高考生物 第1講 現(xiàn)代生物科技專(zhuān)題課件 新人教版選修3

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1、選修 現(xiàn)代生物科技專(zhuān)題 第一講基因工程第一講基因工程課前自主學(xué)習(xí) 拓展：質(zhì)粒載體質(zhì)粒是細(xì)菌擬核DNA外的環(huán)狀DNA小分子，可在細(xì)菌間轉(zhuǎn)移。質(zhì)粒是常用的轉(zhuǎn)基因載體。 病毒載體 病毒很適合用于基因治療。病毒的蛋白質(zhì)外殼內(nèi)能容納多達(dá)7 500個(gè)堿基的DNA片段。當(dāng)病毒侵染宿主細(xì)胞并在細(xì)胞內(nèi)增殖時(shí)，也將重組DNA帶入到細(xì)胞中。病毒已經(jīng)用于多次基因治療的臨床實(shí)驗(yàn)。這種方法存在的問(wèn)題是宿主對(duì)病毒的免疫反應(yīng)。 拓展：顯微注射,DNA可以通過(guò)顯微注射轉(zhuǎn)入動(dòng)物細(xì)胞中。下圖所示的是目的基因的多份拷貝正通過(guò)玻璃微型吸管注射到受精卵中。轉(zhuǎn)基因小鼠和家畜都是利用這種方法產(chǎn)生的，但是成功率很低；只有2%3%的受精卵發(fā)育成

2、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，在這些動(dòng)物中只有一小部分表達(dá)了轉(zhuǎn)入的基因。 基因槍法,這種方法是利用壓縮氣體產(chǎn)生的動(dòng)力將包裹在金屬顆粒表面的外源DNA打入生物組織中。常用的金屬顆粒有金粉粒子或鎢粉粒子。一些細(xì)胞能像表達(dá)自身基因一樣表達(dá)導(dǎo)入的外源DNA。課堂互動(dòng)探究 1.“分子手術(shù)刀”限制性核酸內(nèi)切酶(限制酶),(1)存在：主要存在于原核生物中。 (2)特性：一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列，并且能在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子?；蚬こ痰幕静僮鞴ぞ?(4)切割后末端的種類(lèi)：DNA分子經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式黏性末端和平末端(如圖所示)。當(dāng)限制酶在它識(shí)別序列的中軸線(xiàn)兩側(cè)將DNA的兩條鏈分

3、別切開(kāi)時(shí)，產(chǎn)生的是黏性末端，而當(dāng)限制酶在它識(shí)別序列的中軸線(xiàn)處切開(kāi)時(shí)，產(chǎn)生的則是平末端。 2“分子縫合針”DNA連接酶種類(lèi)EcoliDNA連接酶T4DNA連接酶來(lái)源大腸桿菌T4噬菌體功能特性只能將雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端之間的磷酸二酯鍵連接起來(lái)縫合兩種末端，但連接平末端的效率較低相同點(diǎn)都縫合磷酸二酯鍵，如圖 3.“分子運(yùn)輸車(chē)”載體 (1)載體具備的條件： 能在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存。 具有一個(gè)至多個(gè)限制酶切點(diǎn)，供外源DNA片段插入。 具有標(biāo)記基因，供重組DNA的鑒定和選擇。 (2)最常用的載體是質(zhì)粒，它是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、獨(dú)立于細(xì)菌擬核之外，并具有自我復(fù)制能力的雙鏈環(huán)狀DNA分子。

4、(3)其他載體：噬菌體的衍生物、動(dòng)植物病毒。 特別提醒獲取目的基因和切割載體時(shí)使用同一種限制酶，目的是產(chǎn)生相同的黏性末端。 獲取一個(gè)目的基因需限制酶剪切兩次，共產(chǎn)生4個(gè)黏性末端或平末端。 限制酶切割位點(diǎn)的選擇必須保證標(biāo)記基因的完整性，以便于檢測(cè)。 1據(jù)圖表回答問(wèn)題： 幾種限制酶識(shí)別序列及切割位點(diǎn)表 (1)假設(shè)所用的限制酶均能將所識(shí)別的位點(diǎn)完全切開(kāi)，采用EcoR和Pst酶切含有目的基因的DNA，能得到_種DNA片段。如果將質(zhì)粒載體和含目的基因的DNA片段只用EcoR酶切，酶切產(chǎn)物再加入DNA連接酶，其中由兩個(gè)DNA片段之間連接形成的產(chǎn)物有_、_、_。限制酶SmaEcoRPst切割位點(diǎn)CCCGGG

5、GGGCCCGAATTCCTTAAGCTGCAGGACGTC (2)為了防止目的基因和質(zhì)粒表達(dá)載體酶切后的末端任意連接，酶切時(shí)應(yīng)該選用的酶是_、_。 解析：(1)含目的基因的DNA分子上含有2個(gè)EcoR和1個(gè)Pst的酶切位點(diǎn)，三個(gè)切點(diǎn)全部切開(kāi)，則形成4種DNA片段。質(zhì)粒與含目的基因的DNA片段都用EcoR切割，目的基因兩端和質(zhì)粒的切口處的黏性末端相同，只考慮兩個(gè)DNA片段相連，則會(huì)形成三種連接產(chǎn)物，即質(zhì)粒與質(zhì)粒相連、質(zhì)粒與目的基因相連、目的基因與目的基因相連。為了防止自連，可選用EcoR和Sma兩種酶同時(shí)切割。 答案：(1)4質(zhì)粒載體質(zhì)粒載體連接物目的基因目的基因連接物質(zhì)粒載體目的基因連接物

6、(2)EcoRSma基因工程的操作程序及與蛋白質(zhì)工程的比較 1基因工程的操作程序分析 (1)目的基因的獲取途徑 從自然界中已有的物種中分離出來(lái)，如從基因組文庫(kù)或cDNA文庫(kù)中獲取。 人工合成目的基因 常用的方法有反轉(zhuǎn)錄法和化學(xué)合成法。 利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因 通過(guò)PCR技術(shù)可對(duì)已獲取的目的基因進(jìn)行擴(kuò)增，以獲取大量的目的基因。 (2)基因表達(dá)載體的構(gòu)建 拓展：插入的目的基因的表達(dá)需要調(diào)控序列，因而用作載體的質(zhì)粒的插入基因部位之前需有啟動(dòng)子，之后需有終止子。 兩次使用的限制酶為同一種酶，這樣形成的黏性末端堿基之間互補(bǔ)，便于連接。 (3)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞(轉(zhuǎn)化)生物種類(lèi)植物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞微生

7、物細(xì)胞常用方法農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法顯微注射技術(shù)Ca2處理法受體細(xì)胞體細(xì)胞受精卵原核細(xì)胞轉(zhuǎn)化過(guò)程將目的基因插入Ti質(zhì)粒的TDNA上農(nóng)桿菌導(dǎo)入植物細(xì)胞整合到受體細(xì)胞的DNA上表達(dá)將含有目的基因的表達(dá)載體提純?nèi)÷?受精卵)顯微注射受精卵發(fā)育獲得具有新性狀的動(dòng)物Ca2處理細(xì)胞感受態(tài)細(xì)胞重組表達(dá)載體DNA分子與感受態(tài)細(xì)胞混合感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子 (4)目的基因的檢測(cè)與鑒定類(lèi)型檢測(cè)內(nèi)容方法結(jié)果顯示分子檢測(cè)導(dǎo)入檢測(cè)目的基因是否進(jìn)入受體細(xì)胞DNA分子雜交(DNA和DNA之間)雜交帶轉(zhuǎn)錄檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA分子雜交(DNA和mRNA之間)雜交帶翻譯檢測(cè)目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì) 2.基因工程與蛋白質(zhì)工程的比

8、較項(xiàng)目區(qū)別與聯(lián)系蛋白質(zhì)工程基因工程區(qū)別過(guò)程預(yù)期蛋白質(zhì)功能設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列找到相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列獲取目的基因構(gòu)建基因表達(dá)載體將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測(cè)與鑒定實(shí)質(zhì)定向改造或生產(chǎn)人類(lèi)所需的蛋白質(zhì)定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類(lèi)所需的生物類(lèi)型或生物產(chǎn)品結(jié)果可生產(chǎn)自然界沒(méi)有的蛋白質(zhì)只能生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì) 2(2011山東高考)人類(lèi)疾病的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型常用于致病機(jī)理的探討及治療藥物的篩選。利用正常大鼠制備遺傳性高血壓轉(zhuǎn)基因模型大鼠的流程如下圖所示。 (1)卵母細(xì)胞除從活體輸卵管中采集外，還可從已處死的雌鼠_中獲取。 (2)圖中的高血壓相關(guān)基因作為_(kāi)，質(zhì)粒作為_(kāi)，

9、二者需用_切割后連接成重組載體，該過(guò)程與質(zhì)粒上含有_有關(guān)。 (3)子代大鼠如果_和_，即可分別在分子水平和個(gè)體水平上說(shuō)明高血壓相關(guān)基因已成功表達(dá)，然后可用其建立高血壓轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型。 (4)在上述轉(zhuǎn)基因大鼠的培育過(guò)程中，所用到的主要胚胎工程技術(shù)是_、早期胚胎培養(yǎng)和胚胎移植。 解析：本題主要考查基因工程、胚胎工程的相關(guān)知識(shí)，意在考查理解能力與綜合運(yùn)用能力。(1)卵母細(xì)胞可以從活體的輸卵管中采集，也可以從處死的雌鼠的卵巢中獲取。(2)根據(jù)題圖可以判斷高血壓相關(guān)基因?yàn)槟康幕?，質(zhì)粒是載體，二者需用同種限制酶切割后連接成重組載體，該過(guò)程需要目的基因和質(zhì)粒上有限制酶能識(shí)別的切割位點(diǎn)。(3)檢測(cè)高血壓相關(guān)

10、基因是否表達(dá)，在分子水平上可檢測(cè)對(duì)應(yīng)的蛋白質(zhì)是否合成，在個(gè)體水平上可觀察其是否表現(xiàn)出相應(yīng)的性狀。(4)從題圖中可以看出，所用到的胚胎工程技術(shù)主要有體外受精、早期胚胎培養(yǎng)和胚胎移植。 答案：(1)卵巢(2)目的基因載體同種限制性核酸內(nèi)切酶(或：同種限制酶)限制酶切割位點(diǎn)(3)檢測(cè)到體內(nèi)有相關(guān)蛋白出現(xiàn)高血壓(4)體外受精 1.如圖所示為部分雙鏈DNA片段，下列有關(guān)基因工程中工具酶功能的敘述錯(cuò)誤的是() A切斷a處的酶為限制酶 B連接a處的酶為DNA連接酶 C切斷b處的酶為解旋酶 D連接b處的酶為RNA聚合酶 解析：限制酶能識(shí)別特定的核苷酸序列，并且能在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子，通常形成黏性末端，

11、即能切割DNA鏈外側(cè)的磷酸二酯鍵(圖中的a處)，內(nèi)側(cè)堿基對(duì)之間的氫鍵(b處)可通過(guò)解旋酶解開(kāi)。DNA連接酶將切斷的磷酸二酯鍵進(jìn)行連接，即圖中的a處。RNA聚合酶的作用是催化DNA的轉(zhuǎn)錄。 答案：D 2(2013南京聯(lián)考)某科學(xué)家從細(xì)菌中分離出耐高溫淀粉酶(Amy)基因a，通過(guò)基因工程的方法，將a轉(zhuǎn)到馬鈴薯植株中，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)Amy在成熟塊莖細(xì)胞中存在，下列說(shuō)法正確的是() A基因a只有導(dǎo)入到馬鈴薯受精卵中才能表達(dá) B目的基因來(lái)自細(xì)菌，可以不需要載體直接導(dǎo)入受體細(xì)胞 C基因a導(dǎo)入成功后，將抑制細(xì)胞原有的新陳代謝，開(kāi)辟新的代謝途徑 D目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞后，可隨著馬鈴薯的DNA分子的復(fù)制而復(fù)制，傳給

12、子代細(xì)胞并表達(dá) 解析：培育轉(zhuǎn)基因植株可以以體細(xì)胞或受精卵作為受體細(xì)胞；目的基因必須借助載體才能導(dǎo)入受體細(xì)胞；目的基因?qū)氤晒?，不抑制?xì)胞原有的代謝途徑。 答案：D 3研究人員將魚(yú)的抗凍基因?qū)敕洋w內(nèi)，獲得抗凍能力明顯提高的番茄新品種。下列操作合理的是() A設(shè)計(jì)相應(yīng)DNA單鏈片段作為引物，利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因 B利用限制酶和DNA聚合酶構(gòu)建基因表達(dá)載體 C將基因表達(dá)載體導(dǎo)入番茄細(xì)胞之前需用Ca2處理細(xì)胞 D運(yùn)用DNA分子雜交技術(shù)檢測(cè)抗凍基因是否在番茄細(xì)胞中表達(dá) 解析：利用限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶構(gòu)建基因表達(dá)載體；將基因表達(dá)載體導(dǎo)入原核細(xì)胞之前需用Ca2處理，番茄細(xì)胞為真核細(xì)胞；

13、運(yùn)用抗原抗體雜交技術(shù)可檢測(cè)抗凍基因是否在番茄細(xì)胞中表達(dá)。 答案：A 4(2012福建高考)肺細(xì)胞中的let7基因表達(dá)減弱，癌基因RAS表達(dá)增強(qiáng)，會(huì)引發(fā)肺癌。研究人員利用基因工程技術(shù)將let7基因?qū)敕伟┘?xì)胞實(shí)現(xiàn)表達(dá)，發(fā)現(xiàn)肺癌細(xì)胞的增殖受到抑制。該基因工程技術(shù)基本流程如圖甲。 請(qǐng)回答： (1)進(jìn)行過(guò)程時(shí)，需用_酶切開(kāi)載體以插入let7基因。載體應(yīng)有RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位，以驅(qū)動(dòng)let7基因轉(zhuǎn)錄，該部位稱(chēng)為_(kāi)。 (2)進(jìn)行過(guò)程時(shí)，需用_酶處理貼附在培養(yǎng)皿壁上的細(xì)胞，以利于傳代培養(yǎng)。 (3)研究發(fā)現(xiàn)，let7基因能影響癌基因RAS的表達(dá)，其影響機(jī)理如圖乙。據(jù)圖分析，可從細(xì)胞中提取_進(jìn)行分子雜交

14、，以直接檢測(cè)let7基因是否轉(zhuǎn)錄。肺癌細(xì)胞增殖受到抑制，可能是由于細(xì)胞中_(填“RAS mRNA”或“RAS蛋白”)含量減少引起的。 解析：(1)過(guò)程為重組載體的構(gòu)建過(guò)程，需要限制性核酸內(nèi)切酶切開(kāi)載體，插入目的基因；RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位稱(chēng)為啟動(dòng)子。(2)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)中原代培養(yǎng)到傳代培養(yǎng)過(guò)程中，細(xì)胞出現(xiàn)貼壁生長(zhǎng)，用胰蛋白酶處理貼附在培養(yǎng)皿壁上的細(xì)胞，以利于傳代培養(yǎng)。(3)檢測(cè)let7基因是否轉(zhuǎn)錄，可采用DNARNA分子雜交技術(shù)，提取細(xì)胞中的RNA進(jìn)行分子雜交；由圖乙看出肺癌細(xì)胞增殖受抑制可能是翻譯過(guò)程受抑制，即RAS蛋白含量減少引起的。 答案：(1)限制性核酸內(nèi)切(或限制)啟動(dòng)子(2)胰蛋白(3)RNARAS蛋白