基因工程一轮复习市公开课一等奖省赛课微课金奖PPT课件.pptx

基因工程,最新考纲,1.,基因工程诞生,(,),。,2.,基因工程原理及技术,(,含,PCR,技术,),。,3.,基因工程应用,(,),。,4.,蛋白质工程,(,),。,5.,试验：,DNA,粗提取与判定。,第1页,考点一基因工程基本工具及操作过程,1,.,基因工程基本工具,(1),限制性核酸内切酶,(,限制酶,),起源：主要从,生物中分离纯化而来。,作用：识别,并切开特定部位两个核苷酸之间,。,结果：产生,或平末端。,原核,特定核苷酸序列,磷酸二酯键,黏性末端,第2页,以下列图所表示，,Eco,R,限制酶识别碱基序列是,，切割位点在,之间；,Sma,限制酶识别碱基序列是,，切割位点在,之间说明限制酶含有,。,GAATTC,G,和,A,CCCGGG,G,和,C,专一性,第3页,(2)DNA,连接酶,作用：将限制酶切割下来,DNA,片段,。,类型,惯用类型,Ecoli DNA,连接酶,T,4,DNA,连接酶,起源,_,T,4,噬菌体,功效,只,“,缝合,”_,“,缝合,”_,_,结果,恢复被限制酶切开两个核苷酸之间_,拼接成,DNA,分子,大肠杆菌,黏性末端,黏性末端和平,末端,磷酸二酯键,第4页,(3),载体,其它载体：,噬菌体衍生物、,等。,载体作用：携带外源,DNA,片段进入受体细胞。,双链环状,DNA,分子,限制酶切,割位点,标识基因,动植物病毒,第5页,(1),基因工程2,种工具酶化学本质分别是什么？运载体种类有哪些？,提醒,限制酶、,DNA,连接酶其化学本质均为蛋白质。运载体种类有质粒,(,惯用,),、,噬菌体衍生物、动植物病毒等。,第6页,(2),限制酶为何不切割本身,DNA?,提醒,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；限制酶不切割本身,DNA,原因是原核生物中不存在该酶识别序列或识别序列已经被修饰。,第7页,第8页,提醒,适合质粒是,。由图可知，质粒,上无标识基因，不适合作为载体；质粒,和,标识基因上都有限制性核酸内切酶识别位点，使用该酶后将会造成标识基因遭破坏，故均不宜选作载体。,第9页,2.,基因工程基本操作程序,(1),目标基因获取,目标基因：主要指,基因，也能够是一些具,作用因子。,编码蛋白质,调控,基因文库,mRNA,反转录,DNA,合成仪,第10页,(2),基因表示载体构建,基因工程关键,目标：使目标基因,，同时使目标基因能够表示和发挥作用。,基因表示载体组成,在受体细胞中稳定存在，而且能够遗,传给下一代,RNA,聚合酶,转录,转录,目标基因,第11页,构建过程,(3),将目标基因导入受体细胞,受体细胞种类不一样，导入方法不一样,同种限制酶,DNA,连接,第12页,生物种类,植物细胞,动物细胞,微生物细胞,惯用方法,_,_,_,受体细胞,体细胞或受精卵,_,原核细胞,转化过程,将目标基因插入到Ti质粒TDNA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,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,农杆菌转化法,显微注射法,转化法,受精卵,第13页,(4),目标基因检测与判定,第14页,1.,以下物质或过程哪一项不影响磷酸二酯键数目改变？请逐项分析说明。,RNA,聚合酶、逆转录酶、,Taq,酶,DNA,聚合酶、,DNA,连接酶、,DNA,酶,遗传信息翻译、,PCR,中,DNA,解链,cDNA,文库构建、基因突变过程,提醒,RNA,聚合酶、逆转录酶和,Taq酶作用都会造成磷酸二酯键数量增加，,DNA,聚合酶和,DNA,连接酶作用都会造成磷酸二酯键数量增加，而,DNA,酶作用会造成磷酸二酯键数量减小，遗传信息翻译会增加肽键数目，,PCR,中,DNA,解链会降低氢键数目，这两个过程都不会影响磷酸二酯键数目，,cDNA,文库构建需要使用逆转录酶，这会造成磷酸二酯键数目增加，基因突变是指基因中碱基正确增添、缺失和替换，其中增添和缺失会造成磷酸二酯键数目改变。,第15页,2.,(,教材,P4,“,寻根问底,”,改编,),依据你所掌握知识，你能分析出限制酶存在于原核生物中作用是什么吗？,提醒,原核生物轻易受到自然界外源,DNA,入侵，不过，生物在长久进化过程中形成了一套完善防御机制，以预防外来病原物侵害。限制酶就是细菌一个防御性工具，当外源,DNA,侵入时，会利用限制酶将外源,DNA,切割掉，以确保本身安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源,DNA,使之失效，从而到达保护本身目标。,第16页,3.,(,教材,P6,“,旁栏思索题,”,解答,),想一想，具备什么条件才能充当,“,分子运输车,”,？,提醒,能自我复制、有一个或多个切割位点、有标识基因及对受体细胞无害等。,第17页,1.,(,全国课标卷,，,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,B,am,H,酶切后，与用,B,am,H,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18页,(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19页,(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。,(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,_,。,第20页,解析,(1),作为运载体必须具备以下特点：,能自主复制，从而在受体细胞中稳定保留；,含标识基因，以供重组,DNA,判定和选择；,具,1,或多个限制酶切割位点方便外源,DNA,插入。,(2),在含有氨苄青霉素培养基上，只有含有,Amp,r,大肠杆菌才能够生长。而,Amp,r,位于质粒上，故未被转化和仅含环状目标基因大肠杆菌细胞中无,Amp,r,，故不能在培养基中生长，而仅含有质粒载体和含有插入了目标基因重组质粒大肠杆菌均含有,Amp,r,因而能在培养基中生长。目标基因插入破坏了质粒载体,Tet,r,，故含有插入了目标基因重组质粒大肠杆菌不能在含有四环素平板上生长，从而与仅含有质粒载体大肠杆菌得以区分。,(3),噬菌体是病毒，无细胞结构，无法自主合成,DNA,，需借助宿主细胞完成,DNA,复制。,第21页,答案,(1),能自我复制、含有标识基因,(2),二者均不含有氨芐青霉素抗性基因，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,),二者均含有氨芐青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长四环素,(3),受体细胞,第22页,2.,如图为农杆菌转化法示意图。请回答以下问题：,(1),图中,过程用到工具酶特点是,_,(2),图中,过程用到工具酶是,_,，该过程是基因工程最关键步骤，即,_,。,第23页,(3),图中,过程，需使用,_,溶液处理农杆菌使其成为感受态。,(4),图中,过程原理是,_,。,(5),检测基因工程是否成功。首先，应检测,_,，这是目标基因能否在真核细胞内稳定遗传关键；其次，利用,_,法检测目标基因是否转录出对应,mRNA,；最终，利用,_,法检测目标基因是否翻译成蛋白质。,答案,(1),能识别特定脱氧核苷酸序列而且在特定位点切开,DNA,分子,(2)DNA,连接酶基因表示载体构建,(3),氯化钙,(4),植物细胞全能性,(5),转基因生物染色体上是否插入目标基因分子杂交抗原抗体杂交,第24页,(1),诠释基因组文库与部分基因文库,第25页,(2),诠释,PCR,技术,原理：体外,DNA,复制,需要条件：模板,DNA,、引物、四种脱氧核苷酸、热稳定,DNA,聚合酶,(,Taq,酶,),过程：,DNA,受热,(90,95,),变性解旋为单链、冷却,(55,60,),后,RNA,引物与单链对应互补序列结合，然后在,DNA,聚合酶作用下延伸,(70,75,),合成互补链。,第26页,(3),诠释基因表示载体,第27页,(4),农杆菌转化法原理,植物受损伤时伤口处罚泌物可吸引农杆菌,农杆菌中,Ti,质粒上,T,DNA,可转移至受体细胞并整合到受体细胞染色体,DNA,上,(,若将目标基因插入到,Ti,质粒,T,DNA,上，则目标基因将被一起带入,),第28页,考点二基因工程应用及蛋白质工程,1,.,基因工程应用,(1),动物基因工程：用于提升动物,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,；用转基因动物作器官移植,等。,(2),植物基因工程：培育,转基因植物,(,如抗虫棉,),、,_,转基因植物,(,如转基因烟草,),和,转基因植物,(,如抗寒番茄,),；利用转基因改良植物,(,如新花色矮牵牛,),。,生长速度,药品,供体,抗虫,抗病,抗逆,品质,第29页,(3),比较基因治疗与基因诊疗：,原理,操作过程,进展,基因治疗,_,利用_导入有基因缺点细胞中，以表示出正常性状来治疗(疾病),临床试验,基因诊疗,_,制作特定,_,与病人样品,DNA,混合，分析杂交带情况,临床应用,基因表示,正常基因,碱基互补配对,DNA,探针,第30页,2.,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：,现有蛋白质或制造出,。,目标：依据人们对蛋白质功效特定需求，对,进行分子设计。,基因修饰,改造了,新蛋白质,蛋白质结构,第31页,(2),操作过程,从预期蛋白质,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。其流程图以下：,功效,蛋白质结构,氨基酸序列,脱氧核苷酸序列,第32页,1.,蛋白质工程操作程序基本思绪与基因工程有什么不一样？,提醒,基因工程是遵照中心法则，从,DNA,mRNA,蛋白质,折叠产生功效，基本上是生产出自然界已经有蛋白质。蛋白质工程是按照以下思绪进行：确定蛋白质功效,蛋白质应有高级结构,蛋白质应具备折叠状态,推测应有氨基酸序列,找到相对应脱氧核苷酸序列。,第33页,2.,(,教材,P26,旁栏思索题解答,),对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是经过对基因操作来实现？,提醒,毫无疑问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：,(1),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。,(2),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34页,1.,(,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。,第35页,(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：,_,_,。,(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，之后还需要对合成蛋白质生物,_,进行判定。,答案,(1),氨基酸序列,(,或结构,),(2)P,P,1,DNA,和,RNA(,或遗传物质,),DNA,RNA,、,RNA,DNA,、,RNA,蛋白质,(,或转录、逆转录、翻译,),(3),设计蛋白质结构推测氨基酸序列功效,第36页,2.,科学工作者将抗虫毒蛋白基因经过载体转入棉花细胞，对抵抗棉铃虫有很好作用。请回答与该抗虫棉培育相关问题。,(1),抗虫毒蛋白基因是从苏云金芽孢杆菌中取得，取得该基因需要使用酶是,_,，该酶作用化学键是,_,。,(2),将含有抗虫毒蛋白基因基因表示载体导入棉花体细胞中惯用方法是,_,；要将已经成功接收基因表示载体棉花体细胞培育成一个新植株需要用到生物技术是,_,。,第37页,(3),在研制抗虫棉过程中，利用标识基因能够快速检测基因表示载体是否导入棉花细胞，然而，即使基因表示载体已经导入棉花细胞，也不能确定转基因过程已经取得成功。所以，在该项工程最终阶段，需要做一系列检测。比如，用放射性同位素标识,_,作探针，能够分别检测棉花细胞中是否有,_,；向棉花细胞匀浆中加入特定,_,，能够检测棉花细胞中是否能够产生抗虫毒蛋白。,(4),我国西北一些地域年降雨量很小，只适宜种植少数草本植物，但却被硬性要求种植转基因抗虫棉，结果造成减产。这个案例主要违反了生态工程,_,原理。,第38页,答案,(1),限制性核酸内切酶,(,限制酶,),磷酸二酯键,(2),农杆菌转化法植物组织培养,(3),含有目标基因,DNA,片段目标基因和由目标基因转录而来,mRNA,抗体,(4),协调与平衡,第39页,蛋白质工程与基因工程比较,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,定向改造生物遗传特征，以取得人类所需生物类型或生物产品(基因异体表示),结果,生产自然界中没有蛋白质,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40页,考点三,PCR,技术与,DNA,粗提取与判定,1,.,PCR,技术,(1)PCR,原理：,原理，即：,DNA,复制,冷却,第41页,(2)PCR,反应过程,变性,90,50,碱基互补配对,延伸,Taq,DNA,聚合酶,第42页,(3),结果：,上述三步反应完成后，一个,DNA,分子就变成了,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,中完成。,两,PCR,扩增仪,第43页,2,.,DNA,粗提取与判定,(1),试验原理,0.14,NaCl,二苯胺,试剂,第44页,(2),操作流程,DNA,蒸馏水,第45页,不一样浓度,NaCl,溶液,酒精,蓝色,第46页,(1),为何加入蒸馏水能使鸡血细胞破裂？,提醒,蒸馏水对于鸡血细胞来说是一个低渗液体，水分能够大量进入血细胞内，使血细胞破裂，再加上搅拌机械作用，就加速了鸡血细胞破裂,(,细胞膜和核膜破裂,),，从而释放出,DNA,。,第47页,(2),若用植物细胞提取,DNA,需加入洗涤剂和食盐，其作用是什么？,提醒,洗涤剂是一些离子去污剂，能溶解细胞膜，有利于,DNA,释放；食盐主要成份是,NaCl,，有利于,DNA,溶解。,(3),为何重复地溶解与析出,DNA,，能够去除杂质？,提醒,用高盐浓度溶液溶解,DNA,，能除去在高盐中不能溶解杂质；用低盐浓度使,DNA,析出，能除去溶解在低盐溶液中杂质。所以，经过重复溶解与析出,DNA,，就能够除去与,DNA,溶解度不一样各种杂质。,第48页,1.,(,广东卷，,3),关于,DNA,试验，叙述正确是,(,),A.,用兔成熟红细胞可提取,DNA,B.PCR,每个循环普通依次经过变性,延伸,复性三步,C.DNA,溶液与二苯胺试剂混合，沸水浴后生成蓝色产物,D.,用甲基绿对人口腔上皮细胞染色，细胞核呈绿色，细胞质呈红色,第49页,解析,DNA,粗提取和提纯，所用原料普通是鸡血或者菜花，不能使用哺乳动物成熟红细胞，因为其中不含细胞核和细胞器，极难提取到,DNA,，,A,不正确；,PCR,又称多聚酶链式反应，每个循环包含高温变性低温复性中温延伸三个步骤，而且次序不能颠倒，,B,错误；在沸水浴条件下，,DNA,与二苯胺反应展现蓝色，所以，二苯胺能够作为判定,DNA,试剂，,C,正确；甲基绿染液只能染,DNA,成绿色，细胞核中含有大量,DNA,分子，故用甲基绿对人口腔上皮细胞染色，细胞核呈绿色，用甲基绿无法对细胞质进行染色，,D,错误。,答案,C,第50页,2.PCR,技术是分子生物学试验室里一个常规伎俩，其原理是利用,DNA,半保留复制，在试管中进行,DNA,人工复制,(,如图所表示,),，在很短时间内，将,DNA,扩增几百万倍甚至几十亿倍，使试验室所需要遗传物质不再受限于活生物体。,(1)PCR,全称是,_,，,94,高温使,DNA,双链打开，这一步是打开,_,键，称为,_,。而这一过程在细胞内是经过,_,酶实现。,第51页,(2),当温度降低时，引物与模板,_,端结合，在,_,作用下，引物沿模板延伸，此过程中原料是,_,，遵照标准是,_,。,(3)PCR,技术必要条件除模板、原料、,ATP,、酶以外，最少还需要三个条件，即液体环境、适宜,_,和,_,，前者由,PCR,仪自动调控，后者则靠,_,来维持。,(4)DNA,复制需要引物，其主要原因是,_,。引物实质是,_,，若将,1,个,DNA,分子拷贝,10,次，则需要在缓冲溶液中最少加入,_,个引物。,第52页,解析,打开,DNA,双链需破坏碱基对间氢键；引物游离端为,5,端，即合成,DNA,时从新链,5,3,端延伸，故引物需与模板,3,端结合；,PCR,所用液体环境需保障适宜温度和,pH,，其,pH,可借助缓冲液维持；,DNA,复制不能从头开始，故必须提供引物。在,DNA,分子扩增时需要,2,种引物，因为新合成链都需要引物作为复制起点，故所需引物数目等于新合成,DNA,链数目，即,2,2,10,2,2,11,2,。,答案,(1),多聚酶链式反应氢变性解旋,(2)3,热稳定,DNA,聚合酶四种脱氧核苷酸碱基互补配对,(3),温度,pH,缓冲液,(4)DNA,复制不能从头开始，,DNA,聚合酶只能从引物,3,端延伸,DNA,链单链,RNA,或者单链,DNA,分子,2,11,2,第53页,1,.,生物体内,DNA,复制与,PCR,反应区分,体内,DNA,复制,PCR,反应,解旋,在解旋酶作用下，细胞提供能量，部分解开,加热至,90,，双链全部解开，不需要解旋酶,引物,一小段,RNA,能够是RNA或单链DNA分子片段,合成子链,在引物基础上，一条链连续合成，另一条链不连续合成,分别从两条链引物端开始，都是连续合成，控制温度72,第54页,特点,边解旋边复制，半保留复制,体外快速扩增,Taq,DNA,聚合酶,不需要,需要,循环次数,受生物体本身控制,30屡次,相同点,生物体内DNA复制和PCR体外DNA扩增都需要模板、四种脱氧核苷酸，且都需要在一定缓冲溶液中进行,第55页,2.DNA,粗提取与判定中,“,234,”,加蒸馏水,2,次,加到鸡血细胞液中，使血细胞吸收水破裂；,加到含DNA2 mol/LNaCl溶液中，使NaCl溶液物质量浓度下降到0.14 mol/L，使DNA析出,用纱布过滤,3,次,过滤血细胞破裂液，得到含细胞核物质滤液；,滤取0.14 mol/LNaCl溶液中析出DNA(黏稠物)；,过滤溶有DNA2 mol/LNaCl溶液,用,NaCl,溶液,4,次,加2 mol/LNaCl溶液，溶解提取细胞核物质；,用0.14 mol/LNaCl溶液使DNA析出；,用2 mol/LNaCl溶液，溶解滤取DNA黏稠物；,用2 mol/LNaCl溶液，溶解丝状物用于判定DNA,第56页,易错,防范清零,易错清零,易错点,1,误认为目标基因插入是,“,随机,”,点拨,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到开启子与终止子之间部位，若目标基因插入到开启子内部，开启子将失去原功效。,第57页,易错点,2,混同开启子与起始密码子，终止子与终止密码子，不明确标识基因作用,点拨,开启子,起始密码子，终止子,终止密码子,(1),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。,(2),终止子：一段有特殊结构,DNA,片段，位于基因尾端。作用是使转录过程停顿。,(3),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),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,),，从而将含目标基因细胞筛选出来。,第58页,易错点,3,误认为切取目标基因与切取载体时,“,只能,”,使用,“,同一个酶,”,点拨,(1),在获取目标基因和切割载体时通惯用同种限制酶，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。,(2),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59页,易错点,4,误认为基因工程可造成受体细胞或生物产生,“,新基因,”,或,“,新蛋白质,”,点拨,基因工程实质是,“,基因重组,”,，它是将外源基因导入受体细胞，使该基因在受体细胞中表示,因为,“,外源基因,”,是自然界已存在,“,现成,”,基因，故基因工程并未产生新基因，由此目标基因表示时也未产生新蛋白质，基因工程只不过是让受体细胞,(,或生物,),“,实现了外源基因表示,”,。,第60页,规范答题,下列图表示培育,“,华恢,1,号,”,抗虫水稻主要流程，据图回答以下问题：,(1),杀虫基因经过,过程，最终在宿主细胞内维持稳定和表示过程叫做,_,。,(2),杀虫基因,(crylA),是依据几个,Bt,毒蛋白分子结构，设计并人工合成，这属于,_,工程技术范围。,第61页,(3),组建理想载体需要对天然质粒进行改造。下列图是天然土壤农杆菌,Ti,质粒结构示意图,(,示部分基因及部分限制酶作用位点,),，据图回答以下问题：,第62页,第63页,答卷采样,原处纠错,纠错依据,答题不规范未使用,“,专业术语,”,思维定势,未顾及图示中已存在,“,终止子,”,思维混乱，未能把握酶、酶切割目标及结果,了解错误，未能据已知黏性末端还原为DNA双链序列从而确认切割位点,第64页,