高考生物復(fù)習(xí) 3-2基因工程簡(jiǎn)介課件 人教版選修1

課時(shí)2基因工程簡(jiǎn)介一、基因工程的概念概念：基因工程又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。是指在生物體外，通過對(duì)DNA分子進(jìn)行人工“剪切”和“拼接”，對(duì)生物的基因進(jìn)行改造和重新組合，然后導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行

，使重組基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，產(chǎn)生出人類所需要的基因產(chǎn)物，可實(shí)現(xiàn)對(duì)生物性狀的

改造。轉(zhuǎn)錄和翻譯定向二、基因操作的工具1．基因的“剪刀”——限制性內(nèi)切酶：主要存在于微生物中。(1)作用：識(shí)別特定的

，并能在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子。(2)特點(diǎn)：具有特異性。2．基因的“針線”——DNA連接酶作用：是將兩個(gè)

連接起來。脫氧核苷酸序列不同來源的DNA分子的黏性末端3．基因的運(yùn)載工具——運(yùn)載體(1)條件①能夠在宿主細(xì)胞中

地保存。②具有多個(gè)

切點(diǎn)，以便與外源基因連接。③具有某些

，便于進(jìn)行篩選。(2)作用①作為運(yùn)載工具將

轉(zhuǎn)移到宿主細(xì)胞中。②利用它在宿主細(xì)胞內(nèi)對(duì)目的基因進(jìn)行大量復(fù)制。(3)常用的運(yùn)載體：

、噬菌體和動(dòng)植物病毒等。復(fù)制并穩(wěn)定限制酶標(biāo)記基因目的基因質(zhì)粒1．基因工程的原理是什么？2．DNA連接酶與DNA聚合酶各有什么作用？三、基因操作的基本步驟1．提取目的基因(1)直接分離法：最常用的方法是

。鳥槍法2．目的基因與運(yùn)載體結(jié)合：對(duì)質(zhì)粒和目的基因必須用

限制酶切割，使其產(chǎn)生相同的

再加入

形成

。3．將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞途徑：借鑒

侵染細(xì)胞途徑。常用受體細(xì)胞：大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農(nóng)桿菌、動(dòng)植物細(xì)胞等。4．目的基因的表達(dá)和檢測(cè)檢測(cè)方法：常用是否具有

來判斷是否獲得了目的基因。表達(dá)：受體細(xì)胞

，才能說明目的基因完成了表達(dá)。同一種黏性末端DNA連接酶細(xì)菌、或病毒某種抗性表現(xiàn)目的基因控制的性狀重組DNA分子3．為什么經(jīng)常選用細(xì)菌作為受體細(xì)胞？思考探討提示：1．基因重組。2．DNA連接酶是把DNA片段形成磷酸二酯鍵連接起來，DNA聚合酶是把單個(gè)的脫氧核苷酸形成磷酸二酯鍵連接成DNA片段。3．細(xì)菌繁殖快。一、基因工程的概念及操作工具1．基因工程的概念基因工程的別名基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)操作環(huán)境生物體外操作對(duì)象基因操作水平DNA分子水平基本過程剪切→拼接→導(dǎo)入→表達(dá)結(jié)果產(chǎn)生人類需要的基因產(chǎn)物特點(diǎn)定向改變生物遺傳性狀變異類型基因重組2．基因操作的“工具”操作工具作用其他基因的“剪刀”——限制性內(nèi)切酶(簡(jiǎn)稱限制酶)識(shí)別和切割特定的核苷酸序列，用于切割DNA分子獲得目的基因或切割運(yùn)載體獲得相同的黏性末端，以便形成重組DNA分子主要存在于微生物中，具有專一性基因的“針線”——DNA連接酶連接互補(bǔ)的黏性末端，即將目的基因與運(yùn)載體“縫合”起來形成重組DNA分子連接磷酸和脫氧核糖間的化學(xué)鍵(建立3′，5′－磷酸二酯鍵)基因的“運(yùn)輸工具”——運(yùn)載體將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞中，作為把“目的基因”送入“受體細(xì)胞”的橋梁或載體質(zhì)粒、動(dòng)植物病毒、噬菌體等1.(2009年遼寧大連雙基測(cè)試)下圖為DNA分子的某一片段，其中①②③分別表示某種酶的作用部位，則相應(yīng)的酶依次是 ()A．DNA連接酶、限制性內(nèi)切酶、解旋酶B．限制性內(nèi)切酶、解旋酶、DNA連接酶C．解旋酶、限制性內(nèi)切酶、DNA連接酶D．限制性內(nèi)切酶、DNA連接酶、解旋酶【解析】

使氫鍵斷裂的是解旋酶，限制性內(nèi)切酶將相鄰兩個(gè)堿基的磷酸二酯鍵斷裂；連接DNA片段間磷酸二酯鍵的是DNA連接酶?！敬鸢浮?/p>

C二、基因工程的操作步驟第一步：提取(獲得)目的基因；過程優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用范圍直接分離法(鳥槍法)供體細(xì)胞中的DNADNA片段不同受體細(xì)胞―→DNA片段擴(kuò)增含目的基因細(xì)胞―→目的基因操作簡(jiǎn)便工作量大，有盲目性，目的基因含有不表達(dá)的內(nèi)含子原核基因人工合成基因反轉(zhuǎn)錄法mRNA單鏈DNA雙鏈DNA專一性強(qiáng)，目的基因中不含內(nèi)含子操作過程麻煩，mRNA生存時(shí)間短，技術(shù)要求高真核基因據(jù)已知的氨基酸序列合成據(jù)推測(cè)出的核苷酸序列，通過化學(xué)方法合成專一性最強(qiáng)目的基，因不含內(nèi)含子，可合成自然界不存在的基因目前，復(fù)雜的尚不知核苷酸序列的基因不能合成第二步：目的基因與運(yùn)載體DNA結(jié)合形成重組DNA分子；第三步：將含目的基因的運(yùn)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞；第四步：目的基因在受體細(xì)胞中的檢測(cè)和表達(dá)。(1)不同生物DNA得以重新拼接的基礎(chǔ)DNA的基本組成單位都是四種脫氧核苷酸；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)；所有生物DNA堿基對(duì)均遵循嚴(yán)格的“堿基互補(bǔ)配對(duì)”原則，即A總與T配對(duì)，G總與C配對(duì)——如此，方可使具相同末端(黏性末端或平末端)的不同DNA分子得以連接在一起。(2)外源基因在受體內(nèi)表達(dá)的理論基礎(chǔ)①基因是控制生物性狀的遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能單位，具相對(duì)獨(dú)立性；②遺傳信息的傳遞都遵循中心法則所闡述的信息流動(dòng)方向；③生物界共用一套遺傳密碼。(1)基因治療①原理：把健康的外源基因?qū)牒谢蛉毕莸募?xì)胞中，病人細(xì)胞中既含有缺陷基因，又含有健康基因。②結(jié)果：健康基因的表達(dá)掩蓋了缺陷基因的表達(dá)。(2)基因診斷①原理：DNA分子雜交。②過程：a.制備用放射性同位素(如32P)、熒光分子等標(biāo)記的DNA(疾病DNA)分子探針。b．待測(cè)DNA：患者DNA制成單鏈。c．讓兩者進(jìn)行雜交，若兩者能進(jìn)行互補(bǔ)配對(duì)，則說明患者患有此病，若兩者不能進(jìn)行互補(bǔ)配對(duì)，則患者無此病

2．(2009年江蘇省南京市模擬)如下圖是將人的生長(zhǎng)激素基因?qū)爰?xì)菌B細(xì)胞內(nèi)制造“工程菌”的示意圖。已知細(xì)菌B細(xì)胞內(nèi)不含質(zhì)粒A，也不含質(zhì)粒A上的基因。判斷下列說法正確的是 ()A．將重組質(zhì)粒導(dǎo)入細(xì)菌B常用的方法是顯微注射法B．將完成導(dǎo)入過程后的細(xì)菌涂布在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上，能生長(zhǎng)的只是導(dǎo)入了重組質(zhì)粒的細(xì)菌C．將完成導(dǎo)入過程后的細(xì)菌涂布在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上，能生長(zhǎng)的就是導(dǎo)入了質(zhì)粒A的細(xì)菌D．目的基因成功表達(dá)的標(biāo)志是受體細(xì)胞能在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)【答案】

C3．(2009年北京順義)基因診斷是用熒光分子標(biāo)記的DNA分子作探針，鑒定出所測(cè)標(biāo)本上的遺傳信息。下列說法不正確的是 ()A．基因診斷利用了DNA分子雜交原理B．采用基因診斷方法可快速診斷由病毒引起的傳染病C．使用同一種DNA分子探針，可以診斷多種遺傳病D．利用白血病患者細(xì)胞中分離出的癌基因作探針可以檢測(cè)白血病【解析】

由于基因診斷正是利用了DNA分子的雜交原理，不同的樣本所含的遺傳信息并不相同，所以一種DNA分子探針只能檢測(cè)一種遺傳病。【答案】

C(2009年浙江理綜)下列關(guān)于基因工程的敘述，錯(cuò)誤的是 ()A．目的基因和受體細(xì)胞均可來自動(dòng)、植物或微生物B．限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶是兩類常用的工具酶C．人胰島素原基因在大腸桿菌中表達(dá)的胰島素原無生物活性D．載體上的抗性基因有利于篩選含重組DNA的細(xì)胞和促進(jìn)目的基因的表達(dá)【解析】

目的基因和受體細(xì)胞均可來自動(dòng)、植物或微生物；基因工程中常用的工具酶有限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶；大腸桿菌為原核生物，不含有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體等細(xì)胞器，不能對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行加工，其合成的胰島素原無生物活性。運(yùn)載體中的抗性基因?yàn)闃?biāo)記基因，其作用是有利于篩選含重組DNA的細(xì)胞，不能促進(jìn)目的基因的表達(dá)。【答案】

D(2009年廣東理基)錢永健先生因在研究綠色熒光蛋白方面的杰出成就而獲2008年諾貝爾獎(jiǎng)。在某種生物中檢測(cè)不到綠色熒光，將水母綠色熒光蛋白基因轉(zhuǎn)入該生物體內(nèi)后，結(jié)果可以檢測(cè)到綠色熒光。由此可知()A．該生物的基因型是雜合的B．該生物與水母有很近的親緣關(guān)系C．綠色熒光蛋白基因在該生物體內(nèi)得到了表達(dá)D．改變綠色熒光蛋白基因的1個(gè)核苷酸對(duì)，就不能檢測(cè)到綠色熒光【解析】

在轉(zhuǎn)基因生物體內(nèi)能檢測(cè)到綠色熒光，說明綠色熒光基因已在生物體內(nèi)成功表達(dá)?！敬鸢浮?/p>

C驗(yàn)證或探究質(zhì)粒上的抗性基因方法：將重組后的質(zhì)粒導(dǎo)入受體細(xì)胞，分別放在含青霉素、四環(huán)素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，觀察成活情況?，F(xiàn)象結(jié)論：(1)都成活——兩種標(biāo)記基因都有；(2)只有一個(gè)培養(yǎng)基上成活——只有其中一種，抗青霉素基因或抗四環(huán)素基因；(3)都不成活——都不存在。1978年美國(guó)科學(xué)家利用基因工程技術(shù)，將人類胰島素基因拼接到大腸桿菌的DNA分子中，然后通過大腸桿菌的繁殖，生產(chǎn)出了人胰島素，操作過程如下圖所示：(1)在上述基因操作中，由①→②過程所用的基因“剪刀”是________；由③→④過程的實(shí)現(xiàn)是通過與①→②過程相同的________切割的結(jié)果；由④→⑤過程需要________連成重組DNA分子；由⑥→⑦過程是通過細(xì)胞的________實(shí)現(xiàn)的。(2)不同生物間基因可以“移植”成功的基礎(chǔ)是DNA的________結(jié)構(gòu)。大腸桿菌可以生產(chǎn)出人類的胰島素，說明它們和人類利用一套________，大腸桿菌合成人胰島素的過程可以表示為______________________。(3)形成的重組DNA分子是否真正轉(zhuǎn)移到了受體細(xì)胞，必須對(duì)受體細(xì)胞進(jìn)行檢測(cè)。請(qǐng)根據(jù)下面實(shí)驗(yàn)原理和材料用具，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)選擇運(yùn)載體——質(zhì)粒，探究質(zhì)粒的抗菌素基因所合成的抗菌類別。實(shí)驗(yàn)原理：作為運(yùn)載體的質(zhì)粒，須有標(biāo)記基因，這一標(biāo)記基因是抗菌素抗性基因。故凡有抗菌素抗性的細(xì)菌，其質(zhì)粒才可能用作運(yùn)載體。材料用具：青霉素、四環(huán)素的10萬(wàn)單位溶液、菌種試管、滅菌的含細(xì)菌培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿、酒精燈、接種環(huán)、一次性注射器、蒸餾水、恒溫箱。方法步驟：第一步：取三個(gè)含細(xì)菌培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿并標(biāo)上1、2、3號(hào)，在酒精燈旁，用三支注射器，分別注入1mL蒸餾水、青霉素、四環(huán)素液，并使之分布在整個(gè)培養(yǎng)基表面。第二步：將接種環(huán)在酒精燈上燃燒用來滅菌，并在酒精燈火焰旁取種，然后對(duì)三個(gè)培養(yǎng)皿接種。第三步：培養(yǎng)。將接種后的三個(gè)培養(yǎng)皿放入37℃的恒溫箱中培養(yǎng)24h。預(yù)期結(jié)果分析：①設(shè)置1號(hào)的目的是________，出現(xiàn)的現(xiàn)象是_____。②若3號(hào)不存活，1、2號(hào)存活則_________________。③若2號(hào)不存活，1、3號(hào)存活則_________________?！窘馕觥?/p>

生產(chǎn)基因工程藥品是基因工程的一個(gè)重要應(yīng)用。重組質(zhì)粒導(dǎo)入操作完成后，需根據(jù)質(zhì)粒所帶有的抗性基因?qū)κ荏w細(xì)胞進(jìn)行篩選，質(zhì)粒對(duì)抗生素的抗性類型可以通過實(shí)驗(yàn)加以分析?！敬鸢浮?1)限制性內(nèi)切酶限制性內(nèi)切酶DNA連接酶有絲分裂(2)雙螺旋密碼子DNA(基因)mRNA蛋白質(zhì)(3)①對(duì)照細(xì)菌正常生長(zhǎng)②細(xì)菌質(zhì)粒上無抗四環(huán)素的基因，有抗青霉素的基因③細(xì)菌質(zhì)粒上無抗青霉素的基因，有抗四環(huán)素的基因1．(2009年海南生物)已知a、b、c、d是某細(xì)菌DNA片段上的4個(gè)基因，下圖中W表示野生型，①、②、③分別表示三種缺失不同基因的突變體，虛線表示所缺失的基因。若分別檢測(cè)野生型和各種突變體中某種酶的活性，發(fā)現(xiàn)僅在野生型和突變體①中該酶有活性，則編碼該酶的基因是 ()A．基因aB．基因bC．基因c D．基因d【解析】

本題著重考查學(xué)生的識(shí)圖能力，由題圖可知野生型(W)中包括基因a、b、c、d四個(gè)，突變體①中包括基因a、b、c三個(gè)，突變體②中包括基因a一個(gè)，突變體③中包括基因c、d，又從題干中“僅在野生型和突變體①中該酶有活性”，可知該酶具有活性必須含有a、b、c基因中的一個(gè)或多個(gè)。根據(jù)突變體②可排除a基因?qū)υ撁傅淖饔?，故答案為B?！敬鸢浮?/p>

B2．(2010年河南省三門峽市階段性考試)對(duì)人類糖尿病的基因治療研究，大致分為以下步驟。對(duì)這些步驟的有關(guān)敘述，正確的是()①提取目的基因②將目的基因與質(zhì)粒結(jié)合為重組質(zhì)粒③將重組質(zhì)粒導(dǎo)入大腸桿菌④重組質(zhì)粒在菌體內(nèi)增殖⑤分離重組質(zhì)粒，提取目的基因⑥將目的基因與某種病毒結(jié)合為重組DNA⑦將重組DNA導(dǎo)入人體有基因缺陷的細(xì)胞⑧目的基因的檢測(cè)和表達(dá)A．過程①可以用鳥槍法提取B．過程④是為了修飾基因C．過程②、⑥在細(xì)胞外進(jìn)行D．兩次使用運(yùn)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞的目的相同【答案】C3．(2009年重慶理綜)小鼠基因敲除技術(shù)獲得2007年諾貝爾獎(jiǎng)，該技術(shù)采用基因工程、細(xì)胞工程、雜交等手段使小鼠體內(nèi)的某一基因失去功能，以研究基因在生物個(gè)體發(fā)育和病理過程中的作用。例如現(xiàn)有基因型為BB的小鼠，要敲除基因B，可先用體外合成的突變基因b取代正?；駼，使BB細(xì)胞改變?yōu)锽b細(xì)胞，最終培育成為基因敲除小鼠。(1)基因敲除過程中外源基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞，可利用重組質(zhì)粒上的________檢測(cè)。如果被敲除的是小鼠抑癌基因，則可能導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的________被激活，使小鼠細(xì)胞發(fā)生癌變。(2)通過基因敲除，得到一只AABb小鼠，假設(shè)棕毛基因A、白毛基因a、褐齒基因B和黃齒基因b均位于常染色體上，現(xiàn)要得到白毛黃齒新類型小鼠，用來與AABb小鼠雜交的純合親本的基因型是________，雜交子代的基因型是____________，讓F1代中雙雜合基因型的雌雄小鼠相交配，子代中帶有b基因個(gè)體的概率是________，不帶B基因個(gè)體的概率是________。(3)在上述F1代中只考慮齒色這對(duì)性狀，假設(shè)這對(duì)性狀的遺傳屬X染色體伴性遺傳，則表現(xiàn)黃齒個(gè)體的性別是________，這一代中具有這種性別的個(gè)體基因型是________?！窘馕觥?/p>

(1)要檢測(cè)外源基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞是根據(jù)重組質(zhì)粒上的標(biāo)記基因。如果抑癌基因被敲除，則原癌基因被激活，使小鼠細(xì)胞發(fā)生癌變。(2)要想得到白毛黃齒新類型(aabb)與AABb雜交的純合親本的基因型必是aaBB，雜交子代的基因型為AaBb和AaBB，因Bb×Bb→BB、2Bb、bb，故F1代中雙雜合基因型的雌雄小鼠相互交配，子代中帶有b基因個(gè)體的概率是3/4，不帶B基因個(gè)體的概率是1/4。(3)若齒色這對(duì)相對(duì)性狀屬伴性遺傳，則AABb雌性基因型為AAXBXb，與之雜交的是aaXBY，則其子代中表現(xiàn)黃齒個(gè)體的性別是雄性，其基因型有XBY和XbY?！敬鸢浮?1)標(biāo)記基因原癌基因(2)aaBBAaBB、AaBb12/16(3/4)4/16(1/4)(3)雄性(♂)XBY、XbY4．(2009年遼寧、寧夏卷)多數(shù)真核生物基因中編碼蛋白質(zhì)的序列被一些不編碼蛋白質(zhì)的序列隔開，每一個(gè)不編碼蛋白質(zhì)的序列稱為一個(gè)內(nèi)含子。這類基因經(jīng)轉(zhuǎn)錄、加工形成的mRNA中只含有編碼蛋白質(zhì)的序列。某