DNA复制 过 程中 单 个脱氧核苷酸最 终 连 接成与母 链 互 补 的 子 链 从而形成新的子 代 DNA分子 DNA 连 接 酶 将双 链 DNA片段 缝 合 起来 恢复被限制 酶 切开 了的两个核苷酸之 间 的磷 酸二 酯键 将 DNA 片段 连 接起来 形成重 组 DNA 3 载 体 1 作用 作 为 运 载 工具 将目的基因 转 移到宿主 细 胞内 利用它在宿主 细 胞内 对 目的基因 进 行大量复制 2 具 备 的条件 能在宿主 细 胞内 稳 定保存并大量复制 有多个限制 酶 切割位点 以便与外源基因 连 接 具有某些 遗传标记 基因 以便 进 行 筛选 重要考点提示 1 限制酶和 DNA连接酶的作用部位都是 DNA一条链中相 邻核苷酸间的磷酸二酯键 只是一个切断 一个连接 2 关于载体的几点说明 一般来说 天然载体往往不能满足人类的所有要求 因 此人们根据不同的目的和需要 对某些天然的载体进行人工改 造 常见的标记基因有抗生素基因 产生特定颜色的表达产 物基因 发光基因等 作为载体必须具有多个限制酶切点 而且每种酶的切点 最好只有一个 因为某种限制酶只能识别单一切点 若载体上 有一个以上的酶切点 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 则进入受体细胞后便不能自主复制 一个载体若只有某种限制酶的一个切点 则酶切后既能把环打 开接纳外源 DNA片段 又不会丢失自己的片段 注意与细胞膜上载体的区别 两者的化学本质和作用都 不相同 质粒能自我复制 既可在自身细胞 受体细胞 也可在 体外 例 1 2010 郑 州一 检 限制 酶 可辨 识 并切割 DNA分子上 特定的核苷酸序列 下 图为 四种限制 酶 BamH EcoR Hind 及 Bgl 的辨 识 序列及每一种限制 酶 的特定切割部位 BamH EcoR Hind Bgl GGATCC GAATTC AAGCTT AGATCT CCTAGG CTTAAG TTCGAA TCTAGA 其中哪两种限制 酶 切割出来的 DNA片段末端可以互 补结 合 其末端互 补 序列是 A BamH 和 EcoR 末端互 补 序列 AATT B BamH 和 Hind 末端互 补 序列 GATC C BamH 和 Bgl 末端互 补 序列 GATC D EcoR 和 Hind 末端互 补 序列 AATT 解析 BamH 和 Bgl 切出的黏性末端碱基能互补配 对 互补序列都含有 GATC 答案 C 例 2 2010 温州 检测 下表 为 几种限制性核酸内切 酶 识 别 的序列和切割的位点 如 图 所示 已知某 DNA在目的基因的 两端 1 2 3 4四 处 有 BamH 或 EcoR 或 Pst 的 酶 切位点 现 用 BamH 和 EcoR 两种 酶 同 时 切割 该 DNA片段 假 设 所 用的 酶 均可将 识别 位点完全切开 下列各种 酶 切位点情况中 可以防止 酶 切后 单 个含目的基因的 DNA片段自身 连 接成 环 状的是 限制 酶 BamH EcoR Pst 识别 序列 和切割位点 G GATCC CCTAG G G AATTC CTTAA G CTGCA G G ACGTC A 1为 BamH 2为 EcoR 3为 BamH 4为 Pst B 1为 EcoR 2为 BamH 3为 BamH 4为 Pst C 1为 Pst 2为 EcoR 3为 EcoR 4为 BamH D 1为 BamH 2为 EcoR 3为 Pst 4为 EcoR I 解析 只用 BamH 和 EcoR 两种酶同时切割该 DNA 片段 要想防止酶切后单个含目的基因的 DNA片段自身连接成 环状 需要目的基因两端 2与 3的限制酶为 BamH 或 EcoR 即可 答案 A 考点 2 基因工程的基本操作程序 1 目的基因的提取 1 从基因文 库 中 获 取目的基因 优 点 有了基因文 库 就可以随 时 从中提取所需要的目 的基因 引入受体 细 胞使之表达 2 人工合成目的基因 反 转录 法 利用 PCR技 术扩 增目的基因 2 基因表达 载 体的构建 1 目的 使目的基因在受体 细 胞中 稳 定存在 并可以 遗传给 下一 代 并使目的基因能 够 表达和 发挥 作用 2 基因表达 载 体的 组 成 目的基因 启 动 子 终 止子 标记 基因 启 动 子 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 一段有特殊 结 构的 DNA短片段 位于基因的 尾端 作用是使 转录过 程停止 标记 基因 一般 为 抗生素抗性基因或 荧 光基因等 其 作用是 鉴别 受体 细 胞中是否含有目的基因 目的基因是否 导 入 成功 3 基因表达 载 体的构建方法 3 将目的基因 导 入受体 细 胞 1 目的 目的基因 进 入受体 细 胞内并在受体 细 胞内 维 持 稳 定和表达的 过 程 受体 细 胞种 类 方法 植物 细 胞 农 杆菌 转 化法 目的基因插入 Ti质 粒的 T DNA 转 入 农 杆菌 导 入植物 细 胞 稳 定 维 持和表达 基因 枪 法 花粉管通道 法 动 物 细 胞 显 微注射法 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 新性 状 动 物 微生物 细 胞 Ca2 处 理受体 细 胞 感受 态细 胞 表达 载 体与感受 态细 胞混合 感受 态细 胞吸收 DNA分子 2 受体细胞种类不同 导入方法不同 3 受体生物与受体 细 胞 类 型的关系 植物 可以是受精卵 体 细 胞 经组织 培养成 为 完整植 株 动 物 受精卵 体 细 胞的全能性受到限制 不能 发 育 为 完整个体 4 目的基因的 检测 与 鉴 定 类 型 步 骤 检测 内容 方法 结 果 显 示 分 子 检 测 导 入 检测 目的基因是否插 入受体 细 胞染色 体的 DNA上 DNA分子 杂 交 技 术 DNA和 DNA之 间 是否成功 显 示出 杂 交 带 表达 检测 目的基因是否 转 录 出 mRNA 核酸分子 杂 交技 术 DNA和 mRNA之 间 同上 目的基因是否翻 译 出蛋白 质 蛋白 质 分子 杂 交 抗原和抗体 之 间 同上 重要考点提示 1 基因表达载体的构建是基因工程最核心的步骤 该过 程把三种工具 只有两种工具酶 全用上了 在体外进行 2 与载体相比较 增加启动子 目的基因和终止子三个基 因片段 其功能各不相同 启动子 DNA片段 起始密码子 RNA 终止子 DNA片段 终止密码子 RNA 类 型 步 骤 检测 内容 方法 结 果 显 示 个体生物学 水平的 鉴 定 确定是否具 有抗性及抗性 程度 基因工程 产 品与天然 产 品 的活性是否相 同 抗虫或抗病 的接种 实验 基因工程 产 品与天然 产 品 活性的比 较 是否 赋 予了 预 期抗性或 蛋白 质 活性 例 3 2010 浙江卷 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 构建重组 DNA分子时 需用同种限制性核酸内切 酶切割目的基因和栽体 再用 DNA连接酶连接形成重组 DNA分 子 而烟草花叶病毒的遗传物质是 RNA 所以 A项错误 重组 DNA分子形成后要导入受体细胞 若是植物细胞 则可导入其 原生质体 若导入的受体细胞是体细胞 经组织培养可获得转 基因植物 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 可用含除草剂的培养基筛选 转基因烟草细胞 答案 A 例 4 2010 天津卷 下 图 是培育表达人乳 铁 蛋白的乳 腺生物反 应 器的技 术 路 线 图 中 tetR表示四 环 素抗性基因 ampR表示氨 苄 青霉素抗性基因 BamH Hind Sma 直 线 所示 为 三种限制 酶 的 酶 切位点 据 图 回答 1 图 中将人乳 铁 蛋白基因插入 载 体 需用 限制 酶 同 时 酶 切 载 体和人乳 铁 蛋白基因 筛选 含有重 组载 体的大 肠 杆菌首先需要在含 的培养基上 进 行 2 能使人乳 铁 蛋白基因在乳腺 细 胞中特异性表达的 调 控 序列是 填字母代号 A 启 动 子 B tetR C 复制原点 D ampR 3 过 程 可采用的操作方法是 填字母代号 A 农 杆菌 转 化 B 大 肠 杆菌 转 化 C 显 微注射 D 细 胞整合 4 过 程 采用的生物技 术 是 5 对 早期胚胎 进 行切割 经过 程 可 获 得多个新个体 这 利用了 细 胞的 性 6 为检测 人乳 铁 蛋白是否成功表达 可采用 填 字母代号 技 术 A 核酸分子 杂 交 B 基因序列分析 C 抗原 抗体 杂 交 D PCR 解析 1 基因表达载体的构建过程中 将目的基因导入 受体细胞之前 要用同一种限制酶切割目的基因和载体 从图 中可以看出 在目的基因和载体中都有 Hind 和 BamH 限制 酶的切割位点 因此要用 Hind 和 BamH 限制酶同时切割载 体和人乳铁蛋白基因 载体切割后四环素抗性基因被破坏 因 此筛选时要在含氨苄青霉素的培养基上进行 2 启动子是一段有特殊序列的 DNA片段 位于目的基因 的首端 它是 RNA聚合酶识别和结合的部位 在启动子存在时 才能驱动基因转录出 mRNA 最终获得所需要的蛋白质 3 将目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法 将目的基因导入动物细胞常用的方法是显微注射技术 4 过程 是将早期胚胎移入受体母牛体内 用到的技术 是胚胎移植技术 5 胚胎分割是利用机械方法将早期胚胎等分 经移植后 获得同卵双胎或多胎的技术 可以看做动物无性繁殖或克隆的 方法 利用了细胞的全能性 6 检测目的基因是否翻译成蛋白质 需要用相应的抗体 进行抗原 抗体杂交 其他三项技术检测的对象都是核酸 答案 1 Hind 和 BamH I 氨 苄 青霉素 2 A 3 C 4 胚胎移植技 术 5 全能 6 C 考点 3 蛋白质工程 1 蛋白 质 工程的基本原理 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 对应 的脱氧核苷酸序列 获 取目的基因 构建基因 表达 载 体 将目的基因 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 结 果 生 产 自然界没有的蛋白 质 一般是生 产 自然界已有的 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 重要考点提示 蛋白质组计划和人类基因组计划的比较 蛋白 质组计 划 基因 组计 划 启 动时间 2001年成立 组织 1990年正式启 动 主要内容 肝 脏 蛋白 质 和 血浆 蛋白 质 的研究 测 定人 类 基因 组 24条染色体上全部 DNA序列 参加国家 16个国家 80多个 实验室 6个国家 中国是惟一的发 展中国家 我国承 担任 务 牵头执 行 人 类 肝 脏 蛋 白 质组计 划 承担 1 的 测 序工作 意 义 揭示并确 认 肝 脏 血 浆 蛋 白 质为 重大疾病 预 防 诊 断 治 疗 以及新 药 研 发 提供科学基 础 推 动 支持蛋白 质 工程 遗传 病的 诊 断和治 疗 揭示基因表达的机理 例 5 以下有关蛋白 质 工程的叙述 不正确的是 A 蛋白 质 工程 发 展的基 础 是基因工程 B 蛋白 质 工程的原理是从 预 期的蛋白 质 功能出 发 最 终 找到脱氧核苷酸序列的 过 程 C T4溶菌 酶 中引入二硫 键 提高了它的 热稳 定性是蛋白 质 工程 应 用的体 现 D 蛋白 质 工程只能改造 现 有的蛋白 质 而不能制造新的蛋 白 质 解析 蛋白 质 工程既能改造 现 有的蛋白 质 也能制造新 的蛋白 质 答案 D 例 6 2009 广 东 卷 1 饲 料加工 过 程温度 较 高 要求植 酸 酶 具有 较 好的高温 稳 定性 利用蛋白 质 工程技 术对 其 进 行 改造 时 首先必 须 了解植酸 酶 的 然后改 变 植酸 酶 的 从而得到新的植酸 酶 2 培育 转 植酸 酶 基因的大豆 可提高其作 为饲 料原料 时 磷的利用率 将植酸 酶 基因 导 入大豆 细 胞常用的方法是 请简 述 获 得 转 基因植株的完整 过 程 3 为 了提高猪 对饲 料中磷的利用率 科学家将 带 有植酸 酶 基因的重 组质 粒通 过 转 入猪的受精卵中 该 受精 卵培养至一定 时 期可通 过 方法 从而一次得到多个 转 基因猪个体 4 若 这 些 转 基因 动 植物 进 入生 态环 境中 对 生 态环 境有何影响 答案 1 分子 结 构及 预 期功能 基因 2 农 杆菌侵染法 首先将目的基因与 质 粒 组 合 构建基 因表达 载 体 将含目的基因的表达 载 体 导 入植物 细 胞 通 过 植物 组织 培养 获 得表 现 新性状的植物 3 显 微注射法 胚胎分割 4 转 基因生物及其 产 品 对 生物多 样 性 生 态环 境可能 产 生的影响主要表 现 在以下几个方面 转 基因生物打破了物种 的原有界限 改 变 了物 质 循 环 和能量流 动 对 生 态 系 统 的 稳 定性造成破坏 重 组 DNA与微生物 杂 交 可能出 现对动 植物和人 类 有害的病原微生物 增加目 标 害虫的抗性和 进 化速度 转 基因植物通 过 传 粉 进 行基因 转 移 导 致超 级杂 草出 现 转 基因植物的花 粉如含有有毒蛋白或 过 敏蛋白 通 过 蜜蜂的采集 很可能 进 入 蜜蜂中 再 经过 食物 链 的 传递 最后有可能 进 入其他 动 物和 人体内 典例 1 2010 全国卷 下列叙述符合基因工程概 念的是 A B淋巴 细 胞与 肿 瘤 细 胞融合 杂 交瘤 细 胞中含有 B淋 巴 细 胞中的抗体基因 B 将人的干 扰 素基因重 组 到 质 粒后 导 入大 肠 杆菌 获 得能 产 生人干 扰 素的菌株 C 用紫外 线 照射青霉菌 使其 DNA发 生改 变 通 过筛 选获 得青霉素高 产 菌株 D 自然界中天然存在的噬菌体自行感染 细 菌后其 DNA整 合到 细 菌 DNA上 对应学生用书 214页 解析 基因工程是指按照人们的意愿 进行严格的设 计 并通过体外 DNA重组和转基因等技术 创造出符合人们需 要的新的生物类型和生物产品 基因工程是在 DNA分子水平上 进行设计和施工的 选项中 A项属于细胞工程 C项属于人工 诱变 D项属于基因重组 只有 B项符合基因工程的概念 其中 人的干扰素基因是目的基因 质粒是载体 大肠杆菌是受体细 胞 人们需要的生物产品是人干扰素 答案 B 典例 2 2009 江 苏 卷 苏 云金杆菌 Bt 能 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 I完全 酶 切后 反 应 管中有 种 DNA片段 2 图 中 表示 Hind 与 BamHI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 BstI与 BamHI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 T DNA导 入植物 细 胞 并防止植物 细 胞中 对 T DNA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 答案 1 4 2 2 1 3 复制 4 DNA水解 酶 5 表面无相 应 的特异性受体 6 抗性 典例 3 2010 福建理 综 红细 胞生成素 EPO 是体 内促 进红细 胞生成的一种糖蛋白 可用于治 疗肾 衰性 贫 血等 疾病 由于天然 EPO来源极 为 有限 目前 临 床上使用的 红细 胞生成素主要来自于基因工程技 术 生 产 的重 组 人 红细 胞生成 素 rhEPO 其 简 要生 产 流程如下 图 请 回答 1 图 中 所指的是 技 术 2 图 中 所指的物 质 是 所指的物 质 是 3 培养重 组 CHO细 胞 时 为 便于清除代 谢产 物 防止 细 胞 产 物 积 累 对细 胞自身造成危害 应 定期更 换 4 检测 rhEPO的体外活性需用抗 rhEPO的 单 克隆抗体 分泌 该单 克隆抗体的 细 胞 可由 rhEPO免疫 过 的小 鼠 B淋巴 细 胞与小鼠骨髓瘤 细 胞融合而成 解析 基因工程中获得大量目的基因的技术为 PCR技 术 cDNA是以 mRNA为模板通过反转录获得的 本基因工程 目的基因的表达产物为红细胞生成素 即 EPO 由于天然 EPO 来源极为有限 一般情况下 基因工程产生的是重组人红细胞 生成素 rhEPO 培养重组 CHO细胞时 为了提供适宜的培养 条件 需要不断更换培养液 以防止有害代谢产物的积累对细 胞自身造成的危害 单克隆抗体是通过培养杂交瘤细胞获得的 答案 1 PCR 2 mRNA rhEPO 3 培养液 4 杂交瘤
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