2高三一輪復習生物課件：專題一_基因工程

1、專題一基因工程知識網(wǎng)絡知識排查考點詮解一、基因工程誕生的理論基礎1基因拼接的理論基礎(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(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，這樣可以保護細胞原有的遺傳信息。由于這種

2、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。2DNA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。(2)常用種類及作用：DNA連接酶DNA聚合酶作用實質(zhì)都是催化兩個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

3、的羥基上，形成磷酸二酯鍵作用結(jié)果將存在的DNA片段連接成重組DNA分子合成新的DNA分子3.基因進入受體細胞的載體(1)具備條件：對受體細胞無害，不影響受體細胞正常的生命活動。具標記基因。用肉眼無法看到載體是否進入受體細胞，只有載體帶標記基因才能對重組DNA是否進入受體細胞進行鑒定。能自我復制。通過復制進行基因擴增，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)簡單且獨立于細菌擬核DNA之外的，具有自我復制能力的小型環(huán)狀

4、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胞中；另一個目的是利用它在宿主細胞內(nèi)對目的基因進行大量復制和保存。(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致質(zhì)粒失活。特別提醒：(1)基因、基因文庫、目的基因：基因是有遺傳效應的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

5、的基因作準備。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：(3)DNA復制、PCR技術(shù)與基因克?。篋NA復制主要在細胞內(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

6、復制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。它遵循的原理與DNA復制原理相同，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擴增儀上自動復制?；蚩寺。河枚喾N限制酶或者機械的方法，將某種生物的細胞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)移到適當受體細胞如細菌中，通過細胞增殖而構(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。DNA復制PCR技術(shù)

7、區(qū)別場所細胞內(nèi)(主要是細胞核)生物體外酶解旋酶、DNA聚合酶熱穩(wěn)定DNA聚合酶過程邊解旋邊復制受熱變性退火延伸多次重復相同點都是半保留復制方式都遵循堿基互補配對原則都需要酶、原料、引物、模板等條件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記基因。3將目的基因?qū)胧荏w細胞轉(zhuǎn)化特別提醒：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入到棉花細胞內(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

8、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抗蟲棉的培育過程步驟過程基本原理獲得毒蛋白基因用限制酶直接從蘇云金芽孢桿菌DNA分子中剪取毒蛋白基因。或根據(jù)毒蛋白的氨基酸序列或其 mRNA人工合成毒蛋白基因人工合成毒蛋白基因是根據(jù)氨基酸與 mRNA的對應關(guān)系，以及 mRNA與基因間的堿基互補關(guān)系重組載體的構(gòu)建從細菌中提取符合要求的質(zhì)粒，用同一種限制酶切取，用DNA連接酶將毒蛋白基因連接在質(zhì)粒上，形成重組載體用同一種限制酶切取的毒蛋白基因的兩端堿基序列，與質(zhì)粒切口的堿基序列相同，便于互補配對重組載體的轉(zhuǎn)化與篩選將重組載體與棉花受精卵放在一起培養(yǎng)，使重組載體進入受體細胞，

9、然后在選擇培養(yǎng)基上除去不含重組載體的細胞質(zhì)粒上所具有的基因，能使重組細胞表現(xiàn)某種特性，使其在選擇培養(yǎng)基上生存下來抗蟲基因的表達與鑒定將含重組載體的受精卵在一定條件下培養(yǎng)成棉花植株，檢測其是否具有抗蟲性狀五、基因工程的成果歸納總結(jié)類型項目外源基因類型及舉例成果舉例植物基因工程的成果抗蟲轉(zhuǎn)基因植物抗蟲基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因抗蟲水稻、抗蟲棉、抗蟲玉米抗病轉(zhuǎn)基因植物抗病毒基因：病毒外殼蛋白基因、病毒的復制酶基因；抗真菌基因：幾丁質(zhì)酶基因、抗毒素合成基因抗病毒煙草、抗病毒小麥、抗病毒番茄、抗病毒甜椒抗逆轉(zhuǎn)基因植物抗逆基因：滲透壓調(diào)節(jié)基因、抗凍蛋白基因、抗

10、除草劑基因抗鹽堿和抗干旱的煙草、抗寒番茄、抗除草劑的大豆和玉米改良品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因植物優(yōu)良性狀基因：提高必需氨基酸含量的蛋白質(zhì)編碼基因、控制番茄成熟的基因、與花青素代謝有關(guān)的基因高賴氨酸玉米、耐儲存番茄、新花色矮牽牛類型項目外源基因類型及舉例成果舉例動物基因工程的成果提高生長速度的轉(zhuǎn)基因動物外源生長激素基因轉(zhuǎn)基因綿羊、轉(zhuǎn)基因鯉魚改善畜產(chǎn)品品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因動物腸乳糖酶基因乳汁中含乳糖較少的轉(zhuǎn)基因牛生產(chǎn)藥物的轉(zhuǎn)基因動物藥用蛋白基因乳腺蛋白基因的啟動子轉(zhuǎn)基因動物具有乳腺生物反應器作器官移植供體的轉(zhuǎn)基因動物外源的抗原決定基因表達的調(diào)節(jié)因子或除去供體的抗原決定基因無免疫排斥的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官基因治療體外基因治療

11、腺苷酸脫氨酶基因治療復合型免疫缺陷癥體內(nèi)基因治療治療囊性纖維化病基因治療遺傳性囊性纖維化病特別提醒：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。熱點突破題型一基因工程操作的基本工具典例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入受體細胞，一般需要_作載體。其應具備的特點有

12、：_、_、_。(4)EcoliDNA連接酶連接目的基因和載體時連接的是圖中_(填字母)部位的化學鍵。(5)若某限制酶的識別序列和切點是GGATCC，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。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。題型二基因工程的操作過程分析典例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防SARS病毒的疫苗，開展了

13、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特性，可用_與_進行抗原抗體特異性反應實驗，從而得出結(jié)論。(5)步驟和的結(jié)果相比，原核細胞表達的S蛋白與真核細胞表達的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

14、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)，直接導入大腸桿菌細胞內(nèi)，在不與其DNA整合的情況下，不進行復制和轉(zhuǎn)錄，得不到相應的蛋白質(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，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)一般應相同。答案：(1)逆轉(zhuǎn)錄

15、(2)DNA連接載體S蛋白基因(3)復制合成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題型三基因工程的應用典例3繼哺乳動物乳腺生物反應器研究成功后，膀胱生物反應器的研究也取得了一定進展。最近，科學家培育出一種轉(zhuǎn)基因小鼠，其膀胱上皮細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器時，應使外源基因在小鼠的_細胞中特異表達。(5)為使外源基因在后代長期保持，可將轉(zhuǎn)基因小鼠體細胞的_轉(zhuǎn)入_細胞中構(gòu)成重組細胞，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細胞的方法，因受體細胞的種類不同而不同。將目的基因?qū)雱游锛毎?，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組織中得以表達。(3)在