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*,*,*,第九单元现代生物科技专题,专题25基因工程,高考生物,1,考点一基因工程的原理和技术,知识清单,一基因工程的概念,1.概念:,按照人们的愿望,进行严格的设计,并通过体外DNA重组和,转基因,等技术,赋予生物以新的遗传特性,从而创造出更符合,人们需要的新的生物类型和生物产品。,2.优点,(1)与杂交育种相比:克服了,远缘杂交不亲和,的障碍。,(2)与诱变育种相比:可,定向,改造生物的遗传性状。,2,二基因工程的工具,1.限制性核酸内切酶(简称限制酶),(1)来源:主要从,原核,生物中分离纯化出来。,(2)特点:能够,识别,双链DNA分子的某种特定核苷酸序列,并且使,每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的,磷酸二酯键,断开。,(3)结果:产生,黏性,末端或平末端。,2.DNA连接酶,(1)作用:连接双链DNA片段,恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷,酸二酯键。,3,(2)种类,3.载体,(1)条件:能在受体细胞中复制并稳定保存;具有一至多个,限制酶切,点,;具有,标记,基因。,(2)种类,4,三基因工程的操作程序,1.获取目的基因,(1)目的基因:主要指编码蛋白质的基因。,(2)方法,2.基因表达载体的构建基因工程的核心,(1)目的,5,(3)构建过程,6,3.将目的基因导入受体细胞,7,4.目的基因的检测与鉴定,8,1.基因组文库与部分基因文库不同,9,2.与DNA有关的四种酶的辨析,10,3.限制酶选择时的两种特例,(1)限制酶具有特异性,一般情况下,不同限制酶形成的黏性(或平)末端,不同。但也有不同限制酶处理后形成的黏性(或平)末端相同,可以用,DNA连接酶进行连接。如:G,GATCC和,GATC识别的序列不同,但处,理后的末端相同。,(2)为了避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接,也可使用相同的,两种限制酶(如下图用,Bam,H和,Hin,d)分别切割目的基因和质粒,形,成分别对应的相同黏性末端进行连接。,11,4.PCR技术与体内DNA复制的比较,12,例1,(2016课标全国,40,15分)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出,了,Eco,R、,Bam,H 和,Sau,3A 三种限制性内切酶的识别序列与切割,位点,图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的,Eco,R、,Sau,3A 的切,点是唯一的)。,13,根据基因工程的有关知识,回答下列问题:,(1)经,Bam,H 酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被,酶切后的产物连接,理由是,。,(2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的,基因的重组子,如图(c)所示。这三种重组子中,不能在宿主细胞中表达,目的基因产物的有,不能表达的原因是,。,14,(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶,常见的有,和,其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是,。,解析,(1)分析图(a)可知,限制酶,Sau,3A 与,Bam,H 切割DNA后形成,的黏性末端相同,故经这两种酶切割得到的产物可以用DNA连接酶进,行连接。(2)构建基因表达载体时,为保证目的基因能在宿主细胞中成,功表达,目的基因应插入在启动子和终止子之间,据此可判断甲、丙均,不符合要求,目的基因均不能被转录。(3)常见的DNA连接酶有,E,col-,i,DNA连接酶和T,4,DNA连接酶,其中T,4,DNA连接酶既能连接黏性末端又,能连接平末端。,15,答案,(1),Sau,3A 两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端,(每空2分,共4分)(2)甲和丙(2分)甲中目的基因插入在启动子的上,游,丙中目的基因插入在终止子的下游,二者的目的基因均不能被转录,(3分,其他合理答案可酌情给分)(3),E,coli,DNA连接酶T,4,DNA连接酶,T,4,DNA连接酶(每空2分,共6分,其他合理答案可酌情给分),16,考点二基因工程的应用和发展,一动物基因工程与植物基因工程,1.动物基因工程:,用于提高动物,生长速度,从而提高产品产量;用,于改善畜产品品质;用转基因动物生产药物;用转基因动物作器官移植,的,供体,等。,2.植物基因工程:,培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和抗逆转基因,植物;利用转基因改良植物的,品质,。,二基因诊断与基因治疗,1.基因诊断:,又称为DNA诊断,是采用,基因检测,的方法来判断患,者是否出现了基因异常或携带病原体。,17,2.基因治疗,(1)概念:把,正常基因,导入病人体内,使该基因的表达产物发挥功,能,从而达到治疗疾病的目的。,(2)成果:将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋巴细胞中,使淋巴细胞,能产生腺苷酸脱氨酶,然后,再将这种淋巴细胞转入患者体内,从而治疗,复合型免疫缺陷症。,3.类型,18,三蛋白质工程,1.蛋白质工程的概念,2.基本流程,19,1.抗虫棉的培育,(1)目的基因:Bt毒蛋白基因,(2)抗虫原理:Bt毒蛋白水解成的多肽与肠上皮细胞受体结合,会导致细,胞膜穿孔,细胞肿胀裂解,最后造成害虫死亡。,注:Bt毒蛋白基因来自苏云金芽孢杆菌。,(3)受体细胞,(4)方法:花粉管通道法(也可用农杆菌转化法或基因枪法),20,2.动物反应器,(1)外源基因:药用蛋白基因,(2)表达条件:药用蛋白基因+乳腺蛋白基因的启动子等,(3)受体生物牛、羊等,(4)方法:显微注射法,(5)种类:乳腺反应器和膀胱反应器。前者受动物性别(只能是雌性)和年,龄(哺乳期)限制,优点是不用提取直接服用;后者需提取后服用,但不受,动物性别和年龄的限制。,21,3.蛋白质工程与基因工程的比较,项目,蛋白质工程,基因工程,实质,定向改造或生产人类所需蛋白质,定向改造生物的遗传特性,以获得人类所需的生物类型或生物产品(基因的异体表达),结果,生产自然界中没有的蛋白质,生产自然界中已有的蛋白质,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,必须通过基因修饰或基因合成实现,22,例2,(2015课标全国,40,15分)已知生物体内有一种蛋白质(P),该蛋白,质是一种转运蛋白,由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨,酸变成亮氨酸,240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸,改变后的蛋白质(P,1,)不,但保留P的功能,而且具有了酶的催化活性。回答下列问题:,(1)从上述资料可知,若要改变蛋白质的功能,可以考虑对蛋白质,的,进行改造。,(2)以P基因序列为基础,获得P,1,基因的途径有修饰,基因或合成,基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的,中,心法则的全部内容包括,的复制;以及遗传信息在不同分子,之间的流动,即:,。,23,(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程,其基本途径是从预期蛋白质,功能出发,通过,和,进而,确定相对应的脱氧核苷酸序列,据此获得基因,再经表达、纯化获得蛋,白质,之后还需要对蛋白质的生物,进行鉴定。,解析,(1)蛋白质的功能与结构相关,若要改变蛋白质的功能,需要对其,结构进行改造。(2)确定目的基因的碱基序列后,可通过对现有基因进行,改造或者重新合成来获得目的基因。中心法则的内容包括遗传信息的,复制、转录、逆转录和翻译。(3)蛋白质工程的基本途径是从预期蛋白,质功能出发,通过设计蛋白质的结构和推测氨基酸序列,进而确定相对应,的脱氧核苷酸序列。获得蛋白质之后要对蛋白质的生物功能进行鉴定。,24,答案,(1)氨基酸序列(或结构)(1分,其他合理答案也给分),(2)PP,1,(每空2分,共4分)DNA和RNA(或遗传物质)(2分)DNA,RNA、RNADNA、RNA蛋白质(或转录、逆转录、翻译)(3分),(3)设计蛋白质的结构推测氨基酸序列(每空2分,共4分)功能(1分),25,
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