一轮复习浙科版基因工程与蛋白质工程（25张）课件

高考

生物浙江省专用第十单元生物技术与工程专题二十六基因工程与蛋白质工程考点一基因工程一、基因工程的基本工具1.限制酶(限制性内切核酸酶)2.DNA连接酶3.载体1)条件:①含有复制起点,能够独立自主复制并稳定存在;②具有一至多种限制酶识别序列;③具有标记基因。来源主要是细菌等微生物结果形成黏性末端或平末端来源主要是大肠杆菌、T4噬菌体主要种类E.coliDNA连接酶和T4DNA连接酶,前者只连接

黏性末端,后者既可连接黏性末端,又可连接平末

端2)种类:质粒(最常用),噬菌体,动、植物病毒等。3)作用:携带外源DNA片段进入受体细胞。4)特点:可在受体细胞中自我复制或整合到受体DNA上,随受体DNA同步

复制。二、基因工程的基本操作程序1.获取目的基因1)化学合成法:需要已知目的基因全部序列,成本高。适用于合成序列较

短的基因。2)借助载体建立基因文库(基因组文库、cDNA文库)。3)利用PCR获取和扩增目的基因①原理:DNA半保留复制。②前提:已知目的基因的一段核苷酸序列,以便根据这一序列合成引物。③条件:模板(DNA母链)、引物(2种)、TaqDNA聚合酶和原料(4种dNTP)

等。

④⑤结果:1个DNA→2n个DNA(n为扩增循环次数)。⑥鉴定:常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR产物。【名师点拨】引物结合位置不在模板链端部时,第三次循环才能出现双

链等长的目标DNA片段(如图)。

1)目的:使目的基因在受体细胞中稳定存在、表达、发挥作用并可遗传

给下一代。2)基因表达载体的构成

3.将重组DNA分子导入受体细胞1)植物细胞:农杆菌转化法、花粉管通道法等。2)动物细胞:常用显微注射法。2.构建重组DNA分子3)原核细胞:常用Ca2+处理原核细胞,使之成为感受态细胞,然后将重组载

体导入细胞。4.检测目的基因及其表达产物1)分子水平

2)个体生物学水平:是否表现特定性状并稳定遗传。考点二基因工程的应用与蛋白质工程一、基因工程的应用1.医疗制药:基因诊断、基因治疗、基因工程药物、转基因动物模型。2.法医鉴定:DNA指纹。3.农牧业育种:如抗虫棉、转乳糖酶基因奶牛。4.环境保护:转基因工程菌。二、蛋白质工程1.出现的缘由:基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。2.手段:改造或合成基因。3.目的:改造现有蛋白质或制造新蛋白质。4.基本思路:预期蛋白质功能→设计预期蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列或合成新基因→获得所

需蛋白质。考点三DNA的粗提取和鉴定1.实验原理1)DNA在2mol/L的NaCl溶液中溶解度高,DNA钠盐不溶于酒精而某些蛋

白质能溶于酒精。2)沸水浴条件下,DNA与二苯胺反应呈蓝色。2.实验步骤:研磨(生物组织+研磨液)→过滤(得到含DNA的滤液)→离心

→加冷酒精(得到白色絮状物)→用二苯胺鉴定。考点四生物技术的安全与伦理一、转基因生物的安全性1.转基因生物存在安全性问题的原因1)目前对基因结构、基因间的相互作用及基因的调控机制等了解有限。2)目的基因往往是异种生物的基因。3)外源基因插入宿主细胞的部位往往是随机的。2.对转基因生物安全性的争论:在转基因食品的安全性、转基因作物的

环境安全性两方面存在激烈的争论。3.建立合理的风险评估原则,对转基因生物进行科学检测和管理。二、生物技术中的伦理问题1.治疗性克隆与生殖性克隆1)治疗性克隆:用于修复或替代受损的细胞、组织和器官,以治疗疾病,属

于细胞水平。2)生殖性克隆:用于生育、获得人的复制品,属于个体水平。2.我国不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验。三、生物武器1.生物战剂:起伤害作用的微生物、毒素。2.中国坚决支持禁止生物武器的主张,奉行不发展、不生产、不储存生

物武器的政策,并反对扩散生物武器。限制酶识别并切割双链DNA的特定

序列磷酸二酯键得到DNA片段,并

在两端形成黏性末端或平末端构建表达载体/重组DNA分子DNA连接酶连接两个DNA片

段

形成重组DNA分

子

DNA聚合酶在脱氧核苷酸链

的3'端添加单个脱氧核苷酸

合成DNA子链DNA复制解旋酶破坏碱基间的氢键氢键解开螺旋的DNA双链

逆转录酶以RNA为模板合成DNA磷酸二酯键形成脱氧核苷酸链逆转录、基因工

程TaqDNA聚合酶约72℃时催化DNA子链延伸磷酸二酯键形成脱氧核苷酸链PCR名称作用作用部位结果参与过程1.列表比较与DNA有关的酶提升一与基因工程中工具酶相关的问题分析2.“解析法”突破难点——限制酶的选择

图甲

图乙Ti质粒1)质粒和目的基因所在片段都有切割位点。2)不能选在目的基因、启动子、终止子、复制起点等处有切割位点的限

制酶,防止破坏这些元件。3)标记基因有多个时,至少保留一个标记基因。4)若用Ti质粒,目的基因必须插入T-DNA序列。5)为避免目的基因和质粒的自身环化、随意连接,可使用两种限制酶同

时切割目的基因和质粒。综合图甲、图乙可知:最宜选用BamHⅠ和EcoRⅠ进行双酶切。提升二目的基因的检测与鉴定1.检测受体细胞是否含有目的基因、目的基因是否转录出特定mRNA。1)方法一:核酸分子杂交原理:利用双链DNA分子变性、复性(退火)以及碱基互补配对原则,使用

含目的基因特有序列的DNA片段作探针(含放射性/荧光标记),利用放射

自显影等技术进行鉴定。2)方法二:PCR、逆转录+PCR原理:根据目的基因的序列设计特异性引物,①检测是否含有目的基因:提

取受体细胞总DNA作模板,进行PCR,然后电泳观察是否有条带。②检测

目的基因是否转录:提取受体细胞总RNA作模板,先逆转录出cDNA,以

cDNA作模板进行PCR,然后电泳观察是否有条带。2.载体上标记基因辅助鉴定、筛选的原理

3.检测目的基因是否翻译出相应蛋白质:采用抗原-抗体杂交,从转基因生

物中提取蛋白质(作抗原),与相应抗体杂交,依据是否出现杂交带检测目

的基因是否翻译出相应蛋白质。4.检测转基因生物是否表现出符合需求的性状:采用抗虫、抗病毒等接种实验,进行个体生物学水平的鉴定。应用基因工程在医药生产中的应用情境材料口蹄疫由口蹄疫病毒引起,该病毒的VP1基因表达的蛋白可诱

导动物机体产生中和抗体。科学家将VP1基因转入拟南芥、马铃薯、

烟草和苜蓿中,均引起动物产生了抗口蹄疫病毒的特异性免疫反应,这些

研究成果极大地促进了口蹄疫疫苗的研究。由于烟草的毒性、马铃薯

块茎难以生食等因素,转基因植物疫苗难以直接用于口服。胡萝卜易于

组织培养和转化,且可以生食,是生产口服疫苗理想的“生物反应器”。

因此以胡萝卜为转化受体,研究VP1基因在转基因胡萝卜中的表达情况,

为进一步研究利用转基因植物生产口服疫苗提供了一条新途径。问题探究(1)构建表达载体的目的是什么?要点点拨(1)使目的基因在受体细胞中稳定存在、表达、发挥作用并遗

传给下一代。(3)农杆菌含Ti质粒,当农杆菌侵染植物细胞后,能将Ti质粒上的T-DNA转

移至被侵染的细胞,并将其整合到该细胞的染色体DNA上。(2)用农杆菌转化法将VP1基因转入胡萝卜细胞,其原理是什么?创新基因诊断与基因编辑技术一、基因诊断基因诊断:又称DNA诊断,是采用基因检测的方法判断患者是否出现基因

异常或携带病原体。比如,新冠肺炎核酸检测(荧光定量PCR)。

通过PCR仪器中的激发光源和发射光检测器,可检测到每个PCR循环中

释放出来的荧光基团发出的荧光,产生的荧光强度直接可反映被扩增的

靶DNA量。二、CRISPR/Cas9基因编辑技术1.技术背景:CRISPR/Cas系统是细菌体内演化出的一套防御系统,用于破

坏侵入的病毒DNA分子。CRISPR类似于一个“资料库”,储存多种病毒

的DNA片段;Cas类似于“武器库”,表达各种Cas蛋白,用于切割相应病毒

的DNA。细菌CRISPR/Cas系统工作示意图:2.CRISPR/Cas9基因编辑技术科学家从细菌体内挑选出了一种CRISPR/Cas9体系(由靶基因的向

导RNA和Cas9蛋白构成的复合体),向导RNA在基因组中负责寻找靶基因

并与其结合,Cas9蛋白在向