高三一輪復(fù)習(xí)課件基因工程(正式)

☆選修3☆現(xiàn)代生物科技專題DNA重組技術(shù)的基本工具

1.基因工程的概念基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，通過(guò)__________和__________，賦予生物以__________的遺傳特性，創(chuàng)造出符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品?；蚬こ淌窃赺_________上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，又叫做__________。DNA重組技術(shù)

體外DNA重組轉(zhuǎn)基因技術(shù)新DNA分子水平操作環(huán)境操作對(duì)象操作水平基本過(guò)程結(jié)果生物體外基因ＤＮＡ分子水平剪切拼接導(dǎo)入表達(dá)人類需要的基因產(chǎn)物基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)實(shí)質(zhì)：基因重組2.基因工程的基本工具(1)“分子手術(shù)刀”——__________①來(lái)源：主要是從__________中分離純化出來(lái)的。②功能：能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種__________的核苷酸序列，并且使每一條鏈中__________部位的兩個(gè)核苷酸之間的__________斷開(kāi)，因此具有__________性。③結(jié)果：經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式：__________和__________。專一

限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）原核生物特定特定磷酸二酯鍵黏性末端平末端(2)“分子縫合針”——__________①兩種DNA連接酶（大腸桿菌DNA連接酶和T4-DNA連接酶）的比較：a.相同點(diǎn)：都縫合__________鍵。b.區(qū)別：大腸桿菌DNA連接酶只能將雙鏈DNA片段互補(bǔ)的__________之間的磷酸二酯鍵連接起來(lái)；而T4DNA連接酶能縫合_____________。②與DNA聚合酶作用的異同:DNA聚合酶只能將__________加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯鍵。DNA連接酶是連接__________的末端，形成磷酸二酯鍵。DNA連接酶

磷酸二酯黏性末端兩種末端單個(gè)核苷酸兩個(gè)DNA片段DNA連接酶注：DNA連接酶與DNA聚合酶的比較DNA連接酶DNA聚合酶作用實(shí)質(zhì)都是催化兩個(gè)脫氧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DNA連接酶DNA聚合酶作用過(guò)程在兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵將單個(gè)脫氧核苷酸加到已存在的核酸片段的3′端的羥基上，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)“分子運(yùn)輸車”——__________①運(yùn)載體具備的條件a.能在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存。b.具有一至多個(gè)限制酶切點(diǎn)，供外源DNA片段插入。c.具有標(biāo)記基因，供重組DNA的鑒定。②最常用的運(yùn)載體是__________,它是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、獨(dú)立于__________核區(qū)DNA之外，并具有__________的雙鏈__________DNA分子。③其他運(yùn)載體：__________、__________。動(dòng)植物病毒載體質(zhì)粒細(xì)菌自我復(fù)制能力環(huán)狀噬菌體①解旋酶：該酶能在DNA復(fù)制或轉(zhuǎn)錄時(shí)破壞DNA堿基對(duì)間的氫鍵，從而將雙螺旋打開(kāi)。②DNA水解酶：該酶能催化DNA水解。③RNA聚合酶：該酶能在轉(zhuǎn)錄時(shí)將單個(gè)的核糖核苷酸連接成RNA單鏈。區(qū)分以下幾種酶跟蹤訓(xùn)練（2008年全國(guó)卷Ⅰ）已知某種限制性內(nèi)切酶在一線性DNA分子上有3個(gè)酶切位點(diǎn)，如下圖中箭頭所指。如果該線性DNA分子在3個(gè)酶切位點(diǎn)上都被該酶切斷，則會(huì)產(chǎn)生a、b、c、d四種不同長(zhǎng)度的DNA片段?，F(xiàn)有多個(gè)上述線性DNA分子，若在每個(gè)DNA分子上至少有1個(gè)酶切位點(diǎn)被該酶切斷，則從理論上講，經(jīng)該酶酶切后，這些線性DNA分子最多能產(chǎn)生長(zhǎng)度不同的DNA片段種類數(shù)是（）A.3B.4C.9D.12C1．(2009年浙江高考題)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(lái)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(wú)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)【答案】

D下列有關(guān)基因工程技術(shù)的正確敘述是（）A．重組DNA技術(shù)所用的工具酶是限制酶、連接酶和運(yùn)載體B．所有的限制酶都只能識(shí)別同一種特定的核苷酸序列C．選用細(xì)菌作為重組質(zhì)粒的受體細(xì)胞是因?yàn)榧?xì)菌繁殖快D．只要目的基因進(jìn)入了受體細(xì)胞就能成功實(shí)現(xiàn)表達(dá)【答案】C基因工程的基本操作程序基礎(chǔ)梳理基因工程的基本操作程序包括：目的基因的獲取、基因表達(dá)運(yùn)載體的構(gòu)建、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞及目的基因的表達(dá)與檢測(cè)等四個(gè)步驟。1.目的基因的獲取(1)目的基因：__________。(2)原核基因采取__________獲得，真核基因通過(guò)__________獲得主要是編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因直接分離人工合成(1)直接分離：從自然界已有的物種中分離，如從基因文庫(kù)中獲取。(2)人工合成目的基因常用的方法有：①已知核苷酸序列的較小基因，直接利用DNA合成儀用化學(xué)方法合成，不需要模板。②以RNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶作用下人工合成。反轉(zhuǎn)錄法化學(xué)合成法(3)PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因①原理：__________。②過(guò)程：變性，退火，延伸。第一步：加熱至90～95℃__________；第二步：冷卻到55～60℃，引物結(jié)合到互補(bǔ)DNA鏈；第三步：加熱至70～75℃，熱穩(wěn)定DNA聚合酶從引物起始互補(bǔ)鏈的合成。2.基因表達(dá)運(yùn)載體的構(gòu)建(1)目的：使目的基因在受體細(xì)胞中__________，并且可以__________，使目的基因能夠__________。(2)組成：__________＋__________＋__________＋__________DNA解鏈

DNA復(fù)制標(biāo)記基因

穩(wěn)定存在遺傳至下一代表達(dá)和發(fā)揮作用目的基因啟動(dòng)子終止子材料：Taq酶，引物，目的基因，脫氧核苷酸目的基因與運(yùn)載體結(jié)合注意：要用相同的限制酶切割質(zhì)粒和目的基因①啟動(dòng)子：是一段有特殊結(jié)構(gòu)的__________，位于基因的__________，是__________識(shí)別和結(jié)合的部位，能驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄出__________，最終獲得所需的__________。②終止子：也是一段有特殊結(jié)構(gòu)的__________，位于基因的__________。③標(biāo)記基因的作用：是為了鑒定受體細(xì)胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來(lái)。常用的標(biāo)記基因是_________

_。DNA片段首端RNA聚合酶mRNA蛋白質(zhì)DNA片段尾端抗生素抗性基因抗青霉素基因，抗四環(huán)素基因等3.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞(1)轉(zhuǎn)化：目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過(guò)程。(2)常用的轉(zhuǎn)化方法將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞：采用最多的方法是__________，其次還有__________和__________

等。將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞：最常用的方法是__________

。此方法的受體細(xì)胞多是__________。將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞：原核生物作為受體細(xì)胞的原因是_______________________

___，最常用的原核細(xì)胞是_____________________。其轉(zhuǎn)化方法是：先用__________處理細(xì)胞，使其成為_(kāi)_________，再將重組表達(dá)運(yùn)載體DNA分子溶于緩沖液中與感受態(tài)細(xì)胞混合，在一定的溫度下促進(jìn)感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子，完成轉(zhuǎn)化過(guò)程。農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法基因槍法花粉管通道法顯微注射技術(shù)受精卵繁殖快、多為單細(xì)胞，遺傳物質(zhì)少大腸桿菌Ca2+感受態(tài)細(xì)胞生物種類植物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞微生物細(xì)胞常用方法農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法顯微注射技術(shù)Ca2＋處理法受體細(xì)胞體細(xì)胞受精卵原核細(xì)胞轉(zhuǎn)化過(guò)程將目的基因插入到Ti質(zhì)粒的T－DNA上→農(nóng)桿菌→導(dǎo)入植物細(xì)胞→整合到受體細(xì)胞的DNA→表達(dá)將含有目的基因的表達(dá)載體提純→取卵(受精卵)→顯微注射→受精卵發(fā)育→獲得具有新性狀的動(dòng)物Ca2＋處理細(xì)胞→感受態(tài)細(xì)胞→重組表達(dá)載體與感受態(tài)細(xì)胞混合→感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子(3)重組細(xì)胞導(dǎo)入受體細(xì)胞后，篩選含有基因表達(dá)運(yùn)載體的受體細(xì)胞的依據(jù)是__________是否表達(dá)。4.目的基因的檢測(cè)與鑒定分子水平的檢測(cè)：(1)首先要檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，方法是采用______________。(2)其次還要檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA，方法是采用_____________________________________。(3)最后檢測(cè)目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)，方法是從轉(zhuǎn)基因生物中提取蛋白質(zhì)，用相應(yīng)的抗體進(jìn)行_________。個(gè)體水平的鑒定：有時(shí)還需進(jìn)行______________的鑒定。如轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)植物是否出現(xiàn)抗蟲(chóng)性狀。個(gè)體生物學(xué)水平標(biāo)記基因DNA分子雜交技術(shù)用標(biāo)記的目的基因作探針與mRNA雜交抗原－抗體雜交植物轉(zhuǎn)基因過(guò)程原生質(zhì)體DNA分子雜交技術(shù)DNA分子限制片段限制性酶切割瓊脂糖電泳轉(zhuǎn)移至硝酸纖維素膜上與放射性標(biāo)記DNA探針雜交放射自顯影帶有DNA片段的凝膠凝膠濾膜用緩沖液轉(zhuǎn)移DNA吸附有DNA片段的膜探針必須經(jīng)過(guò)標(biāo)記，以便示蹤和檢測(cè)。使用最普遍的探針標(biāo)記物是同位素,但由于同位素的安全性，近年來(lái)發(fā)展了許多非同位素標(biāo)記探針的方法。

歸納整合

一、外顯子與內(nèi)含子一般來(lái)說(shuō)，真核生物的結(jié)構(gòu)基因都是由外顯子和內(nèi)含子組成原核細(xì)胞的基因真核細(xì)胞的基因不同點(diǎn)編碼區(qū)連續(xù)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單編碼區(qū)有間隔，不連續(xù)；結(jié)構(gòu)復(fù)雜相同點(diǎn)都有編碼區(qū)和非編碼區(qū)；編碼區(qū)都有調(diào)控遺傳信息表達(dá)的核苷酸序列；編碼區(qū)上游都有與RNA聚合酶結(jié)合的位點(diǎn)

二、原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)的比較基因工程的應(yīng)用

基礎(chǔ)梳理1.植物基因工程：抗蟲(chóng)、抗病、抗逆轉(zhuǎn)基因植物，利用轉(zhuǎn)基因改良植物的__________。2.動(dòng)物基因工程：提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度、改善畜產(chǎn)品品質(zhì)、用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)__________。3.基因治療：_______________導(dǎo)入病人體內(nèi)，使該基因表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮作用。把正常的外源基因品質(zhì)藥物一、植物基因工程與動(dòng)物基因工程的成果外源基因類型及舉例成果舉例抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因植物抗蟲(chóng)基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因抗蟲(chóng)水稻、抗蟲(chóng)棉、抗蟲(chóng)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(fù)制酶基因抗真菌基因：幾丁質(zhì)酶基因抗病毒煙草、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外源基因類型及舉例成果舉例改良品質(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(chǔ)存番茄、新花色矮牽牛提高生長(zhǎng)速度的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物外源生長(zhǎng)激素基因轉(zhuǎn)基因綿羊、轉(zhuǎn)基因鯉魚(yú)改善畜產(chǎn)品品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物腸乳糖酶基因乳汁中含乳糖較少的轉(zhuǎn)基因外源基因類型及舉例成果舉例生產(chǎn)藥物的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物藥用蛋白基因+乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子等調(diào)控組件轉(zhuǎn)基因動(dòng)物具有乳腺生物反應(yīng)器作器官轉(zhuǎn)移植供體的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物將外源的抗原決定基因表達(dá)的調(diào)節(jié)因子導(dǎo)入到器官供體基因組或除去供體的抗原決定基因無(wú)免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因豬二、基因診斷與基因治療1.基因診斷(1)原理：DNA分子雜交。(2)過(guò)程：制備用放射性同位素（如32P）、熒光分子等標(biāo)記的DNA（患者DNA）分子作探針；將待測(cè)DNA制成單鏈；讓兩者進(jìn)行雜交，若兩者能進(jìn)行互補(bǔ)配對(duì)，則說(shuō)明患有此病，否則不患此病。2.基因治療(1)原理：把正常的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中，達(dá)到治療疾病的目的。病人細(xì)胞中既有缺陷基因，也有正?；?。（體內(nèi)和體外）跟蹤訓(xùn)練（2009年安徽卷）2008年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了“發(fā)現(xiàn)和發(fā)展了水母綠色熒光蛋白”的三位科學(xué)家。將綠色熒光蛋白基因的片段與目的基因連接起來(lái)組成一個(gè)融合基因，再將該融合基因轉(zhuǎn)入真核生物細(xì)胞內(nèi)，表達(dá)出的蛋白質(zhì)就會(huì)帶有綠色熒光。綠色熒光蛋白在該研究中的主要作用是（）A.追蹤目的基因在細(xì)胞內(nèi)的復(fù)制過(guò)程B.追蹤目的基因插入到染色體上的位置C.追蹤目的基因編碼的蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的分布D.追蹤目的基因編碼的蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)C基礎(chǔ)梳理蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過(guò)__________或__________，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行__________，或制造一種__________，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。（基因工程在原則上只能生產(chǎn)_______________的蛋白質(zhì)）蛋白質(zhì)工程的崛起自然界已存在

基因修飾基因合成改造新的蛋白質(zhì)歸納整合一、蛋白質(zhì)工程1.蛋白質(zhì)工程的目的：生產(chǎn)符合人們生活需要的并非自然界已存在的蛋白質(zhì)。2.蛋白質(zhì)工程的基本原理蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)是根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定要求，對(duì)蛋白質(zhì)基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)。由于基因決定蛋白質(zhì)，因此，要對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，