高考生物復習現(xiàn)代生物科技專題第1講基因工程材料全國公開課一等獎百校聯(lián)賽示范課賽課特等獎課件

第1頁第1講基因工程第2頁[最新考綱]

1.基因工程誕生(Ⅰ)2.基因工程原理及技術(含PCR技術)(Ⅱ)3.基因工程應用(Ⅱ)4.蛋白質工程(Ⅰ)第3頁1．基因工程基本工具(1)兩種工具酶：限制性核酸內切酶(限制酶)、DNA連接酶。限制性核酸內切酶主要從原核生物中提取，含有專一性，使特定部位兩個核苷酸之間磷酸二酯鍵斷裂。(2)一個運輸工具：載體。①載體種類：質粒、λ噬菌體衍生物、動植物病毒等。②四個條件：能夠自我復制、有多個限制酶切割位點、含有標識基因、對受體細胞無傷害。第4頁2．基因工程基本操作程序四個主要步驟目標基因獲取→基因表示載體構建→將目標基因導入受體細胞→目標基因檢測與判定。(1)基因表示載體包含目標基因、開啟子、終止子和標識基因等。(2)目標基因導入植物細胞方法有農桿菌轉化法、基因槍法和花粉管通道法。(3)目標基因導入動物細胞方法是顯微注射法，慣用受體細胞是受精卵。第5頁(4)目標基因獲取與檢測①三種獲取方法：基因文庫直接取得、PCR擴增、人工合成。②四種檢測方法：DNA分子雜交、DNA—mRNA分子雜交、抗原—抗體雜交、個體生物學水平抗性檢測。3．蛋白質工程是經過基因修飾或基因合成對現(xiàn)有蛋白質進行改造，或制造一個新蛋白質。第6頁[課前導學]1．基因工程概念知識點一基因工程及基因工程基本工具基因工程別名基因拼接技術或__________技術操作環(huán)境__________操作對象基因操作水平__________水平基本過程剪切→______→______→表示結果人類需要________或生物類型優(yōu)點①可________生物遺傳性狀；②可克服遠緣雜交不親和性DNA重組生物體外DNA分子拼接導入基因產物定向改造第7頁2．基因工程基本操作工具【答案】原核生物磷酸二酯鍵黏性末端磷酸二酯鍵黏性末端平末端目標基因質粒自我復制第8頁[小題通關]1．(年廣東對口升學模擬)限制性核酸內切酶MunⅠ和限制性核酸內切酶EcoRⅠ識別序列及切割位點分別是—C↓AATTG—和—G↓AATTC—。如圖表示四種質粒和目標基因，其中箭頭所指部位為限制性核酸內切酶識別位點，質粒陰影部分表示標識基因。適于作為圖示目標基因載體質粒是()第9頁【答案】A【解析】由圖可知，質粒B上無標識基因，不適合作為載體；質粒C和D標識基因上都有限制性核酸內切酶識別位點。只有質粒A上現(xiàn)有標識基因，且MunⅠ切割位點不在標識基因上。第10頁2．若要利用某目標基因(見圖甲)和P1噬菌體載體(見圖乙)構建重組DNA(見圖丙)，限制性核酸內切酶酶切位點分別是Bgl

Ⅱ(A↓GATCT)、EcoRⅠ(G↓AATTC)和Sau3AⅠ(↓GATC)。以下分析合理是()A．用EcoRⅠ切割目標基因和P1噬菌體載體B．用BglⅡ和EcoRⅠ切割目標基因和P1噬菌體載體第11頁C．用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目標基因和P1噬菌體載體D．用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目標基因和P1噬菌體載體【答案】D【解析】解答本題關鍵是要看清切割后目標基因插入方向，只有用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目標基因和P1噬菌體載體，產生不一樣黏性末端，可預防發(fā)生反向連接，這么構建重組DNA中RNA聚合酶在插入目標基因上移動方向才一定與圖丙相同。第12頁知識點二基因工程基本操作程序及應用基因基因文庫mRNA反轉錄DNA合成儀PCR技術第13頁2．基因表示載體構建——基因工程關鍵(1)基因表示載體組成：目標基因、開啟子、終止子、___________等。①開啟子：a．位置：位于_______________。b．作用：是RNA聚合酶識別和結合部位，驅動基因________________，最終取得所需要蛋白質。②終止子：a．位置：位于基因尾端。b．作用：使______在所需要地方停頓下來。標識基因基因首端轉錄出mRNA轉錄第14頁(2)構建目標①使目標基因在______________中穩(wěn)定存在，而且能夠遺傳給下一代；②使______________能夠表示和發(fā)揮作用。受體細胞目標基因穩(wěn)定和表示農桿菌轉化法花粉管通道法顯微注射第15頁4．目標基因檢測與判定方法檢測或判定目標水平DNA分子雜交技術檢測目標基因有沒有______水平分子雜交技術檢測___________________________________技術檢測目標基因是否翻譯抗蟲或抗病接種試驗是否含有抗蟲抗病特征個體水平目標基因是否轉錄分子抗原—抗體雜交第16頁5．基因工程應用(1)植物基因工程：主要用于提升農作物___________，以及改良農作物品質和利用植物生產藥品等方面。(2)動物基因工程：主要應用于動物品種改良、建立生物反應器、______________等方面。(3)基因工程藥品：起源于轉基因________。(4)基因治療：把__________導入病人體內，使該基因表示產物發(fā)揮功效?？鼓婺芰ζ鞴僖浦补こ叹；虻?7頁[小題通關]1．以下相關基因工程說法正確是()A．假如某種生物cDNA文庫中某個基因與該生物基因組文庫中某個基因控制性狀相同，則這兩個基因結構也完全相同B．一個基因表示載體組成，除了目標基因外，還必須有開啟子、終止密碼子和標識基因C．目標基因進入受體細胞內，而且在受體細胞內維持穩(wěn)定和表示過程，稱為轉化D．將目標基因導入植物細胞和動物細胞慣用方法是顯微注射法【答案】C第18頁【解析】cDNA是由mRNA反轉錄得到，因為mRNA缺乏內含子和開啟子，所以即使某生物cDNA文庫中某個基因與該生物基因組文庫中某個基因控制性狀相同，這兩個基因結構也可能是不相同?；虮硎据d體包含開啟子、目標基因、標識基因、終止子，而終止密碼子存在于mRNA上。將目標基因導入植物細胞通慣用農桿菌轉化法，導入動物細胞用顯微注射法。第19頁2．科學家將比目魚抗凍蛋白基因轉移到西紅柿細胞內培育出“抗凍西紅柿”，在“目標基因檢測與判定”步驟，不需要進行是()A．利用標識基因，將含有比目魚抗凍蛋白基因西紅柿細胞篩選出來B．利用分子探針，檢測“抗凍西紅柿”DNA上是否插入了抗凍蛋白基因C．利用對應抗體，檢測“抗凍西紅柿”細胞中是否形成抗凍蛋白質D．進行抗寒栽培試驗，檢測“抗凍西紅柿”是否能在嚴寒環(huán)境中生存【答案】A【解析】目標基因檢測與判定可使用基因探針檢測受體細胞中是否含有目標基因，也可使用抗原—抗體雜交法檢測目標基因是否翻譯出蛋白質，還可在個體水平進行檢測，看其是否表現(xiàn)出對應性狀。利用標識基因，將含有比目魚抗凍蛋白基因西紅柿細胞篩選出來不屬于目標基因檢測與判定步驟。第20頁[課前導學]1．概念了解(1)基礎：蛋白質分子結構規(guī)律及其與生物功效關系。(2)操作：___________或基因合成。(3)結果：改造了現(xiàn)有蛋白質或制造出______________。(4)目標：依據(jù)人們對蛋白質功效特定需求，對________________進行分子設計。知識點三蛋白質工程基因修飾新蛋白質蛋白質結構第21頁2．蛋白質工程設計流程【答案】功效蛋白質結構氨基酸序列脫氧核苷酸序列第22頁[小題通關](年河北定州期末)以下相關蛋白質工程敘述錯誤是()A．蛋白質工程可合成自然界不存在蛋白質B．蛋白質工程可對酶催化活性、抗氧化性、熱變性等加以改變C．蛋白質工程是經過對基因修飾或合成來實現(xiàn)對蛋白質改造D．蛋白質工程成功率低原因主要是蛋白質種類太少，原料不足【答案】D【解析】蛋白質工程可合成自然界不存在蛋白質，A正確；蛋白質工程可對酶催化活性、抗氧化性、熱變性等加以改變，B正確；蛋白質工程是經過對基因修飾或合成來實現(xiàn)對蛋白質改造，C正確；蛋白質工程成功率低原因主要是對蛋白質空間結構了解過少，D錯誤。第23頁基因工程操作工具第24頁(2)切割后產生末端種類——黏性末端和平末端①當限制酶在它識別序列中軸線兩側將DNA兩條鏈分別切開時，產生是黏性末端。②當限制酶在它識別序列中軸線處切開時，產生是平末端。第25頁3．與DNA分子相關幾個酶比較項目限制酶DNA連接酶DNA聚合酶解旋酶作用底物DNA分子DNA分子片段脫氧核苷酸DNA分子作用部位磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵堿基對間氫鍵作用特點切割目標基因及載體，能專一性識別雙鏈DNA分子某種特定核苷酸序列，而且使每一條鏈中特定部位兩個核苷酸之間磷酸二酯鍵斷開將雙鏈DNA片段“縫合”起來，恢復被限制酶切開兩個核苷酸之間磷酸二酯鍵只能將單個脫氧核苷酸添加到脫氧核苷酸鏈上將DNA兩條鏈之間氫鍵打開作用結果形成黏性末端或平末端形成重組DNA分子形成新DNA分子形成單鏈DNA分子第26頁4．選擇限制酶注意事項(1)依據(jù)目標基因兩端限制酶切點確定限制酶種類①應選擇切點位于目標基因兩端限制酶，如圖甲可選擇PstⅠ。②不能選擇切點位于目標基因內部限制酶，如圖甲不能選擇SmaⅠ。③為防止目標基因和質粒本身環(huán)化和隨意連接，可使用兩種不一樣限制酶分別切割目標基因和質粒，如圖甲可選擇用PstⅠ和EcoRⅠ兩種限制酶(但要確保質粒上也有這兩種限制酶切點)。第27頁(2)依據(jù)質粒特點確定限制酶種類①切割質粒限制酶要與切割目標基因限制酶一致，以確保含有相同黏性末端。②目標基因表示需要調控序列，質粒插入目標基因部位之前有開啟子，之后需有終止子。③質粒作為載體必須具備標識基因、開啟子和終止子等，選擇限制酶盡可能不要破壞這些結構，如圖乙中限制酶SmaⅠ會破壞標識基因。④假如所選限制酶切點不是一個，則切割重組后可能丟失一些片段，若丟失片段含復制起點區(qū)，則切割重組后片段進入受體細胞后不能自主復制。第28頁

基因工程操作基本工具8個易錯點(1)限制酶是一類酶，而不是一個酶。(2)限制酶成份為蛋白質，其作用發(fā)揮需要適宜理化條件，高溫、強酸或強堿均易使之變性失活。(3)在切割目標基因和載體時要求用同一個限制酶，目標是產生相同黏性末端。(4)將一個基因從DNA分子上切割下來，需要切兩處，同時產生4個黏性末端。(5)不一樣DNA分子用同一個限制酶切割產生黏性末端都相同，同一個DNA分子用不一樣限制酶切割，產生黏性末端普通不相同。第29頁(6)限制酶切割位點應位于標識基因之外，不能破壞標識基因，方便進行檢測。(7)基因工程中載體與細胞膜上物質運輸載體不一樣。基因工程中載體是DNA分子，能將目標基因導入受體細胞內；膜載體是蛋白質，與細胞膜通透性相關。(8)基因工程中有3種工具，但工具酶只有2種。第30頁圖1表示含有目標基因DDNA片段長度(bp即堿基對)和部分堿基序列，圖2表示一個質粒結構和部分堿基序列?，F(xiàn)有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ四種限制性核酸內切酶，它們識別堿基序列和酶切位點分別為C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。請回答以下問題：考查基因工程操作工具第31頁(1)圖1一條脫氧核苷酸鏈中相鄰兩個堿基之間依次由______________連接。(2)若用限制酶SmaⅠ完全切割圖1中DNA片段，產生末端是______末端，其產物長度為________________________________。(3)若圖1中虛線方框內堿基對被T—A堿基對替換，那么基因D就突變?yōu)榛騞。從雜合子中分離出圖1及其對應DNA片段，用限制酶SmaⅠ完全切割，產物中共有________種不一樣長度DNA片段。(4)若將圖2中質粒和目標基因D經過同種限制酶處理后進行連接，形成重組質粒，那么應選取限制酶是________________。在導入重組質粒后，為了篩選出含重組質粒大腸桿菌，普通需要用添加__________培養(yǎng)基進行培養(yǎng)。經檢測，部分含有重組質粒大腸桿菌菌株中目標基因D不能正確表示，其最可能原因是________________________________________。第32頁【答案】(1)脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖(2)平537bp、790bp、661bp(3)4(4)BamHⅠ抗生素B同種限制酶切割形成末端相同，部分目標基因D與質粒反向連接第33頁【解析】(1)兩條脫氧核苷酸鏈之間堿基經過氫鍵相連，一條脫氧核苷酸鏈中相鄰堿基經過“脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖”連接。(2)依據(jù)限制酶SmaⅠ識別堿基序列可知，限制酶SmaⅠ切割產生末端為平末端。在圖1序列中共有2個SmaⅠ切割位點，切割后形成3種不一樣長度產物，分別為537bp、790bp、661bp。(3)圖1中有SmaⅠ兩個識別序列，完全切割后產生3個不一樣長度DNA片段，若虛線方框中堿基對被T—A堿基對替換，再經SmaⅠ識別并完全切割后會產生2個DNA片段，其中1個DNA片段與未替換前完全切割相同，所以經完全切割后共產生4種不一樣長度DNA片段。第34頁(4)切割目標基因可選取限制酶BamHⅠ和限制酶MboⅠ，但限制酶MboⅠ可將質粒中抗生素A抗性基因和抗生素B抗性基因都破壞，而限制酶BamHⅠ只破壞抗生素A抗性基因，所以只能選取限制酶BamHⅠ；重組質粒中含有抗生素B抗性基因，所以可在含抗生素B培養(yǎng)基上培養(yǎng)。第35頁基因工程操作過程及蛋白質工程及其與基因工程關系第36頁2．基因表示載體構建(1)基因表示載體組成及作用第37頁(2)構建過程第38頁3．將目標基因導入受體細胞方法比較項目植物細胞動物細胞微生物細胞慣用方法農桿菌轉化法顯微注射技術感受態(tài)細胞法受體細胞體細胞受精卵原核細胞轉化過程將目標基因插入到Ti質粒T－DNA上→農桿菌→導入植物細胞→整合到受體細胞染色體DNA上→表示將含有目標基因表示載體提純→取卵(受精卵)→顯微注射→受精卵發(fā)育→取得含有新性狀動物Ca2＋處理細胞→感受態(tài)細胞→重組表示載體與感受態(tài)細胞混合→感受態(tài)細胞吸收DNA分子第39頁4．目標基因檢測與判定第40頁5．蛋白質工程與基因工程關系比較項目蛋白質工程基因工程區(qū)分過程預期蛋白質功效→設計預期蛋白質結構→推測應有氨基酸序列→找到相對應脫氧核苷酸序列獲取目標基因→構建基因表示載體→將目標基因導入受體細胞→目標基因檢測與判定實質定向改造或生產人類所需蛋白質定向改造生物遺傳特征，以取得人類所需生物類型或生物產品結果可生產自然界沒有蛋白質只能生產自然界已經有蛋白質聯(lián)絡①蛋白質工程是在基因工程基礎上延伸出來第二代基因工程；②基因工程中所利用一些酶需要經過蛋白質工程進行修飾、改造第41頁

基因工程中3個易錯點(1)基因表示載體≠載體：基因表示載體與載體相比增加了目標基因。(2)目標基因插入位點不是隨意：基因表示需要開啟子與終止子調控，所以目標基因應插入到開啟子與終止子之間部位，若目標基因插入到開啟子內部，開啟子將失去其功效。(3)開啟子≠起始密碼子，終止子≠終止密碼子：開啟子和終止子位于DNA片段上，分別控制轉錄過程開啟和終止；起始密碼子和終止密碼子位于mRNA上，分別控制翻譯過程開啟和終止。第42頁1．轉基因草莓中有能表示乙肝病毒表面抗原基因，由此可取得用來預防乙肝一個新型疫苗，其培育過程以下列圖所表示(①～④代表過程，A～C代表結構或細胞)：考查基因工程操作過程(1)在圖中①基因表示載體構建過程中，為了使目標基因正常表示，目標基因首端必須有________識別和結合部位。若選擇限制酶切出DNA片段是平末端，應選擇____________進行連接。第43頁(2)將目標基因導入受體細胞方法很多，在該題中包括方法是________________，之所以要把目標基因插入Ti質粒T－DNA中，這是利用T－DNA________________________________特點。(3)過程②詳細操作是：先用____________處理農桿菌，使其處于感受態(tài)；再將含乙肝病毒表面抗原基因重組Ti質粒溶于緩沖液中與經處理農桿菌混合，完成轉化過程。(4)圖中③和④過程分別叫作__________________，將葉盤培養(yǎng)成草莓幼苗所依據(jù)原理是__________________________________。(5)乙肝病毒表面抗原基因能否在草莓植株體內維持穩(wěn)定遺傳關鍵是_____________________，通常采取__________方法進行檢測。第44頁【答案】(1)RNA聚合酶T4DNA連接酶(2)農桿菌轉化法可轉移至受體細胞并整合到受體細胞染色體DNA上(3)Ca2＋(4)脫分化和再分化植物細胞全能性(5)目標基因是否插入了受體細胞染色體DNA上DNA分子雜交第45頁【解析】本題考查基因工程及轉基因生物安全性相關知識，意在考查對基因工程了解及利用所學知識處理實際問題和識圖能力。(1)基因表示載體由開啟子、目標基因、終止子和標識基因等組成，其中開啟子是RNA聚合酶識別和結合位點；依據(jù)酶起源不一樣，DNA連接酶分為兩類：E·coliDNA連接酶和T4DNA連接酶，這二者都能連接黏性末端，不過T4DNA連接酶還能夠連接平末端。(2)將目標基因導入受體細胞方法很多，在該題中包括方法是農桿菌轉化法。農桿菌中Ti質粒上T－DNA可轉移至受體細胞，而且整合到受體細胞染色體DNA上。第46頁(3)圖中②過程是將重組質粒導入農桿菌，因為受體細胞是細菌，慣用Ca2＋處理使其處于一個能吸收周圍環(huán)境中DNA分子生理狀態(tài)，稱為感受態(tài)細胞，以完成轉化過程。(4)圖中③過程是讓葉盤細胞脫分化形成愈傷組織，進而再經④再分化形成幼苗，此過程叫作植物組織培養(yǎng)；原理是植物細胞全能性。(5)乙肝病毒表面抗原基因能否在草莓植株體內維持穩(wěn)定遺傳關鍵是目標基因是否插入了受體細胞染色體DNA上，通常采取DNA分子雜交方法進行檢測。在分子水平上，還可采取抗原—抗體雜交方法來檢測轉基因草莓果實提取液中有沒有對應抗原。第47頁2．干擾素是動物體內合成一個蛋白質，能夠用于治療病毒感染和癌癥，但體外保留相當困難，假如將其分子中一個半胱氨酸變成絲氨酸，就能夠在－70℃條件下保留六個月，給廣大患者帶來了福音。