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生物,第十一单元当代生物科技专题,第37讲基因工程,第1页,考情分析,备考导航,最新考纲,全国卷六年考题统计,全国卷六年考题分值统计,1.基因工程诞生(),2.基因工程原理及技术(含PCR技术)(),全国卷T40;全国卷T40;全国卷T40;全国卷T40;全国卷T40;,全国卷T40,3.基因工程应用(),4.蛋白质工程(),全国卷T40;全国卷T40,第2页,知识梳理,自主学习 扎实基础,1.基因工程概念,考点一基因工程基本工具,项目,详细内容,别名,基因拼接技术或DNA重组技术,供体,提供,.,原理,.,操作环境,生物体外,操作水平,.,受体,表示目标基因,结果,取得 新生物类型和生物产品,优点,克服 障碍;生物性状,目标基因,基因重组,分子水平,符合人们需要,远缘杂交不亲和,定向改造,第3页,2.基因工程基本工具,(1)限制性核酸内切酶(简称:,),起源:主要是从,生物中分离纯化出来。,作用:识别特定,并切开特定部位两个核苷酸之间,。,结果:产生,或平末端。,(2)DNA连接酶,种类:按起源可分为Ecoli DNA连接酶和,。,作用:将双链DNA片段“缝合”起来,恢复被限制酶切开两个核苷酸之间,。,限制酶,原核,核苷酸序列,磷酸二酯键,黏性末端,T,4,DNA连接酶,磷酸二酯键,第4页,(3)载体,种类:,、噬菌体衍生物、动植物病毒等。,质粒特点,质粒,限制酶切割位点,标识基因,【深挖教材】,(1)为何不一样生物基因能够拼接起来?,提醒:,基因拼接理论基础,DNA是生物主要遗传物质;,DNA基本组成单位都是四种脱氧核苷酸;,双链DNA分子空间结构都是规则双螺旋结构。,第5页,(2)为何一个生物基因能够在另一个生物细胞内表示?,提醒:,外源基因在受体内表示理论基础,基因是控制生物性状独立遗传单位;,遗传信息传递都遵照中心法则阐述信息流动方向;,生物界共用一套遗传密码。,(3)限制酶主要存在于原核生物中,它有什么意义?,提醒:,限制酶在原核生物中主要是切割外源DNA,使之失效,从而到达保护自己目标。,(4)原核生物中限制酶为何不切割本身DNA?,提醒:,原核生物中不存在该酶识别序列或识别序列已被修饰。,第6页,重点透析,剖析考点 拓展深化,1.限制酶,(1)识别序列特点:展现碱基互补对称,不论是奇数个碱基还是偶数个碱基,都能够找到一条中心轴线,如 ,以中心线为轴,两侧碱基互补对称;,以 为轴,两侧碱基互补对称。,(2)切割后末端种类,第7页,2.与DNA分子相关酶,(1)DNA相关六种酶比较,名称,作用部位,作用底物,作用结果,限制酶,磷酸二酯键,DNA,将DNA切成两个片段,DNA,连接酶,磷酸二酯键,DNA片段,将两个DNA片段连接为一个DNA分子,DNA,聚合酶,磷酸二酯键,脱氧核苷酸,以单链DNA为模板,将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端,DNA(水,解)酶,磷酸二酯键,DNA,将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸,解旋酶,碱基对之,间氢键,DNA,将双链DNA分子局部解旋为单链,形成两条长链,RNA,聚合酶,磷酸二酯键,核糖核苷酸,以单链DNA为模板,将单个核糖核苷酸依次连接到单链末端,第8页,(2)限制酶与DNA连接酶关系,【易错点拨】,(1)限制酶是一类酶,而不是一个酶,限制酶成份为蛋白质,其作用发挥需要适宜理化条件,高温、强酸或强碱均易使之变性失活。,(2)基因工程中载体与细胞膜上物质运输载体不一样,基因工程中载体是DNA分子,能将目标基因导入受体细胞内;膜载体是蛋白质,与细胞膜通透性相关。,(3)DNA连接酶作用时并不需要模板,DNA连接酶是把两个含有相同末端DNA片段经过磷酸二酯键连接起来。,第9页,题组例练,分类例练 提炼方法,1.,(全国卷,40),图(a)中三个DNA片段上依次表示出了EcoR、BamH和Sau3A三种限制性内切酶识别序列与切割位点,图(b)为某种表示载体示意图(载体上EcoR、Sau3A切点是唯一)。,依据基因工程相关知识,回答以下问题:,(1)经BamH酶切后得到目标基因能够与上述表示载体被,酶切后产物连接,理由是,。,解析:,(1)由题图(a)三种限制酶识别序列可知,BamH酶与Sau3A酶切割目标基因与表示载体后产生片段含有相同黏性末端。,答案:,(1)Sau3A两种酶切割后产生片段含有相同黏性末端,第10页,(2)若某人利用图(b)所表示表示载体取得了甲、乙、丙三种含有目标基因重组子,如图(c)所表示。这三种重组子中,不能在宿主细胞中表示目标基因产物有,不能表示原因是,。,解析:,(2)构建基因表示载体时,目标基因应插入在开启子和终止子之间,甲中目标基因插入在开启子上游,丙中目标基因插入在终止子下游,二者目标基因均不能被转录。,答案:,(2)甲和丙甲中目标基因插入在开启子上游,丙中目标基因插入在终止子下游,二者目标基因均不能被转录,第11页,(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来酶,常见有,和,其中既能连接黏性末端又能连接平末端是,。,解析:,(3)常见DNA连接酶有Ecoli 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。,答案:,(3)Ecoli DNA连接酶T,4,DNA连接酶T,4,DNA连接酶,第12页,2.,(江西九江二模),苏云金芽孢杆菌(Bt)能产生含有杀虫能力毒蛋白。图甲是转Bt毒蛋白基因植物重组DNA形成过程示意图;图乙是毒蛋白基因进入植物细胞后发生两种生物大分子合成过程。回答以下问题:,第13页,(1)将图甲DNA用Hind、BamH完全酶切后,反应管中有,种DNA片段。过程两片段经过,键相连。,(2)假设图甲中质粒原来BamH识别位点碱基序列变为了另一个限制酶Bcl碱基序列,现用Bcl和Hind切割质粒,则该图甲中DNA右侧还选择BamH进行切割,则,(填“能”或“不能”)取得所需重组质粒吗?理由是,。,解析:,(1)图甲中DNA含有两个BamH酶切割位点,含有一个Hind酶切割位点,所以用Hind、BamH完全酶切中DNA后,反应管中有4种DNA片段;过程两片段经过磷酸二酯键相连。(2)据图分析,因为BamH和Bcl切割DNA后露出碱基序列相同,质粒原来BamH识别位点碱基序列变为限制酶Bcl碱基序列,用Bcl和Hind切割质粒,用BamH和Hind切割目标基因,仍能取得重组质粒。,答案:,(1)4磷酸二酯(2)能切割后露出碱基序列相同,第14页,(3)若上述假设成立,并成功形成重组质粒,则重组质粒,(填“能”或“不能”)被Hind切开,(填“能”或“不能”)被BamH切开。,解析:,(3)质粒和目标基因都被Hind切割,形成相同黏性末端,则形成重组质粒还能被Hind切割;质粒原来BamH识别位点碱基序列变为了另一个限制酶Bcl碱基序列,则形成黏性末端是 ,而目标基因被BamH切割,则形成黏性末端 ,则形成重组DNA片段是 ,所以不能被BamH识别,也不能被切割;依据酶切位点和识别碱基序列可知,重组质粒只能被Hind但不能被BamH切开。,答案:,(3)能不能,T,ACTAG,G,CCTAG,TGATCC,ACTAGG,第15页,(4)图乙中链是,。不一样组织细胞相同DNA进行过程时启用起始点,(在“都相同”“都不一样”或“不完全相同”中选择),其原因是,。,解析:,(4)从图乙可知,链形成是以DNA一条链作为模板进行转录形成信使RNA分子;不一样组织细胞相同DNA在转录时,相同基因普通转录起点相同,不一样基因转录起点不一样,原因是基因选择性表示。,答案:,(4)mRNA不完全相同不一样组织细胞中基因会进行选择性表示,第16页,限制酶选择方法,(1)应选择切点位于目标基因两端限制酶,如图甲可选择Pst。不能选择切点位于目标基因内部限制酶,如图甲不能选择Sma。,(2)切割质粒时,普通所选限制酶要与切割目标基因限制酶一致,以确保含有相同黏性末端。质粒作为载体必须具备标识基因、开启子和终止子等,所以所选择限制酶不要破坏这些结构(如图乙中限制酶Sma 会破坏标识基因),且切割位点应位于开启子和终止子之间以利于目标基因插入和表示;假如所选限制酶切点不是一个,则切割重组后可能丢失一些片段,若丢失片段含复制原点区,则切割重组后片段进入受体细胞后不能自主复制。,(3)为防止目标基因和质粒本身环化和随意连接,可使用两种不一样限制酶切割目标基因和质粒,如图甲可选择用Pst 和EcoR 两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种限制酶切点)。,方法突破,第17页,知识梳理,自主学习 扎实基础,1.基因工程基本操作程序,考点二基因工程基本操作程序及应用,基因文库,PCR,开启子,标识基因,农杆菌转化,显微注射,DNA分子杂交,抗原抗体杂交,第18页,2.PCR技术,(1)原理:,。,(2)条件,模板:,。,酶:热稳定DNA聚合酶(,)。,引物:分别与,相结合。,原料:四种,。,DNA双链复制,DNA母链,Taq DNA聚合酶,单链对应互补序列,脱氧核苷酸,第19页,(3)过程,9095,解旋,5560,引物,7075,TaqDNA聚合酶,第20页,3.基因工程应用,(1)动物基因工程:用于提升动物,;用于改进畜产品品质;用转基因动物生产,;用转基因动物作器官移植,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,转基因植物;利用转基因改良植物,。,【深挖教材】,(1)基因工程操作过程中,哪些步骤中含有碱基互补配对现象?,提醒:,基因工程操作过程中第一、二、四步中均含有碱基互补配对现象,而只有第三步没有。,(2)动物基因工程中,为何常选动物受精卵作为受体细胞?,提醒:,受精卵全能性高,能使目标基因在对应组织和器官中得以表示。,(3)基因工程成功标志是什么?,提醒:,目标基因在受体细胞中得以表示。,生长速度,药品,供体,抗逆,品质,第21页,重点透析,剖析考点 拓展深化,1.获取目标基因方法,(1)从基因文库中获取:包含基因组文库和cDNA文库等。,(2)人工合成目标基因惯用方法,化学合成法:已知核苷酸序列较小基因,直接利用DNA合成仪用化学方法合成,不需要模板。,反转录法:以RNA为模板,在逆转录酶作用下人工合成。,(3)经过PCR技术扩增目标基因,目标:经过指数式扩增获取大量目标基因。,第22页,PCR技术与DNA复制比较,PCR技术,DNA复制,相同点,原理,DNA复制(碱基互补配对),原料,四种游离脱氧核苷酸,条件,模板、ATP、酶、原料、引物等,不一样点,解旋,方式,DNA在高温下变性解旋,解旋酶催化,场所,体外复制(PCR扩增仪),主要在细胞核内,酶,热稳定DNA聚合酶,(Taq DNA聚合酶),细胞内含有,DNA聚合酶,结果,在短时间内形成大量,DNA片段,形成整个DNA分子,第23页,2.基因表示载体构建,(1)组成及作用,(2)构建过程,第24页,3.将目标基因导入受体细胞,生物种类,植物,动物,微生物,惯用方法,农杆菌转化法,显微注射法,感受态细胞法,受体细胞,体细胞,受精卵,原核细胞,转化过程,将目标基因插入到Ti质粒T-DNA上农杆菌导入植物细胞整合到受体细胞DNA表示,将含有目标基因表示载体提纯取卵(受精卵)显微注射受精卵发育取得含有新性状动物,Ca2+处理细胞感受态细胞重组表示载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子,第25页,4.目标基因检测与判定,第26页,5.基因治疗与基因诊疗,基因治疗,基因诊疗,原理,基因重组及基因表示,DNA分子杂交,方法,将正常基因导入有基因缺点细胞中,使该基因表示产物发挥功效,以抵达治疗目标,制作特定DNA探针与病人样品DNA混合分析,依据碱基互补配对标准,分析杂交带情况,进展,临床试验,临床应用,【易错点拨】,开启子起始密码子,终止子终止密码子,开启子和终止子位于DNA片段上,分别控制转录过程开启和终止;起始密码子和终止密码子位于mRNA上,分别控制翻译过程开启和终止。,第27页,题组例练,分类例练 提炼方法,1.,(全国卷,40),某一质粒载体如图所表示,外源DNA插入到Amp,r,或Tet,r,中会造成对应基因失活(Amp,r,表示氨苄青霉素抗性基因,Tet,r,表示四环素抗性基因)。有些人将此质粒载体用 BamH 酶切后,与用BamH酶切取得目标基因混合,加入DNA连接酶进行连接反应,用得到混合物直接转化大肠杆菌。结果大肠杆菌有未被转化,有被转化。被转化大肠杆菌有三种,分别是含有环状目标基因、含有质粒载体、含有插入了目标基因重组质粒大肠杆菌。回答以下问题:,第28页,解析:,(1)质粒能作为基因工程载体条件是质粒能自我复制、含有标识基因、含有一至多个酶切位点等。,答案:,(1)能自我复制、含有标识基因,(1)质粒载体作为基因工程工具,应具备基本条件有,.,(答出两点即可),而作为基因表示载体,除满足上述基本条件外,还需含有开启子和终止子。,第29页,解析:,(2)用含有氨苄青霉素培养基对未被转化大肠杆菌和被转化三种大肠杆菌进行筛选时,未被转化大肠杆菌和仅含环状目标基因大肠杆菌均不含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均不能生长,故二者无法区分;含有质粒载体大肠杆菌和含有插入了目标基因重组质粒大肠杆菌均含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均能生长,故二者也无法区分,但前者细胞内还含有四环素抗性基因,而后者细胞内含有重组质粒在插入目标基因时四环素抗性基因被破坏,所以在含有四环素固体培养基上前者能生长,后者不能生长。,(2)二者均不含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均不生长含有质粒载体含有插入了目标基因重组质粒(或答含有重组质粒)二者均含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均能生长四环素,(2)假如用含有氨苄青霉素培养基进行筛选,在上述四种大肠杆菌细胞中,未被转化和仅含环状目标基因细胞是不能区分,其原因是,;,而且,和,细胞也是不能区分,其原因是,。,在上述筛选基础上,若要筛选含有插入了目标基因重组质粒大肠杆菌单菌落,还需使用含有,固体培养基。,第30页,(3)基因工程中,一些噬菌体经改造后能够作为载体,其DNA复制所需原料来自于,。,解析:,(3)噬菌体侵染受体细胞后,在受体细胞内利用受体细胞脱氧核苷酸来进行DNA复制。,答案:,(3)受体细胞,第31页,解析:,(1)人工合成法是依据蛋白质氨基酸序列,推测出信使RNA序列,再推测出对应基因核苷酸序列,进行人工合成目标基因;利用PCR技术可进行体外大量扩增目标基因。(2)基因表示载体构建是基因工程关键步骤,需要用限制酶将目标基因和载体进行切割,断开磷酸二酯键,再用DNA连接酶连接形成重组DNA。,答案:,(1)脱氧核苷酸序列PCR(2)基因表示载体构建DNA连接酶,2.,(山东青岛一模),某高校研发幽门螺杆菌疫苗为基因工程疫苗,对该菌引发胃炎、胃溃疡等疾病含有很好预防效果,其有效成份是一个该菌表面抗原蛋白质。回答以下问题:,(1)依据表面抗原蛋白质氨基酸序列推测出目标基因,进行人工合成,然后经过,技术大量扩增。,(2)基因工程关键步骤是,要利用,连接被限制酶切开磷酸二酯键。,第32页,(3)目标基因进入受体细胞内,而且在受体细胞内维持稳定和表示过程,称为,。最终翻译是否成功,惯用检测方法是,。,(4)试验证实,一定时间内间隔口服该疫苗3次效果更加好,其主要原因是体内产生,细胞数量增多,造成取得免疫预防作用更强,连续时间更久。,解析:,(3)转化是指将目标基因导入受体细胞内,而且在受体细胞内维持稳定和表示过程;惯用抗原抗体杂交法检测最终翻译是否成功。(4)一定时间内间隔口服该疫苗3次,属于二次免疫反应,体内产生记忆细胞数量增多,造成取得免疫预防作用更强,连续时间更久、效果更加好。,答案:,(3)转化抗原抗体杂交(4)记忆,第33页,知识梳理,自主学习 扎实基础,蛋白质工程,(1)概念了解,基础:蛋白质分子结构规律及其与生物功效关系。,操作:,或基因合成。,结果:改造现有蛋白质或制造出,。,目标:满足人类生产和生活需求。,(2)操作过程,从预期,出发设计预期,推测应有,找到相对应,(基因)基因表示产生需要蛋白质。,考点三蛋白质工程,基因修饰,新蛋白质,蛋白质功效,蛋白质结构,氨基酸序列,脱氧核苷酸序列,第34页,重点透析,剖析考点 拓展深化,蛋白质工程与基因工程比较,项目,区分与联络,蛋白质工程,基因工程,区分,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相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,可生产自然界没有蛋白质,只能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,基因工程中所利用一些酶需要经过蛋白质工程进行修饰、改造,第35页,题组例练,分类例练 提炼方法,1.糖尿病是近年来高发“富贵病”,常见类型有遗传型糖尿病和型糖尿病。遗传型糖尿病主要病因之一是胰岛受损。科研机构作出以下设计:取糖尿病患者细胞,将人正常胰岛素基因导入其中,然后做细胞培养,诱导产生胰岛组织,重新植入患者胰岛,使胰岛恢复功效。型糖尿病需要注射胰岛素治疗。当前临床使用胰岛素制剂注射后120 min后才出现高峰,与人体生理状态不符。科研人员经过一定工程技术伎俩,将胰岛素B链28号和29号氨基酸交换,取得了速效胰岛素,已经过临床试验。,第36页,解析:,(1)对遗传型糖尿病进行基因治疗方案中,胰岛素基因称为目标基因;PCR技术可在体外快速扩增目标基因;将该基因导入动物细胞最有效方法是显微注射法。(2)基因工程步骤中关键步骤是基因表示载体构建。,答案:,(1)目标基因PCR显微注射法(2)基因表示载体构建(目标基因与运载体结合),(1)对遗传型糖尿病进行基因治疗方案中,胰岛素基因称为,试验室中要先对该基因利用,技术进行扩增。将该基因导入正常细胞所用方法是,。,(2)对遗传型糖尿病患者进行治疗基因工程步骤中关键步骤是,.,。,第37页,解析:,(3)图中流程A是预期蛋白质功效,流程B是对应氨基酸序列。(4)蛋白质工程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要。,答案:,(3)预期蛋白质功效对应氨基酸序列(4)修饰合成改造,(3)科研人员利用蛋白质工程合成速效胰岛素,该技术试验流程为:,其中,流程A是,流程B是,。,(4)与基因工程相比,蛋白质工程是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,或基因,对现有蛋白质进行,制造一个新蛋白质,以满足人类生产和生活需要。,第38页,解析:,(1)蛋白质功效由蛋白质三维结构决定,而蛋白质三维结构与氨基酸序列相关,所以,若要改变蛋白质功效,能够考虑对蛋白质氨基酸序列进行改造。(2)P基因与P,1,基因根本区分是碱基序列不一样,所以能够经过对P基因进行修饰取得P,1,基因,也能够直接合成P,1,基因。中心法则内容包含遗传信息复制、转录、逆转录和翻译。,答案:,(1)氨基酸序列(或结构),(2)PP,1,DNA和RNA(或遗传物质)DNARNA、RNADNA、RNA蛋白质(或转录、逆转录、翻译),2.,(全国卷,40),已知生物体内有一个蛋白质(P),该蛋白质是一个转运蛋白,由305个氨基酸组成。假如将P分子中158位丝氨酸变成亮氨酸,240位谷氨酰胺变成苯丙氨酸,改变后蛋白质(P,1,)不但保留P功效,而且含有了酶催化活性。回答以下问题:,(1)从上述资料可知,若要改变蛋白质功效,能够考虑对蛋白质,.,进行改造。,(2)以P基因序列为基础,取得P,1,基因路径有修饰,基因或合成,基因。所取得基因表示时是遵照中心法则,中心法则全部内容包含,复制,以及遗传信息在不一样分子之间流动,即:,。,第39页,(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程,其基本路径是从预期蛋白质功效出发,经过,和,进而确定相对应脱氧核苷酸序列,据此取得基因,再经表示、纯化取得蛋白质,之后还需要对蛋白质生物,进行判定。,解析:,(3)蛋白质工程基本路径是从预期蛋白质功效出发,经过设计蛋白质结构和推测氨基酸序列,进而确定相对应脱氧核苷酸序列。取得蛋白质之后要对蛋白质生物功效进行判定。,答案:,(3)设计蛋白质结构推测氨基酸序列功效,第40页,构建知识网络 强化答题语句,知识网络,填充:,.,.,.,.,限制性核酸内切酶,基因表示载体构建,目标基因检测与判定,基因治疗,第41页,要语强记,1.三种工具,(1)限制酶含有特异性,即一个限制酶只能识别特定碱基序列,并在特定位点上进行切割。,(2)DNA连接酶作用部位是磷酸二酯键。,(3)质粒是惯用载体,它是一个小型环状DNA分子,含有一个至多个限制酶切割位点及标识基因。,2.四个步骤,(1)目标基因获取有从基因文库中获取和人工合成两类方法。,(2)基因表示载体包含目标基因、开启子、终止子和标识基因。,(3)目标基因导入植物细胞惯用农杆菌转化法,导入动物细胞惯用显微注射法,导入微生物细胞惯用感受态细胞法。,(4)目标基因检测与判定方法有分子水平检测(DNA分子杂交、分子杂交、抗原抗体杂交)和个体水平判定。,第42页,
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