2019版高考生物一轮复习 基因工程课件.ppt

高考总复习生物 选修3现代生物科技专题 考纲解读 1 基因工程的诞生 2 基因工程的原理及技术 3 基因工程的应用 4 蛋白质工程 5 植物组织培养 6 动物细胞培养和体细胞克隆 7 动物细胞融合和单克隆抗体 8 动物胚胎发育的基本过程与胚胎 工程的理论基础 9 胚胎干细胞的移植 10 胚胎工程的应用 11 转基因生物的安全性 12 生物技术中的伦理问题 13 生物武器对人类的威胁 14 简述生态工程的原理 15 生态工程的实例 1 基因工程的实质2 基因工程操作的四步曲及其操作实例3 基因工程在农业 医药生产 疾病诊断和治疗中的应用4 蛋白质工程的一般操作过程5 植物组织培养 植物体细胞杂交的过程及应用6 动物细胞培养 单克隆抗体的制备及应用7 动物细胞的培养与有毒物质的检测8 胚胎发育的基本过程与胚胎移植的时机 9 胚胎干细胞的特点及其实践应用10 胚胎移植的生理基础及基本程序11 生物技术引起的安全性问题和伦理问题12 生物武器的种类 特点及对人类的危害13 生物技术中克隆人研究的伦理问题14 结合实例分析生态工程基本原理的应用15 设计生态工程的基本思路 学案42基因工程 一 基因工程的概念和基本工具 基础回顾 1 基因工程的概念 1 供体 提供 2 操作环境 3 操作水平 水平 4 原理 5 受体 表达目的基因 6 本质 性状在 体内的表达 目的基因 体外 分子 基因重组 受体 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 7 优点 克服 的障碍 定向改造生物的 2 DNA重组技术的基本工具 1 限制性核酸内切酶 简称 来源 主要是从 生物中分离纯化出来的 作用 识别特定的 并切开相应两个核苷酸之间的 结果 产生 或平末端 基础回顾 远缘杂交不亲和 遗传性状 限制酶 原核 核苷酸序列 磷酸二酯键 黏性末端 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 2 DNA连接酶 种类 按来源可分为E coliDNA连接酶和 作用 将双链DNA片段 缝合 起来 恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的 3 载体 种类 噬菌体的衍生物 动植物病毒等 基础回顾 T4DNA连接酶 磷酸二酯键 质粒 限制酶切割位点 标记基因 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 解惑 四原则 选择限制酶 原则一 能切割目的基因的两端 目的基因的两端需各切割一次 才能切下目的基因 因此限制酶应该能切割目的基因的两端 而非只切割一端 原则二 不能破坏目的基因 若目的基因上有某酶的酶切位点 则不能选此酶 原则三 目的基因两端与载体两端的黏性末端 或平末端 应该相同 以便连接 基础回顾 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 原则四 切割后至少保留一个标记基因 标记基因中可能存在某些限制酶的酶切位点 一旦切割会使标记基因失去作用 因此选择限制酶时还应考虑其对标记基因的影响 基础回顾 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 二 基因工程的基本操作程序 基础回顾 结构基因 PCR技术 化学方法 RNA聚合酶 尾端 目的基因 目的基因 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 基础回顾 农杆菌转化法 花粉管通道法 显微注射法 Ca2 处理法 DNA分子杂交 分子杂交 抗原 抗体 抗虫或抗病 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 解惑 基因工程中受体细胞的选择方法 1 若受体细胞是动物细胞 必须选用受精卵 这样才能发育成转基因动物 2 若受体细胞是植物细胞 选受精卵和体细胞皆可 因为植物可以通过植物组织培养把体细胞培育成植株 基础回顾 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 三 基因工程的应用 基础回顾 解惑 1 乳腺生物反应器受生物性别 只能雌性 和年龄 哺乳期 的限制 2 基因治疗疾病并非是把健康的外源基因导入患者的所有细胞中 而是导入具有某些特定功能的组织细胞中 生长速率 药物 抗虫转基因 抗逆转基因 正常基因 该基因的表达产物 体外 体内 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 四 蛋白质工程 基础回顾 1 概念理解 1 基础 蛋白质分子的结构规律极其与生物功能的关系 2 操作 或基因合成 3 结果 改造了现有蛋白质或制造出 4 目的 满足人类的生产和生活的需求 2 操作过程 从预期的 出发 设计预期的 推测应有的 找到相对应的 基因 基因表达 产生需要的蛋白质 基因修饰 新的蛋白质 蛋白质功能 蛋白质结构 氨基酸序列 脱氧核苷酸序列 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 解惑 用 两看法 判断蛋白质工程和基因工程 一看操作手段 若存在基因修饰或基因合成 属于蛋白质工程 二看结果 基因工程是产生自然界中已有的蛋白质 蛋白质工程是改造现有的蛋白质或制造出新的蛋白质 若有新的蛋白质出现 则属于蛋白质工程 仅生产天然存在的蛋白质 属于基因工程 基础回顾 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 考点1基因工程的工具 要点探究 1 与DNA分子相关的酶 1 几种酶的比较 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 2 限制酶与DNA连接酶的关系 要点探究 限制酶不切割自身DNA的原因是 原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰 DNA连接酶起作用时不需要模板 2 载体 1 作用 作为运载工具 将目的基因转移到宿主细胞内 利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 2 具备的条件 能在宿主细胞内稳定保存并大量复制 有多个限制酶切割位点 以便与外源基因连接 具有特殊的标记基因 以便进行筛选 3 种类 质粒 一种裸露的 结构简单 独立于细菌拟核DNA之外 能够自我复制的很小的双链环状DNA分子 噬菌体的衍生物 动植物病毒 要点探究 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 归纳提炼巧辨基因工程操作工具的8个易错点 1 限制酶是一类酶 而不是一种酶 2 限制酶的成分为蛋白质 其作用的发挥需要适宜的理化条件 高温 强酸或强碱均易使之变性失活 3 在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶 也可使用能切出相同末端的不同限制酶 目的是产生相同的黏性末端 4 将一个基因从DNA分子上切割下来 需要切两处 同时产生4个黏性末端 要点探究 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 5 不同DNA分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同 同一个DNA分子用不同的限制酶切割 产生的黏性末端一般不相同 6 限制酶切割位点应位于标记基因之外 不能破坏标记基因 以便于进行检测 7 基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同 基因工程中的载体是DNA分子 能将目的基因导入受体细胞内 膜载体是蛋白质 与细胞膜的通透性有关 8 基因工程中有3种工具 但工具酶只有2种 要点探究 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 例 我们日常吃的大米中铁含量极低 科研人员通过基因工程等技术 培育出了铁含量比普通大米高60 的转基因水稻 改良了稻米的营养品质 下图为培育转基因水稻过程示意图 请分析回答有关问题 要点探究 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 1 铁结合蛋白基因来自菜豆 且基因的脱氧核苷酸序列已知 可以用 法获得此目的基因或用 扩增目的基因 2 构建重组Ti质粒时 通常要用 分别切割 将重组Ti质粒转入农杆菌时 可以用 处理农杆菌 使重组Ti质粒易于导入 3 将含有重组Ti质粒的农杆菌与水稻愈伤组织共同培养时 通过培养基2的筛选培养 可以获得 培养基3与培养基2的区别是 检测培育转基因水稻的目的是否达到 需要检测转基因水稻 要点探究 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 4 为研究外源基因的遗传方式 将T0代植株上收获的种子种植成T1代株系 检测各单株的青霉素抗性 在检测的多数T1代株系内 抗青霉素植株与青霉素敏感植株的比例为3 1 此结果说明外源基因的遗传符合 有少数T1代株系的所有植株都表现为对青霉素感但其体内能检测到铁结合蛋白基因 造成这一结果最可能的原因是 要点探究 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 解析 1 如果基因的脱氧核苷酸序列已知 可以用化学合成法获得此目的基因 再用PCR技术进行扩增 2 构建重组质粒的过程中 通常要用同一种限制酶分别切割质粒和含目的基因的DNA片段 使它们产生相同的黏性末端 然后再用DNA连接酶连接成重组质粒 将重组Ti质粒转入农杆菌时 可以用CaCl2溶液处理农杆菌成为感受态细胞 易于重组Ti质粒导入 3 质粒上的标记基因为青霉素抗性基因 因此通过培养基2的筛选培养 可以获得含有重组质粒的愈伤组织 要点探究 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 4 细胞导入目的基因后 可将该细胞认为是携带目的基因的杂合子 自交后代中 抗青霉素植株与青霉素敏感株的比例为3 1 此结果说明外缘基因的遗传符合基因的分离定律 答案 1 化学合成 从基因文库中获取目的基因 PCR 2 同种 限制性核酸内切酶含目的基因的DNA片段和质粒CaCl2 3 含有重组质粒 有青霉素抗性 的愈伤组织生长素和细胞分裂素的浓度比例不同 成熟 种子中铁含量 4 基因分离定律青霉素抗性基因没有表达 或青霉素抗性基因丢失 要点探究 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 名师点睛旋转法书写黏性末端相同的黏性末端可以用DNA连接酶连接在一起 由于DNA的两条链反向平行 所以把某一黏性末端水平旋转180 就是与之连接的黏性末端 如 所以 书写时只需把黏性末端旋转180 然后写出即可 要点探究 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 考点2基因工程的基本操作程序 要点探究 1 目的基因的获取 1 直接分离 从自然界已有的物种中分离 如从基因文库中获取 2 人工合成目的基因的常用方法 已知核苷酸序列的较小基因 直接利用DNA合成仪用化学方法合成 不需要模板 以RNA为模板 在逆转录酶作用下人工合成 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 3 PCR技术 多聚酶链式反应 扩增目的基因 PCR技术的基本原理 PCR反应成分 模板DNA 引物 四种脱氧核苷酸 耐高温DNA聚合酶 反应缓冲液 Mg2 等 PCR反应的基本步骤 变性 复性 延伸 以上三个步骤为一个循环 每一循环的产物可作为下一个循环的模板 经过n次循环后 目的基因以2n的形式增加 2 基因表达载体的构建 基因工程的核心 1 目的 使用的基因在受体细胞中稳定存在 并且可以遗传给下一代 同时 使目的基因能够表达和发挥作用 要点探究 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 2 基因表达载体组成 要点探究 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 3 目的基因导入受体细胞 要点探究 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 4 目的基因的检测与鉴定 要点探究 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 归纳提炼基因工程操作的8个易错点 1 目的基因的插入位点不是随意的 基因表达需要启动子与终止子的调控 所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位 2 基因工程操作过程中只有第三步 将目的基因导入受体细胞 没有碱基互补配对现象 第一步存在逆转录法获得DNA 第二步存在黏性末端连接现象 第四步检测存在分子水平杂交方法 3 原核生物作为受体细胞的优点 繁殖快 多为单细胞 遗传物质相对较少 要点探究 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 4 一般情况下 用同一种限制酶切割质粒和含有目的基因的片段 但有时可用两种限制酶分别切割质粒和目的基因 这样可避免质粒和质粒之间 目的基因和目的基因之间的连接 5 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 称为转化 转化的实质是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中 6 不熟悉标记基因的种类和作用 标记基因的作用 筛选 检测目的基因是否导入受体细胞 常见的有抗生素抗性基因 发光基因 表达产物为带颜色的物质 等 要点探究 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 7 对受体细胞模糊不清 受体细胞常用植物受精卵或体细胞 经组织培养 动物受精卵 一般不用体细胞 微生物 大肠杆菌 酵母菌 等 要合成糖蛋白 有生物活性的胰岛素则必须用真核生物酵母菌 需内质网 高尔基体的加工 分泌 一般不用支原体 原因是它营寄生生活 一定不能用哺乳动物成熟的红细胞 原因是它无细胞核 不能合成蛋白质 8 还应注意的问题有 基因表达载体中 启动子 DNA片段 起始密码子 RNA 终止子 DNA片段 终止密码子 RNA 基因表达载体的构建是最核心 最关键的一步 在体外进行 要点探究 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 例 2014 天津卷 嗜热土壤芽胞杆菌产生的 葡萄糖苷酶 BglB 是一种耐热纤维素酶 为使其在工业生产中更好地应用 开展了以下试验 利用大肠杆菌表达BglB酶 1 PCR扩增bglB基因时 选用 基因组DNA作模板 2 如图为质粒限制酶酶切图谱 bglB基因不含图中限制酶识别序列 为使PCR扩增的bglB基因重组进该质粒 扩增的bglB基因两端需分别引入 和 不同限制酶的识别序列 要点探究 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 3 大肠杆菌不能降解纤维素 但转入上述建构好的表达载体后则获得了降解纤维素的能力 这是因为 温度对BglB酶活性的影响 4 据图1 2可知 80 保温30分钟后 BglB酶会 为高效利用BglB酶降解纤维素 反应温度最好控制在 单选 要点探究 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 A 50 B 60 C 70 D 80 要点探究 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 利用分子育种技术提高BglB酶的热稳定性 在PCR扩增bglB基因的过程中 加入诱变剂可提高bglB基因的突变率 经过筛选 可获得能表达出热稳定性高的BglB酶的基因 5 与用诱变剂直接处理嗜热土壤芽胞杆菌相比 上述育种技术获得热稳定性高的BglB酶基因的效率更高 其原因是在PCR过程中 多选 A 仅针对bglB基因进行诱变B bglB基因产生了定向突变C bglB基因可快速累积突变D bglB基因突变不会导致酶的氨基酸数目改变 要点探究 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 解析 1 bglB基因存在于嗜热土壤芽孢杆菌基因组中 故应以该菌的基因组DNA为模板进行基因扩增 2 目的基因与质粒进行重组时 需将目的基因插入到启动子和终止子之间 且应靠近启动子和终止子 结合示意图可知 应在扩增的bglB基因两端分别引入Nde 和BamH 两种限制酶的识别序列 3 该基因表达载体中含有bglB基因 其可表达产生 葡萄糖苷酶 其可分解纤维素 这样大肠杆菌就获得了分解纤维素的能力 4 由图2可知 BglB酶在80 保温30分钟后 该酶就会失活 由图1可知 当温度为60 70 时 酶活性较高 而由图2可知70 时保温30分钟 酶活性开始减弱 而60 保温30 要点探究 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 分钟后酶活性基本不发生变化 由此可知为高效利用BglB酶降解纤维素 反应温度最好应控制在60 故选B 5 在bglB基因扩增过程中加入诱变剂进行诱变处理 相比于诱变剂直接处理嗜热土壤芽孢杆菌 针对性更强 基因突变是不定向的 由于PCR过程基因扩增即DNA复制快速进行 发生突变后可进行快速积累 进而便于筛选 基因突变可能导致氨基酸数目的改变 如突变后的密码子变为终止密码子 可导致蛋白质合成提前终止 进而导致氨基酸数目变少 答案 1 嗜热土壤芽孢杆菌 2 Nde BamH 3 转基因的大肠杆菌分泌出有活性的BglB酶 4 失活B 5 A C 要点探究 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 要点探究 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 名师点睛基因工程与蛋白质工程的比较 提能演练 1 2014 天津卷 为达到相应目的 必须通过分子检测的是 A 携带链霉素抗性基因受体菌的筛选B 产生抗人白细胞介素 8抗体的杂交瘤细胞的筛选C 转基因抗虫棉植株抗虫效果的鉴定D 21三体综合征的诊断 B 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 高分秘笈 解析 可通过将受体菌接种在含链霉素的培养基中筛选携带链霉素抗性基因的受体菌 A错误 抗人白细胞介素的杂交瘤细胞应通过抗原 抗体杂交技术筛选产生 B正确 在棉花田中人工放入害虫可检验转基因抗虫棉的抗虫效果 C错误 可利用显微镜检测21三体综合征 D错误 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 高分秘笈 2 阅读如下材料 资料甲科学家将牛生长激素基因导入小鼠受精卵中 得到了体型巨大的 超级小鼠 科学家采用农杆菌转化法培育出转基因烟草 资料乙T4溶菌酶在温度较高时易失去活性 科学家对编码T4溶菌酶的基因进行了改造 使其表达的T4溶菌酶第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸 在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键 提高了T4溶菌酶的耐热性 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 高分秘笈 资料丙兔甲和兔乙是同一物种的两个雌性个体 科学家将兔甲受精卵发育成的胚胎移植到兔乙体内 成功产出兔甲的后代 证实了同一物种的胚胎可在不同个体的体内发育 回答下列问题 1 资料甲属于基因工程的范畴 将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用 法 构建基因表达载体常用的工具酶是 和 在培育有些转基因植物时 常用农杆菌转化法 农杆菌的作用是 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 高分秘笈 2 资料乙中的技术属于 工程的范畴 该工程是指以分子生物学相关理论为基础 通过基因修饰或基因合成 对 进行改造 或制造一种 的技术 在该实例中 引起T4溶菌酶空间结构改变的原因是组成该酶肽链的 序列发生了改变 3 资料丙属于胚胎工程的范畴 胚胎移植是指将获得的早期胚胎移植到 种的 生理状态相同的另一个雌性动物体内 使之继续发育成新个体的技术 在资料丙的实例中 兔甲称为 体 兔乙称为 体 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 高分秘笈 解析 1 当植物体受到损伤时 伤口处的细胞会分泌大量的酚类化合物 吸引农杆菌移向这些细胞 农杆菌中的Ti质粒上的T DNA可转移至受体细胞 并整合到受体细胞的染色体DNA上 因此用农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞时 农杆菌的作用是将目的基因导入受体细胞 2 资料乙中是对T4溶菌酶进行改造 属于蛋白质工程 蛋白质工程是指以分子生物学相关理论为基础 通过基因修饰或基因合成 对现有蛋白质进行改造 或制造一种新蛋白质的技术 改造后的T4溶菌酶和原T4溶菌酶相比 第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸 即肽链中的氨基酸序列发生改变 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 高分秘笈 答案 1 显微注射限制性核酸内切酶DNA连接酶农杆菌可感染植物 将目的基因转移到受体细胞中 2 蛋白质现有的蛋白质新蛋白质氨基酸 3 同供受 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 提能演练 3 应用生物工程技术获得人们需要的生物新品种或新产品 请据图回答下列问题 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 提能演练 1 在培育转人生长激素基因牛过程中 过程常用的方法是 采用 技术可以获得多头基因型相同的转基因牛 2 转人生长激素基因牛可通过乳腺细胞分泌乳汁来生产人生长激素 在构建基因表达载体时 人生长激素基因的首端必须含有 3 prG能激发细胞不断分裂 通过基因工程导入该调控基因来制备单克隆抗体 代表的细胞具有 的特点 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 提能演练 4 在抗虫棉培育过程中 过程常采用的方法是 过程采用的技术是 在分子水平上可采用 方法来检测转基因抗虫棉的抗虫基因是否成功表达 5 下面是获取目的基因的几种方法 其中需要模板的是 从基因组文库中获取目的基因 利用PCR技术扩增目的基因 构建cDNA文库 通过DNA合成仪利用化学方法人工合成目的基因A B C D 6 当获能后的精子与卵子相遇时 首先发生 释放出有关的酶直接溶解卵丘细胞间的物质 形成精子穿越放射冠的通路 防止多精入卵的生理反应依次有透明带反应 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 高分秘笈 解析 3 由图可知 II为浆细胞 为杂交瘤细胞 其既能无限增殖 又能产生特定抗体 5 利用PCR技术扩增目的基因时需要一个目的基因做为模板 构建cDNA文库时需要mRNA作为合成DNA的模板 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接 高分秘笈 答案 1 显微注射法胚胎分割 2 牛乳腺蛋白基因的启动子 不能只答启动子 3 既能无限增殖 又能产生特定抗体 4 农杆菌转化法植物组织培养抗原 抗体杂交 5 B 6 顶体反应卵细胞膜反应 基础回顾要点探究提能演练 栏目链接