高考生物一輪復(fù)習(xí) 選修三 現(xiàn)代生物科技專題 第34講 基因工程課件.ppt

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第34講基因工程 2017備考 江蘇最新考綱 1 基因工程的誕生 A 2 基因工程的原理及技術(shù) B 3 基因工程的應(yīng)用 B 4 蛋白質(zhì)工程 A 5 轉(zhuǎn)基因生物的安全性問題 A 6 生物武器對(duì)人類的威脅 A 考點(diǎn)一基因工程的基本工具及操作過程 自主梳理 1 基因工程的基本工具 1 限制性 核酸 內(nèi)切酶 來源 主要從生物中分離純化而來 作用 識(shí)別并切開相應(yīng)兩個(gè)核苷酸之間的 原核 特定的核苷酸序列 磷酸二酯鍵 結(jié)果 產(chǎn)生或平末端 如下圖所示 EcoR 限制酶識(shí)別的堿基序列是 切割位點(diǎn)在之間 Sma 限制酶識(shí)別的堿基序列是 切割位點(diǎn)在之間 說明限制酶具有 黏性末端 GAATTC G和A CCCGGG G和C 專一性 2 DNA連接酶 作用 將限制酶切割下來的DNA片段 類型 大腸桿菌 黏性末端 黏性末端和平末端 磷酸二酯鍵 拼接成DNA分子 雙鏈環(huán)狀DNA分子 限制酶切割位點(diǎn) 標(biāo)記基因 動(dòng)植物病毒 2 基因工程的操作程序 基因文庫(kù) PCR 啟動(dòng)子 標(biāo)記基因 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 花粉 管通道 顯微注射 DNA分子雜交 分子雜交 抗原 抗體雜交 個(gè)體生物學(xué)水平 跟進(jìn)題組 1 限制性核酸內(nèi)切酶Mun 和限制性核酸內(nèi)切酶EcoR 的識(shí)別序列及切割位點(diǎn)分別是 C AATTG 和 G AATTC 如圖表示四種質(zhì)粒和目的基因 其中箭頭所指部位為限制性核酸內(nèi)切酶的識(shí)別位點(diǎn) 質(zhì)粒的陰影部分表示標(biāo)記基因 適于作為圖示目的基因載體的質(zhì)粒是 解析由圖可知 質(zhì)粒B上無標(biāo)記基因 不適合作為載體 質(zhì)粒C和D的標(biāo)記基因上都有限制性核酸內(nèi)切酶的識(shí)別位點(diǎn) 只有質(zhì)粒A上既有標(biāo)記基因 且Mun 的切割點(diǎn)不在標(biāo)記基因上 答案A 基因工程操作基本工具的8個(gè)易錯(cuò)點(diǎn) 1 限制酶是一類酶 而不是一種酶 2 限制酶的成分為蛋白質(zhì) 其作用的發(fā)揮需要適宜的理化條件 高溫 強(qiáng)酸或強(qiáng)堿均易使之變性失活 3 在切割目的基因和載體時(shí)要求用同一種限制酶 目的是產(chǎn)生相同的黏性末端 4 將一個(gè)基因從DNA分子上切割下來 需要切兩處 同時(shí)產(chǎn)生4個(gè)黏性末端 5 不同DNA分子用同一種限制酶切割產(chǎn)生的黏性末端都相同 同一個(gè)DNA分子用不同的限制酶切割 產(chǎn)生的黏性末端一般不相同 6 限制酶切割位點(diǎn)應(yīng)位于標(biāo)記基因之外 不能破壞標(biāo)記基因 以便進(jìn)行檢測(cè) 7 基因工程中的載體與細(xì)胞膜上物質(zhì)運(yùn)輸?shù)妮d體不同 基因工程中的載體是DNA分子 能將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞內(nèi) 膜載體是蛋白質(zhì) 與細(xì)胞膜的通透性有關(guān) 8 基因工程中有3種工具 但工具酶只有2種 2 2015 四川卷 9 將蘇云金桿菌Bt蛋白的基因?qū)朊藁?xì)胞中 可獲得抗棉鈴蟲的轉(zhuǎn)基因棉 其過程如下圖所示 注 農(nóng)桿菌中Ti質(zhì)粒上只有T DNA片段能轉(zhuǎn)移到植物細(xì)胞中 1 過程 需用同種 酶對(duì)含Bt基因的DNA和Ti質(zhì)粒進(jìn)行酶切 為將過程 獲得的含重組質(zhì)粒的農(nóng)桿菌篩選出來 應(yīng)使用 培養(yǎng)基 2 過程 中將棉花細(xì)胞與農(nóng)桿菌混合后共同培養(yǎng) 旨在讓 進(jìn)入棉花細(xì)胞 除盡農(nóng)桿菌后 還須轉(zhuǎn)接到含卡那霉素的培養(yǎng)基上繼續(xù)培養(yǎng) 目的是 3 若過程 僅獲得大量的根 則應(yīng)在培養(yǎng)基中增加 以獲得芽 部分接種在無激素培養(yǎng)基上的芽也能長(zhǎng)根 原因是 4 檢驗(yàn)轉(zhuǎn)基因棉的抗蟲性狀 常用方法是 種植轉(zhuǎn)基因抗蟲棉能減少 的使用 以減輕環(huán)境污染 解析本題考查基因工程與植物細(xì)胞工程的相關(guān)知識(shí) 1 同種限制酶切割質(zhì)粒和含目的基因的DNA 可獲得相同的黏性末端 以構(gòu)建基因表達(dá)載體 重組質(zhì)粒含完整的卡那霉素抗性基因 故應(yīng)使用含卡那霉素的選擇培養(yǎng)基篩選含重組質(zhì)粒的農(nóng)桿菌 2 實(shí)驗(yàn)過程中將棉花細(xì)胞與農(nóng)桿菌混合后共同培養(yǎng) 其目的是利用含重組質(zhì)粒的農(nóng)桿菌將T DNA導(dǎo)入棉花細(xì)胞中 除去農(nóng)桿菌后在含卡那霉素的培養(yǎng)基上培養(yǎng) 其目的是篩選出含有目的基因的棉花細(xì)胞 3 培養(yǎng)基中生長(zhǎng)素用量與細(xì)胞分裂素用量比值高時(shí) 利于根的分化 抑制芽的形成 反之 有利于芽的分化 抑制根的形成 因芽頂端可合成生長(zhǎng)素 故接種在無激素的培養(yǎng)基上的芽也能長(zhǎng)根 4 可用投放棉鈴蟲的方法檢測(cè)抗蟲棉的抗蟲效果 轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的種植可減少農(nóng)藥使用量 從而減輕環(huán)境污染 答案 1 限制性核酸內(nèi)切選擇 2 T DNA篩選獲得T DNA片段的植物細(xì)胞 3 細(xì)胞分裂素濃度芽頂端合成的生長(zhǎng)素向基部運(yùn)輸 促進(jìn)根的分化 4 投放棉鈴蟲農(nóng)藥 基因工程操作程序中的 三 三 四 一 1 目的基因 三種獲取方法 從基因文庫(kù)中獲取 基因組文庫(kù) cDNA文庫(kù)如反轉(zhuǎn)錄形成的DNA 利用PCR技術(shù)擴(kuò)增 其實(shí)質(zhì)是在體外對(duì)目的基因進(jìn)行大量復(fù)制 用PCR儀控制溫度 變性 95 復(fù)性 55 延伸 72 通過DNA合成儀用化學(xué)方法人工合成 用于序列已知 且核苷酸數(shù)目較少者 2 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的 三種類型 導(dǎo)入植物細(xì)胞 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 花粉管通道法 基因槍法 導(dǎo)入動(dòng)物細(xì)胞 顯微注射法 導(dǎo)入受精卵 導(dǎo)入微生物細(xì)胞 使用Ca2 處理細(xì)胞 3 目的基因檢測(cè)與鑒定的 四個(gè)層面 4 基因工程操作的 一個(gè)核心 基因表達(dá)載體的構(gòu)建 基因表達(dá)載體的組成 構(gòu)建過程 考點(diǎn)二基因工程的應(yīng)用及蛋白質(zhì)工程 自主梳理 1 基因工程的應(yīng)用 1 動(dòng)物基因工程 用于提高動(dòng)物從而提高產(chǎn)品產(chǎn)量 用于改善畜產(chǎn)品品質(zhì) 用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn) 用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植的等 2 植物基因工程 培育抗蟲轉(zhuǎn)基因植物 抗病轉(zhuǎn)基因植物和轉(zhuǎn)基因植物 利用轉(zhuǎn)基因改良植物的 生長(zhǎng)速度 藥物 供體 抗逆 品質(zhì) 3 比較基因治療與基因診斷 基因表達(dá) 正?；?堿基互補(bǔ)配對(duì) DNA探針 2 蛋白質(zhì)工程 1 概念理解 基礎(chǔ) 蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系 操作 或基因合成 結(jié)果 改造了現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造出 目的 根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求 對(duì)進(jìn)行分子設(shè)計(jì) 2 蛋白質(zhì)工程的設(shè)計(jì)流程 基因修飾 新的蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 功能 蛋白 質(zhì)結(jié)構(gòu) 氨基 酸序列 脫氧核 苷酸序列 跟進(jìn)題組 1 2015 課標(biāo)卷 40 生物 選修3 現(xiàn)代生物科技專題 HIV屬于逆轉(zhuǎn)錄病毒 是艾滋病的病原體 回答下列問題 1 用基因工程方法制備HIV的某蛋白 目的蛋白 時(shí) 可先提取HIV中的 以其作為模板 在 的作用下合成 獲取該目的蛋白的基因 構(gòu)建重組表達(dá)載體 隨后導(dǎo)入受體細(xì)胞 2 從受體細(xì)胞中分離純化出目的蛋白 該蛋白作為抗原注入機(jī)體后 刺激機(jī)體產(chǎn)生的可與此蛋白結(jié)合的相應(yīng)分泌蛋白是 該分泌蛋白可用于檢測(cè)受試者血清中的HIV 檢測(cè)的原理是 3 已知某種菌導(dǎo)致的肺炎在健康人群中罕見 但是在艾滋病患者中卻多發(fā) 引起這種現(xiàn)象的根本原因是HIV主要感染和破壞了患者的部分 細(xì)胞 降低了患者免疫系統(tǒng)的防衛(wèi)功能 4 人的免疫系統(tǒng)有 癌細(xì)胞的功能 艾滋病患者由于免疫功能缺陷 易發(fā)生惡性腫瘤 解析 1 HIV是RNA病毒 其核酸是單鏈RNA 而在基因工程中構(gòu)建目的基因表達(dá)載體時(shí) 載體一般用的是質(zhì)粒 為雙鏈DNA 故先用逆轉(zhuǎn)錄酶催化HIV的RNA逆轉(zhuǎn)錄為DNA分子再進(jìn)行基因工程操作 2 本題涉及到了免疫學(xué)方面知識(shí) 抗原進(jìn)入機(jī)體后可以產(chǎn)生特異性免疫反應(yīng) 產(chǎn)生相應(yīng)的抗體 抗體與抗原特異性結(jié)合 3 HIV病毒主要破壞人體T細(xì)胞 4 免疫系統(tǒng)除了具有防衛(wèi)功能外 還有監(jiān)控和清除功能 監(jiān)控并清除體內(nèi)已經(jīng)衰老或因其他因素而被破壞的細(xì)胞 以及癌變的細(xì)胞 答案 1 RNA逆轉(zhuǎn)錄酶cDNA 或DNA 2 抗體抗原抗體特異性結(jié)合 3 T 或T淋巴 4 監(jiān)控和清除 2 2015 全國(guó)卷 40 已知生物體內(nèi)有一種蛋白質(zhì) P 該蛋白質(zhì)是一種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 由305個(gè)氨基酸組成 如果將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸 240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸 改變后的蛋白質(zhì) P1 不但保留P的功能 而且具有了酶的催化活性 回答下列問題 1 從上述資料可知 若要改變蛋白質(zhì)的功能 可以考慮對(duì)蛋白質(zhì)的 進(jìn)行改造 2 以P基因序列為基礎(chǔ) 獲得P1基因的途徑有修飾 基因或合成 基因 所獲得的基因表達(dá)時(shí)是遵循中心法則的 中心法則的全部?jī)?nèi)容包括 的復(fù)制 以及遺傳信息在不同分子之間的流動(dòng) 即 3 蛋白質(zhì)工程也被稱為第二代基因工程 其基本途徑是從預(yù)期蛋白質(zhì)功能出發(fā) 通過 和 進(jìn)而確定相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列 據(jù)此獲得基因 再經(jīng)表達(dá) 純化獲得蛋白質(zhì) 之后還需要對(duì)合成蛋白質(zhì)的生物 進(jìn)行鑒定 答案 1 氨基酸序列 或結(jié)構(gòu) 2 PP1DNA和RNA 或遺傳物質(zhì) DNA RNA RNA DNA RNA 蛋白質(zhì) 或轉(zhuǎn)錄 逆轉(zhuǎn)錄 翻譯 3 設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)推測(cè)氨基酸序列功能 蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較 易錯(cuò)易混防范清零 易錯(cuò)清零 易錯(cuò)點(diǎn)1誤認(rèn)為目的基因的插入是 隨機(jī) 的 點(diǎn)撥目的基因的插入位點(diǎn)不是隨意的 基因表達(dá)需要啟動(dòng)子與終止子的調(diào)控 所以目的基因應(yīng)插入到啟動(dòng)子與終止子之間的部位 若目的基因插入到啟動(dòng)子內(nèi)部 啟動(dòng)子將失去原功能 易錯(cuò)點(diǎn)2混淆啟動(dòng)子與起始密碼子 終止子與終止密碼子 不明確標(biāo)記基因的作用 點(diǎn)撥啟動(dòng)子 起始密碼子 終止子 終止密碼子 1 啟動(dòng)子 一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段 位于基因的首端 它是RNA聚合酶識(shí)別 結(jié)合的部位 2 終止子 一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段 位于基因的尾端 作用是使轉(zhuǎn)錄過程停止 3 起始密碼子和終止密碼子位于mRNA上 分別控制翻譯過程的啟動(dòng)和終止 4 標(biāo)記基因 一般為抗生素抗性基因或熒光基因等 其作用是鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因 目的基因是否導(dǎo)入成功 從而將含目的基因的細(xì)胞篩選出來 易錯(cuò)點(diǎn)3誤認(rèn)為切取目的基因與切取載體時(shí) 只能 使用 同一種酶 點(diǎn)撥 1 在獲取目的基因和切割載體時(shí)通常用同種限制酶 以獲得相同的黏性末端 但如果用兩種不同限制酶切割后形成的黏性末端相同時(shí) 在DNA連接酶的作用下目的基因與載體也可以連接起來 2 為了防止載體或目的基因的黏性末端自己連接即所謂 環(huán)化 可用不同的限制酶分別處理目的基因和載體 使目的基因兩側(cè)及載體上具有兩個(gè)不同的黏性末端 易錯(cuò)點(diǎn)4不能依據(jù)目的基因兩端的識(shí)別位點(diǎn)與運(yùn)載體中 啟動(dòng)子 終止子 之間的特定序列準(zhǔn)確選擇 限制酶 點(diǎn)撥限制酶選擇的注意事項(xiàng) 1 根據(jù)目的基因兩端的限制酶切點(diǎn)確定限制酶的種類 應(yīng)選擇切點(diǎn)位于目的基因兩端的限制酶 如圖甲可選擇Pst 不能選擇切點(diǎn)位于目的基因內(nèi)部的限制酶 如圖甲不能選擇Sma 為避免目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化和隨意連接 也可使用不同的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒 如圖甲也可選擇用Pst 和EcoR 兩種限制酶 但要確保質(zhì)粒上也有這兩種酶的切點(diǎn) 2 根據(jù)質(zhì)粒的特點(diǎn)確定限制酶的種類 所選限制酶要與切割目的基因的限制酶相一致 以確保具有相同的黏性末端 質(zhì)粒作為載體必須具備標(biāo)記基因等 所以所選擇的限制酶盡量不要破壞這些結(jié)構(gòu) 如圖乙中限制酶Sma 會(huì)破壞標(biāo)記基因 如果所選酶的切點(diǎn)不是一個(gè) 則切割重組后可能丟失某些片段 若丟失的片段含復(fù)制起點(diǎn)區(qū) 則切割重組后的片段進(jìn)入受體細(xì)胞后不能自主復(fù)制 規(guī)范答題 轉(zhuǎn)基因育種是利用遺傳轉(zhuǎn)化方法將有價(jià)值的外源基因?qū)胧荏w物種獲得轉(zhuǎn)化體 再將轉(zhuǎn)化體植株經(jīng)過常規(guī)育種程序加以選擇和培育 最后選育出具有優(yōu)良性狀的新品種 對(duì)于作物育種具有重大的意義 圖甲表示我國(guó)自主研發(fā)的轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米的主要培育流程 圖乙表示天然土壤農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒結(jié)構(gòu) 部分基因及限制性內(nèi)切酶作用位點(diǎn)如圖所示 請(qǐng)回答 1 找錯(cuò) 糾錯(cuò) 錯(cuò)答序號(hào) 正答 錯(cuò)答序號(hào) 正答 錯(cuò)答序號(hào) 正答 錯(cuò)答序號(hào) 正答 卡那霉素 四環(huán)素 害蟲抗性接種實(shí)驗(yàn)法 2 錯(cuò)因分析 序號(hào) 未能考慮到限制酶 也能識(shí)別限制酶 識(shí)別位點(diǎn)中的 GATC 片段 因此 若使用酶 切取質(zhì)粒將會(huì)導(dǎo)致T DNA片段全部切除序號(hào) 忽視了四環(huán)素抗性基因片段中含限制酶 識(shí)別位點(diǎn) 切割時(shí)已被破壞 而卡那霉素抗性基因并未被破壞序號(hào) 錯(cuò)將 個(gè)體水平 答作 分子水平 注序號(hào) 也可答作 或 或