2高三一轮复习生物课件：专题一_基因工程

1、专题一基因工程知识网络知识排查考点诠解一、基因工程诞生的理论基础1基因拼接的理论基础(1)DNA是生物的主要遗传物质。(2)DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。(3)双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。2外源基因在受体内表达的理论基础(1)基因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中心法则阐述的信息流动方向。(3)生物界共用一套遗传密码。二、DNA重组技术的基本工具1限制性核酸内切酶(1)来源：原核生物。(2)在原核细胞中的作用：能将外来的DNA切断，即能够限制异源DNA的侵入并使之失去活力，但对自己的DNA却无损害作用，这样可以保护细胞原有的遗传信息。由于这种

2、切割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性核酸内切酶(简称限制酶)。(3)在基因工程中的作用特点：专一性：只能识别DNA分子中特定的核苷酸序列，且只能在每一条链中特定的部位进行切割，这种能被特异性识别的切割部位都具有回文序列。也就是在切割部位，一条链正向读的碱基顺序，与另一条链反向读的顺序完全一致。2DNA连接酶(1)作用实质：使两个DNA单链末端之间形成磷酸二酯键而连接成一个DNA。(2)常用种类及作用：DNA连接酶DNA聚合酶作用实质都是催化两个核苷酸之间形成磷酸二酯键是否需模板不需要需要连接DNA链双链单链作用过程在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键将单个核苷酸加到已存在的核酸片段的3端

3、的羟基上，形成磷酸二酯键作用结果将存在的DNA片段连接成重组DNA分子合成新的DNA分子3.基因进入受体细胞的载体(1)具备条件：对受体细胞无害，不影响受体细胞正常的生命活动。具标记基因。用肉眼无法看到载体是否进入受体细胞，只有载体带标记基因才能对重组DNA是否进入受体细胞进行鉴定。能自我复制。通过复制进行基因扩增，否则可能会使重组DNA丢失。具有一个或多个限制酶切点，供外源基因插入其中。这些供目的基因插入的限制酶切点所处位置必须是在质粒本身需要的基因之外，这样才不至于因目的基因(外源基因)插入而失活。(2)常用载体质粒：裸露的，结构简单且独立于细菌拟核DNA之外的，具有自我复制能力的小型环状

4、DNA分子。特别提醒：(1)在基因工程中使用运载体的目的有两个，一是作为运载工具，将目的基因送到受体细胞中；另一个目的是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制和保存。(2)运载体中供目的基因插入的限制酶切点位置应在质粒本身必需的重要基因之外，这样才不至于因外源基因的插入而导致质粒失活。特别提醒：(1)基因、基因文库、目的基因：基因是有遗传效应的DNA片段，是控制性状的遗传物质的基本结构和功能单位，基因的脱氧核苷酸序列代表遗传信息。基因文库是将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中通过克隆而储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，叫做基因文库。建立基因文库是为获得大量的目

5、的基因作准备。如果基因文库中含有一种生物的所有基因，这个基因文库叫做基因组文库。如果基因文库中含有一种生物的部分基因，这个基因文库就叫做部分基因文库，如 cDNA文库。目的基因是基因工程操作中需要的外源基因，它是编码某种蛋白质的结构基因，如生物的抗逆性基因、抗虫基因等。(2)基因组文库和 cDNA文库的比较：(3)DNA复制、PCR技术与基因克隆：DNA复制主要在细胞内完成，是以DNA的两条链为模板，根据碱基互补配对原则合成两个完全相同的DNA分子的过程。复制的条件是：以DNA双链为模板，以四种脱氧核苷酸为原料，需要线粒体供能，还需要多种酶，如解旋酶、DNA聚合酶等。PCR技术是一项在生物体外

6、复制特定DNA片段的核酸合成技术。它遵循的原理与DNA复制原理相同，条件是有一段已知目的基因的核苷酸序列和根据此核苷酸序列合成的引物；原料是四种脱氧核苷酸，也需要多种酶，如DNA聚合酶。在PCR扩增仪上自动复制。基因克隆：用多种限制酶或者机械的方法，将某种生物的细胞DNA切成不同片段，并把所有片段随机地分别连接到用同种限制酶切过的基因载体上，然后分别转移到适当受体细胞如细菌中，通过细胞增殖而构成各个片段的无性繁殖系。(4)PCR技术与DNA复制的比较：利用PCR技术获取目的基因的前提，是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物，引物是一小段DNA或RNA。DNA复制PCR技术

7、区别场所细胞内(主要是细胞核)生物体外酶解旋酶、DNA聚合酶热稳定DNA聚合酶过程边解旋边复制受热变性退火延伸多次重复相同点都是半保留复制方式都遵循碱基互补配对原则都需要酶、原料、引物、模板等条件2基因表达载体的构建重组载体的构建(1)表达载体的组成：目的基因启动子终止子标记基因。3将目的基因导入受体细胞转化特别提醒：在整个基因工程中，只有第三步将目的基因导入受体细胞过程中不发生碱基互补配对，其他步骤均发生。四、抗虫棉的抗虫机理和培育过程1抗虫棉的抗虫机理培育抗虫棉所用的基因来自苏云金芽孢杆菌。这种基因人工合成以后导入到棉花细胞内，使其在生长发育过程中合成一种毒蛋白，这种毒蛋白可以破坏害虫的消

8、化系统，使取食棉花的棉铃虫中毒死亡，从而达到灭虫效果，提高棉花的抗虫性。2抗虫棉的培育过程步骤过程基本原理获得毒蛋白基因用限制酶直接从苏云金芽孢杆菌DNA分子中剪取毒蛋白基因。或根据毒蛋白的氨基酸序列或其 mRNA人工合成毒蛋白基因人工合成毒蛋白基因是根据氨基酸与 mRNA的对应关系，以及 mRNA与基因间的碱基互补关系重组载体的构建从细菌中提取符合要求的质粒，用同一种限制酶切取，用DNA连接酶将毒蛋白基因连接在质粒上，形成重组载体用同一种限制酶切取的毒蛋白基因的两端碱基序列，与质粒切口的碱基序列相同，便于互补配对重组载体的转化与筛选将重组载体与棉花受精卵放在一起培养，使重组载体进入受体细胞，

9、然后在选择培养基上除去不含重组载体的细胞质粒上所具有的基因，能使重组细胞表现某种特性，使其在选择培养基上生存下来抗虫基因的表达与鉴定将含重组载体的受精卵在一定条件下培养成棉花植株，检测其是否具有抗虫性状五、基因工程的成果归纳总结类型项目外源基因类型及举例成果举例植物基因工程的成果抗虫转基因植物抗虫基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因抗虫水稻、抗虫棉、抗虫玉米抗病转基因植物抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因；抗真菌基因：几丁质酶基因、抗毒素合成基因抗病毒烟草、抗病毒小麦、抗病毒番茄、抗病毒甜椒抗逆转基因植物抗逆基因：渗透压调节基因、抗冻蛋白基因、抗

10、除草剂基因抗盐碱和抗干旱的烟草、抗寒番茄、抗除草剂的大豆和玉米改良品质的转基因植物优良性状基因：提高必需氨基酸含量的蛋白质编码基因、控制番茄成熟的基因、与花青素代谢有关的基因高赖氨酸玉米、耐储存番茄、新花色矮牵牛类型项目外源基因类型及举例成果举例动物基因工程的成果提高生长速度的转基因动物外源生长激素基因转基因绵羊、转基因鲤鱼改善畜产品品质的转基因动物肠乳糖酶基因乳汁中含乳糖较少的转基因牛生产药物的转基因动物药用蛋白基因乳腺蛋白基因的启动子转基因动物具有乳腺生物反应器作器官移植供体的转基因动物外源的抗原决定基因表达的调节因子或除去供体的抗原决定基因无免疫排斥的转基因克隆猪器官基因治疗体外基因治疗

11、腺苷酸脱氨酶基因治疗复合型免疫缺陷症体内基因治疗治疗囊性纤维化病基因治疗遗传性囊性纤维化病特别提醒：基因治疗是治疗人类遗传病的根本方法，但由于尚未全面了解基因调控机制和疾病致病的分子机理，基因治疗只处于初期的临床试验阶段。热点突破题型一基因工程操作的基本工具典例1如图是含某目的基因的DNA片段，据图回答下列问题。(1)根据图示可知，若用 EcoR和Sma限制酶切割，则此DNA片段可有_个限制酶切割位点，切割后共有_种_个切割末端。(2)EcoR限制酶切割后形成的末端是_末端，在图中用笔标出切割部位。(3)如果EcoR限制酶切割形成的目的基因片段要导入受体细胞，一般需要_作载体。其应具备的特点有

12、：_、_、_。(4)EcoliDNA连接酶连接目的基因和载体时连接的是图中_(填字母)部位的化学键。(5)若某限制酶的识别序列和切点是GGATCC，限制酶的识别序列和切点是GATC。在质粒上有酶的一个切点，在目的基因的两侧各有1个酶的切点。请画出质粒和目的基因两侧分别被限制酶和限制酶切割形成黏性末端的过程。技巧点拨：上题第(5)题易漏画目的基因，而只是画出两侧的DNA序列。题型二基因工程的操作过程分析典例2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

13、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_。(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_(填“相同”或“不同”)，根本原因是_。解析：(1)利用RNA

14、获取DNA，一般采用逆转录的方法，在这一过程中需要逆转录酶；(2)目的基因与载体结合，先用限制性内切酶在目的基因和载体上切出相同的黏性末端，将目的基因片段插入运载体的切口处，再加入适量DNA连接酶，将黏性末端连接起来；(3)选择性扩增后得到的含有遗传信息的DNA片段(S蛋白基因)，直接导入大肠杆菌细胞内，在不与其DNA整合的情况下，不进行复制和转录，得不到相应的蛋白质；(4)通过大肠杆菌合成的S蛋白，结构和功能可能会发生变化，可与人体内产生的抗S蛋白的抗体进行抗原抗体特异性反应，以此进行检测；(5)各种生物都共用一套遗传密码，因此转入相同的目的基因，表达出的蛋白质一般应相同。答案：(1)逆转录

15、(2)DNA连接载体S蛋白基因(3)复制合成S蛋白基因的mRNA(4)大肠杆菌中表达的S蛋白SARS康复病人血清(5)相同表达蛋白质所用的基因相同且共用一套遗传密码题型三基因工程的应用典例3继哺乳动物乳腺生物反应器研究成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答：(1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是_。(2)进行基因转移时，通常要将外源基因转入_中，原因是_。(3)通常采用_技术检测外源基因是否插入到了小鼠的基因组。(4)在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的_细胞中特异表达。(5)为使外源基因在后代长期保持，可将转基因小鼠体细胞的_转入_细胞中构成重组细胞，使其发育成与供体具有相同性状的个体，该技术称为_。解析：(1)将目的基因导入受体细胞的方法，因受体细胞的种类不同而不同。将目的基因导入动物细胞，采用最多也最有效的方法是显微注射法。(2)作为动物基因工程的受体细胞通常是受精卵，因为受精卵具有全能性，可使目的基因在相应组织中得以表达。(3)在