高考生物复习现代生物科技专题第36讲基因工程包括PCR技术选修全国公开课一等奖百校联赛示范课赛课特等.pptx

教材研读,考点突破,栏目索引,教材研读,考点突破,栏目索引,教材研读,考点突破,栏目索引,*,*,教材研读,考点突破,栏目索引,*,*,教材研读,考点突破,栏目索引,*,*,生物,课标版,第,36,讲基因工程,(,包含,PCR,技术,),第1页,考点一基因工程工具与操作程序,教材研读,一、基因工程工具,1.限制酶,(1)存在:,原核生物,中。,(2)作用:,识别双链DNA分子某种特定核苷酸序列,并使每一条,链中特定部位两个核苷酸之间,磷酸二酯键,断开。,(3)形成,末端类型,第2页,2.DNA连接酶,(1)作用:将双链DNA片段“缝合”起来,恢复被限制酶切开两个核苷,酸间磷酸二酯键。,(2)种类,种类,E,coli,DNA连接酶,T,4,DNA连接酶,起源,大肠杆菌,T,4,噬菌体,特点,只“缝合”,黏性,末端,黏性末端和平末端都可“缝合”,第3页,3.载体,(1)条件:能在受体细胞中复制并稳定保留;含有一至多个限制酶切点;具,有标识基因。,(2)种类,(3)作用:,携带外源DNA片段进入受体细胞,。,(4)特点:可在细胞中进行自我复制或整合到染色体DNA上随染色体,DNA进行同时复制。,第4页,二、基因工程基本操作程序,1.目标基因获取,(1)目标基因:主要指,编码蛋白质,基因,也能够是一些具,调控,作用因子。,(2)方法,第5页,2.基因表示载体构建基因工程关键,(1)目标:使目标基因,在受体细胞中稳定存在,而且能够遗传给下一代,同时使目标基因能够表示和发挥作用。,(2)基因表示载体组成,第6页,(3)构建过程:,第7页,3.将目标基因导入受体细胞,生物种类,植物细胞,动物细胞,微生物细胞,惯用方法,农杆菌转化法,显微注射法,转化法,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上导入农杆菌侵染植物细胞整合到受体细胞染色体DNA上表示,基因表示载体,受精卵,新性状个体,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8页,4.目标基因检测与判定,第9页,考点二基因工程应用与蛋白质工程,一、动物基因工程与植物基因工程,1.动物基因工程:用于提升动物,生长速度,从而提升产品产量;用,于改进畜产品品质;用转基因动物生产药品;用转基因动物作器官移植,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,品质,。,第10页,二、基因诊疗与基因治疗,1.,基因诊疗,:,又称为,DNA,诊疗,是采取,基因检测,方法来判断患,者是否出现了基因异常或携带病原体。,2.基因治疗,(1)概念:把,正常基因,导入病人体内,使该基因表示产物发挥功,能,从而到达治疗疾病目标。,(2)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11页,3.类型,第12页,三、蛋白质工程,1.蛋白质工程概念,第13页,疑难诊室,(1)既然存在基因工程,为何还要改造蛋白质?,提醒基因工程只能产生自然界已存在蛋白质。,(2)蛋白质工程中为何经过对基因操作来实现对天然蛋白质改造?,提醒蛋白质含有十分复杂空间结构,基因结构相对简单,轻易,改造;改造后基因能够遗传给下一代,被改造蛋白质无法遗传。,第14页,考点三转基因生物安全性与生物武器,1.转基因生物存在安全性问题原因,(1)当前对,基因结构,、基因间相互作用及基因调控机制等,都了解得相当有限。,(2)目标基因往往是,异种生物,基因。,(3)外源基因插入宿主基因组部位往往是,随机,。,2.,对转基因生物安全性争论,:,在,食物安全、生物安全、环境安全,三个方面存在激烈争论。,3.理性对待转基因技术:,趋利避害,不能因噎废食,。,第15页,4.基因身份证,(1)否定理由:个人基因资讯泄露造成,基因歧视,势必造成遗,传学失业大军、个人婚姻困难和人际关系疏远等。,(2)必定理由:一些遗传性疾病在后代中复现率很高,经过基因检测可,以,及早预防,适时治疗,到达挽救患者生命目标。,5.生物武器,(1)种类:致病菌、,病毒,、生化毒剂,以及经过,基因重组,致病菌等。,(2)中国政府态度:在任何情况下,不发展、不生产、不储存,生,物武器,并反对,生物武器及其技术和设备,扩散。,第16页,1.判断相关基因工程工具说法正误。,(1)(江苏单科,23A)切割质粒限制性核酸内切酶均能特异性地识,别6个核苷酸序列。,(,),(2)(江苏单科,23C)载体质粒通常采取抗生素合成基因作为筛选标,记基因。,(,),(3)限制酶只能用于切割目标基因。,(,),(4)DNA连接酶能使两碱基间经过氢键连接起来。,(,),(5)限制性核酸内切酶、DNA连接酶和质粒是基因工程中惯用三种,工具酶。,(,),(6),E,coli,DNA连接酶既可连接平末端,又可连接黏性末端。,(,),第17页,2.判断相关基因工程操作程序说法正误。,(1)(重庆理综,6A)表示载体中胰岛素基因可经过人肝细胞mRNA,反转录取得。,(,)2)(重庆理综,6C)借助抗生素抗性基因可将含胰岛素基因受体细,胞筛选出来。,(),(3)(重庆理综,6D)开启子和终止密码子均在胰岛素基因转录中,起作用。,(,),(4)用PCR方法扩增目标基因时无须知道基因全部序列。,(),(5)PCR体系中一定要添加从受体细胞中提取DNA聚合酶。,(,),(6)目标基因导入双子叶植物普通采取农杆菌转化法。,(),(7)为培育抗除草剂作物新品种,导入抗除草剂基因时只能以受精卵,为受体。(,),(8)由大肠杆菌工程菌取得人干扰素后可直接应用。(,),第18页,(9)检测目标基因是否导入受体细胞可用抗原抗体杂交技术。,(,),3.判断以下相关蛋白质工程和转基因技术说法正误。,(1)蛋白质工程能够合成自然界中不存在蛋白质。,(),(2)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。,(,),(3)(重庆理综,2D)生物武器是用微生物、毒素、干扰素及重组致,病菌等来形成杀伤力。,(,),(4)当前对转基因生物安全性争论主要集中在食用安全性、生物安全,性和环境安全性上。,(),(5)(江苏单科,23D)抗虫基因即使成功地插入植物细胞染色体上也,未必能正常表示。,(),第19页,突破一基因工程操作工具与操作程序,考点突破,1.基因工程操作程序中“三、三、二、一”,(1)目标基因“三种获取方法”,从基因文库中获取(基因组文库、cDNA文库),利用PCR技术扩增:其实质是在体外对目标基因进行大量复制。用,PCR仪控制温度:变性(95)复性(55)延伸(72),经过DNA合成仪用化学方法人工合成(用于序列已知,且核苷酸数目,较少者)、利用mRNA反转录法合成。,(2)将目标基因导入受体细胞“三种类型”,导入植物细胞农杆菌转化法(花粉管通道法、基因枪法);,第20页,导入动物细胞显微注射法(导入受精卵);,导入微生物细胞使用Ca,2+,处理受体细胞。,(3)目标基因检测与判定“两个水平”,(4)基因工程操作“一个关键”基因表示载体构建,第21页,2.PCR技术,(1)原理:DNA复制,即:,过程,说明,图解,变性,当温度上升到90 以上时,双链DNA解聚为,单链,复性,温度下降到50 左右,两种引物经过碱基互补配对与两条单链DNA结合,延伸,72 左右时,Taq,DNA聚合酶有最大活性,可,使DNA新链由5端向3端延伸,(2)PCR反应过程,第22页,(3)结果:上述三步反应完成后,一个DNA分子就变成了两个DNA分,子,伴随重复次数增多,DNA分子就以2,n,形式增加。PCR反应过,程都是在PCR扩增仪中完成。,第23页,3.突破基因工程五个易错点,(1)基因组文库与部分基因文库不一样,(2)目标基因插入位点不是随意:基因表示需要开启子与终止,子调控,所以目标基因应插入开启子与终止子之间,若目标基因插入,开启子内部,开启子将失去原功效。,(3)开启子,起始密码子,终止子,终止密码子,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。,基因文库类型,基因组文库,部分基因文库(cDNA文库),构建基因,文库过程,某种生物全部DNA,许多DNA片段,受体菌群体,某种生物发育某个时期mRNA,cDNA,受体菌群体,第24页,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。,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。,(4)切取目标基因与切割载体时“只能”使用“同一个酶”?,在获取目标基因和切割载体时通惯用同一个限制酶,以取得相同黏,性末端。但假如用两种不一样限制酶切割后形成黏性末端相同时,在,DNA连接酶作用下目标基因与载体也能够连接起来。,为了预防载体或目标基因黏性末端自己连接即所谓“环化”可用,不一样限制酶分别处理目标基因和载体,使目标基因两侧及载体上含有,两个不一样黏性末端。,第25页,(5)基因工程操作过程中只有第三步(将目标基因导入受体细胞)没有碱,基互补配对现象:,第一步存在PCR或人工合成法取得DNA,第二步存在黏性末端连接现,象,第四步检测存在分子杂交方法。,第26页,4.DNA粗提取与判定,(1)试验原理,第27页,(2)操作流程,第28页,考向一依靠实例分析,考查基因工程基本操作工具,1.(课标全国,40,15分)图(a)中三个DNA片段上依次表示出了,Eco,R、,Bam,H和,Sau,3A三种限制性内切酶识别序列与切割位,点,图(b)为某种表示载体示意图(载体上,Eco,R、,Sau,3A切点,是唯一)。,图(a),第29页,图(b),依据基因工程相关知识,回答以下问题:,(1)经,Bam,H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,。,第30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,。,图(c),第31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,。,答案,(1),Sau,3A两种酶切割后产生片段含有相同黏性末端(每,空2分,共4分),(2)甲和丙(2分)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(3分,其它合理答案,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,其它合理答案可酌情给分),第32页,解析,(1)分析图(a)可知,限制酶,Sau,3A与,Bam,H切割DNA后形成,黏性末端相同,故经这两种酶切割得到产物能够用DNA连接酶进行,连接。(2)构建基因表示载体时,为确保目标基因能在宿主细胞中成功,表示,目标基因应插入在开启子和终止子之间,据此可判断甲、丙均不,符合要求,目标基因均不能被转录。(3)常见DNA连接酶有,E,coli,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。,第33页,考向二借助实例,考查基因工程操作程序,2.(课标,40,15分)植物甲含有极强耐旱性,其耐旱性与某个基因,相关。若从该植物中取得该耐旱基因,并将其转移到耐旱性低植物乙,中,有可能提升后者耐旱性。,回答以下问题:,(1)理论上,基因组文库含有生物,基因;而cDNA文库中含有,生物,基因。,(2)若要从植物甲中取得耐旱基因,可首先建立该植物基因组文库,再,从中,出所需耐旱基因。,第34页,(3),将耐旱基因导入农杆菌,并经过农杆菌转化法将其导入植物,体细胞中,经过一系列过程得到再生植株。要确认该耐旱基因是,否在再生植株中正确表示,应检测此再生植株中该基因,如,果检测结果呈阳性,再在田间试验中检测植株,是否得到提,高。,(4)假如用得到二倍体转基因耐旱植株自交,子代中耐旱与不耐旱植,株数量比为31时,则可推测该耐旱基因整合到了,(填“同源染色体一条上”或“同源染色体两条上”)。,答案,(15分)(1)全部(2分)部分(2分,其它合理答案也给分),(2)筛选(2分,其它合理答案也给分),(3)乙(2分)表示产物(2分,其它合理答案也给分)耐旱性(2分),(4)同源染色体一条上(3分),第35页,解析,(1),基因组文库包含某种生物全部基因,cDNA,文库又称为部分,基因文库,含有某种生物部分基因。,(2),植物甲基因组文库中有该种,植物全部基因,从中可筛选出耐旱基因。(3)植物乙耐旱性低,所以,植物乙体细胞作为受体细胞;要确定耐旱基因是否正确表示,应检测该,基因表示产物,对于个体水平检测,应在干旱田间进行试验,检测,植物乙耐旱性是否得到了提升。(4)将耐旱基因看作A,不耐旱基因看作,a,Aa,Aa耐旱与不耐旱数量比为31,则耐旱基因整合到了同源染色,体一条上。,第36页,突破二基因工程应用与蛋白质工程,一、基因工程应用,1.植物基因工程,外源基因类型及举例,结果举例,抗虫转基,因植物,抗虫基因:Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因,抗虫水稻、抗虫棉、抗虫玉米,抗病转基,因植物,(1)抗病毒基因:病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因;(2)抗真菌基因:几丁质酶基因、抗毒素合成基因,抗病毒烟草、抗病毒小麦,抗逆转基,因植物,抗逆基因:调整细胞渗透压基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因,抗盐碱和抗干旱烟草、抗寒番茄、抗除草剂大豆和玉米,改良品质,转基因,植物,优良性状基因:必需氨基酸含量多蛋白质编码基因、控制番茄成熟基因、与植物花青素代谢相关基因,高赖氨酸玉米、耐储存番茄、新花色矮牵牛,第37页,2.动物基因工程,外源基因类型及举例,结果举例,提升生长速度转基因动物,外源生长激素基因,转基因鲤鱼,改进畜产品品质转基因动物,肠乳糖酶基因,乳汁中含乳糖较少转基因牛,生产药品转基因动物,药用蛋白基因+乳腺蛋白基因开启子,转基因动物含有乳腺生物反应器,作器官移植供体转基因动物,导入外源抑制抗原决定基因表示调整因子或除去供体抗原决定基因,无免疫排斥反应转基因猪,第38页,3.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,将正常基因导入病人体内,使该基因表示产物发挥功效,以抵达治疗疾病目标,制作特定DNA探针与病人样品DNA混合分析杂交带情况,判断患者是否出现了基因异常或携带病原体,进展,临床试验,临床应用,第39页,体型巨大个体。,(4)并非全部个体都可作为乳腺生物反应器,制备乳腺生物反应器通常,是针对雌性个体进行操作。,易混易错,(1)用基因工程方法,使外源基因得到高效表示菌类细,胞株系普通称为“工程菌”,如含有抗虫基因土壤农杆菌菌株。而青,霉素是诱变后高产青霉菌产生,不是经过基因工程改造工程菌产,生。,(2)用基因工程生产药品,从化学成份上分析都应该是蛋白质类。,(3)动物基因工程实施主要是为了改进畜产品品质,不是为了产生,第40页,二、蛋白质工程与基因工程,项目,蛋白质工程,基因工程,区,别,过,程,预期蛋白质功效设计蛋白质结构推测氨基酸序列推测脱氧核苷酸序列合成DNA表示出蛋白质,获取目标基因构建基因表示载体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,以获得人类所需生物类型或生物产品(基因异体表示),结,果,生产自然界没有蛋白质,生产自然界中已经有蛋白质,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,因为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41页,考向一依靠实例分析,考查基因工程应用,1.(天津理综,7,12分)人血清白蛋白(HSA)含有主要医用价值,只,能从人血浆中制备。如图是以基因工程技术获取重组HSA(rHSA)两,条路径。,(1)为获取HSA基因,首先需采集人血液,提取,合成总cDNA,然后以cDNA为模板,使用PCR技术扩增HSA基因。下列图中箭头表示一,条引物结合模板位置及扩增方向,请用箭头在方框内标出另一条引物,位置及扩增方向。,第42页,(2)开启子通常含有物种及组织特异性,构建在水稻胚乳细胞内特异表,达rHSA载体,需要选择开启子是,(填写字母,单项选择)。,A.人血细胞开启子,B.水稻胚乳细胞开启子,C.大肠杆菌开启子,D.农杆菌开启子,(3)利用农杆菌转化水稻受体细胞过程中,需添加酚类物质,其目标是,。,第43页,(4)人体合成初始HSA多肽,需要经过膜系统加工形成正确空间结构,才有活性。与路径相比,选择路径获取rHSA优势是,。,(5)为证实rHSA含有医用价值,须确认rHSA与,生物学功效一,致。,答案,(12分)(1)总RNA(或mRNA),(2)B,(3)吸引农杆菌移向水稻受体细胞,有利于目标基因成功转化,(4)水稻是真核生物,含有膜系统,能对初始rHSA多肽进行高效加工,(5)HSA,第44页,解析,(1)总cDNA是以mRNA为模板逆转录合成,所以需要提取人,总RNA或mRNA;PCR扩增原理是DNA复制,DNA复制时,两条子链,延伸方向相反,所以引物位置及方向如答案所表示。(2)要使rHSA基因,在水稻胚乳细胞内特异性表示,需要选择水稻胚乳细胞开启子。(3),酚类物质可吸引农杆菌移向水稻受体细胞,使农杆菌Ti质粒上T-DNA,转移到受体细胞并整合到受体细胞染色体DNA上,有利于目标基因,成功转化。(4)大肠杆菌为原核生物,无内质网和高尔基体,不能对多肽,进行高效加工,而水稻是真核生物,含有内质网和高尔基体,可对多肽链,进行高效加工。(5)要证实rHSA含有医用价值,须确认rHSA与HSA生,物学功效一致。,第45页,考向二借助实例,考查蛋白质工程,2.(课标,40,15分)已知生物体内有一个蛋白质(P),该蛋白质是一,种转运蛋白,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46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。,答案,(1)氨基酸序列(或结构)(1分,其它合理答案也给分),(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)设计蛋白质结构推测氨基酸序列(每空2分,共4分)功效(1分),第47页,解析,(1),蛋白质功效与结构相关,若要改变蛋白质功效,需要对其,结构进行改造。,(2),确定目标基因碱基序列后,可经过对现有基因进,行改造或者重新合成来取得目标基因。中心法则内容包含,DNA,复,制、RNA复制、转录、逆转录和翻译。(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。,第48页,