高考生物一輪復(fù)習(xí) 專題一 基因工程課件.pptVIP

現(xiàn)代生物科技專題 輕輕松松讀教材提綱挈領(lǐng)學(xué)要點 01回扣教材夯實基礎(chǔ) 考點分類抓基礎(chǔ)點點擊破我能行 02整合考點破解疑難 一 基因工程誕生的理論基礎(chǔ)1 基因拼接的理論基礎(chǔ) 1 dna是生物的主要遺傳物質(zhì) 2 dna的基本組成單位都是四種脫氧核苷酸 3 雙鏈dna分子的空間結(jié)構(gòu)都是規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu) 2 外源基因在受體內(nèi)表達的理論基礎(chǔ) 1 基因是控制生物性狀的獨立遺傳單位 2 遺傳信息的傳遞都遵循中心法則闡述的信息流動方向 3 生物界共用一套遺傳密碼 二 dna重組技術(shù)的基本工具1 限制性核酸內(nèi)切酶 1 來源 原核生物 2 在原核細(xì)胞中的作用 能將外來的dna切斷 即能夠限制異源dna的侵入并使之失去活力 但對自己的dna卻無損害作用 這樣可以保護細(xì)胞原有的遺傳信息 由于這種切割作用是在dna分子內(nèi)部進行的 故名限制性核酸內(nèi)切酶 簡稱限制酶 3 在基因工程中的作用特點 專一性 只能識別dna分子中特定的核苷酸序列 且只能在每一條鏈中特定的部位進行切割 這種能被特異性識別的切割部位一般都具有回文序列 也就是在切割部位 一條鏈正向讀的堿基順序 與另一條鏈反向讀的順序完全一致 2 dna連接酶 1 作用實質(zhì) 使兩個dna單鏈末端之間形成磷酸二酯鍵而連接成一個dna 3 基因進入受體細(xì)胞的載體 1 具備條件 對受體細(xì)胞無害 不影響受體細(xì)胞正常的生命活動 具標(biāo)記基因 用肉眼無法看到載體是否進入受體細(xì)胞 只有載體帶標(biāo)記基因才能對重組dna是否進入受體細(xì)胞進行鑒定 能自我復(fù)制 通過復(fù)制進行基因擴增 否則可能會使重組dna丟失 具有一個或多個限制酶切點 供外源基因插入其中 這些供目的基因插入的限制酶切點所處位置必須是在質(zhì)粒本身需要的基因之外 這樣才不至于因目的基因 外源基因 插入而失活 2 常用載體 質(zhì)粒 裸露的 結(jié)構(gòu)簡單且獨立于細(xì)菌擬核dna之外的 具有自我復(fù)制能力的小型環(huán)狀dna分子 特別提醒 1 在基因工程中使用運載體的目的有兩個 一是作為運載工具 將目的基因送到受體細(xì)胞中 另一個目的是利用它在宿主細(xì)胞內(nèi)對目的基因進行大量復(fù)制和保存 2 運載體中供目的基因插入的限制酶切點位置應(yīng)在質(zhì)粒本身必需的重要基因之外 這樣才不至于因外源基因的插入而導(dǎo)致質(zhì)粒失活 三 基因工程的基本操作1 目的基因的獲取 1 目的基因 主要是編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因 人類所需要的 也可以是一些具有調(diào)控作用的因子 特別提醒 1 基因 基因文庫 目的基因 基因是有遺傳效應(yīng)的dna片段 是控制性狀的遺傳物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)和功能單位 基因的脫氧核苷酸序列代表遺傳信息 基因文庫是將含有某種生物不同基因的許多dna片段 導(dǎo)入受體菌的群體中通過克隆而儲存 各個受體菌分別含有這種生物的不同基因 叫做基因文庫 建立基因文庫是為獲得大量的目的基因作準(zhǔn)備 如果基因文庫中含有一種生物的所有基因 這個基因文庫叫做基因組文庫 如果基因文庫中含有一種生物的部分基因 這個基因文庫就叫做部分基因文庫 如cdna文庫 目的基因是基因工程操作中需要的外源基因 它是編碼某種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因 如生物的抗逆性基因 抗蟲基因等 2 基因組文庫和cdna文庫的比較 續(xù)表 3 dna復(fù)制 pcr技術(shù)與基因克隆 dna復(fù)制主要在細(xì)胞內(nèi)完成 是以dna的兩條鏈為模板 根據(jù)堿基互補配對原則合成兩個完全相同的dna分子的過程 復(fù)制的條件是 以dna雙鏈為模板 以四種脫氧核苷酸為原料 需要線粒體供能 還需要多種酶 如解旋酶 dna聚合酶等 pcr技術(shù)是一項在生物體外復(fù)制特定dna片段的核酸合成技術(shù) 它遵循的原理與dna復(fù)制原理相同 條件是有一段已知目的基因的核苷酸序列和根據(jù)此核苷酸序列合成的引物 原料是四種脫氧核苷酸 也需要多種酶 如dna聚合酶 在pcr擴增儀上自動復(fù)制 基因克隆 用多種限制酶或者機械的方法 將某種生物的細(xì)胞dna切成不同片段 并把所有片段隨機地分別連接到用同種限制酶切過的基因載體上 然后分別轉(zhuǎn)移到適當(dāng)受體細(xì)胞如細(xì)菌中 通過細(xì)胞增殖而構(gòu)成各個片段的無性繁殖系 4 pcr技術(shù)與dna復(fù)制的比較 利用pcr技術(shù)獲取目的基因的前提 是要有一段已知目的基因的核苷酸序列 以便根據(jù)這一序列合成引物 引物是一小段dna或rna 2 基因表達載體的構(gòu)建 重組載體的構(gòu)建 1 表達載體的組成 目的基因 啟動子 終止子 標(biāo)記基因 2 受體種類不同 所用的受體細(xì)胞種類也不相同 植物 可以是卵細(xì)胞 或受精卵 體細(xì)胞 可經(jīng)組織培養(yǎng)成為完整個體 動物 受精卵 因為體細(xì)胞的全能性受到限制 3 轉(zhuǎn)化實質(zhì) 目的基因整合到受體細(xì)胞染色體基因組中 特別提醒在整個基因工程中 只有第三步將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞過程中不發(fā)生堿基互補配對 其他步驟均發(fā)生 四 抗蟲棉的抗蟲機理和培育過程1 抗蟲棉的抗蟲機理培育抗蟲棉所用的基因來自蘇云金芽孢桿菌 這種基因人工合成以后導(dǎo)入到棉花細(xì)胞內(nèi) 使其在生長發(fā)育過程中合成一種毒蛋白 這種毒蛋白可以破壞害蟲的消化系統(tǒng) 使取食棉花的棉鈴蟲中毒死亡 從而達到滅蟲效果 提高棉花的抗蟲性 2 抗蟲棉的培育過程 五 基因工程的成果歸納總結(jié) 特別提醒基因治療是治療人類遺傳病的根本方法 但由于尚未全面了解基因調(diào)控機制和疾病致病的分子機理 基因治療只處于初期的臨床試驗階段 六 蛋白質(zhì)工程1 蛋白質(zhì)工程的基本原理明確中心法則的逆推是蛋白質(zhì)工程的實質(zhì) 中心法則告訴我們遺傳信息的流動方向如下 蛋白質(zhì)具有復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu) 不同種類的蛋白質(zhì)具有不同的結(jié)構(gòu)和功能 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性是由構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸種類 數(shù)目 排列順序以及蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)來決定的 而其結(jié)構(gòu)多樣性的根本原因則是由于控制蛋白質(zhì)合成的基因的多樣性 既然蛋白質(zhì)的功能是由dna決定的 那么要制造出新的蛋白質(zhì) 就要改造dna 所以蛋白質(zhì)工程的原理應(yīng)該是中心法則的逆推 它的基本途徑是 從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā) 設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 推測應(yīng)有的氨基酸序列 找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列 基因 結(jié)合課本中插圖 如圖 可以較明確地說明這一點 2 蛋白質(zhì)工程與基因工程比較 高端突破巧思維攻艱克難攀高峰 03探究命題剖解熱點 典例1如圖是含某目的基因的dna片段 據(jù)圖回答下列問題 1 根據(jù)圖示可知 若用ecor 和sma 限制酶切割 則此dna片段可有 個限制酶切割位點 切割后共有 種 個切割末端 2 ecor 限制酶切割后形成的末端是 末端 在圖中用筆標(biāo)出切割部位 3 如果ecor 限制酶切割形成的目的基因片段要導(dǎo)入受體細(xì)胞 一般需要 作載體 其應(yīng)具備的特點有 4 e colidna連接酶連接目的基因和載體時連接的是圖中 填字母 部位的化學(xué)鍵 5 若某限制酶 的識別序列和切點是 g gatcc 限制酶 的識別序列和切點是 gatc 在質(zhì)粒上有酶 的一個切點 在目的基因的兩側(cè)各有1個酶 的切點 請畫出質(zhì)粒和目的基因兩側(cè)分別被限制酶 和限制酶 切割形成黏性末端的過程 解析 1 2 ecor sma 限制酶識別的序列均為6個核苷酸 ecor 能識別gaattc序列 切割后的為黏性末端 g cttaa aattc g sma 識別cccggg序列 切割后的為平末端 ccc ggg ggg ccc 因此該dna片段共有2個ecor 切點和1個sma 切點 共切出4個黏性末端和2個平末端 3 質(zhì)粒是常用的載體 作為載體一般應(yīng)具備以下幾個特點 至少有一個限制酶切割位點 能自我復(fù)制 含標(biāo)記基因等 4 dna連接酶是將兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵連接起來 5 dna為雙鏈 因此質(zhì)粒上的限制酶 的識別序列為 ggatcc cctagg 目的基因兩側(cè)的酶 的識別序列為 gatc gatc ctag ctag 據(jù)它們不同的切點可寫出切割過程 答案 1 326 不算原有的 2 黏性 3 質(zhì)粒至少有一個限制酶切割位點能自我復(fù)制含標(biāo)記基因 技巧點撥上題第 5 題易漏畫目的基因 而只是畫出兩側(cè)的dna序列 應(yīng)用訓(xùn)練1 2012 新課標(biāo)全國理綜 根據(jù)基因工程的有關(guān)知識 回答下列問題 1 限制性內(nèi)切酶切割dna分子后產(chǎn)生的片段 其末端類型有 和 2 質(zhì)粒運載體用ecor 切割后產(chǎn)生的片段如下 aattc gg cttaa為使運載體與目的基因相連 含有目的基因的dna除可用ecor 切割外 還可用另一種限制性內(nèi)切酶切割 該酶必須具有的特點是 3 按其來源不同 基因工程中所使用的dna連接酶有兩類 即 dna連接酶和 dna連接酶 4 反轉(zhuǎn)錄作用的模板是 產(chǎn)物是 若要在體外獲得大量反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物 常采用 技術(shù) 5 基因工程中除質(zhì)粒外 和 也可作為運載體 6 若用重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化大腸桿菌 一般情況下 不能直接用未處理的大腸桿菌作為受體細(xì)胞 原因是 解析 本題考查基因工程的操作過程及基因工程中的工具和工具酶的作用 考查考生的識記能力與理解分析能力 難度適中 限制性內(nèi)切酶切割dna分子形成的末端通常有兩種 即黏性末端和平末端 為使運載體和目的基因連接 二者必須具有相同的黏性末端 因而當(dāng)使用除ecor 之外的其他酶進行切割時 應(yīng)該產(chǎn)生相同的黏性末端 dna連接酶的來源有兩個 一是大腸桿菌 二是t4噬菌體 反轉(zhuǎn)錄是由rna形成dna的過程 獲得大量反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物時常采用pcr擴增技術(shù) 基因工程常用的運載體是質(zhì)粒 除此以外 噬菌體和動植物病毒也可作為運載體 如果用大腸桿菌作受體細(xì)胞 必須用鈣離子處理 使其處于感受態(tài) 此狀態(tài)吸收外源dna的能力增強 答案 1 黏性末端平末端 2 切割產(chǎn)生的dna片段末端與ecor 切割產(chǎn)生的相同 3 e colit4 4 mrna 或rna cdna 或dna pcr 5 噬菌體動植物病毒 6 未處理的大腸桿菌吸收質(zhì)粒 外源dna 的能力極弱 典例2已知sars是由一種rna病毒感染所引起的疾病 sars病毒表面的s蛋白是主要的病毒抗原 在sars病人康復(fù)后的血清中有抗s蛋白的特異性抗體 某研究小組為了研制預(yù)防sars病毒的疫苗 開展了前期研究工作 其簡要的操作流程如下 1 實驗步驟 所代表的反應(yīng)過程是 2 步驟 構(gòu)建重組表達載體a和重組表達載體b必須使用限制性內(nèi)切酶和 酶 后者的作用是將用限制性內(nèi)切酶切割的 和 連接起來 3 如果省略步驟 而將大量擴增的s蛋白基因直接導(dǎo)入大腸桿菌 一般情況下 不能得到表達的s蛋白 其原因是s蛋白基因在大腸桿菌中不能 也不能 4 為了檢驗步驟 所表達的s蛋白是否與病毒s蛋白有相同的免疫反應(yīng)特性 可用 與 進行抗原 抗體特異性反應(yīng)實驗 從而得出結(jié)論 5 步驟 和 的結(jié)果相比 原核細(xì)胞表達的s蛋白與真核細(xì)胞表達的s蛋白的氨基酸序列 填 相同 或 不同 根本原因是 解析 1 利用rna獲取dna 一般采用逆轉(zhuǎn)錄的方法 在這一過程中需要逆轉(zhuǎn)錄酶 2 目的基因與載體結(jié)合 先用限制性內(nèi)切酶在目的基因和載體上切出相同的黏性末端 將目的基因片段插入運載體的切口處 再加入適量dna連接酶 將黏性末端連接起來 3 選擇性擴增后得到的含有遺傳信息的dna片段 s蛋白基因 直接導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞內(nèi) 在不與其dna整合的情況下 不進行復(fù)制和轉(zhuǎn)錄 得不到相應(yīng)的蛋白質(zhì) 4 通過大腸桿菌合成的s蛋白 結(jié)構(gòu)和功能可能會發(fā)生變化 可與人體內(nèi)產(chǎn)生的抗s蛋白的抗體進行抗原 抗體特異性反應(yīng) 以此進行檢測 5 各種生物都共用一套遺傳密碼 因此轉(zhuǎn)入相同的目的基因 表達出的蛋白質(zhì)一般應(yīng)相同 答案 1 逆轉(zhuǎn)錄 2 dna連接載體s蛋白基因 3 復(fù)制合成s蛋白基因的mrna 4 大腸桿菌中表達的s蛋白sars康復(fù)病人血清 5 相同表達蛋白質(zhì)所用的基因相同且共用一套遺傳密碼 應(yīng)用訓(xùn)練2 2012 南京教學(xué)檢測 如圖為獲得抗蟲棉的技術(shù)流程 在培育轉(zhuǎn)基因植物的研究中 卡那霉素抗性基因 kanr 常作為標(biāo)記基因 只有含卡那霉素抗性基因的細(xì)胞才能在卡那霉素培養(yǎng)基上生長 請據(jù)圖回答 1 a過程所用的載體是 需要的工具酶有 和 2 c過程的培養(yǎng)基除含有必需的營養(yǎng)物質(zhì) 瓊脂和激素外 還需加入 3 由圖中離體棉花葉片組織獲得轉(zhuǎn)基因抗蟲植株可采用 技術(shù) 該技術(shù)所依據(jù)的原理是 4 如果利用dna分子雜交原理對再生植株進行檢測 d過程應(yīng)該用放射性同位素 或熒光分子 標(biāo)記的 作為探針 5 如果從個體生物水平來鑒定 d過程應(yīng)用的最簡單檢測方法是 解析 1 圖中作為載體的是含kanr質(zhì)粒 基因工程中的工具酶有dna連接酶和限制性核酸內(nèi)切酶 2 c過程的培養(yǎng)基為選擇培養(yǎng)基 為了篩選出含有目的基因的重組質(zhì)粒 培養(yǎng)基中應(yīng)含有卡那霉素 3 離體植物組織培育植株采用植物組織培養(yǎng)技術(shù) 依據(jù)的原理是植物細(xì)胞的全能性 4 再生植株檢測應(yīng)該檢驗是否抗蟲 因此要用放射性同位素標(biāo)記抗蟲基因 5 可以用棉鈴蟲食用再生植株 通過蟲子是否死亡判斷是否為抗蟲植株 答案 1 含kanr質(zhì)粒限制性核酸內(nèi)切酶dna連接酶 兩種酶順序可顛倒 2 卡那霉素 3 植物組織培養(yǎng)植物細(xì)胞全能性 4 抗蟲基因 5 讓棉鈴蟲食用再生植株 抗蟲接種實驗 典例3繼哺乳動物乳腺生物反應(yīng)器研究成功后 膀胱生物反應(yīng)器的研究也取得了一定進展 最近 科學(xué)家培育出一種轉(zhuǎn)基因小鼠 其膀胱上皮細(xì)胞可以合成人的生長激素并分泌到尿液中 請回答 1 將人的生長激素基因?qū)胄∈笫荏w細(xì)胞 常用方法是 2 進行基因轉(zhuǎn)移時 通常要將外源基因轉(zhuǎn)入 中 原因是 3 通常采用 技術(shù)檢測外源基因是否插入到了小鼠的基因組 4 在研制膀胱生物反應(yīng)器時 應(yīng)使外源基因在小鼠的 細(xì)胞中特異表達 5 為使外源基因在后代長期保持 可將轉(zhuǎn)基因小鼠體細(xì)胞的 轉(zhuǎn)入 細(xì)胞中構(gòu)成重組細(xì)胞 使其發(fā)育成與供體具有相同性狀的個體 該技術(shù)稱為 解析 1 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方法 因受體細(xì)胞的種類不同而不同 將目的基因?qū)雱游锛?xì)胞 采用最多也最有效的方法是顯微注射法 2 作為動物基因工程的受體細(xì)胞通常是受精卵 因為受精卵具有全能性 可使目的基因在相應(yīng)組織中得以表達 3 在目的基因的檢測和鑒定中 檢測目的基因是否插入到受體細(xì)胞染色體dna中 可用標(biāo)記的dna分子作探針 進行dna分子雜交 4 膀胱生物反應(yīng)器中得以表達目的基因的是膀胱上皮細(xì)胞 5 動物體細(xì)胞核移植 克隆 技術(shù)可以使供體細(xì)胞核的全能性得以表達 受體細(xì)胞是去核的卵細(xì)胞 m 期卵母細(xì)胞 答案 1 顯微注射法 2 受精卵 或早期胚胎 受精卵 或早期胚胎細(xì)胞 具有全能性 可使外源基因在相應(yīng)組織細(xì)胞中得以表達 3 dna分子雜交 或核酸探針 4 膀胱上皮 5 細(xì)胞核去核的卵核移植 或克隆 技術(shù) 規(guī)律方法 根據(jù)不同的基因操作 可選用不同的受體細(xì)胞 1 培育轉(zhuǎn)基因動物 受體細(xì)胞一般選用受精卵 2 培育轉(zhuǎn)基因植物 受體細(xì)胞可選用受精卵或體細(xì)胞 若選用體細(xì)胞 再通過植物組織培養(yǎng) 即可獲得轉(zhuǎn)基因植株 3 若生產(chǎn)基因工程藥品 受體細(xì)胞一般選用細(xì)菌 利用細(xì)菌繁殖速度快的特點 可在短期內(nèi)獲得大量產(chǎn)品 應(yīng)用訓(xùn)練3 2012 山東泰安一模 普通番茄細(xì)胞中含有多聚半乳糖醛酸酶基因 控制細(xì)胞產(chǎn)生多聚半乳糖醛酸酶 該酶能破壞細(xì)胞壁 使番茄軟化 不耐貯藏 科學(xué)家們通過基因工程技術(shù) 培育出了抗軟化 保鮮時間長的番茄新品種 操作流程如圖 請據(jù)圖回答 1 在番茄新品種的培育過程中 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞采用最多的方法是 篩選出含重組dna的土壤農(nóng)桿菌時通常依據(jù)質(zhì)粒上的 的表達 2 為促使圖中 過程的順利完成 需要在 條件下進行 要快速繁