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单击此处编辑母版文本样式,生物,高考总复习人教版,选修三 现代生物科技专题,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢,第1页,第2页,考纲要求,热点提醒,1.基因工程诞生,2基因工程原理及技术,3基因工程应用,4蛋白质工程,1.基因工程实质,2基因工程操作四步曲及其操作实例,3基因工程在农业、医药生产、疾病诊疗和治疗中应用,4蛋白质工程普通操作过程,高考关键点,第3页,基础知识,第4页,第5页,第6页,第7页,第8页,第9页,第10页,小思索：,将含有某种生物不一样基因许多DNA片段，导入受体细菌群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物不一样基因，称为基因文库。建立基因文库，便于随时获取目标基因。,小讨论：,构建基因表示载体时，没有加入开启子。,小应用：,基因治疗普通针对极难用普通药品进行治疗遗传病。,第11页,1,基因拼接理论基础,(1)DNA是生物主要遗传物质。,(2)DNA基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。,(3)双链DNA分子空间结构都是规则双螺旋结构。,知识热点,第12页,2外源基因在受体内表示理论基础,(1)基因是控制生物性状独立遗传单位。,(2)遗传信息传递都遵照中心法则阐述信息流动方向。,(3)生物界共用一套遗传密码子。,第13页,3基因工程基本工具,限制酶,DNA连接酶,载体,作用,切割目标基因和运载体,连接DNA片段，形成重组DNA,携带目标基因进入受体细胞,作用,部位,两核苷酸脱氧核糖与磷酸间形成磷酸二酯键,作用,特点,(条件),(1)识别特定核苷酸序列,(2)在特定位点上切割,(1),E,coli,DNA连接酶只连接黏性末端,(2)T,4,DNA连接酶连接黏性末端和平末端,(1)能在宿主细胞内稳定存在并大量复制,(2)有多个限制酶切割位点,(3)含有特殊标识基因,惯用,类型,Eco,R,限制酶,Sma,限制酶,E,coli,DNA,连接酶,T,4,DNA连接酶,质粒、噬菌体、动植物病毒,第14页,DNA连接酶与DNA聚合酶比较,DNA连接酶,DNA聚合酶,作用实质,都是催化两个核苷酸之间形成磷酸二酯键,是否需要模板,不需要,需要,连接DNA链,双链,单链,作用过程,在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键,将单个核苷酸加到已存在核酸片段3端羟基上，形成磷酸二酯键,作用结果,将存在DNA片段连接成重组DNA分子,合成新DNA分子,第15页,普通来说，天然运载体往往不能满足人类全部要求，所以人们依据不一样目标和需要，对一些天然运载体进行人工改造。,限制酶切割位点所处位置必须是在所需标识基因之外，这么才能确保标识基因完整性，有利于对目标基因检测。,限制酶和DNA连接酶比较,第16页,限制酶,DNA连接酶,作用,切割目标基因或运载体,将两个DNA片段连接,作用过程,基因工程第一、二步都用到了，且用是同一个，目标是产生相同黏性末端,基因工程第二步将目标基因与运载体连接成重组DNA分子或形成基因表示载体,作用对象,及效果,都作用于磷酸二酯键，与氢键无关，但作用效果相反,酶特征,有催化作用，可重复利用，受温度、pH等影响,第17页,【例1】,以下关于基因工程叙述，错误是(),A目标基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物,B限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类惯用工具酶,C人胰岛素原基因在大肠杆菌中表示胰岛素原无生物活性,D载体上抗性基因有利于筛选含重组DNA细胞和促进目标基因表示,第18页,解析：,目标基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物；基因工程中惯用工具酶有限制性核酸内切酶和DNA连接酶；大肠杆菌为原核生物，不含有内质网和高尔基体等细胞器，不能对蛋白质进行加工，其合成胰岛素原无生物活性。运载体中抗性基因为标识基因，其作用是有利于筛选含重组DNA细胞，不能促进目标基因表示。,答案：,D,评析：,本题考查基因工程工具、目标基因起源及标识基因作用。,第19页,变式1：,除了以下哪一项之外，其余都是基因工程运载体所必须具备条件(),A能在宿主细胞中复制并保留,B含有多个限制酶切点，方便与外源基因连接,C含有标识基因，便于进行筛选,D是环形状态DNA分子,解析：,原核细胞如细菌核DNA也是环状DNA，但不能作运载体，因为它不具备A、B、C三个条件。,答案：,D,第20页,1,目标基因获取,(1)从基因文库中获取目标基因,优点：有了基因文库，就能够随时从中提取所需要目标基因，引入受体细胞使之表示。,(2)人工合成目标基因,第21页,第22页,(3)利用PCR技术扩增目标基因,PCR：是一项在生物体外复制特定DNA片段核酸合成技术。PCR扩增是获取目标基因一个非常有用方法，也是进行分子判定和检测一个很灵敏方法。,目标：经过指数式扩增获取大量目标基因。,第23页,2基因表示载体构建,(1)目标：使目标基因在受体细胞中稳定存在，并能够遗传给下一代，并使目标基因能够表示和发挥作用。,(2)基因表示载体组成：目标基因开启子终止子标识基因复制原点。,第24页,开启子：一段有特殊结构DNA片段，位于基因首端。它是RNA聚合酶识别、结合部位。,终止子：一段有特殊结构DNA短片段，位于基因尾端。作用是使转录过程停顿。,标识基因：普通为抗生素抗性基因或荧光基因等，其作用是判别受体细胞中是否含有目标基因(目标基因是否导入成功)。,(3)基因表示载体构建方法,第25页,第26页,3将目标基因导入受体细胞,(1)目标：目标基因进入受体细胞内并在受体细胞内维持稳定和表示过程。,(2)受体细胞种类不一样，导入方法不一样,第27页,受体细胞种类,方法,植物,细胞,农杆菌转化法：目标基因插入Ti质粒TDNA转入农杆菌导入植物细胞稳定维持和表示,基因枪法,花粉管通道法,动物,细胞,显微注射法：目标基因表示载体提纯取卵(受精卵)显微注射受精卵发育新性状动物,微生物细胞,Ca2处理受体细胞感受态细胞表示载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子,第28页,(3)受体生物不一样，所用受体细胞种类也不相同,a植物：能够是卵细胞(受精卵)、体细胞(可经组织培养成为完整植株)。,b动物：受精卵(因为体细胞全能性受到严格限制)。,(4)转化实质：目标基因整合到受体细胞染色体基因组中。,第29页,4目标基因检测与判定,类型,步骤,检测内容,方法,结果显示,分子检测,导入,检测,目标基因是否插入受体细胞染色体DNA上,DNA分子杂交技术(DNA和DNA之间),是否成功显示出杂交带,表示,检测,目标基因是否转录出mRNA,核酸分子杂交技术(DNA和mRNA之间),同上,目标基因是否翻译出蛋白质,蛋白质分子杂交(抗原和抗体之间),同上,个体生物学水平判定,确定是否含有抗性及抗性程度,基因工程产品与天然产品活性是否相同,抗虫或抗病接种试验,基因工程产品与天然产品活性比较,是否赋予了预期抗性或蛋白质活性,第30页,比较基因、目标基因、基因文库,a基因是有遗传效应DNA片段，是控制性状遗传物质结构和功效基本单位，基因脱氧核苷酸序列代表遗传信息。,b目标基因是指基因工程操作中需要外源基因，它是编码某种蛋白质结构基因，如生物抗逆性基因、抗虫基因等。,第31页,c基因文库：是将含有某种生物不一样基因许多DNA片段，导入受体菌群体中而储存，各个受体菌分别含有这种生物不一样基因。,基因文库就相当于某种生物基因仓库，贮备着大量同种基因，为取得大量目标基因做准备。,DNA复制与PCR技术,第32页,DNA复制,PCR技术,场所,主要在细胞核,生物体外,酶,解旋酶、,DNA聚合酶,Taq酶,运载体,不需要,不需要,遵照标准,碱基互补配对,碱基互补配对,结果,DNA分子,DNA分子片段,第33页,插入基因只是结构基因部分，其表示需要调控序列，因而用作运载体质粒插入部位前须有开启子，后须有终止子。,两次使用限制酶为同一个酶，这么形成黏性末端碱基之间互补，便于连接。,在整个工程中，只有第三步将目标基因导入受体细胞过程中不发生碱基互补配对，其它步骤均发生配对。,第34页,第35页,A过程需要酶是逆转录酶，原料是A、U、G、C,B要用限制酶切断质粒DNA，再用DNA连接酶将目标基因与质粒连接在一起,C假如受体细胞是细菌，能够选取枯草杆菌、炭疽杆菌等,D过程中用原料不含有A、U、G、C,第36页,解析：,过程是逆转录，利用逆转录酶合成DNA片段，需要原料是A、T、G、C；是目标基因与质粒DNA重组阶段，需要限制酶切断质粒DNA，再用DNA连接酶将目标基因与质粒连接在一起；假如受体细胞是细菌，则不应该用致病菌，而炭疽杆菌是致病菌；过程是基因表示过程，原料中含有A、U、G、C。,答案：,B,评析：,本题考查基因工程操作步骤,第37页,变式2：,采取基因工程方法培育抗虫棉，以下导入目标基因做法正确是(),将毒素蛋白注射到棉受精卵中,将编码毒素蛋白DNA序列，注射到棉受精卵中,将编码毒素蛋白DNA序列，与质粒重组，导入细菌，用该细菌感染棉体细胞，再进行组织培养,将编码毒素蛋白DNA序列，与细菌质粒重组，注射到棉子房并进入受精卵,AB,C D,第38页,解析：,依据基因工程普通要经历四个步骤分析，上述操作是正确。将毒素蛋白注射到棉受精卵中，没有取得目标基因，将编码毒素蛋白DNA序列，注射到棉受精卵中，没有将目标基因与受体细胞结合，所以是错误操作。,答案：,C,第39页,1,基因工程应用,(1)植物基因工程结果,抗虫转基因植物(抗虫棉是转入Bt毒蛋白基因培育)。,抗病转基因植物(病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因)。,抗逆转基因植物(生物抗性基因)。,转基因改良植物(营养价值、实用价值、观赏价值)。,第40页,(2)动物基因工程结果,提升动物生长速度(外源生长激素基因)。,改进畜产品品质。,转基因动物生产药品(牛、山羊等动物乳腺生物反应器中表示出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、抗胰蛋白酶)。,转基因动物作器官移植供体(导入调整因子抑制抗原决定基因表示或除去抗原决定基因，培育没有免疫排斥反应转基因克隆器官)。,第41页,(3)基因工程药品,起源：主要来自转基因工程菌。,结果：淋巴因子、抗体、疫苗、激素等。,作用：预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、遗传病、各种传染病、糖尿病、类风湿等疾病。,第42页,(4)基因治疗,概念：是把正常基因导入病人体内，使该基因表示产物发挥功效，从而到达治疗疾病目标，是当前治疗遗传病最有效伎俩。,结果：将腺苷酸脱氨酶基因转入患者淋巴细胞中，治疗复合型免疫缺点症。,第43页,方法,a体外基因治疗：先从病人体内取得某种细胞，如T淋巴细胞，进行培养。然后，在体外完成基因转移，再筛选成功转移细胞扩增培养，最终重新输入患者体内。,b体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移基因治病方法。如1994年美国科学家利用经过修饰腺病毒作载体，成功地将治疗遗传性囊性纤维化病正常基因转入患者肺组织中。,第44页,2蛋白质工程,(1)概念：是指以蛋白质分子结构规律及其与生物功效关系作为基础，经过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一个新蛋白质，以满足人类生产和生活需求。,(2)过程：预期蛋白质功效设计预期蛋白质结构推测应有氨基酸序列找到对应脱氧核苷酸序列。,第45页,(3)蛋白质工程与基因工程比较,项目,蛋白质工程,基因工程,区,别,过程,预期蛋白质功效设计预期蛋白质结构推测应有氨基酸序列找到对应脱氧核苷酸序列,获取目标基因构建基因表示载体将目标基因导入受体细胞目标基因检测与判定,实质,定向改造或生产人类所需蛋白质,定向改造生物遗传特征，以取得人类所需生物类型或生物产品,结果,生产自然界没有蛋白质,普通是生产自然界已经有蛋白质,联络,蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来第二代基因工程。对现有蛋白质改造或制造新蛋白质，必须经过基因修饰或基因合成实现,第46页,动物基因工程主要为了改进畜产品品质，不是为了产生体型巨大个体。,基因治疗当前只是处于早期临床试验阶段，在临床上还未开展这方面治疗。,DNA分子制作探针进行检测时应检测单链，即将双链DNA分子打开。,Bt毒蛋白基因产生Bt毒蛋白并无毒性，进入昆虫消化道被分解成多肽后产生毒性。,青霉素是青霉菌产生，不是经过基因工程生产。,第47页,因为密码子含有“简并性”，故由某种特定氨基酸序列所推测出脱氧核苷酸序列可有各种，即逆推所得基因可有各种。,应该从对基因操作来实现对天然蛋白质改造，主要原因以下：,a任何一个天然蛋白质都是由基因编码，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过蛋白质能够遗传下去。假如对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过蛋白质分子还是无法遗传。,b对基因进行改造比对蛋白质直接改造要轻易操作，难度要小得多。,第48页,【例3】,科学家将干扰素基因进行定点突变，然后导入大肠杆菌表示，使干扰素第17位半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提升干扰素抗病活性，而且提升了储存稳定性。该生物技术为(),A基因工程 B蛋白质工程,C基因突变 D细胞工程,第49页,解析：,基因工程是经过对基因操作，将符合人们需要目标基因导入适宜生物体，使其高效表示，从中提取所需基因控制合成蛋白质，或表现某种性状，蛋白质产品依然为天然存在蛋白质；蛋白质工程却是对控制蛋白质合成基因进行改造，从而实现对其编码蛋白质改造，所得到已不是天然蛋白质。题目中操作中包括基因显然不再是原来基因，其合成干扰素也不是天然干扰素，而是经过改造，是人类所需蛋白质，因而整个过程利用生物技术应为蛋白质工程。,答案：,B,第50页,评析：,本题考查基因工程应用,第51页,变式3：,近年来基因工程发展非常迅猛，科学家能够用DNA探针和外源基因导入方法进行遗传病诊疗和治疗，以下做法中不正确是(),A用DNA探针检测镰刀型细胞贫血症,B用DNA探针检测病毒性肝炎,C用导入外源基因方法治疗半乳糖血症,D用基因替换方法治疗21三体综合征,第52页,解析：,镰刀型细胞贫血症是因为基因突变引发疾病，用珠蛋白DNA探针能够检测到；用DNA探针也能够很方便地检测出肝炎患者病毒；半乳糖血症是因为体内缺乏半乳糖苷转移酶，将带有半乳糖苷转移酶基因导入半乳糖血症患者体内，能够治疗这种疾病；21三体综合征是因为患者多了一条21号染色体，不能用基因替换方法治疗。,答案：,D,第53页,1苏云金杆菌(Bt)能产生含有杀虫能力毒素蛋白。下列图是转Bt毒素蛋白基因植物培育过程示意图(amp,r,为抗氨苄青霉素基因)，据图回答以下问题。,随堂练习,第54页,第55页,(1)将图中DNA用,Hind,、,Bam,H完全酶切后，反应管中有_种DNA片段。,(2)图中表示,Hind,与,Bam,H酶切、DNA连接酶连接过程，此过程可取得_种重组质粒；假如换用,Bst,与,Bam,H酶切，目标基因与质粒连接后可取得_种重组质粒。,第56页,(3)目标基因插入质粒后，不能影响质粒_。,(4)图中Ti质粒调控合成vir蛋白，能够帮助带有目标基因TDNA导入植物细胞，并预防植物细胞中_对TDNA降解。,(5)已知转基因植物中毒素蛋白只结合一些昆虫肠上皮细胞表面特异受体，使细胞膜穿孔，肠细胞裂解，昆虫死亡。而该毒素蛋白对人类风险相对较小，原因是人类肠上皮细胞_。,第57页,(6)生产上常将上述转基因作物与非转基因作物混合播种，其目标是降低害虫种群中_基因频率增加速率。,解析：,(1),Bam,H,在,中有2个切点，,Hind,在,中有1个切点，故可切出4种DNA片段。(2)因,Hind,切出末端与,Bam,H,切出末端不一样，则重组质粒有2种。,Bst,与,Bam,H,切出末端相同，则有1种重组质粒。,第58页,(3)质粒进入宿主细胞必须能正常复制才能为目标基因扩增提供必要条件。(4)因为植物细胞中有能降解TDNA酶(DNA水解酶)。(5)不一样生物基因不一样，表示产物蛋白质也不一样。从而造成人类肠上皮细胞表面无对应毒素蛋白受体。(6)转基因与非转基因作物混种，可降低抗性作物对害虫选择性，使害虫种群中抗性基因频率增加速率减慢。,答案：,(1)4(2)21(3)复制(4)DNA水解酶,(5)表面无对应特异性受体(6)抗性,第59页,2,胰岛素能够用于治疗糖尿病，不过胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，要经过较长时间才能进入血液，而进入血液胰岛素又轻易分解，所以，治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素生产过程，请据图回答相关问题：,第60页,(1)构建新蛋白质模型是蛋白质工程关键，图中构建新胰岛素模型主要依据是_。,(2)经过DNA合成形成新基因应与_结合后转移到_中才能得到准确表示。,(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到生物工程有_、_和发酵工程。,(4)图解中从新胰岛素模型到新胰岛素基因基本思绪是什么？,_,第61页,(5)以下关于蛋白质工程说法，错误是(),A蛋白质工程能定向改造蛋白质分子结构，使之愈加符合人类需要,B蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子结构,C蛋白质工程能产生自然界中不曾存在新型蛋白质分子,D蛋白质工程与基因工程密不可分，又称为第二代基因工程,第62页,解析：,(1)蛋白质工程目标是依据人们对蛋白质功效特定需求，对蛋白质结构进行分子设计，所以，图中构建新胰岛素模型依据是胰岛素预期功效。(2)合成目标基因应与载体构建基因表示载体后导入受体细胞中才能得以表示。(3)利用蛋白质工程生产自然界原本不存在蛋白质，需对原有胰岛素进行改造，依据新胰岛素中氨基酸序列推测出其基因中脱氧核苷酸序列，人工合成新胰岛素基因，形成目标基因，改造好目标基因需经过基因工程来生产基因产物，而且在生产过程中要借助工程菌，所以还需要进行发酵，所以该过程包括蛋白质工程、基因工程和发酵工程。,第63页,(4)由新蛋白质模型到构建新基因，其基本设计思绪是依据新蛋白质中氨基酸序列，推测出基因中脱氧核苷酸序列。然后用DNA合成仪直接合成出新基因。(5)因为基因决定蛋白质，所以，要对蛋白质结构进行设计改造，最终还必须经过改造基因来完成，而不是直接对蛋白质分子进行操作。,答案：,(1)蛋白质预期功效(2)运载体大肠杆菌等受体细胞(3)蛋白质工程基因工程(4)依据新胰岛素中氨基酸序列，推测出其基因中脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成出新胰岛素基因(5)B,第64页,课后作业,第65页,
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