选修3第一讲基因工程(教材专题1).ppt

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1、选修三,高考成功方案 第1步,高考成功方案 第2步,高考成功方案 第3步,第一讲,一、DNA重组技术的基本工具1DNA重组技术的“分子手术刀”(1)“分子手术刀”即。(2)来源：主要从 中分离。(3)功能：识别、切割。(4)结果：产生 或。,限制性核酸内切酶,原核生物,特定核苷酸序列,磷酸二酯键,黏性末端,平末端,2Ecoli DNA连接酶与T4DNA连接酶(1)化学本质：。(2)功能上的相同点：均可催化形成。(3)功能不同点：可“缝合”黏性末端和 平末端，则只能缝合“黏性末 端”，不能缝合平末端。,均为蛋白质,磷酸二酯键,T4DNA连接酶,Ecoli DNA连接酶,3基因工程常用的载体基因工

2、程常用载体是，其化学本质是。二、基因工程的基本操作程序1获取目的基因的手段从 中获取；利用PCR技术扩增目的基因；通过DNA合成仪用化学方法直接合成。,质粒,一种双,链环状DNA分子,基因文库,2基因工程的核心(1)是基因工程的第二步，也是基因工程的核心。(2)基因表达载体的组成：除目的基因外，还必须有、和 等。启动子：是一段有特殊结构的，位于，是 的部位。标记基因的作用：鉴定受体细胞中是否含有，从而。,基因表达载体的构建,DNA片段,启动子,终止子,标记基因,基因首端,RNA聚合酶识别和结合,目的基因,将含目的基因的细胞筛选出来,3将目的基因导入受体细胞的方法(1)植物最常用：法，其次为 法

3、、法。(2)动物：最常用 法，其受体细胞通常为。(3)细菌：法，需用 处理细胞。,农杆菌转化,基因枪,花粉管通道,显微注射,受精卵,感受态细胞,Ca2,4目的基因的检测和鉴定(1)首先要检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因。(2)其次还要检测。(3)最后检测。(4)有时还需进行。,目的基因是否转录出了mRNA,目的基因是否翻译出了蛋白质,个体生物学水平的鉴定,三、基因工程的应用与蛋白质工程1基因工程的应用,生长速度,药物,供体,抗虫转基因,抗逆转基因,正常基因,表达产物,体外,2蛋白质工程(1)蛋白质工程的目标是：根据，对 进行分子设计。(2)蛋白质工程的手段：对蛋白质的结构进行设计改造

4、，最终必须通过 来完成。,人们对蛋白质功能的特定,蛋白质的结构,基因,需求,做一题例1(2011上海高考)回答下列有关基因工程的问题。(1)基因工程中使用的限制酶，其特点是_。(2)下图四种质粒含有E1和E2两种限制酶的识别位点，Apr表示抗青霉素的抗性基因，Tcr表示抗四环素的抗性基因。,将两端用E1切开的Tcr基因与用E1切开的质粒X1混合连接，连接后获得的质粒类型有_。(可多选)AX1 BX2CX3 DX4若将上图所示X1、X2、X3、X4四种质粒导入大肠杆菌，然后分别涂布在含有青霉素或四环素的两种培养基上。在这两种培养基上均不能生长的大肠杆菌细胞类型有_、_。,如果X1用E1酶切，产生

5、850对碱基和3 550对碱基两种片段，那么质粒X2(Tcr基因的长度为1 200对碱基)用E2酶切后的片段长度为_对碱基。若将外源的Tcr基因两端用E2切开，再与用E2切开的X1混合连接，并导入大肠杆菌细胞，结果显示，含X4的细胞数与含X1的细胞数之比为13，增大DNA连接酶用量能否提高上述比值？_。原因是_。,解析(1)基因工程中使用的限制酶，其特点是特异性地识别和切割DNA。(2)用限制酶E1切开质粒X1后，质粒X1暴露出两个黏性末端，Apr被切下。两端用E1切开的Tcr基因含有与上述切割后的质粒X1，Apr含有相同的黏性末端，混合后可形成X1、X2和X3。含质粒X1的细胞可在含青霉素培

6、养基上生长，含质粒X2的细胞可在含四环素培养基上生长；含质粒X3的细胞不含抗性基因，不能在两种培养基上生长；不含有质粒的细胞也不能在两种培养基上生长。,X2的长度为1 2003 5504 750，用E2酶切后质粒由环状变为链状。两段DNA黏性末端相同，DNA连接酶对DNA片段没有选择性，故增大DNA连接酶用量不能提高上述比例。,答案(1)特异性地识别和切割DNA(2)ABC无质粒细胞含X3的细胞4 750不能DNA连接酶对DNA片段没有选择性/两段DNA末端相同,链一串1正确界定几种关键酶,2限制酶两种作用结果比较DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式黏性末端和平末端(如下图

7、所示)。当限制酶在它识别序列的中轴线两侧将DNA的两条链分别切开时，产生的是黏性末端，而当限制酶在它识别序列的中轴线处切开时，产生的则是平末端。,3基因工程中“分子运输车”一载体的必备条件对受体细胞无害，不影响受体细胞正常的生命活动；具标记基因，能对重组DNA是否进入受体细胞进行鉴定；能自我复制，通过复制进行基因扩增；具有多个酶切位点，供外源基因插入其中，而且每种酶切位点最好只有一个，避免酶切后环状DNA打开，丢失某些片段。,关键一点(1)限制酶与DNA连接酶可存在如下关系：,(2)限制酶不切割自身DNA，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。(3)DNA连接酶起作用时不需

8、要模板，DNA聚合酶起作用时则需模板。,(4)为使目的基因与载体形成相同的DNA片段末端以便连接，通常使用同一种限制酶将二者切割，但如果不同限制酶切割DNA分子所产生的末端也存在互补关系时，则两末端也可连接。,通一类1关于DNA重组技术基本工具的说法正确的是()ADNA连接酶只能连接双链DNA片段互补的黏性末端B细菌细胞中含有的限制酶不能对自身DNA进行剪切C限制酶切割DNA后一定能产生黏性末端D天然的质粒就可以用来作为载体,解析：DNA连接酶分为两类，一类是Ecoli DNA连接酶，另一类是T4DNA连接酶，前者只能连接双链DNA片段互补的黏性末端；细菌细胞中含有的限制酶不能对自身DNA进行

9、剪切；限制酶切割DNA后可能产生黏性末端，也可能产生平末端；天然的质粒要用来作为载体必须进行人工改造。答案：B,2.(2012杭州检测)右图为大肠杆菌及质粒 载体的结构模式图，据图回答下列问 题。(1)a代表的物质和质粒的化学本质都是_，二者还具有其他共同点，如_，_(写出两条即可)。,(4)下列常在基因工程中用作载体的是()A苏云金芽孢杆菌抗虫基因B土壤农杆菌中的RNA分子C大肠杆菌的质粒D动物细胞的染色体,做一题例2(2011海南高考)回答有关基因工程的问题：(1)构建基因工程表达载体时，用不同类型的限制酶切割DNA后，可能产生黏性末端，也可能产生_末端。若要在限制酶切割目的基因和质粒后使

10、其直接进行连接，则应选择能使二者产生_(相同、不同)黏性末端的限制酶。,(2)利用大肠杆菌生产人胰岛素时，构建的表达载体含有人胰岛素基因及其启动子等，其中启动子的作用是_。在用表达载体转化大肠杆菌时，常用_处理大肠杆菌，以利于表达载体进入；为了检测胰岛素基因是否转录出了mRNA，可用标记的胰岛素基因片段作探针与mRNA杂交，该杂交技术称为_。为了检测胰岛素基因转录的mRNA是否翻译成_，常用抗原抗体杂交技术。,(3)如果要将某目的基因通过农杆菌转化法导入植物细胞，先要将目的基因插入农杆菌Ti质粒的_中，然后用该农杆菌感染植物细胞，通过DNA重组将目的基因插入植物细胞的_上。,解析限制酶切割DN

11、A可以产生黏性末端或平末端。一般用同一种限制酶切割目的基因和质粒，保证产生相同的黏性末端。基因表达载体中启动子是RNA聚合酶结合并识别的位置，驱动基因转录。用大肠杆菌作为受体细胞时，要用CaCl2溶液(或Ca2)处理，以利于表达载体进入。检测目的基因是否转录，可用DNA分子杂交技术检测，检测目的基因是否表达出蛋白质，可用抗原抗体杂交技术检测。目的基因插入农杆菌Ti质粒的TDNA中，然后插入植物细胞的染色体DNA上。,答案(1)平相同(2)提供RNA聚合酶特异性识别结合位点，驱动基因转录(其他合理答案也可)CaCl2溶液(或Ca2)DNARNA分子杂交(或分子杂交技术)胰岛素原(蛋白质)(3)T

12、DNA染色体DNA,链一串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。,(3)利用PCR技术扩增目的基因：原理：DNA双链复制。条件：模板、四种游离的脱氧核苷酸；热稳定的DNA聚合酶、引物等。过程：加热至9095，DNA解链冷却到5560，引物结合到互补DNA链加热至7075，热稳定DNA聚合酶从引物起始进行互补链的合成。,(3)构建步骤：,3将目的基因导入受体细胞,4目的基因的检测和鉴定,通一类3(2012西城

13、区质检)下列有关基因工程操作的叙述正确的是()A用同种限制性核酸内切酶切割运载体与目的基因可获得相同的黏性末端(平末端)B以蛋白质的氨基酸序列为依据合成的目的基因与原基因的碱基序列相同,C检测到受体细胞含有目的基因就标志着基因工程操作的成功D用含抗生素抗性基因的质粒作为运载体是因为其抗性基因便于与外源基因连接,解析：一种氨基酸可对应多个密码子，以蛋白质的氨基酸序列为依据合成的目的基因与原基因的碱基序列可能不同。只有目的基因在受体细胞中成功表达才标志着基因工程操作的成功。用含抗生素抗性基因的质粒作为运载体，是因为抗性基因作为标记基因可检测载体是否导入到受体细胞中。答案：A,4(2011银川二模)

14、下图为利用生物技术获得生物新品种的过程。据图回答：,(1)在基因工程中AB为_技术。利用的原理是_，其中a为_的过程，b过程使用的酶是_。(2)BC为转基因绵羊的培育过程，c过程用到的生物技术主要有动物细胞培养和_技术。在动物细胞培养过程中，需让培养液中含有一定量的CO2，其主要作用是_。,(3)BD为抗虫棉的培育过程，其中d过程常用的方法是_，要确定目的基因(抗虫基因)导入受体细胞后是否能稳定遗传并表达，需进行检测和鉴定工作。请写出两种分子水平上的鉴定方法：_。,解析：(1)b过程在72条件下进行，则该过程使用的酶具有耐高温特点。(2)转基因动物培养过程中，需要把带有目的基因的早期胚胎转移到

15、受体子宫内完成胚胎发育过程。(3)目的基因导入植物细胞常用农杆菌转化法。利用目的基因制成的基因探针，可以检测目的基因是否成功导入、是否转录。其原理是DNA分子杂交或抗原抗体杂交法检测目的基因控制的蛋白质是否合成。,答案：(1)PCRDNA分子复制变性(解旋)耐热的DNA聚合酶（TaqDNA聚合酶）(2)胚胎移植维持培养液的pH(3)农杆菌转化法DNA分子杂交或抗原抗体杂交法,做一题 例3(2011山东高考)人类疾病的转基因动物模型常用于致病机理的探讨及治疗药物的筛选。利用正常大鼠制备遗传性高血压转基因模型大鼠的流程如下图所示。,(1)卵母细胞除从活体输卵管中采集外，还可从已处死的雌鼠_中获取。

16、(2)图中的高血压相关基因作为_，质粒作为_，二者需用_切割后连接成重组载体，该过程与质粒上含有_有关。,(3)子代大鼠如果_和_，即可分别在分子水平和个体水平上说明高血压相关基因已成功表达，然后可用其建立高血压转基因动物模型。(4)在上述转基因大鼠的培育过程中，所用到的主要胚胎工程技术是_、早期胚胎培养和胚胎移植。,解析：本题主要考查基因工程、胚胎工程的相关知识，意在考查理解能力与综合运用能力。(1)卵母细胞可以从活体的输卵管中采集，也可以从处死的雌鼠的卵巢中获取。(2)根据题图可以判断高血压相关基因为目的基因，质粒是载体，二者需用同种限制酶切割后连接成重组载体，该过程需要目的基因和质粒上有

17、限制酶能识别的切割位点。(3)检测高血压相关基因是否表达，在分子水平上可检测对应的蛋白质是否合成，在个体水平上可观察其是否表现出相应的性状。(4)从题图中可以看出，所用到的胚胎工程技术主要有体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植。,答案：(1)卵巢(2)目的基因载体同种限制性核酸内切酶(或：同种限制酶)限制酶切割位点(3)检测到体内有相关蛋白出现高血压(4)体外受精,链一串(1)乳腺生物反应器受生物性别的限制，若从动物尿液中提取目的基因产物则不受性别限制。(2)基因治疗是治疗人类遗传病的根本方法，但由于尚未全面了解基因调控机制和疾病产生的分子机理，基因治疗目前只是处于初期的临床试验阶段。,(3)基因

18、工程的目的不同，可选用的受体细胞不同。若生产基因工程药品，受体细胞一般选用微生物，利用微生物繁殖速度快的特点，可在短期内获得大量产品。(4)蛋白质工程与基因工程的比较：,通一类5培育作为“生物反应器”的动物可以生产许多珍贵的医用蛋白，该动物的培育过程涉及的现代生物技术有()基因工程体外受精胚胎移植动物细胞培养ABC D,解析：生物反应器是指利用转基因活体动物的某种能够高效表达外源蛋白的器官或组织来进行工业化生产活性功能蛋白的技术，用于表达的生物反应器包括动物血液、乳腺等。作为生物反应器的动物的培育过程是将目的基因导入受精卵中，将其培育到桑椹胚或囊胚阶段，再将其移入代孕动物的子宫中，使其生长发育

19、成转基因动物，这样就能够实现动物蛋白的工业化生产。答案：D,6下图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答下列问题：(1)代表蛋白质工程操作思路的过程是_；代表中心法则内容的是_。(填写数字)(2)写出图中各数字代表的生物学过程的名称或内容：_；_；_；_；_。,(3)蛋白质工程的目的是_，通过_来实现。(4)从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则是_的。,解析：蛋白质工程是从预期蛋白质功能开始，中心法则是从基因转录、翻译开始；蛋白质工程的目的是对蛋白质的结构进行分子设计，它是通过基因合成或改造实现的，蛋白质工程的基本途径与中心法则相反。答案：(1)(2)转录翻译折叠分子设计合成DNA(3)对蛋白质的结构进行分子设计基因合成或改造(4)相反,点击进入高考成功方案第3步（含课时卷）,