【名师导学】高考生物一轮复习 1.73 基因工程的基本工具课件 新人教版选修3.ppt

专题1基因工程 本专题包括基因工程的诞生 dna重组技术的基本工具 基因工程的基本操作程序 基因工程的应用 蛋白质工程的崛起等部分 另外根据全国考纲 dna的粗提取与鉴定也归入本专题复习 基因工程是一门20世纪70年代以来新兴的生物科学与工程技术相结合的科学 现已成为生命科学中发展最快 最前沿的学科 有关生物工程的内容 已成为近几年生物高考的热点内容 其中基因工程的操作工具和基因工程操作的基本步骤以及基因工程的成果及应用前景将是近年命题的新热点 基因工程操作的三种基本工具 四项基本操作程序等内容将成为考查学生分析综合问题能力的材料 另外 针对生物工程在医药 食品 农林等高新技术产业中的应用 运用有关的生物知识指导生产和实践 对有关的生产方案 生产过程进行分析 综合评价 这也是高考的另一热点 有关基因工程的备考 今后高考中可能涉及到本考题的热点问题 有如下几个方面 1 基因工程的基本步骤 目的基因的获取 基因表达载体的构建 将目的基因导入受体细胞 目的基因表达的检测与鉴定几个步骤 2 转基因技术的应用 1 转基因动植物 如抗虫 抗病 抗逆 抗除草剂 抗倒伏的植物 产肉 产蛋量高 生长快 耐粗饲料的动物 此外 转基因动物为人类异体器官移植提供了可能 2 基因药物 如人造胰岛素 人造生长激素 溶血栓的尿激酶原等 3 基因治疗 美国对复合型免疫缺陷症的治疗 糖尿病的治疗 许多科学家希望利用基因工程手段将正常的合成胰岛素基因导入患者体内 并准确表达 以此来修复或替代失去正常功能的胰岛b细胞 从而维持机体血糖平衡 本专题所涉及的内容大都是社会热点 焦点问题 很可能成为遵循大纲 但又不拘泥于大纲的高考题目的素材 要求我们要有足够的重视 考点一基因工程的理论基础和基本工具 基础知识整合 1 基因拼接的理论基础 1 是生物的主要遗传物质 2 dna的基本组成单位都是 3 双链dna分子的空间结构都是规则的结构 dna 四种脱氧核苷酸 双螺旋 2 外源基因在受体内表达的理论基础 1 是控制生物性状的独立遗传单位 2 遗传信息的传递都遵循阐述的信息流动方向 3 生物界共用一套 3 基因工程的基本工具 1 限制性核酸内切酶 切割dna的工具是 又称 这类酶主要是从中分离纯化出来的 能识别分子中 并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的断开 使其形成或 基因 中心法则 遗传密码 限制性核酸内切酶 限制酶 原核生物 双链dna 特定的核苷酸序列 磷酸二酯键 黏性末端 平末端 2 dna连接酶 常用的dna连接酶有 3 载体 携带目的基因进入受体细胞条件 能在宿主细胞中保存下来并大量 有一个至多个切割位点 有特殊的遗传 便于筛选 复制 限制性核酸内切酶 标记基因 种类 常用 噬菌体的衍生物 质粒是能够自主复制的很小的双链环状分子 作用 1 作为运载工具 将转移到受体细胞内 2 利用它在受体细胞内对目的基因进行大量 质粒 动植物病毒 dna 目的基因 复制 知识拓展 1 基因工程 2 dna连接酶与dna聚合酶的比较 典例精析 例1 2011浙江 ada 腺苷酸脱氨酶基因 通过质粒pet28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶 下列叙述错误的是 a 每个大肠杆菌至少含一个重组质粒b 每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点c 每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个adad 每个插入的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子 b 考查类型 本题主要考查有关基因工程的工具和基本操作步骤的基础知识 解析 重组质粒已经导入大肠杆菌 则每一个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒 也可能有多个 每个重组质粒至少含两个限制性核酸内切酶识别位点 这是切开的质粒与目的基因的末端 两个末端 分别形成的 质粒的每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个ada 重组质粒已经表达出了腺苷酸脱氨酶 意味着每个插入的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子 方法归纳 本题关键是要理解重组质粒的特点及重组质粒表达的含义 考点二基因工程基本操作程序 基础知识整合 基因工程的基本操作程序第一步 1 目的基因主要是指 也可以是一些具有调控作用的因子 目的基因的获取途径常见的有 目的基因的获取 编码蛋白质的结构基因 人工合成目的基因 利用pcr技术扩增目的基因 从自然界中已有的物种中分离出来 2 基因文库 将含有某种生物不同基因的许多 导入的群体中储存 各个分别含有这种生物的 称为基因文库 常见的基因文库有和 3 pcr技术扩增目的基因pcr是的缩写 是一项在复制特定dna片段的核酸合成技术 可以在短时间内 其原理是 其过程是 加热至90 95 冷却到55 60 加热至70 75 dna片段 受体菌 受体菌 不同的基因 基因组文库 cdna文库 聚合酶链式反应 生物体外 大量扩增目的基因 dna双链复制 dna解链 引物结合到互补dna链 热稳定dna聚合酶 如taq酶 从引物起始进行互补链的合成 第二步 1 目的 使目的基因在受体细胞中 并且可以 同时使目的基因能够 2 基因表达载体的组成 1 启动子 是一段有特殊结构的 位于基因的首端 是识别和结合的部位 能驱动基因 最终获得所需的蛋白质 2 终止子 是一段有特殊结构的 位于基因的 3 标记基因的作用 是为了鉴定受体细胞中 从而将筛选出来 常用的标记基因是 基因表达载体的构建 稳定存在 遗传给下一代 表达和发挥作用 目的基因 启动子 终止子 标记基因 dna片段 rna聚合酶 转录出mrna dna短片段 尾端 是否含有目的基因 含有目的基因的细胞 抗生素抗性基因 第三步 1 转化的概念 是目的基因进入 并且在受体细胞内的过程 2 常用的转化方法 1 将目的基因导入植物细胞 采用最多的方法是 农杆菌特点 易感染植物和裸子植物 对大多数植物没有感染力 农杆菌中的ti质粒上的t dna可转移至受体细胞 并整合到受体细胞的上 将目的基因导入受体细胞 受体细胞内 维持稳定和表达 农杆菌转化法 双子叶 单子叶 染色体的dna 其次还有 是单子叶植物中常用的一种基因转化方法 但是成本较高 是我国科学家独创的一种方法 是一种十分简便经济的方法 我国的转基因抗虫棉就是用此种方法获得的 2 将目的基因导入动物细胞 最常用的方法是 此方法的受体细胞多是 操作程序 目的基因表达载体 取卵 受精卵 显微注射 注射了目的基因的受精卵移植到性动物的内发育 新性状动物 基因枪法 花粉管通道法 显微注射技术 受精卵 提纯 雌 输卵管或子宫 3 将目的基因导入微生物细胞 感受态细胞法 原核生物特点 等 因此早期的基因工程都用原核生物作为受体细胞 大肠杆菌最常用的转化方法是 处理细胞 细胞 表达载体与感受态细胞混合 细胞吸收dna分子 3 重组目的基因导入受体细胞后 筛选含有基因表达载体受体细胞的依据是 繁殖快 多为单细胞 遗传物质相对较少 ca2 感受态 感受态 标记基因是否表达 第四步 1 首先要检测转基因生物染色体的dna上是否插入了目的基因 方法是 2 其次还要检测 方法是 3 最后检测 方法是从转基因生物中提取 用相应的抗体进行 4 有时还需进行的鉴定 如转基因抗虫植物是否出现抗虫性状 目的基因的检测与鉴定 dna分子杂交技术 目的基因是否转录出了mrna 用标记的目的基因作探针与mrna杂交 目的基因是否翻译成蛋白质 蛋白质 抗原 抗体杂交 个体生物学水平 知识拓展 1 基因文库的比较 2 将目的基因导入受体细胞的比较 3 目的基因的检测与鉴定 4 几种不同水平的杂交杂交 有性杂交 在有性生殖过程中不同基因型个体之间的交配 实质是基因的自由组合 细胞杂交 分为植物体细胞杂交和动物细胞融合 其本质都是不同遗传信息的两个或多个细胞的融合 dna分子杂交技术 即使用放射性同位素或荧光分子标记的dna作探针进行检测 dna rna杂交 转录检测 用标记的目的基因作探针 与mrna杂交 能获得dna rna的杂交带 抗原 抗体杂交 抗原 抗体特异性反应法 首先要获取由目的基因表达产物 蛋白质 免疫动物后的抗体 再从转基因生物中提取蛋白质 与抗体混合后 检测是否有抗原 抗体杂交带的出现 典例精析 例2 2011江苏 请回答基因工程方面的有关问题 1 利用pcr技术扩增目的基因 其原理与细胞内dna复制类似 如下图所示 图中引物为单链dna片段 它是子链合成延伸的基础 从理论上推测 第四轮循环产物中含有引物a的dna片段所占的比例为 在第轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的dna片段 2 设计引物是pcr技术关键步骤之一 某同学设计的两组引物 只标注了部分碱基序列 都不合理 如下图 请分别说明理由 15 16 三 第1组 第2组 3 pcr反应体系中含有热稳定dna聚合酶 下面的表达式不能正确反映dna聚合酶的功能 这是因为 引物 和引物 局部发生碱基互补配对而失效 引物 自身折叠后会出现局部碱基互补配对而失效 dna聚合酶只能将单个脱氧核苷酸连续结合到双链dna片段的引物链上 4 用限制酶ecor mbo 单独或联合切割同一种质粒 得到的dna片段长度如下图 1kb即1000个碱基对 请在下图中画出质粒上ecor mbo 的切割位点 答案如右图 考查类型 本题主要考查基因工程中pcr的操作过程及限制酶在质粒上切割位点的特点 解析 1 根据题意 pcr前三轮循环示意图如下 从图中可知 在第3轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的dna片段 占1 4 第一轮循环产物中不含引物a的dna片段是一个 第二轮循环产物中不含引物a的dna片段是1个 第三轮产物中不含引物a的dna片段也是一个 同理可推知第四轮产物中不含引物a的dna片段也是一个 第四轮产物中dna片段共有16个 所以第四轮循环产物中含有引物a的dna片段所占的比例为15 16 2 引物设计的要求之一是引物必须与待复制的dna片段的一条链准确配对 但第1组引物中引物 和引物 局部发生碱基互补配对而失效 第2组引物中的引物 自身折叠后会出现局部碱基互补配对而失效 3 dna聚合酶只能将单个脱氧核苷酸连续结合到双链dna片段的引物链上 而表达式中是直接将两个脱氧核苷酸直接相连 4 由图可知 质粒dna分子的长度是14kb ecorv在质粒上有一个切割位点 mbo 在质粒上有两个切割位点 这两个切割位点的距离是2 5kb 其中一个切割位点与ecorv的切割位点相距6kb 另一个切割位点与ecorv的切割位点相距5 5kb 方法归纳 本题立意在基因工程的基本工具和操作程序 要准确作答 必须对相关过程达到深刻理解的程度 为了便于推算有时要画出示意图帮助理解 课时练习七十五一 选择题 每小题只有一个正确选项 1 有关基因工程的叙述正确的是 a 限制性内切酶只在获得目的基因时才用b 重组质粒的形成在细胞内完成c 质粒都可作运载体d 蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料 d 2 下列关于染色体和质粒的叙述 正确的是 a 染色体只存在于真核生物细胞中 质粒只存在于原核生物细胞中b 染色体和质粒均与生物的遗传有关c 在基因工程中染色体和质粒均可以作为运载体d 染色体和质粒的化学本质相同 b 3 下列叙述符合基因工程概念的是 a b淋巴细胞与肿瘤细胞融合 杂交瘤细胞中含有b淋巴细胞中的抗体基因b 将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌 获得能产生人干扰素的菌株c 用紫外线照射青霉菌 使其dna发生改变 通过筛选获得青霉素高产菌株d 自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其dna整合到细菌dna上 b 4 下表有关基因表达的选项中 不可能的是 d 5 下图所示平末端属于同一种限制酶切割而成的是 a b c d a 6 下图a d段表示质粒的某基因 非标记基因 b表示rna聚合酶结合位点 为使目的基因最易表达 目的基因插入的最佳位点是图中的 a b c d c 7 现有一长度为3000个碱基对 bp 的线性dna分子 用限制酶切割后 进行凝胶电泳 使降解产物分开 用酶h单独酶切 结果如图1 用酶b单独酶切 结果如图2 用酶h和酶b同时酶切 结果如图3 该dna分子的结构及其酶切图谱是 a 8 研究人员想将生长激素基因通过质粒介导入大肠杆菌细胞内 以表达产生生长激素 已知质粒中存在两个抗性基因 a是抗链霉素基因 b是抗氨苄青霉素基因 且目的基因不插入到基因a b中 而大肠杆菌不带任何抗性基因 则筛选获得 工程菌 的培养基中的抗生素首先应该 a 仅有链霉素b 仅有氨苄青霉素c 同时有链霉素和氨苄青霉素d 无链霉素和氨苄青霉素 c 二 非选择题 9 已知sars是由一种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病人康复后的血清中有抗s蛋白的特异性抗体 某研究小组为了研制预防sars病毒的疫苗 开展了前期研究工作 其简要的操作流程如下 1 实验步骤 所代表的反应过程是 2 步骤 构建重组表达载体a和重组表达载体b必须使用限制性内切酶和酶 后者的作用是将用限制性内切酶切割的和连接起来 3 如果省略步骤 而将大量扩增的s蛋白基因直接导入大肠杆菌 一般情况下 不能得到表达的s蛋白 其原因是s蛋白基因在大肠杆菌中不能 也不能 逆转录 dna连接 载体 s蛋白基因 复制 合成s蛋白基因的mrna 4 为了检验步骤 所表达的s蛋白是否与病毒s蛋白有相同的免疫反应特性 可用与进行抗原 抗体特异性反应实验 从而得出结论 5 步骤 和 的结果相比 原核细胞表达的s蛋白与真核细胞表达的s蛋白的氨基酸序列 相同或不同 根本原因是 大肠杆菌中表达的s蛋白 sars康复病人血清 相同 表达蛋白质所用的基因相同 10 水稻种子中70 的磷以植酸形式存在 植酸易同铁 钙等金属离子或蛋白质结合排出体外 是多种动物的抗营养因子 同时 排出的大量磷进入水体易引起水华 1 磷元素除了形成植酸外 还可以出现在下列分子或结构中 多选 a 核糖b atpc 核糖体d 核膜 2 种植芦苇能有效抑制水华的发生 表明芦苇与引起水华的藻类关系是 3 植酸酶可降解植酸 在谷物类饲料中添加植酸酶可提高饲料的利用率 bcd 竞争关系 营养成分 4 酵母菌中植酸酶的活性较高 下图是从不同类型酵母菌的发酵液中提取植酸酶的工艺流程 据图回答 植酸酶 属于分泌蛋白 若植酸酶 和 的肽链组成不同 其差异体现在 氨基酸的种类 数量和排列顺序不同 提纯的植酸酶需做活性条件测定 下图为测定结果 图中的自变量可为 答一种 因变量可以通过测定来表示 温度 或ph 单位时间内植酸的降解量 或植酸降解产物的生成量 5 为从根本上解决水稻中的高植酸问题 可将植酸酶基因导入水稻 培育低植酸转基因水稻品种 下图是获取植酸酶基因的流程 据图回答 图中基因组文库 小于 等于 大于 cdna文库 b过程需要的酶是 a c过程中 可以 不可以 使用同一种探针筛选含目的基因的菌株 目的基因 和 除从构建的文库中分离外 还可以分别利用图中和为模板直接进行pcr扩增 该过程中所用酶的显著特点是 大于 逆转录酶 可以 dna cdna 耐高温 6 已获得的转植酸酶基因水稻品系植酸含量低 但易感病 下图为选育低植酸抗病水稻品种的过程 图中两对相对性状分别由两对基因控制 并独立遗传 采用上图育种过程 需从 代开始筛选 经筛选淘汰后 在选留的植株中低植酸抗病纯合体所占的比例是 选留植株多代自交 经筛选可获得低植酸抗病性状稳定的品性 f2 1 9 解析 1 只有核糖中不含磷元素 atp 磷酸基团 核糖体 含rna 核膜 含磷脂 中均含有磷元素 2 芦苇能抑制水华的发生 表明芦苇引起与水华的藻类关系是竞争 3 植酸易同铁 钙等金属离子或蛋白质结合排出体外 是多种动物的抗营养因子 而植酸酶可降解植酸 因此在谷物类饲料中添加植酸酶可提高饲料的营养成分的利用率 4 分析图可知 植酸酶 需要经过两次离心 因此植酸酶 属于分泌蛋白 若植酸酶 和 的肽链组成不同 其差异体现在氨基酸的种类 数量和排列顺序的不同 从图中可看出 自变量可为温度或ph 因变量可以通过测定单位时间内植酸的降解量或植酸降解产物的生成量来表示 5 分析获取植酸酶基因的流程图可知 图中基因组文库大于cdna文库 b过程需要的酶应该是逆转录酶 因为a c过程都能获得含目的基因的菌株 所以可以使用同一种探针进行筛选 目的基因 和 除从构建的文库中分离外 还可以分别利用图中dna和cdna为模板直接进行pcr扩增 该过