【推荐】高三生物一轮复习专题一基因工程学案(无答案).pdf
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1、小学+初中+高中+努力=大学小学+初中+高中+努力=大学基因工程考点解读1、识记:基因工程的诞生、基因工程的原理及技术、基因工程的延伸(蛋白质工程)2、理解:基因工程的应用说明:本专题内容近年来一直为江苏高考所看重,命题出手很重,涉及到难以理解的以下几个问题,限制酶(一种或两种)对DNA分子(线性或环状)的切割、拼接。在本专题的复习中,需要用心去体会。基础知识回顾1、基因工程的概念基因工程是指按照人们的愿望,进行严格的设计,通过体外和,赋予生物以新的遗传特性,创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在水平上进行设计和施工的,因此又叫做。2、基因工程的分子手术刀切割 DNA的
2、工具是,作用于DNA分子的什么部位?这类酶在微生物体内的作用可能是什么?由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的,故名限制性核酸内切酶(简称限制酶)。这种酶作用的特点是:一种限制酶。DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段,末端通常有两种形式,即和。3、分子缝合针一类是从大肠杆菌中分离得到的,称为coliEDNA连接酶。coliEDNA连接酶只能将连接起来,不能将双链DNA片段平末端之间进行连接。另一类是从分离出来的,称为T4DNA连接酶。T4DNA连接酶既可以“缝合”双链DNA片段互补的,又可以“缝合”双链DNA片段的,但连接之 间 的 效 率 比 较低。请比较DNA连接酶与DNA聚合酶不同之
3、处:4、分子运输车基因操作过程中使用载体两个目的:一是用它作为运载工具,将目的基因转移到宿主细胞中去(或停留在细胞中自我复制,或);二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量的复制。现在通常使用的载体是,它是一种相对分子质量较小、独立于拟核DNA之外的环状DNA,有的细菌中有一个,有的细菌中有多个。其他载体还有和等。有人认为线粒体也可以作为载体使用,究其原因,可以概括为作为载体必须具备以下条件:能够在宿主细胞中,具有个限制酶切点,以便与外源基因连接;具有某些,便于进行筛选,如对抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。还有 一点值得强调,由于载体是携带外源基因进入受体细胞的,因此必须要保证运用
4、的载体对没有毒害作用。5、目的基因的获取:1目的基因:符合人们需要的,编码蛋白质的。2获取目的基因的方法(1)从基因文库中获取目的基因基因文库:将含有某种生物不同基因的许多,导人受体菌的群体中,各个受体菌分别含有这种生物的不同基因,称为基因文库。小学+初中+高中+努力=大学小学+初中+高中+努力=大学基因组文库:含有一种生物的基因种类:cDNA文库:含有一种生物的基因目的基因的获取根据基因的有关信息:基因的序列、基因在上的位置、基因的产物 mRNA、基因的产物蛋白质等特性获取目的基因。(2)利用 PCR技术扩增目的基因(3)人工合成法:基因较小,核苷酸序列已知,可以人工合成。6、基因表达载体的
5、构建(基因工程的核心步骤)1表达载体的组成:目的基因+标记基因等。2启动子:位于基因的,它是结合的部位,驱动基因转录产生mRNA。3终止子:位于基因的,终止。4表达载体的功能:使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且给下一代;使目的基因_ 和发挥作用。5标记基因:受体细胞是否含有目的基因。6不同的受体细胞及目的基因导入受体细胞的方法不同,基因表达载体的构建上也会有所差别。7、将目的基因导入受体细胞(一)转化:目的基因进人受体细胞内,并在受体细胞内维持稳定和的过程。(二)方法1将目的基因导入植物细胞(1)农杆菌转化法农杆菌特点:易感染植物和裸子植物,对_植物没有感染力;Ti 质粒的可转移至受体细胞,
6、并整合到受体细胞的染色体上。转化:目的基因插人进入农杆菌导入植物细胞目的基因整合到植物细胞染色体上目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。(2)基因枪法基因枪法:是单子叶植物中常用的一种基因转化方法,但是成本较高。(3)花粉管通道法这是 我国科学家独创的一种方法,是一种十分简便经济的方法。(我国的转基因抗虫棉就是用此种方法获得的)2将目的基因导入动物细胞(1)方法:注射技术。(2)操作程序:目的基因表达载体取卵(受精卵)显微注射注射了目的基因的受精卵移植到 _性动物的_内发育新性状动物。3将目的基因导人微生物细胞(1)原核生物特点:繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等。(2)转化:处理细胞细胞
7、表达载体与感受态细胞混合_ 细胞吸收 DNA分子。8、目的基因的检测与鉴定检测转基因生物染色体的DNA是否插入。检测目的基因是否转录。检测目的基因是否翻译成。除上述分子检测外,有时还需要进行水平的鉴定,请举一例加以说明。小学+初中+高中+努力=大学小学+初中+高中+努力=大学易错警示(一)1、限制酶是一类酶而不是一种酶2、限制酶的成分是蛋白质,其作用的发挥需要适宜的理化条件,高温、强酸、强碱均易使之变性失去活性3、在切割目的基因和载体时一般要求使用同一种限制酶,目的是需要产生相同的黏性末端,但也存在这样一种现象,即用两种限制酶切割得到相同的可以互补配对的黏性末端。4、将一个位于DNA分子内部的
8、目的基因片段切割下来,需要切两处,同时产生4 个黏性末端,切下来的目的基因必须是完整的,为保证其完整性,不能使用目的基因片段上有识别切割位点的限制酶进行切割。5、不同的DNA分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同,同一个DNA分子用不同的限制酶切割,产生的黏性末端一般不相同。6、限制酶切割位点应位于标记基因之外,不能破坏标记基因,如果有两个或以上的标记基因,最低限度至少保留一个完整的标记基因,以便于检测。7、基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同。(想一想不同在哪里?提示:可从化学性质与作用方面考虑)8、基因工程中有三种工具,但工具酶只有两种。易错警示(二)1、目的基因的插入位点不是
9、随意的。(应该插入的位点在哪里?为什么?)2、基因工程操作过程中,有几个步骤是要严格遵循碱基互补配对原则的。(哪些步骤遵循碱基互补配对原则?分别遵循怎样的配对原则?)3、基因工程中,常用的受体细胞可以是微生物细胞。(微生物细胞作为受体细胞有什么优点?如果要利用大肠杆菌和酵母菌产生人体胰岛素,应该选择什么?为什么?能不能选用哺乳动物成熟的红细胞作为基因工程的受体细胞?为什么?)4、限制酶切割问题:一般情况下,用同一种限制酶切割质粒和含有目的基因的片段,但有时也用两种限制酶分别切割质粒和目的基因。(相对于单酶切而言,双酶切优点是什么?)5、基因表达载体中,启动子区别于起始密码,终止子区别于终止密码
10、。(想一想,它们存在怎样的区别?)6、获取目的基因的方法很多,可以从基因文库中获取,也可以利用PCR扩增,还可以通过化学方法人工合成。(如果目的基因的序列是已知的,应该使用什么方法获取?如果未知呢?)9、基因治疗(1)概念:把导入病人体内,使该基因的表达产物发挥功能,从而达到治疗疾病的目的。(2)成果:将腺苷脱氢酶基因导入患者的淋巴细胞。10、蛋白质工程崛起的缘由小学+初中+高中+努力=大学小学+初中+高中+努力=大学(1)基因工程的实质:将一种生物的转移到另一处生物体内,后者产生它本不能产的,从而产生新性状。(2)蛋白质工程目的:生产符合人们生活需要的并非自然界已存在的。11、蛋白质工程基本
11、原理(1)目标:根据人们对功能的特定需求,对结构进行分析设计。(2)原理:基因改造。(3)过程:预期蛋白质功能设计结构推测应有序列找到对应的序列(基因)。(4)蛋白质工程在对蛋白质进行改造时,通常有三种情况,一是“大改”,即设计并制造出自然界中;二是“中改”,即在蛋白质分子中替代;三是“小改”,即改造蛋白质分子中某活性部位的一个或几个;但不论是那种情况的改造,最终改造的对象都是,因为蛋白质分子结构相对于DNA(基因)较为,难以实现,即或改造成功,被改造的蛋白质分子也不能。思考:蛋白质工程需要用到基因工程的工具酶吗?(5)比较:项目蛋白质工程基因工程区别过程实质定向改造或生产人类所需的定向改造生
12、物的,以获得人类所需的生物类型或结果能生产出自然界中原本没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,都必须通过对修饰或合成来实现判一判:1、我国的转基因抗虫棉转入的抗虫基因是Bt 毒蛋白基因()2、利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品,如人的血清白蛋白,这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中()3、由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用()4、为培育抗除草剂的作物新品种,导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体()5、目前,植物基因工程技术主要应用于提高农作物的抗逆性、生产某些天然药物、改良农作物的品质、作
13、器官移植的供体()6、基因工程药物主要来源于转基因动物生产()易错警示:1、动物基因工程主要是为了改善畜产品的品质,而不是为了产生体型巨大的个体2、DNA分子作 探针进行检测时应检测单链,即将待测双链DNA分子打开3、Bt 毒蛋白基因控制合成的Bt 毒蛋白并无毒性,进入昆虫消化道被分解成多肽后产生毒性4、基因治疗后,缺陷基因并没有因为正常基因的导入而被清除或改变。5、理性看待转基因生物优点缺点小学+初中+高中+努力=大学小学+初中+高中+努力=大学解决粮食短缺问题可能出现新的过敏原或重组形成新病毒大大减少农药的用量,减少环境污染可能产生抗除草剂的杂草增加食物营养,提高附加值可能使疾病的传播跨越
14、物种障碍增加食物种类,提升食品的品质可能会损害生物多样性提高生产效率,带动相关产业发展可能会对人类生活环境造成二次污染典题赏析例 1、苏云金杆菌(Bt)能产生具有杀虫能力的毒素蛋白。下图是转Bt 毒素蛋白基因植物的培育过程示意图(ampr为抗氨苄青霉素基因),据图回答下列问题:(1)将图中的DNA用 Hind、BamH 完全酶切后,反应管中有种 DNA片段。(2)图中表示 Hind 与 BamH 酶切、DNA连接酶连接的过程,此过程可获得种重组质粒;如果换用 Bst l与 BamH 酶切,目的基因与质粒连接后可获得种重组质粒。(3)目的基因插入质粒后,不能影响质粒的。(4)图中的Ti 质粒调控
15、合成的vir蛋白,可以协助带有目的基因的T DNA导人植物细胞,并防止植物细胞中对 TDNA的降解。(5)已知转基因植物中毒素蛋白只结合某些昆虫肠上皮细胞表面的特异受体,使细胞膜穿孔,肠细胞裂解,昆 虫 死 亡。而 该 毒 素 蛋 白 对 人 类 的 风 险 相 对 较 小,原 因 是 人 类 肠 上 皮 细胞。(6)生产上常将上述转基因作物与非转基因作物混合播种,其目的是降低害虫种群中的基因频率的增长速率。例 2、下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点,圈l、圈 2 中箭头表示相关限制酶的酶切位点。请回答下列问题:小学+初中+高中+努力=大学小学+初中+高中+努力=大学(1)一个图1 所
16、示的质粒分子经Sma 切割前后,分别含有个游离的磷酸基团。(2)若对图中质粒进行改造,插入的Sma 酶切位点越多,质粒的热稳定性越。(3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒,不能使用Srna切割,原因是。(4)与只使用EcoR I 相比较,使用BamH 和 Hind 两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以防止。(5)为了获取重组质粒,将切割后的质粒与目的基因片段混合,并加入酶。(6)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了。(7)为了从 cDNA文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因,将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体,然后在的培养基中培养,以完成目的基因表达的初步检测。例 3、请
17、回答基因工程方面的问题:(1)利用 PCR技术扩增目的基因,其原理与细胞同DNA复制类似(如下图所示)。图中引物为单链DNA片段,它是子链合成延伸的基础。从理论上推测,第四轮循环产物中含有引物A的 DNA片段所占的比例为。在第轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段。(2)设计引物是PCR技术关键步骤之一。某同学设计的两组引物(只标注了部分碱基序列)都不合理(如下图),请分别说明理由。第 1 组:;第二组。(3)PCR反应体系中含有热稳定DNA聚合酶,下面的表达式不能正确反映DNA 聚合酶的功能,这是因为。(4)用限制酶EcoR、Mbo 单独或立命切割同一种质料,得到的DNAT片段
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