高三生物三轮考前冲刺12 基因工程(课件共23张PPT)

(共23张PPT)
(十二)基因工程
高三生物三轮考前冲刺
1.基因工程:按照人们的愿望,进行严格的设计,通过 和 ,赋予生物以新的遗传特性,创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程是在 水平上进行设计和施工的,又叫作DNA重组技术。
体外DNA重组
转基因技术
DNA分子
2.基因工程的基本工具
(1)“分子手术刀”——
来源:主要是从 中分离纯化出来的。
功能:能够识别双链DNA分子的某种 的核苷酸序列,并且使每一条链中 部位的两个核苷酸之间的 断开,因此具有 性。
结果:经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有 和　
两种形式。
限制性核酸内切酶(限制酶)
原核生物
特定
特定
磷酸二酯键
专一
平末端　
黏性末端　
(2)“分子缝合针”—— 　
两种DNA连接酶(E·coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶)的比较:
相同点:都缝合 键。
不同点:E·coli DNA连接酶只能将双链DNA片段互补的 之间的磷酸二酯键连接起来;而T4 DNA连接酶能缝合 ,但连接平末端的效率较 。
DNA连接酶　
磷酸二酯
黏性末端　
两种末端　
低
(3)“分子运输车”——　 　
①载体具备的条件:能在受体细胞中 ;具有一至多个 　,供外源DNA片段插入;具有　 　 ,供重组DNA的鉴定和选择。
②最常用的载体是　 　,它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌拟核DNA之外,并具有 的双链　 　DNA分子。
③其他载体:　 。
载体
复制并稳定保存
限制酶酶切位点
标记基因
质粒
自我复制能力
环状
λ噬菌体的衍生物、动植物病毒
3.基因工程的基本操作程序
(1)第一步:　 　
①目的基因是指 。
②原核基因采取 获得,真核基因是人工合成。人工合成
目的基因的常用方法有 和 。
③PCR技术扩增目的基因
原理: 。
过程:a.加热至90~95 ℃, ;b.冷却到55~60 ℃,　 结合到互补DNA链;c.加热至70~75 ℃, 从引物起始进行互补链的合成。
目的基因的获取
编码蛋白质的结构基因
直接分离
反转录法
化学合成法
DNA双链复制
DNA解链
引物
热稳定DNA聚合酶
(2)第二步:　 　
①目的:使目的基因在受体细胞中 ,并且可以 给下一代,使目的基因能够 。
②组成: + + + 。
启动子是一段有特殊结构的 ,位于基因的 ,是 识别和结合的部位,能驱动基因 ,最终获得所需的蛋白质。
终止子也是一段有特殊结构的 ,位于基因的 。
标记基因的作用:为了鉴别受体细胞中 ,从而将
筛选出来。常用的标记基因是 。
基因表达载体的构建
稳定存在
遗传
尾端
目的基因
启动子
终止子
标记基因
DNA片段
首端
RNA聚合酶
转录出mRNA
DNA片段
是否含有目的基因
含有目
的基因的细胞
抗生素基因
表达和发挥作用
(3)第三步:
①转化的概念:
。
②常用的转化方法:
将目的基因导入植物细胞:采用最多的方法是 ;其次还有 ,这是单子叶植物中常用的一种基因转化方法,但是成本较高; 是我国科学家独创的一种方法,是一种十分简便经济的方法(我国的转基因抗虫棉就是用此种方法获得的)。
将目的基因导入受体细胞
目的基因进入受体细胞内,并且在受体细胞内维持
稳定和表达的过程
农杆菌转化法
基因枪法
花粉管通道法
将目的基因导入动物细胞:最常用的方法是 。此方法的受体细胞多是 。
将目的基因导入微生物细胞: 。
重组目的基因导入受体细胞后,筛选含有基因表达载体受体细胞的依据是 是否表达。
显微注射技术
受精卵
感受态细胞法
标记基因
(4)第四步:　 　
①首先要检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因,方法是
。
②其次还要检测目的基因是否转录出了mRNA,方法是 。
③最后检测目的基因是否翻译成蛋白质,方法是 。
④有时还需进行　 的鉴定。如转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。
目的基因的检测和鉴定
DNA分子杂交技术
分子杂交技术
抗原—抗体杂交技术
个体生物学水平
4.基因工程的应用
植物基因工程:抗虫、抗病、抗逆转基因植物,利用转基因改良植物的品质。
动物基因工程:提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物。
基因治疗:把正常的外源基因导入病人体内,使该基因表达产物发挥作用。
5.蛋白质工程的概念
蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础,通过 或 ,对 进行改造,或制造 ,以满足人类的生产和生活的需求。(基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质)
基因修饰
基因合成
现有蛋白质
一种新的蛋白质
要领1　熟记基础知识,深入理解,吃透教材。
要领2　学会审题,认真审题,全面准确掌握题干信息,理解分析出题目的考核点。
【例】 (2021·全国乙卷)用DNA重组技术可以赋予生物以新的遗传特性,创造出更符合人类需要的生物产品。在此过程中需要使用多种工具酶,其中4种限制性核酸内切酶的切割位点如图所示。
请回答下列问题:
(1)常用的DNA连接酶有E·coli DNA连接酶和T4DNA连接酶。上图中
酶切割后的DNA片段可以用E·coli DNA连接酶连接。上图中 酶切割后的DNA片段可以用 T4 DNA连接酶连接。
(2)DNA连接酶催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成的化学键是　 　　　　　。
EcoRⅠ、PstⅠ、SmaⅠ和EcoR V
磷酸二酯键
答案
EcoRⅠ、PstⅠ
(3)DNA重组技术中所用的质粒载体具有一些特征,如质粒DNA分子上有复制原点,可以保证质粒在受体细胞中能　 　　　;质粒DNA分子上有 　　　　　　　　　,便于外源DNA插入;质粒DNA分子上有标记基因(如某种抗生素抗性基因),利用抗生素可筛选出含质粒载体的宿主细胞,方法是
　。
(4)表达载体含有启动子,启动子是指
　 。
一至多个限制酶酶切位点
自我复制
用含有该抗生素的培养基培养宿主细胞,能够存活的即为含有质粒载体的宿主细胞
位于基因首端的一段特殊DNA序列,是RNA聚合酶识别及结合的部位,能驱动转录过程
解析
答案
解题思路 (1)限制酶EcoRⅠ和PstⅠ切割形成的是黏性末端,限制酶SmaⅠ和EcoR V切割形成的是平末端。E·coli DNA连接酶来源于大肠杆菌,只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来,而T4 DNA连接酶来源于T4噬菌体,可用于连接黏性末端和平末端。因此图中EcoRⅠ和PstⅠ切割后的DNA片段(黏性末端)可以用E·coli DNA连接酶连接,除了这两种限制酶切割的DNA片段,限制酶SmaⅠ和EcoR V切割后的DNA片段(平末端)也可以用T4 DNA连接酶连接。
(2)DNA连接酶将两个DNA片段连接形成磷酸二酯键。(3)质粒是小型环状的DNA分子,常作为基因表达的载体,首先质粒上含有复制原点,能保证质粒在受体细胞中自我复制。质粒DNA分子上有一个至多个限制性核酸内切酶的酶切位点,便于目的基因的导入。质粒上的标记基因是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因,具体做法是用含有该抗生素的培养基培养宿主细胞,能够存活的即为含有质粒载体的宿主细胞。(4)启动子是一段特殊结构的DNA片段,位于基因的首端,它是RNA聚合酶识别和结合的部位,有了它才能驱动基因转录出mRNA,最终获得需要的蛋白质。
1.科学家开发出一种转基因水稻,可用于生产3种HIV中和蛋白,包括
1种抗体(单克隆抗体2G12)和2种糖结合蛋白(凝集素griffithsin、凝集素cyanovrin-N)。这3种蛋白质能够阻止HIV与人类细胞的相互作用,这也是首次利用植物生产出药用蛋白。请回答下列相关问题:
(1)2G12抗体基因较小,其序列易被测得,可采用 获取,通过该方法获取的目的基因通常需要在其首端添加启动子,启动子的作用是 。
化学方法人工合成
答案
作为RNA聚合酶识别和结合的位点,以驱动基因转录
(2)利用PCR技术获得糖结合蛋白基因时,加热到90~95 ℃的作用与细胞内DNA复制时 酶的作用类似,上述加热过程破坏了DNA双链分子中的 (填化学键名称)。
(3)将目的基因导入受体细胞的方法中,由我国科学家独创的是
为检测糖结合蛋白基因是否成功导入受体细胞,可采用 技术。
(4)与利用动物乳腺生产药用蛋白相比,利用植物生产药用蛋白的优势在于 (答出2点)。
花粉管通道法
解析
解旋
氢键
DNA分子杂交
不受性别的限定、生产周期更短、更容易大规模培养
答案
解析 (1)由于2G12抗体基因较小,其序列易被测得,因此可采用化学方法人工合成获取。启动子的作用是作为RNA聚合酶识别和结合的位点,以驱动基因转录。(2)利用PCR技术获得目的基因时,加热到90~95 ℃的作用与细胞内DNA复制时解旋酶的作用类似,加热过程破坏了DNA双链分子中碱基对之间的氢键。(3)将目的基因导入受体细胞的方法中,花粉管通道法是我国科学家独创的。为检测糖结合蛋白基因是否成功导入受体细胞,可采用DNA分子杂交技术鉴定。(4)与利用动物乳腺生产药用蛋白相比,利用植物生产药用蛋白的优势为不受性别的限定、生产周期更短、更容易大规模培养等。
2.番茄是重要的蔬菜和水果,CMV常使番茄生产遭受重大损失,由于传统育种在番茄抗病毒病方面难以奏效,因此人们开展了大量番茄抗病毒病的基因工程研究。下图表示含抗CMV基因的DNA片段和质粒,请回答下列问题:
(1)若要用PCR技术特异性地拷贝“抗CMV基因”,该过程遵循的原则是
　　　　　　　 ,需要加入的原料
是dATP、dTTP、　　　　和dGTP,酶
是 　　　　　　　。
(2)利用PCR技术扩增目的基因的前提是
。
碱基互补配对原则
答案
dCTP
热稳定DNA聚合酶
有一段已知目的基因的核苷酸序列,以便根据这一序列合成引物
用限制酶Ⅰ和Ⅱ切割不仅能够
使目的基因插入T-DNA片段中,还可以防止质粒和目的基因自身环化或反
向连接现象发生
(3)据图分析构建所需要的基因表达载体需要选用　　　　　　　　　　
分别对目的基因和质粒进行切割,原因是　
。
(4)据图分析,筛选含有重组质粒的受体细胞首先需要在含　　　　　　　　(填"四环素"、"卡那霉素"或"四环素或卡那霉素")的培养基上进行,植物
基因工程中将目的基因导入受体细胞除了农杆菌转化法之外,还可采取　　　　　　　　
(答出1种即可),要确认抗病毒番茄是否培
育成功,从个体水平进行检测,要对培育出的番茄做　　　　 实验。
解析
限制酶Ⅰ、限制酶Ⅱ
四环素或卡那霉素
基因枪法、花粉管通道法
答案
病毒接种
解析 (1)PCR技术就是让DNA在体外人工控制下进行复制,所以其仍然需要遵循碱基互补配对的原则。因为需要提供能量,所以需要四种游离的三磷酸脱氧核苷酸,即dATP、dTTP、dCTP、dGTP。因为PCR技术是需要进行加温的,所以该过程需要热稳定的DNA聚合酶。(2)利用PCR技术扩增目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列,以便根据这一序列合成引物。(3)为防止目的基因和质粒的随意连接,避免目的基因和质粒自身环化,保证其正确的连接,则根据图中酶的切割位点,可以看出需要用限制酶Ⅰ、限制酶Ⅱ切割。(4)由于形成的重组质粒中既有四环素抗性基因,又有卡那霉素抗性基因,而未重组的则没有,因此可用四环素或卡那霉素进行筛选。将目的基因导入受体细胞,除了农杆菌转化法外,还有花粉管通道法、基因枪法。个体水平上可对接种CMV的植物进行检测,观察其是否抗病。