高中生物第十一单元现代生物科技专题第37讲基因工程省公开课一等奖新名师获奖课件

第十一单元当代生物科技专题第37讲基因工程第1页考情分析·备考导航最新考纲全国卷六年考题统计全国卷六年考题分值统计1.基因工程诞生(Ⅰ)2.基因工程原理及技术(含PCR技术)(Ⅱ)全国Ⅰ卷T40;全国Ⅲ卷T40;全国Ⅰ卷T40;全国Ⅱ卷T40;全国Ⅰ卷T40;全国卷T403.基因工程应用(Ⅱ)4.蛋白质工程(Ⅰ)全国Ⅱ卷T40;全国Ⅰ卷T40第2页知识梳理

自主学习扎实基础1.基因工程概念考点一基因工程基本工具项目详细内容别名基因拼接技术或DNA重组技术供体提供

.原理

.操作环境生物体外操作水平

.受体表示目标基因结果取得新生物类型和生物产品优点克服障碍;生物性状目标基因基因重组分子水平符合人们需要远缘杂交不亲和定向改造第3页2.基因工程基本工具(1)限制性核酸内切酶(简称:

)①起源:主要是从

生物中分离纯化出来。②作用:识别特定

并切开特定部位两个核苷酸之间

。③结果:产生

或平末端。(2)DNA连接酶①种类:按起源可分为E·coliDNA连接酶和

。②作用:将双链DNA片段“缝合”起来,恢复被限制酶切开两个核苷酸之间

。限制酶原核核苷酸序列磷酸二酯键黏性末端T4DNA连接酶磷酸二酯键第4页(3)载体①种类:

、λ噬菌体衍生物、动植物病毒等。②质粒特点质粒限制酶切割位点标识基因【深挖教材】(1)为何不一样生物基因能够拼接起来?提醒:基因拼接理论基础①DNA是生物主要遗传物质;②DNA基本组成单位都是四种脱氧核苷酸;③双链DNA分子空间结构都是规则双螺旋结构。第5页(2)为何一个生物基因能够在另一个生物细胞内表示?提醒:外源基因在受体内表示理论基础①基因是控制生物性状独立遗传单位;②遗传信息传递都遵照中心法则阐述信息流动方向;③生物界共用一套遗传密码。(3)限制酶主要存在于原核生物中,它有什么意义?提醒:限制酶在原核生物中主要是切割外源DNA,使之失效,从而到达保护自己目标。(4)原核生物中限制酶为何不切割本身DNA? 提醒:原核生物中不存在该酶识别序列或识别序列已被修饰。第6页重点透析

剖析考点拓展深化1.限制酶(1)识别序列特点:展现碱基互补对称,不论是奇数个碱基还是偶数个碱基,都能够找到一条中心轴线,如,以中心线为轴,两侧碱基互补对称;以为轴,两侧碱基互补对称。(2)切割后末端种类第7页2.与DNA分子相关酶(1)DNA相关六种酶比较名称作用部位作用底物作用结果限制酶磷酸二酯键DNA将DNA切成两个片段DNA连接酶磷酸二酯键DNA片段将两个DNA片段连接为一个DNA分子DNA聚合酶磷酸二酯键脱氧核苷酸以单链DNA为模板,将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端DNA(水解)酶磷酸二酯键DNA将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸解旋酶碱基对之间氢键DNA将双链DNA分子局部解旋为单链,形成两条长链RNA聚合酶磷酸二酯键核糖核苷酸以单链DNA为模板,将单个核糖核苷酸依次连接到单链末端第8页(2)限制酶与DNA连接酶关系【易错点拨】(1)限制酶是一类酶,而不是一个酶限制酶成份为蛋白质,其作用发挥需要适宜理化条件,高温、强酸或强碱均易使之变性失活。(2)基因工程中载体与细胞膜上物质运输载体不一样基因工程中载体是DNA分子,能将目标基因导入受体细胞内;膜载体是蛋白质,与细胞膜通透性相关。(3)DNA连接酶作用时并不需要模板DNA连接酶是把两个含有相同末端DNA片段经过磷酸二酯键连接起来。第9页题组例练

分类例练提炼方法1.(·全国Ⅲ卷,40)图(a)中三个DNA片段上依次表示出了EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三种限制性内切酶识别序列与切割位点,图(b)为某种表示载体示意图(载体上EcoRⅠ、Sau3AⅠ切点是唯一)。依据基因工程相关知识,回答以下问题:(1)经BamHⅠ酶切后得到目标基因能够与上述表示载体被

酶切后产物连接,理由是

。

解析:(1)由题图(a)三种限制酶识别序列可知,BamHⅠ酶与Sau3AⅠ酶切割目标基因与表示载体后产生片段含有相同黏性末端。答案:(1)Sau3AⅠ两种酶切割后产生片段含有相同黏性末端第10页(2)若某人利用图(b)所表示表示载体取得了甲、乙、丙三种含有目标基因重组子,如图(c)所表示。这三种重组子中,不能在宿主细胞中表示目标基因产物有

,不能表示原因是

。

解析:(2)构建基因表示载体时,目标基因应插入在开启子和终止子之间,甲中目标基因插入在开启子上游,丙中目标基因插入在终止子下游,二者目标基因均不能被转录。答案:(2)甲和丙甲中目标基因插入在开启子上游,丙中目标基因插入在终止子下游,二者目标基因均不能被转录第11页(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来酶,常见有

和

,其中既能连接黏性末端又能连接平末端是

。

解析:(3)常见DNA连接酶有E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶,其中T4DNA连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端。答案:(3)E·coliDNA连接酶T4DNA连接酶T4DNA连接酶第12页2.(·江西九江二模)苏云金芽孢杆菌(Bt)能产生含有杀虫能力毒蛋白。图甲是转Bt毒蛋白基因植物重组DNA形成过程示意图;图乙是毒蛋白基因进入植物细胞后发生两种生物大分子合成过程。回答以下问题:第13页(1)将图甲①DNA用HindⅢ、BamHⅠ完全酶切后,反应管中有

种DNA片段。过程②两片段经过

键相连。

(2)假设图甲中质粒原来BamHⅠ识别位点碱基序列变为了另一个限制酶BclⅠ碱基序列,现用BclⅠ和HindⅢ切割质粒,则该图甲中①DNA右侧还选择BamHⅠ进行切割,则

(填“能”或“不能”)取得所需重组质粒吗?理由是

。

解析:(1)图甲中①DNA含有两个BamHⅠ酶切割位点,含有一个HindⅢ酶切割位点,所以用HindⅢ、BamHⅠ完全酶切①中DNA后,反应管中有4种DNA片段;过程②两片段经过磷酸二酯键相连。(2)据图分析,因为BamHⅠ和BclⅠ切割DNA后露出碱基序列相同,质粒原来BamHⅠ识别位点碱基序列变为限制酶BclⅠ碱基序列,用BclⅠ和HindⅢ切割质粒,用BamHⅠ和HindⅢ切割目标基因,仍能取得重组质粒。答案:(1)4磷酸二酯(2)能切割后露出碱基序列相同第14页(3)若上述假设成立,并成功形成重组质粒,则重组质粒

(填“能”或“不能”)被HindⅢ切开,

(填“能”或“不能”)被BamHⅠ切开。

解析:(3)质粒和目标基因都被HindⅢ切割,形成相同黏性末端,则形成重组质粒还能被HindⅢ切割;质粒原来BamHⅠ识别位点碱基序列变为了另一个限制酶BclⅠ碱基序列,则形成黏性末端是,而目标基因被BamHⅠ切割,则形成黏性末端,则形成重组DNA片段是,所以不能被BamHⅠ识别,也不能被切割;依据酶切位点和识别碱基序列可知,重组质粒只能被HindⅢ但不能被BamHⅠ切开。答案:(3)能不能—T—ACTAG—G—CCTAG—TGATCC—ACTAGG第15页(4)图乙中α链是

。不一样组织细胞相同DNA进行过程③时启用起始点

(在“都相同”“都不一样”或“不完全相同”中选择),其原因是

。

解析:(4)从图乙可知,α链形成是以DNA一条链作为模板进行转录形成信使RNA分子;不一样组织细胞相同DNA在转录时,相同基因普通转录起点相同,不一样基因转录起点不一样,原因是基因选择性表示。答案:(4)mRNA不完全相同不一样组织细胞中基因会进行选择性表示第16页限制酶选择方法(1)应选择切点位于目标基因两端限制酶,如图甲可选择PstⅠ。不能选择切点位于目标基因内部限制酶,如图甲不能选择SmaⅠ。(2)切割质粒时,普通所选限制酶要与切割目标基因限制酶一致,以确保含有相同黏性末端。质粒作为载体必须具备标识基因、开启子和终止子等,所以所选择限制酶不要破坏这些结构(如图乙中限制酶SmaⅠ会破坏标识基因),且切割位点应位于开启子和终止子之间以利于目标基因插入和表示;假如所选限制酶切点不是一个,则切割重组后可能丢失一些片段,若丢失片段含复制原点区,则切割重组后片段进入受体细胞后不能自主复制。(3)为防止目标基因和质粒本身环化和随意连接,可使用两种不一样限制酶切割目标基因和质粒,如图甲可选择用PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种限制酶切点)。方法突破第17页知识梳理

自主学习扎实基础1.基因工程基本操作程序考点二基因工程基本操作程序及应用基因文库PCR开启子标识基因农杆菌转化显微注射DNA分子杂交抗原—抗体杂交第18页2.PCR技术(1)原理:

。(2)条件①模板:

。②酶:热稳定DNA聚合酶(

)。③引物:分别与

相结合。④原料:四种

。DNA双链复制DNA母链TaqDNA聚合酶单链对应互补序列脱氧核苷酸第19页(3)过程90～95解旋↓↓55～60引物70～75TaqDNA聚合酶第20页3.基因工程应用(1)动物基因工程:用于提升动物

;用于改进畜产品品质;用转基因动物生产

;用转基因动物作器官移植

等。(2)植物基因工程:培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和

转基因植物;利用转基因改良植物

。【深挖教材】(1)基因工程操作过程中,哪些步骤中含有碱基互补配对现象?提醒:基因工程操作过程中第一、二、四步中均含有碱基互补配对现象,而只有第三步没有。(2)动物基因工程中,为何常选动物受精卵作为受体细胞?提醒:受精卵全能性高,能使目标基因在对应组织和器官中得以表示。(3)基因工程成功标志是什么?提醒:目标基因在受体细胞中得以表示。生长速度药品供体抗逆品质第21页重点透析

剖析考点拓展深化1.获取目标基因方法(1)从基因文库中获取:包含基因组文库和cDNA文库等。(2)人工合成目标基因惯用方法①化学合成法:已知核苷酸序列较小基因,直接利用DNA合成仪用化学方法合成,不需要模板。②反转录法:以RNA为模板,在逆转录酶作用下人工合成。(3)经过PCR技术扩增目标基因①目标:经过指数式扩增获取大量目标基因。第22页②PCR技术与DNA复制比较PCR技术DNA复制相同点原理DNA复制(碱基互补配对)原料四种游离脱氧核苷酸条件模板、ATP、酶、原料、引物等不一样点解旋方式DNA在高温下变性解旋解旋酶催化场所体外复制(PCR扩增仪)主要在细胞核内酶热稳定DNA聚合酶(TaqDNA聚合酶)细胞内含有DNA聚合酶结果在短时间内形成大量DNA片段形成整个DNA分子第23页2.基因表示载体构建(1)组成及作用(2)构建过程第24页3.将目标基因导入受体细胞生物种类植物动物微生物惯用方法农杆菌转化法显微注射法感受态细胞法受体细胞体细胞受精卵原核细胞转化过程将目标基因插入到Ti质粒T-DNA上→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞DNA→表示将含有目标基因表示载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→取得含有新性状动物Ca2+处理细胞→感受态细胞→重组表示载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子第25页4.目标基因检测与判定第26页5.基因治疗与基因诊疗基因治疗基因诊疗原理基因重组及基因表示DNA分子杂交方法将正常基因导入有基因缺点细胞中,使该基因表示产物发挥功效,以抵达治疗目标制作特定DNA探针与病人样品DNA混合分析,依据碱基互补配对标准,分析杂交带情况进展临床试验临床应用【易错点拨】开启子≠起始密码子,终止子≠终止密码子开启子和终止子位于DNA片段上,分别控制转录过程开启和终止;起始密码子和终止密码子位于mRNA上,分别控制翻译过程开启和终止。第27页题组例练

分类例练提炼方法1.(·全国Ⅰ卷,40)某一质粒载体如图所表示,外源DNA插入到Ampr或Tetr中会造成对应基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因,Tetr表示四环素抗性基因)。有些人将此质粒载体用BamHⅠ酶切后,与用BamHⅠ酶切取得目标基因混合,加入DNA连接酶进行连接反应,用得到混合物直接转化大肠杆菌。结果大肠杆菌有未被转化,有被转化。被转化大肠杆菌有三种,分别是含有环状目标基因、含有质粒载体、含有插入了目标基因重组质粒大肠杆菌。回答以下问题:第28页解析:(1)质粒能作为基因工程载体条件是质粒能自我复制、含有标识基因、含有一至多个酶切位点等。答案:(1)能自我复制、含有标识基因(1)质粒载体作为基因工程工具,应具备基本条件有

.

(答出两点即可),

而作为基因表示载体,除满足上述基本条件外,还需含有开启子和终止子。第29页解析:(2)用含有氨苄青霉素培养基对未被转化大肠杆菌和被转化三种大肠杆菌进行筛选时,未被转化大肠杆菌和仅含环状目标基因大肠杆菌均不含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均不能生长,故二者无法区分;含有质粒载体大肠杆菌和含有插入了目标基因重组质粒大肠杆菌均含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均能生长,故二者也无法区分,但前者细胞内还含有四环素抗性基因,而后者细胞内含有重组质粒在插入目标基因时四环素抗性基因被破坏,所以在含有四环素固体培养基上前者能生长,后者不能生长。(2)二者均不含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均不生长含有质粒载体含有插入了目标基因重组质粒(或答含有重组质粒)二者均含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均能生长四环素(2)假如用含有氨苄青霉素培养基进行筛选,在上述四种大肠杆菌细胞中,未被转化和仅含环状目标基因细胞是不能区分,其原因是

;

而且

和

细胞也是不能区分,其原因是

。

在上述筛选基础上,若要筛选含有插入了目标基因重组质粒大肠杆菌单菌落,还需使用含有

固体培养基。

第30页(3)基因工程中,一些噬菌体经改造后能够作为载体,其DNA复制所需原料来自于

。

解析:(3)噬菌体侵染受体细胞后,在受体细胞内利用受体细胞脱氧核苷酸来进行DNA复制。答案:(3)受体细胞第31页解析:(1)人工合成法是依据蛋白质氨基酸序列,推测出信使RNA序列,再推测出对应基因核苷酸序列,进行人工合成目标基因;利用PCR技术可进行体外大量扩增目标基因。(2)基因表示载体构建是基因工程关键步骤,需要用限制酶将目标基因和载体进行切割,断开磷酸二酯键,再用DNA连接酶连接形成重组DNA。答案:(1)脱氧核苷酸序列PCR(2)基因表示载体构建DNA连接酶2.(·山东青岛一模)某高校研发幽门螺杆菌疫苗为基因工程疫苗,对该菌引发胃炎、胃溃疡等疾病含有很好预防效果,其有效成份是一个该菌表面抗原蛋白质。回答以下问题:(1)依据表面抗原蛋白质氨基酸序列推测出目标基因

,进行人工合成,然后经过

技术大量扩增。

(2)基因工程关键步骤是

,要利用

连接被限制酶切开磷酸二酯键。

第32页(3)目标基因进入受体细胞内,而且在受体细胞内维持稳定和表示过程,称为

。最终翻译是否成功,惯用检测方法是

。

(4)试验证实,一定时间内间隔口服该疫苗3次效果更加好,其主要原因是体内产生

细胞数量增多,造成取得免疫预防作用更强,连续时间更久。

解析:(3)转化是指将目标基因导入受体细胞内,而且在受体细胞内维持稳定和表示过程;惯用抗原—抗体杂交法检测最终翻译是否成功。(4)一定时间内间隔口服该疫苗3次,属于二次免疫反应,体内产生记忆细胞数量增多,造成取得免疫预防作用更强,连续时间更久、效果更加好。答案:(3)转化抗原—抗体杂交(4)记忆第33页知识梳理

自主学习扎实基础蛋白质工程(1)概念了解①基础:蛋白质分子结构规律及其与生物功效关系。②操作:

或基因合成。③结果:改造现有蛋白质或制造出

。④目标:满足人类生产和生活需求。(2)操作过程从预期

出发→设计预期

→推测应有

→找到相对应

(基因)→基因表示→产生需要蛋白质。考点三蛋白质工程基因修饰新蛋白质蛋白质功效蛋白质结构氨基酸序列脱氧核苷酸序列第34页重点透析

剖析考点拓展深化蛋白质工程与基因工程比较项目区分与联络蛋白质工程基因工程区分过程预期蛋白质功效→设计预期蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到相对应脱氧核苷酸序列获取目标基因→构建基因表示载体→将目标基因导入受体细胞→目标基因检测与判定实质定向改造或生产人类所需蛋白质定向改造生物遗传特征,以取得人类所需生物类型或生物产品结果可生产自然界没有蛋白质只能生产自然界已经有蛋白质联络①蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来第二代基因工程②基因工程中所利用一些酶需要经过蛋白质工程进行修饰、改造第35页题组例练

分类例练提炼方法1.糖尿病是近年来高发“富贵病”,常见类型有遗传型糖尿病和Ⅱ型糖尿病。遗传型糖尿病主要病因之一是胰岛受损。科研机构作出以下设计:取糖尿病患者细胞,将人正常胰岛素基因导入其中,然后做细胞培养,诱导产生胰岛组织,重新植入患者胰岛,使胰岛恢复功效。Ⅱ型糖尿病需要注射胰岛素治疗。当前临床使用胰岛素制剂注射后120min后才出现高峰,与人体生理状态不符。科研人员经过一定工程技术伎俩,将胰岛素B链28号和29号氨基酸交换,取得了速效胰岛素,已经过临床试验。第36页解析:(1)对遗传型糖尿病进行基因治疗方案中,胰岛素基因称为目标基因;PCR技术可在体外快速扩增目标基因;将该基因导入动物细胞最有效方法是显微注射法。(2)基因工程步骤中关键步骤是基因表示载体构建。答案:(1)目标基因PCR显微注射法(2)基因表示载体构建(目标基因与运载体结合)(1)对遗传型糖尿病进行基因治疗方案中,胰岛素基因称为

,试验室中要先对该基因利用

技术进行扩增。将该基因导入正常细胞所用方法是

。

(2)对遗传型糖尿病患者进行治疗基因工程步骤中关键步骤是

.

。

第37页解析:(3)图中流程A是预期蛋白质功效,流程B是对应氨基酸序列。(4)蛋白质工程指以蛋白质分子结构规律及其与生物功效关系作为基础,经过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造,或制造一个新蛋白质,以满足人类生产和生活需要。答案:(3)预期蛋白质功效对应氨基酸序列(4)修饰合成改造(3)科研人员利用蛋白质工程合成速效胰岛素,该技术试验流程为:其中,流程A是

,流程B是

。

(4)与基因工程相比,蛋白质工程是以蛋白质分子结构规律及其与生物功效关系作为基础,经过基因

或基因

,对现有蛋白质进行

,制造一个新蛋白质,以满足人类生产和生活需要。

第38页解析:(1)蛋白质功效由蛋白质三维结构决定,而蛋白质三维结构与氨基酸序列相关,所以,若要改变蛋白质功效,能够考虑对蛋白质氨基酸序列进行改造。(2)P基因与P1基因根本区分是碱基序列不一样,所以能够经过对P基因进行修饰取得P1基因,也能够直接合成P1基因。中心法则内容包含遗传信息复制、转录、逆转录和翻译。答案:(1)氨基酸序列(或结构)(2)PP1DNA和RNA(或遗传物质)DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录、翻译)2.(·全国Ⅱ卷,40