高三一轮复习生物基因工程课件

第1课时

基因工程的原理和技术一轮复习

基因工程考点一

基因工程及其工具1.基因工程的定义与发展历程基因新的遗传性状表达所需要产物传递和表达遗传密码的破译工具酶载体2.基因工程的理论基础3.基因工程的概念解构目的基因基因重组受体分子遗传性状工具剪刀胶水分子运输车限制性内切核酸酶DNA连接酶载体4.基因工程工具（1）限制性内切核酸酶——“分子手术刀”细菌特定的一小段核苷酸序列磷酸二酯键黏性末端

确切来说应该是催化磷酸二酯键断开即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。*EcoRⅠ识别序列为GAATTC，切割部位为GA之间的磷酸二酯键。一个限制酶切割一次形成____个黏性末端同一种限制酶切割形成的黏性末端________两个黏性末端有____个游离的磷酸基团。两相同2EcoRⅠ

↓BamHⅠ：5’-GGATCC-3’↓BglⅠ：5’-AGATCT-3’5’-GGATCC-3’3’-CCTAGG-5’5’-AGATCT-3’3’-TCTAGA-5’不同的限制酶可能切割形成相同的黏性末端①将一个基因从DNA分子上切割下来需要切断4个磷酸二酯键，同时产生四个黏性末端或平末端。②限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物DNA分子中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。

一个基因从DNA分子上切下来，需要切

处，产生

个黏性末端，断

个磷酸二酯键，需要

个水。

黏性末端限制酶DNA连接酶与DNA聚合酶的区别与联系相同点：都是催化磷酸二酯键形成的酶不同点：DNA聚合酶连接的是游离的脱氧核苷酸，需要模板；

DNA连接酶连接的是DNA片段。名称作用部位作用底物作用结果应用限制性内切核酸酶磷酸二酯键

将

切断,形成黏性末端或平末端基因工程和基因诊断、法医鉴定等

连接酶磷酸二酯键

片段将两个

片段连接成一个重组

分子基因工程

聚合酶磷酸二酯键脱氧核苷酸将单个脱氧核苷酸连接到

子链末端,形成子代

复制、

酶（水解酶）磷酸二酯键

将

水解成游离的脱氧核苷酸水解

名称作用部位作用底物作用结果应用

解旋酶氢键

打开双链,形成

单链

复制

聚合酶磷酸二酯键和氢键

、核糖核苷酸打开

双链的同时将单个核糖核苷酸连接到新合成的

单链末端转录和

复制逆转录酶磷酸二酯键脱氧核苷酸将单个脱氧核苷酸连接到以为模板逆转录形成的

单链末端逆转录（3）基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”质粒稳定存在限制酶切割位点独立于细菌拟核之外的较小的环状DNA分子克隆载体与表达载体克隆载体表达载体用于大量扩增外源DNA的载体使目的基因既能扩增又能表达出相应蛋白质的载体作为基因的克隆载体，需要哪些元件呢？①载体的区别②构件作为基因的表达载体，需要哪些元件呢？便于重组DNA分子的筛选有限制酶切割位点保证连接保证转录保证转录保证复制基因表达载体的结构(1)请用图示法写出限制性内切核酸酶Ⅰ和限制性内切核酸酶Ⅱ切割后形成黏性末端的过程。限制性内切核酸酶Ⅱ：限制性内切核酸酶Ⅰ：(2)切割图示中的目的基因和质粒应选用哪类限制酶？请说明理由。提示用限制酶Ⅱ切割目的基因，用限制酶Ⅰ切割质粒。限制酶的选择原则(1)不破坏目的基因。(2)保留标记基因、启动子、终止子、复制原点。(3)确保出现相同黏性末端：通常选择与切割目的基因相同的限制酶切割质粒，如图中PstⅠ；为避免目的基因和质粒自身环化和反向连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图也可选择PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶。

CA.①②③④

B.①②④③

C.①④②③

D.①④③②2.基因工程中要使目的基因在受体细胞中稳定存在并能够表达和发挥作用,需要选择合适的载体,下列有关基因工程中载体的说法,正确的是(

)

D

（1）原理

核蛋白变性

蛋白质冷酒精絮状沉淀物沸水浴二苯胺蓝色项目溶解规律

溶液

溶液

溶解析出蛋白质溶液物质的量浓度从

逐渐降低的过程中，蛋白质溶解度逐渐增大部分发生盐析沉淀溶解

（1）原理

核蛋白变性

蛋白质冷酒精絮状沉淀物沸水浴二苯胺蓝色（2）过程研磨液尼龙纱布上清液冷酒精玻璃棒二苯胺试剂冷酒精

选项试剂操作作用A研磨液与生物材料混合提取溶解

B

溶液与提取出的

混合溶解

C冷却的酒精加入离心后的上清液中溶解

D二苯胺试剂加入溶解有的

溶液中鉴定

C

D

第2课时

基因工程的操作步骤一轮复习

基因工程基因工程的基本操作程序:1、获取目的基因、2、构建重组DNA分子、3、将重组DNA分子导入受体细胞、4、检测目的基因及其表达产物等。考点二

基因工程的基本操作步骤一、基因的结构

转录转录外显子连续二、基因工程的基本操作程序（一）获取目的基因四种方法化学合成法从基因组文库中获取从部分基因文库，如

文库中获取通过

技术体外扩增过程蛋白质的氨基酸序列

推测

的核苷酸序列

推测结构基因的核苷酸序列

化学合成目的基因供体细胞中的

限制酶许多

片段

插入载体

导入受体菌群（基因组文库）

分离目的基因目的基因的

逆转录单链

合成双链

插入载体

导入受体菌群文库

分离目的基因变性

退火

延伸基因组文库：含有某种生物全部基因片段的克隆群体。（1）建立基因组文库基因组文库：含有某种生物全部基因片段的克隆群体。（1）建立基因组文库某生物所有DNA特定的限制酶基因组所有基因每个基因和载体结合重组DNA分子导入受体菌基因组文库真核细胞的cDNA的获取编码区非编码区非编码区DNA聚合酶剪接有关的酶RNA聚合酶mRNA前体mRNA单链DNAcDNA逆转录酶转录加工逆转录复制启动子终止子基因不含非编码序列。即不含非编码区和内含子由于基因的选择性表达，不同组织细胞的cDNA文库是不同的，同一组织细胞在不同的发育阶段，cDNA文库也有差异。例如，胰岛素基因的cDNA只能在由胰岛β细胞建立的cDNA文库中找到。（2）建立cDNA基因文库双链DNA片段（cDNA）某种生物的成熟mRNA单链DNA导入受体菌中储存cDNA文库逆转录酶DNA聚合酶与载体连接二、基因工程的基本操作程序（一）获取目的基因四种方法化学合成法从基因组文库中获取从部分基因文库，如

文库中获取通过

技术体外扩增过程蛋白质的氨基酸序列

推测

的核苷酸序列

推测结构基因的核苷酸序列

化学合成目的基因供体细胞中的

限制酶许多

片段

插入载体

导入受体菌群（基因组文库）

分离目的基因目的基因的

逆转录单链

合成双链

插入载体

导入受体菌群文库

分离目的基因变性

退火

延伸

（4）农杆菌转化法（3）基因枪法。

双子叶植物和裸子植物单子叶植物

⑥植物组织培养③农杆菌与植物细胞共培养（农杆菌感染植物细胞）①获取Ti质粒②目的基因插入T-DNA，形成重组Ti质粒⑤筛选

？④去除农杆菌两次拼接、两次导入C.农杆菌转化法的两次拼接和两次导入：①第一次拼接：___________________________________。②第二次拼接（非人工操作）：指___________________________________________________。③第一次导入：_______________________________。④第二次导入（非人工操作）：指_________________________________。

D.转化方法：①可以将新鲜的从叶片上取下的圆形小片与农杆菌共培养,然后筛选转化细胞,并再生成植株；受体细胞是体细胞。②可以将花序直接浸没在含有农杆菌的溶液中一段时间,然后培养植株并获得种子,再进行筛选、鉴定等；受体细胞是受精卵。

（1）方法：常用____________。显微注射法（2）选择受精卵作为受体细胞的理由：①________，易操作。②__________，易培养成完整个体。体积大全能性高

（3）过程：（4）优点与缺点：优点：繁殖快，单细胞，遗传物质相对较少，易于培养。缺点：原核生物作为受体细胞产生的真核生物的蛋白质通常没有生物活性，需要在体外进行再加工。（四）检测目的基因及其表达产物1.下列有关获取目的基因的叙述，错误的是(

)

A

2.为了增加菊花花色类型，研究者从其他植物中克隆出花色基因C（图甲），拟将其与质粒（图乙）重组，再借助农杆菌导入菊花中。下列操作与实验目的不符的是(

)

C

B

1.实验原理

变性退火延伸琼脂糖凝胶电泳亚甲基蓝

蒸馏水2.方法步骤

微量移液器微量离心管

原理：DNA半保留复制（反应体系）：耐高温的DNA聚合酶（TaqDNA聚合酶）四种脱氧核苷三磷酸（dNTP）DNA模板引物稳定的缓冲溶液（一般添加Mg2+）含目的基因的DNA模板、dNTP、引物、TaqDNA聚合酶、缓冲液引物引物其实就是引子，是一小段单链DNA，是作为DNA复制的起始点，决定PCR扩增产物的特异性和长度。1.概念：2.引物的长度：其长度常用的是15～30bp过短导致特异性低。3.引物的种类：PCR扩增时应有两种引物，即分别能与两条模板链配对的两种单链DNA。4.结合位点：由于DNA复制只能是5'→3'进行，而DNA的两条单链又是反向平行的。5.设计引物的要求：要考虑长度、G/C碱基对的数目外，还要避免两个引物间发生互补，避免自身互补发生折叠等。模板链的3’端2.方法步骤

微量移液器微量离心管

原理：DNA半保留复制PCR过程:DNA模板4种脱氧核苷三磷酸

（dNTP）耐高温的TaqDNA聚合酶引物5'3'3'5'5'3'3'5'3'5'5'3'变性90-95℃退火50-60℃延伸72℃5'3'5'3'5'3'3'5'如何鉴定PCR产物是我们所需的DNA片段？琼脂糖凝胶电泳：带电粒子在电场作用下，向与其携带电荷相反的电极迁移的过程原理：不同带点粒子因分子大小、形状、所带电荷等因素不同，迁移速度会有差异电泳技术的应用：分离、鉴定、纯化核酸和蛋白质的常用方法DNA片段根据长度大小在凝胶上分开，形成不连续的条带，每个条带包含的DNA片段长度是相同的。（分离）DNA本身是无色的，凝胶中的DNA分子可以用荧光或放射性染料对DNA进行标记，或使用亚甲基蓝将DNA染成蓝色，在波长为300nm的紫外灯下被检测出来。DNA相对分子质量标准物（DNAMarker）是一组已知长度的和含量的标准DNA片段混合物，在电泳中能作为参照物（鉴定）。不同的DNAMarker所含的DNA片段的长度和含量是不同的。含有DNA条带的凝胶可以用刀片切割下来，回收凝胶中的DNA，从而达到提纯的目的。（2）琼脂糖凝胶电泳胶盒加样孔内亚甲基蓝蓝色

对点训练[2024·浙江1月选考]锌转运蛋白在某种植物根部细胞特异性表达并定位于细胞质膜,具有吸收和转运环境中Zn2+的功能。为研究该植物2种锌转运蛋白M和N与吸收Zn2+相关的生物学功能,在克隆M、N基因基础上,转化锌吸收缺陷型酵母,并进行细胞学鉴定。回答下列问题:(1)锌转运蛋白基因M、N克隆。以该植物

为材料提取并纯化mRNA,反转录合成cDNA,根据序列信息设计引物进行PCR扩增,PCR每个循环第一步是进行热变性处理,该处理的效果类似于生物体内

的作用效果。PCR产物琼脂糖凝胶电泳时,DNA分子因为含

而带负电荷,凝胶点样孔端应靠近电泳槽负极接口。当2个PCR产物分子量接近时,若延长电泳时间,凝胶中这2个条带之间的距离会

。回收DNA片段,连接至克隆载体,转化大肠杆菌,测序验证。

根变长

解旋酶磷酸基团(2)重组表达载体构建。分别将含M、N基因的重组质粒和酵母表达载体同时进行双酶切处理,然后利用

连接,将得到的重组表达载体转化大肠杆菌。用PCR快速验证重组转化是否成功,此反应可以用大肠杆菌悬液当模板的原因是

。

DNA连接酶热变性使大肠杆菌细胞破裂,DNA流出(3)酵母菌转化。取冻存的锌吸收缺陷型酵母菌株,直接在固体培养基进行

培养,活化后接种至液体培养基采用

以扩大菌体数量,用重组表达载体转化酵母菌。检测M、N基因在受体细胞中的表达水平,无显著差异。

划线振荡培养(4)转基因酵母功能鉴定。分别将转化了M、N基因的酵母菌株于液体培养基中培养至OD600为0.6。将菌液用

法逐级稀释至OD600为0.06、0.006和0.0006,然后各取10μL菌液用涂布器均匀涂布在固体培养基上,培养2天,菌落生长如图。该实验中阴性对照为

。由实验结果可初步推测:转运蛋白M和N中,转运Zn2+能力更强的是

,依据是

。

梯度稀释转入N基因的这组酵母菌数量多

锌吸收缺陷型酵母+空载体N注:OD600为波长600nm下的吸光值,该值越大,菌液浓度越高;空载体为未插入M或N基因的表达载体。[2024·浙江1月选考]小鼠毛囊中表达F蛋白。为研究F蛋白在毛发生长中的作用,利用基因工程技术获得了F基因敲除的突变型纯合体小鼠,简称f小鼠,突变基因用f表示。f小鼠皮毛比野生型小鼠长50%,表现出毛绒绒的样子,其他表型正常。(注:野生型基因用+表示;f杂合子基因型用+f表示)回答下列问题:(1)F基因敲除方案如图甲。在F基因的编码区插入了一个DNA片段P,引起F基因产生

,导致mRNA提前出现终止密码子,使得合成的蛋白质因为缺失了

而丧失活性。要达到此目的,还可以对该基因的特定碱基进行

和

。

编码序列错位/基因突变(部分)氨基酸序列替换去除/缺失3(2)从野生型、f杂合子和f小鼠组织中分别提取DNA,用限制酶HindⅢ酶切,进行琼脂糖电泳,用DNA探针检测。探针的结合位置如图甲,检测结果如图乙,则f小鼠和f杂合子对应的DNA片段分别位于第

泳道和第

泳道。

2子代全部为野生型/短毛(3)g小鼠是长毛隐性突变体(gg),表型与f小鼠相同。f基因和g基因位于同一条常染色体上。f杂合子小鼠与g小鼠杂交,若杂交结果是

,则g和f是非等位基因;若杂交结果是

,则g和f是等位基因。(注:不考虑交叉互换;野生型基因用+表示;g杂合子基因型用+g表示)

野生型∶突变型(短毛∶长毛)=1∶1(4)确定g和f为等位基因后,为进一步鉴定g基因,分别提取野生型(++)、g杂合子(+g)和g小鼠(gg)的mRNA,反转录为cDNA后用与(2)小题同样的DNA探针和方法检测,结果如图丙。g小鼠泳道没有条带的原因是

。组织学检查发现野生型和g杂合子表达F蛋白,g小鼠不表达F蛋白,因此推测F蛋白具有的作用:

。

基因突变丢失了启动子,导致无法转录出mRNA,反转录没有产物,检测不出结果抑制毛发生长第3课时

基因工程的应用、生物技术的安全与伦理一轮复习

基因工程考点一

基因工程及其延伸技术应用广泛一、基因工程改善了人类的生活品质应用领域优点或举例基因诊断运用核酸分子杂交、_____等技术进行基因诊断基因治疗向有基因缺陷的细胞中引入__________的基因,以____________基因的缺陷,达到治疗的目的基因工程药物①转基因植物用于生产__________；②哺乳动物的乳腺作为____________生产蛋白质类药物；③转基因________成为理想的合成蛋白质的分子工厂转基因动物可为研究__________提供模型法医鉴定运用限制酶剪切、______、______分子杂交等技术转基因植物所需时间较短,克服了远缘亲本难以杂交的缺陷保护生态环境获得转基因工程菌

正常功能

纠正或补偿药物蛋白生物反应器微生物疾病机理电泳核酸基因工程蛋白质工程操作环境（场所）生物体外生物体外操作对象基因基因操作起点目的基因预期的蛋白质功能实质（目的）定向改造生物的遗传特性,以获得人类所需要的生物类型或生物产品定向改造或生产人类所需的蛋白质结果生产自然界已存在的蛋白质可以创造出自然界不存在的蛋白质联系蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程,因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质必须通过改造或合成基因实现基因工程和蛋白质工程的比较天然胰岛素制剂容易形成二聚体或六聚体，皮下注射后往往要逐渐解离为单体，才能发挥作用，在一定程度上延缓了疗效。科学家利用蛋白质工程（基本思路见下图）研发出速效胰岛素，已在临床上广泛应用。下列有关叙述正确的是(

)

C

考点二

生物技术的安全与伦理二、理性看待转基因技术的应用1.关于转基因食品的安全性（1）担心转入的外源基因或__________是否对人畜有毒。（2）担心转入了控制________基因的植物产品是否会对______人群造成不利影响。基因