选修3 专题1、4 基因工程、生物技术的安全性和伦理问题.ppt

选修 3现代生物科技专题专题1、4 基因工程、生物技术的安全性和伦理问题考纲内容能力要求2013 年高考风向标1.基因工程的诞生2基因工程的原理及技术3基因工程的应用4蛋白质工程5转基因生物的安全性6生物武器对人类的威胁7生物技术中的伦理问题1.常以基因工程为主线命制非选择题考查基因结构、基因表达、基因工程及安全性等知识2基因工程在农业、医药生产、疾病诊断和治疗中的应用也是常考的内容一、基因工程1DNA 重组技术的基本工具(1)限制性核酸内切酶“分子手术刀”1)功能：能够识别双链 DNA 分子的某种特定核苷酸序列并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的_断开。磷酸二酯键黏性平2)结果：形成_末端或_末端。(2)DNA 连接酶“分子缝合针”1)功能：将切下来的 DNA 片段拼接成新的 DNA 分子。(3)基因进入受体细胞的载体“分子运输车”能在宿主细胞中保存下来并大量_1)条件 有一个至多个_复制有特殊的遗传_，便于筛选2)种类：_(常用)、噬菌体的衍生物、动植物病毒等。T4 DNAEcoli DNA限制酶切割位点标记基因质粒2基因工程的基本操作程序(1)_的获取：从基因文库中获取、利用 PCR 技术扩增、人工合成(反转录法、化学合成法等)。目的基因(2)基因表达载体的构建基因工程的核心1)目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并可以遗传给下一代，并使目的基因能够表达和发挥作用。2)基因表达载体的组成：目的基因、_、_、标记基因。启动子终止子(3)将目的基因导入受体细胞农杆菌转化法1)导入植物细胞：采用_、基因枪法、花粉管通道法等。显微注射技术2)导入动物细胞：主要采用_。3)导入微生物：先用 Ca2处理再融合。(4)目的基因的检测和鉴定目的基因1)分子杂交技术(DNA 探针转基因生物 DNA)：检测是否有_。2)分子杂交技术(DNA 探针转基因生物 mRNA)：检测目的基因是否_。转录3)抗原抗体杂交：检测目的基因是否翻译成_。4)对生物进行个体生物学水平的鉴定。蛋白质1.获取目的基因和切割载体时使用同一种限制酶，目的是_。产生相同的黏性末端2获取一个目的基因需限制酶剪切_次，共产生_个黏性末端或平末端。两4二、生物技术的安全性和伦理问题1转基因生物的安全性(1)转基因成果：基因工程药物，转基因家畜、家禽优良品种，生物反应器(生产细胞产品)，转基因抗性作物等。(2)对安全性问题的争论过敏原生态系统稳定性1)食物安全：毒性蛋白、_、营养成分的改变等。生物多样性2)生物安全：对_的影响。3)环境安全：对_的影响。(3)理性看待转基因技术法制制度正确的伦理舆论导向、社会监督和_的建立。2生物技术的伦理问题(1)克隆人生殖性克隆人1)中国政府的态度：禁止_。2)四不原则不赞成、不允许、不支持、不接受_任何生殖性克隆人的实验。(2)设计试管婴儿基因检测_。1)设计试管婴儿需对胚胎进行2)多数人持认可态度。(3)基因检测某些基因1)基因身份证：记录某个人_资讯的身份证。2)人们对基因检测的两种观点。3禁止生物武器(1)生物武器的种类：致病菌、病毒、生化毒剂及经基因重组的致病菌等。食物(2)生物武器的散布方式：通过_、生活必需品等散布到敌方。军队和平民(3)生物武器的危害：对_造成大规模杀伤后果。转基因生物及其产品的安全性主要包括哪三个方面？答案：导入的外源基因及其产物对受体生物是否有不利影响；有关转基因生物释放或使用带来的生态学上的安全性；转基因生物在食品、饲料和其他消费领域的安全性。考点DNA 重组技术的基本工具1限制性核酸内切酶(1)来源：多数来自原核生物。(2)作用特点主要切割外源 DNA，而对自身的 DNA 不起作用，达到保护自身的目的。专一性：只能识别 DNA 分子中特定的核苷酸序列，且只能在每一条链中特定的部位进行切割。(3)作用结果形成 DNA 片段末端黏性末端：错位切，切下后的两端形成单链末端。平末端：平切，在两条链的特定序列的中轴线处切割，形成一个无黏性末端的平口。(4)作用实质：使特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。2DNA 连接酶(1)作用实质：恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键，使两个 DNA 分子连接成一个 DNA。(2)常用种类及作用Ecoli DNA 连接酶来源：大肠杆菌作用：连接黏性末端 来源：T4 噬菌体T4DNA 连接酶 作用：既能连接黏性末端，也能连接平末端，但后者连接效率低3基因的运输工具载体(1)作用作为运载工具，将目的基因送入宿主细胞中。利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。(2)载体必须具备三个条件能在宿主细胞内稳定保存并大量复制。有多个限制酶切位点，以便与目的基因连接。具有某些标记基因，以便进行筛选。(3)种类细菌质粒：细菌拟核 DNA 以外的小型环状 DNA。噬菌体的衍生物和某些病毒的 DNA。几种酶的作用部位(1)作用于部位的酶：限制酶、DNA 连接酶、DNA 聚合酶、Taq 酶。(2)作用于部位的酶：DNA 解旋酶。限制酶BamH EcoRPst识别序列和切割位点 GGATCCCCTAGG GAATTCCTTAAG CTGCAGGACGTC 【典例1】(2011年浙江联考)下表为几种限制性核酸内切酶识别的序列和切割的位点。如下图所示，已知某DNA在目的基因的两端1、2、3、4四处有BamH或EcoR或Pst的酶切位点。现用BamH和EcoR两种酶同时切割该DNA片段(假设所用的酶均可将识别位点完全切开)，下列各种酶切位点情况中，可以防止酶切后单个含目的基因的DNA片段自身连接成环状的是()A1 为BamH，2 为EcoR，3 为BamH，4 为Pst B1 为EcoR，2 为BamH，3 为BamH，4 为Pst C1 为Pst，2 为EcoR，3 为EcoR，4 为BamH D1 为BamH，2为 EcoR，3 为Pst，4 为EcoR 解题思路第一步提取隐含信息：酶切后单个含目的基因的DNA 片段的两个黏性末端如果是相同的，则能自身连接成环状；要切下单个含目的基因的DNA 片段，必须在2、3 位点上切割。第二步分析选项：用BamH和EcoR两种酶同时切割该 DNA 片段，当2 为EcoR，3 为BamH，切下的单个含目的基因的 DNA 片段的两个黏性末端不相同，不能自身连接成环；B、C 项的2、3 位点的限制酶一样，切下的DNA 片段的黏性末端相同；D 项在3 位点处是Pst切割位点，题目中没有要求用此酶进行切割。答案A考点对应练1(2011 年宁波统考)下列关于 DNA 连接酶和 DNA 聚合酶的叙述中，正确的是()AA两者催化同一种化学键形成B两者催化同一种化学键断裂C两者都参与目的基因与载体的结合D两者都参与遗传信息的表达解析：DNA 连接酶和DNA 聚合酶都作用于磷酸二酯键，前者是使DNA 片段连接，后者是使单个核苷酸连接成DNA 子链。考点基因工程的基本操作程序(2)获取方法1目的基因的获取(1)目的基因：主要是编码蛋白质的结构基因(人类所需的)。从自然界已有的物种中分离：从基因文库或 cDNA 文库中获取人工合成：反转录法、化学合成法 利用 PCR 技术扩增【说明】基因文库就相当于某种生物的基因仓库，储备着大量该物种的基因。DNA 复制PCR 技术基因克隆场所细胞核生物体外细胞内酶解旋酶、DNA 聚合酶Taq 酶限制酶、DNA 连接酶载体不需要不需要需要遵循原则碱基互补配对碱基互补配对碱基互补配对结果DNA 分子DNA 分子片段DNA 分子片段DNA 复制、PCR 技术与基因克隆的比较2基因表达载体的构建重组质粒的构建(1)基因表达载体的组成目的基因标记基因启动子终止子(2)构建步骤(3)构建载体主要考虑的因素具有选择性标记基因：如抗生素基因，以便选择出真正的转基因生物。用作载体的质粒的插入部位前须有启动子，后须有终止子。使用与获取目的基因相同的限制酶，这样形成的黏性末端碱基之间互补，便于连接。方法主要适用范围受体细胞植物细胞农杆菌转化法双子叶植物、裸子植物体细胞花粉管通道法抗虫棉受精卵基因枪法单子叶植物体细胞动物细胞显微注射法动物受精卵病毒侵染法微生物细胞转化法(CaCl2)原核生物大肠杆菌等3目的基因导入受体细胞的方法4.目的基因的检测方法(1)导入检测：DNA 分子杂交法(使用 DNA 探针)检测目的基因。(2)表达检测转录检测：分子杂交法，用标记的目的基因作为探针与mRNA 杂交，检测 mRNA。翻译检测：免疫法，提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原抗体杂交。(3)个体生物学水平鉴定：如作物抗性的鉴定等。如果来自动物的目的基因含有内含子，就不能直接用于转基因植物，只能用该基因的 cDNA(mRNA 反转录产生的互补DNA 片段)。基因的产物如果是糖蛋白分子，那么该基因在原核生物细菌中表达出来的蛋白质就可能不具备天然状态下的活性，因为糖蛋白上的糖链是在内质网和高尔基体中加上的，而细菌细胞内无这些细胞器。【典例2】(2011 年四川)北极比目鱼中有抗冻基因，其编码的抗冻蛋白具有 11 个氨基酸的重复序列，该序列重复次数越多，抗冻能力越强，下图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图，有关叙述正确的是()A过程获取的目的基因，可用于基因工程和比目鱼基因组测序B多个抗冻基因编码区依次相连成能表达的新基因，不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白C过程构成的重组质粒缺乏标记基因，需要转入农杆菌才能进行筛选D应用 DNA 探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达解题思路第一步读懂图：过程是通过反转录形成目的基因，是构建基因表达载体，再通过农杆菌转化法将目的基因导入番茄体细胞中，经组织培养形成抗冻番茄植株。第二步 拓展基本概念：基因包括编码区和非编码区，编码区能指导蛋白质形成，非编码区不指导蛋白质合成，但其中有调控编码区的部位，如RNA 聚合酶结合位点；原核细胞的编码区是连续的，而真核细胞的编码区是不连续的，包含外显子和内含子，只有前者能编码蛋白质，经转录后形成的成熟mRNA 不含内含子所转录的片段。第三步 选项分析：过程获得的目的基因已不含非编码区和内含子，因此不能用于比目鱼基因组测序。C 项：质粒含标记基因，而导入农杆菌的目的是为了利用其将目的基因导入受体细胞内，与筛选无关。D 项：DNA 探针技术不能检测基因是否完全表达，目的基因是否完全表达应该检测表达产物蛋白质。答案B考点对应练2(双选)下列图解表示基因表达载体(重组 DNA)的构建过程，有关说法正确的是()Ab、c 分别表示用限制酶和 DNA 连接酶处理B切割目的基因与切割载体时必须用同种限制酶Cd 只能通过人工合成法获取D构建的基因表达载体只要求含有目的基因解析：d 可通过多种方法获取(如从基因文库中获取等)；基因表达载体除含有目的基因外还必须有标记基因、启动子、终止子等。答案：AB考点基因工程的应用1乳腺生物反应器(1)优点：产量高、质量好、成本低、易提取等。(2)操作过程获取目的基因构建基因表达载体显微注射导入哺乳动物受精卵中形成早期胚胎将胚胎移植到母体动物子宫内发育成转基因动物在雌性个体中目的基因表达，从分泌的乳汁中提取所需蛋白质2基因工程药品(1)生产方式：利用基因工程培育“工程菌”来生产药品。“工程菌”：用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系，如含有人胰岛素基因的大肠杆菌菌株、含有抗虫基因的土壤农杆菌菌株等。用基因工程生产的药品，从化学成分上分析都应该是蛋白质类。(2)成果：生产出细胞因子、抗体、疫苗、激素等。3基因诊断(1)方法：DNA 分子杂交法(即 DNA 探针法)(2)主要过程：根据碱基互补配对原则，把互补的双链 DNA解开，得到的单链 DNA 小片段用同位素、荧光分子或化学发光催化剂等进行标记，之后同被检测的 DNA 中的同源互补序列杂交，从而检测出所要查明的 DNA 或基因。4基因治疗(1)概念：把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而治疗疾病。(2)方法：基因置换、基因修复、基因增补、基因失活等。(3)途径体外基因治疗：先从病人体内获得某种细胞进行培养，然后在体外完成转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内，如腺苷酸脱氨酶基因的转移。体内基因治疗：用基因工程的方法，直接向人体组织细胞中转移基因的方法。【典例3】(2011 年浙江联考)基因治疗是指()A对有基因缺陷的细胞提供营养，从而使其恢复正常，达到治疗疾病的目的B把健康的外源基因导入到有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的C运用人工诱变的方法，使有基因缺陷的细胞发生基因突变恢复正常D运用基因工程技术，把有缺陷的基因切除，达到治疗疾病的目的解题思路基因治疗是指将正常的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，可分为体内基因治疗和体外基因治疗两种方法。答案B考点对应练3下列关于转基因生物的叙述正确的是()A将人胰岛素基因转入到大肠杆菌中来生产人胰岛素，则大肠杆菌是“工程菌”B转抗虫基因的植物，不会导致昆虫群体抗性基因增加C动物的生长激素基因转入植物后不能表达D将雄性动物细胞作为乳腺生物反应器的受体细胞解析：由于植物与昆虫间是相互选择的，转抗虫基因植物可使昆虫群体抗性基因频率增加；动物生长激素基因转入植物后也能表达；雄性动物不能分泌乳汁，不能作为乳腺生物反应器的受体细胞。A项目蛋白质工程基因工程区别过程预期蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列合成DNA表达出蛋白质获取目的基因构建基因表达载体导入受体细胞目的基因的检测与鉴定实质定向改造或生产人类所需蛋白质定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品(基因的异体表达)结果 可生产自然界没有的蛋白质 只能生产自然界中已有的蛋白质联系蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，都必须通过基因修饰或基因合成实现考点蛋白质工程与基因工程的比较【典例4】蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是()A氨基酸结构B蛋白质空间结构C肽链结构D基因结构 解题思路 蛋白质工程是依据人们设计的蛋白质分子结构，来改造基因，进而控制合成新的蛋白质或改造自然界中的蛋白质。答案D考点对应练4科学家将干扰素基因进行定点突变并导入大肠杆菌中表达，使干扰素第 17 位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高干扰素的抗病性活性，并且提高了储存稳定性。该生物技术为()BA基因工程C基因突变B蛋白质工程D细胞工程解析：基因工程是只能生产自然界已存在的蛋白质，蛋白质工程是对现有蛋白质进行改造或制造新的蛋白质。本题中改变的干扰素不是天然的，因此，属于蛋白质工程。1(2012 年惠州三调)下列说法正确的是()BA.蛋白质工程不属于基因工程B.基因工程可定向地改造生物遗传性状C.微生物最常用的接种方法是平板划线法和穿刺接种法D.体细胞杂交技术可用于克隆动物解析：蛋白质工程属于第二代基因工程；微生物最常用的接种方法是平板划线法和稀释涂布平板法。2(2011 年惠州二模)现代生物科技中，下列处理或操作正确的是()AA将目的基因导入叶绿体 DNA 中，防止目的基因随花粉逃逸B基因工程中的工具酶有限制酶、DNA 连接酶和载体C试管苗和试管婴儿的产生都属于无性生殖D蛋白质工程是直接对蛋白质分子进行改造解析：载体不是酶；试管婴儿的产生属于有性生殖；蛋白质工程是直接对基因进行改造。3(2011 年潮州三模)下图为 DNA 分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制性核酸内切酶、DNA 聚合酶、DNA 连接酶、解旋酶作用的正确顺序是()CAB CD解析：为限制性核酸内切酶，能将DNA 双链切割成两个DNA 片段；为DNA 连接酶，能将两个DNA 片段连接起来；为解旋酶，能将双链DNA 解旋成两条单链；为DNA聚合酶，能将单个脱氧核苷酸连接成DNA 单链。4(2011 年惠州三模)在基因工程操作的基本步骤中，没有进行碱基互补配对的是()CA人工合成目的基因B目的基因与载体结合C将目的基因导入受体细胞D目的基因的表达与检测解析：将目的基因导入受体细胞的方法有基因枪法、农杆菌转化法等，都没有进行碱基互补配对。5(2011年广州调研)下列对生物技术的理解，合理的是()A基因工程的核心是提取目的基因DB单克隆抗体是骨髓瘤细胞分泌的C用胚胎分割移植技术可获得性别不同的同卵双胞胎D蛋白质工程可制造出自然界原本不存在的蛋白质解析：基因工程的核心是构建基因表达载体；单克隆抗体是杂交瘤细胞分泌的；胚胎分割移植技术是无性生殖，获得的同卵双胞胎性别一定相同。6(2011 年肇庆二模)我国科学家成功克隆了控制水稻理想株型的关键多效基因 IPA1。研究发现，基因 IPA1 发生突变后，会使水稻穗粒数和千粒重(以克表示的一千粒种子的重量)增加，同时茎秆变得粗壮，增加了抗倒伏能力。实验显示，将突变后的 IPA1 基因导入常规水稻品种，可以使其产量增加 10%以上。下图表示该水稻新品种的简易培育流程，请据图回答：(1)上图所示流程中步骤是实验所用技术的核心步骤。此步骤使_和_构成_，常用的工具酶是_。(2)若要在体外扩增IPA1基因可采用PCR技术。标准的PCR过程分为三个步骤：第一步是“变性”，这一步骤如果发生在细胞内，是在_的作用下完成的；第二步是“退火”；第三步是“延伸”，需要用到_酶。(3)过程应用的主要生物技术是_。(4)从变异类型上分析，该水稻的新性状应该属于可遗传变异中的_。突变的 IPA1 基因Ti 质粒重组 DNA(重组质粒)限制酶、DNA 连接酶解旋酶Taq(或热稳定 DNA 聚合)植物组织培养基因重组