一輪復習浙科版基因工程與蛋白質(zhì)工程（25張）課件

高考

生物浙江省專用第十單元生物技術與工程專題二十六基因工程與蛋白質(zhì)工程考點一基因工程一、基因工程的基本工具1.限制酶(限制性內(nèi)切核酸酶)2.DNA連接酶3.載體1)條件:①含有復制起點,能夠獨立自主復制并穩(wěn)定存在;②具有一至多種限制酶識別序列;③具有標記基因。來源主要是細菌等微生物結(jié)果形成黏性末端或平末端來源主要是大腸桿菌、T4噬菌體主要種類E.coliDNA連接酶和T4DNA連接酶,前者只連接

黏性末端,后者既可連接黏性末端,又可連接平末

端2)種類:質(zhì)粒(最常用),噬菌體,動、植物病毒等。3)作用:攜帶外源DNA片段進入受體細胞。4)特點:可在受體細胞中自我復制或整合到受體DNA上,隨受體DNA同步

復制。二、基因工程的基本操作程序1.獲取目的基因1)化學合成法:需要已知目的基因全部序列,成本高。適用于合成序列較

短的基因。2)借助載體建立基因文庫(基因組文庫、cDNA文庫)。3)利用PCR獲取和擴增目的基因①原理:DNA半保留復制。②前提:已知目的基因的一段核苷酸序列,以便根據(jù)這一序列合成引物。③條件:模板(DNA母鏈)、引物(2種)、TaqDNA聚合酶和原料(4種dNTP)

等。

④⑤結(jié)果:1個DNA→2n個DNA(n為擴增循環(huán)次數(shù))。⑥鑒定:常采用瓊脂糖凝膠電泳來鑒定PCR產(chǎn)物?！久麕燑c撥】引物結(jié)合位置不在模板鏈端部時,第三次循環(huán)才能出現(xiàn)雙

鏈等長的目標DNA片段(如圖)。

1)目的:使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在、表達、發(fā)揮作用并可遺傳

給下一代。2)基因表達載體的構(gòu)成

3.將重組DNA分子導入受體細胞1)植物細胞:農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、花粉管通道法等。2)動物細胞:常用顯微注射法。2.構(gòu)建重組DNA分子3)原核細胞:常用Ca2+處理原核細胞,使之成為感受態(tài)細胞,然后將重組載

體導入細胞。4.檢測目的基因及其表達產(chǎn)物1)分子水平

2)個體生物學水平:是否表現(xiàn)特定性狀并穩(wěn)定遺傳?？键c二基因工程的應用與蛋白質(zhì)工程一、基因工程的應用1.醫(yī)療制藥:基因診斷、基因治療、基因工程藥物、轉(zhuǎn)基因動物模型。2.法醫(yī)鑒定:DNA指紋。3.農(nóng)牧業(yè)育種:如抗蟲棉、轉(zhuǎn)乳糖酶基因奶牛。4.環(huán)境保護:轉(zhuǎn)基因工程菌。二、蛋白質(zhì)工程1.出現(xiàn)的緣由:基因工程原則上只能生產(chǎn)自然界中已存在的蛋白質(zhì)。2.手段:改造或合成基因。3.目的:改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造新蛋白質(zhì)。4.基本思路:預期蛋白質(zhì)功能→設計預期蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應有的氨基酸序列→找到并改變相對應的脫氧核苷酸序列或合成新基因→獲得所

需蛋白質(zhì)。考點三DNA的粗提取和鑒定1.實驗原理1)DNA在2mol/L的NaCl溶液中溶解度高,DNA鈉鹽不溶于酒精而某些蛋

白質(zhì)能溶于酒精。2)沸水浴條件下,DNA與二苯胺反應呈藍色。2.實驗步驟:研磨(生物組織+研磨液)→過濾(得到含DNA的濾液)→離心

→加冷酒精(得到白色絮狀物)→用二苯胺鑒定?？键c四生物技術的安全與倫理一、轉(zhuǎn)基因生物的安全性1.轉(zhuǎn)基因生物存在安全性問題的原因1)目前對基因結(jié)構(gòu)、基因間的相互作用及基因的調(diào)控機制等了解有限。2)目的基因往往是異種生物的基因。3)外源基因插入宿主細胞的部位往往是隨機的。2.對轉(zhuǎn)基因生物安全性的爭論:在轉(zhuǎn)基因食品的安全性、轉(zhuǎn)基因作物的

環(huán)境安全性兩方面存在激烈的爭論。3.建立合理的風險評估原則,對轉(zhuǎn)基因生物進行科學檢測和管理。二、生物技術中的倫理問題1.治療性克隆與生殖性克隆1)治療性克隆:用于修復或替代受損的細胞、組織和器官,以治療疾病,屬

于細胞水平。2)生殖性克隆:用于生育、獲得人的復制品,屬于個體水平。2.我國不贊成、不允許、不支持、不接受任何生殖性克隆人實驗。三、生物武器1.生物戰(zhàn)劑:起傷害作用的微生物、毒素。2.中國堅決支持禁止生物武器的主張,奉行不發(fā)展、不生產(chǎn)、不儲存生

物武器的政策,并反對擴散生物武器。限制酶識別并切割雙鏈DNA的特定

序列磷酸二酯鍵得到DNA片段,并

在兩端形成黏性末端或平末端構(gòu)建表達載體/重組DNA分子DNA連接酶連接兩個DNA片

段

形成重組DNA分

子

DNA聚合酶在脫氧核苷酸鏈

的3'端添加單個脫氧核苷酸

合成DNA子鏈DNA復制解旋酶破壞堿基間的氫鍵氫鍵解開螺旋的DNA雙鏈

逆轉(zhuǎn)錄酶以RNA為模板合成DNA磷酸二酯鍵形成脫氧核苷酸鏈逆轉(zhuǎn)錄、基因工

程TaqDNA聚合酶約72℃時催化DNA子鏈延伸磷酸二酯鍵形成脫氧核苷酸鏈PCR名稱作用作用部位結(jié)果參與過程1.列表比較與DNA有關的酶提升一與基因工程中工具酶相關的問題分析2.“解析法”突破難點——限制酶的選擇

圖甲

圖乙Ti質(zhì)粒1)質(zhì)粒和目的基因所在片段都有切割位點。2)不能選在目的基因、啟動子、終止子、復制起點等處有切割位點的限

制酶,防止破壞這些元件。3)標記基因有多個時,至少保留一個標記基因。4)若用Ti質(zhì)粒,目的基因必須插入T-DNA序列。5)為避免目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化、隨意連接,可使用兩種限制酶同

時切割目的基因和質(zhì)粒。綜合圖甲、圖乙可知:最宜選用BamHⅠ和EcoRⅠ進行雙酶切。提升二目的基因的檢測與鑒定1.檢測受體細胞是否含有目的基因、目的基因是否轉(zhuǎn)錄出特定mRNA。1)方法一:核酸分子雜交原理:利用雙鏈DNA分子變性、復性(退火)以及堿基互補配對原則,使用

含目的基因特有序列的DNA片段作探針(含放射性/熒光標記),利用放射

自顯影等技術進行鑒定。2)方法二:PCR、逆轉(zhuǎn)錄+PCR原理:根據(jù)目的基因的序列設計特異性引物,①檢測是否含有目的基因:提

取受體細胞總DNA作模板,進行PCR,然后電泳觀察是否有條帶。②檢測

目的基因是否轉(zhuǎn)錄:提取受體細胞總RNA作模板,先逆轉(zhuǎn)錄出cDNA,以

cDNA作模板進行PCR,然后電泳觀察是否有條帶。2.載體上標記基因輔助鑒定、篩選的原理

3.檢測目的基因是否翻譯出相應蛋白質(zhì):采用抗原-抗體雜交,從轉(zhuǎn)基因生

物中提取蛋白質(zhì)(作抗原),與相應抗體雜交,依據(jù)是否出現(xiàn)雜交帶檢測目

的基因是否翻譯出相應蛋白質(zhì)。4.檢測轉(zhuǎn)基因生物是否表現(xiàn)出符合需求的性狀:采用抗蟲、抗病毒等接種實驗,進行個體生物學水平的鑒定。應用基因工程在醫(yī)藥生產(chǎn)中的應用情境材料口蹄疫由口蹄疫病毒引起,該病毒的VP1基因表達的蛋白可誘

導動物機體產(chǎn)生中和抗體?？茖W家將VP1基因轉(zhuǎn)入擬南芥、馬鈴薯、

煙草和苜蓿中,均引起動物產(chǎn)生了抗口蹄疫病毒的特異性免疫反應,這些

研究成果極大地促進了口蹄疫疫苗的研究。由于煙草的毒性、馬鈴薯

塊莖難以生食等因素,轉(zhuǎn)基因植物疫苗難以直接用于口服。胡蘿卜易于

組織培養(yǎng)和轉(zhuǎn)化,且可以生食,是生產(chǎn)口服疫苗理想的“生物反應器”。

因此以胡蘿卜為轉(zhuǎn)化受體,研究VP1基因在轉(zhuǎn)基因胡蘿卜中的表達情況,

為進一步研究利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)口服疫苗提供了一條新途徑。問題探究(1)構(gòu)建表達載體的目的是什么?要點點撥(1)使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在、表達、發(fā)揮作用并遺

傳給下一代。(3)農(nóng)桿菌含Ti質(zhì)粒,當農(nóng)桿菌侵染植物細胞后,能將Ti質(zhì)粒上的T-DNA轉(zhuǎn)

移至被侵染的細胞,并將其整合到該細胞的染色體DNA上。(2)用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將VP1基因轉(zhuǎn)入胡蘿卜細胞,其原理是什么?創(chuàng)新基因診斷與基因編輯技術一、基因診斷基因診斷:又稱DNA診斷,是采用基因檢測的方法判斷患者是否出現(xiàn)基因

異?；驍y帶病原體。比如,新冠肺炎核酸檢測(熒光定量PCR)。

通過PCR儀器中的激發(fā)光源和發(fā)射光檢測器,可檢測到每個PCR循環(huán)中

釋放出來的熒光基團發(fā)出的熒光,產(chǎn)生的熒光強度直接可反映被擴增的

靶DNA量。二、CRISPR/Cas9基因編輯技術1.技術背景:CRISPR/Cas系統(tǒng)是細菌體內(nèi)演化出的一套防御系統(tǒng),用于破

壞侵入的病毒DNA分子。CRISPR類似于一個“資料庫”,儲存多種病毒

的DNA片段;Cas類似于“武器庫”,表達各種Cas蛋白,用于切割相應病毒

的DNA。細菌CRISPR/Cas系統(tǒng)工作示意圖:2.CRISPR/Cas9基因編輯技術科學家從細菌體內(nèi)挑選出了一種CRISPR/Cas9體系(由靶基因的向

導RNA和Cas9蛋白構(gòu)成的復合體),向?qū)NA在基因組中負責尋找靶基因

并與其結(jié)合,Cas9蛋白在向