（江苏专用）高考生物总复习 第37讲 基因工程与蛋白质工程课件-人教版高三全册生物课件.pptx

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1、第第37讲基因工程与蛋白质工程讲基因工程与蛋白质工程考点一 基因工程的基本工具考点二 基因工程的操作程序总总纲纲目目录录高考再现考点三 基因工程的应用及蛋白质工程考点四转基因生物的安全性问题考点一基因工程的基本工具考点一基因工程的基本工具1.基因工程的概念基因工程的概念基因工程的别称基因拼接技术或DNA重组技术原理基因重组操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本过程剪切拼接导入表达结果人类需要的基因产物2.2.限制酶限制酶(1)来源:主要从原核生物中分离纯化而来。(2)作用:识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列,并切开每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。(3)结果

2、:产生黏性末端或平末端。3.DNA连接酶连接酶常用类型EcoliDNA连接酶T4DNA连接酶来源大肠杆菌T4噬菌体功能只“缝合”黏性末端“缝合”黏性末端和平末端结果恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键4.载体(1)最常用的载体:质粒,它是能够自我复制的双链环状DNA分子。(2)其他载体:噬菌体衍生物、动植物病毒等。1.限制性核酸内切酶、DNA连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具酶。()2.载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因。()3.限制酶也可以识别和切割RNA。()4.DNA连接酶能将两碱基间通过氢键连接起来。()5.质粒是小型环状DNA分子,是基因工程常用的载体。()6

3、.切割质粒的限制酶均能特异性地识别6个核苷酸序列。()V图甲、乙中的箭头表示三种限制性核酸内切酶的酶切位点,ampr表示氨苄青霉素抗性基因,neo表示新霉素抗性基因,据图回答:(1)图甲中的质粒用BamH切割后,含有个游离的磷酸基团。(2)在构建重组质粒时,可用两种限制酶和切割质粒和外源DNA,从而可以保证重组DNA序列的唯一性。(3)导入目的基因的大肠杆菌可在含(填“氨苄青霉素”“新霉素”“氨苄青霉素和新霉素”)的培养基中生长。解析解析(1)2(2)PstHind(3)新霉素1.基因工程的工具酶与其他酶的比较基因工程的工具酶与其他酶的比较名称作用部位作用底物作用结果限制酶磷酸二酯键DNA将D

4、NA切成两个片段DNA连接酶磷酸二酯键DNA片段将两个DNA片段连接为一个DNA分子热稳定DNA聚合酶磷酸二酯键脱氧核苷酸将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端DNA聚合酶磷酸二酯键脱氧核苷酸将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端名称作用部位作用底物作用结果DNA水解酶磷酸二酯键DNA将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸解旋酶碱基对之间的氢键DNA将双链DNA分子局部分解为两条长链RNA聚合酶磷酸二酯键核糖核苷酸将单个核糖核苷酸依次连接到单链末端2.2.载体的作用及特点载体的作用及特点(1)质粒的特点:能自我复制,有一至多个限制酶切割位点,有特殊的标记基因。(2)作为载体具备的条件能在受体细胞内稳定保存并

5、大量复制,以便提供大量的目的基因;具有一至多个限制酶切割位点,以便与外源基因连接;具有特殊的遗传标记基因,供重组DNA的检测和鉴定。(3)注意基因工程中的载体与细胞膜上载体的区别:基因工程中的载体是人为地将基因运载到细胞中的工具,其成分不单一;细胞膜上的载体是细胞自身控制物质出入细胞的工具,本质是蛋白质。(4)载体上标记基因的标记原理载体上标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后,抗性基因在受体细胞内表达,使受体细胞能够抵抗相应抗生素,所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以只保留转入载体的受体细胞,原

6、理如图所示:1.(2018江苏海安高中月考)有关限制性核酸内切酶Hind和Xho的识别序列及切割位点分别为AAGCTT和CTCGAG,下列相关叙述正确的是(D)A.两种限制酶的识别序列在DNA分子中出现的概率不同B.两种限制酶切割形成的黏性末端都是-AGCTC.分别用这两种酶切割目的基因和质粒后能形成重组质粒D.实验中可通过控制反应时间、酶的浓度等控制酶切效果考向基因工程的基本工具考向基因工程的基本工具解析解析由题可知,限制性核酸内切酶Hind和XhoI的识别序列刚好互补(AG与TC互补),因此两种限制酶的识别序列在DNA分子中出现的概率相同,A错误;Hind切割形成的黏性末端是-AGCT,而

7、XhoI切割形成的黏性末端都是-TCGA,B错误;两种限制酶切割形成的黏性末端不同,无法形成重组质粒,C错误;实验中可通过控制反应时间、酶的浓度等控制酶切效果,D正确。2.(2018江苏姜堰中学阶段测试)现有一长度为3 000碱基对(bp)的线性DNA分子,用限制性核酸内切酶酶切后,进行凝胶电泳,使降解产物分开。用酶H单独酶切,结果如图1。用酶B单独酶切,结果如图2。用酶H和酶B同时酶切,结果如图3。下列相关叙述正确的是()A.酶H有2个识别位点和切割位点B.酶B和酶H同时切割时,有3个识别位点和切割位点C.酶B和酶H同时切割时,能产生完全相同的酶切片段D.酶B和酶H有相同的识别和切割位点答案

8、答案 B解析解析由图1可知,酶H单独切割,能产生两个DNA片段,说明酶H有1个识别位点和切割位点,A错误;根据图3可知,用酶B和酶H同时切割,有四个片段,1个1400个碱基对、2个600碱基对、1个400碱基对的片段,说明两种酶同时使用时,有3个切割位点,B正确;酶B和酶H同时切割时,能产生长度相同的酶切片段,但是碱基序列是否相同则不能确定,C错误;根据前面分析可知,酶H有1个识别位点和切割位点,酶B有2个识别位点和切割位点,两种酶同时使用时,有3个切割位点,说明酶B和酶H没有相同的识别和切割位点,D错误。归纳提升归纳提升1.与限制酶相关的注意点(1)在切割目的基因和载体时一般使用同种限制酶,

9、目的是产生相同的黏性末端。(2)不同的限制酶识别序列不同时,可以有相同的黏性末端。(3)不同的限制酶识别序列相同时,由于具有不同的切割位点,因此末端不同。(4)限制酶切割位点应位于标记基因之外,不能破坏标记基因,以便进行检测。(5)限制酶和DNA连接酶的作用对象都是磷酸二酯键,与氢键无关;作用结果是相反的。(6)限制酶不切割自身DNA的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。2.限制酶的选择依据(1)根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类应选择切点位于目的基因两端的限制酶,如图甲可选择Pst。不能选择切点位于目的基因内部的限制酶,如图甲不能选择Sma。这样才能保证标记基

10、因的完整性,有利于对目的基因的检测。为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接,也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒,如图甲也可选择用Pst和EcoR两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。(2)根据质粒的特点确定限制酶的种类所选限制酶要与切割目的基因的限制酶相一致,以确保具有相同的黏性末端。质粒作为载体必须具备标记基因等,所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构,如图乙中限制酶Sma会破坏标记基因;如果所选酶的切点不是一个,则切割重组后可能丢失某些片段,若丢失的片段含复制起点区,则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。考点二基因工程的操作程序考点二基因工程的操作程序1.1.目的基

11、因的获取目的基因的获取(1)从基因文库中获取基因文库类型基因组文库部分基因文库(cDNA文库)构建基因文库的过程某种生物全部DNA许多DNA片段受体菌群体某种生物发育的某个时期的mRNAcDNA受体菌群体2.2.基因表达载体的构建基因表达载体的构建基因工程的核心基因工程的核心基因表达载体的组成:启动子、目的基因、终止子以及标记基因等。(2)利用PCR技术扩增(3)通过化学方法人工合成3.将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞(1)将目的基因导入植物细胞的方法:农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法等。(2)将目的基因导入动物细胞最常用的方法:显微注射法。(3)将目的基因导入微生物细胞常用的

12、方法:感受态细胞法。4.目的基因的检测与鉴定(1)利用DNA分子杂交技术检测目的基因的有无。(2)利用分子杂交技术检测目的基因是否转录。(3)利用抗原抗体杂交技术检测目的基因是否翻译。(4)利用个体生物学水平的鉴定检测重组性状是否表达。1.设计扩增目的基因的引物时不必考虑表达载体的序列。()2.表达载体的复制和胰岛素基因的表达均启动于复制原点。()3.目的基因导入双子叶植物一般采用农杆菌转化法。()4.外源DNA必须位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行复制。()5.以大肠杆菌为受体细胞时,先要用Ca2+处理细胞以使其处于感受态。()6.检测目的基因是否导入受体细胞可用抗原抗体杂交技术。()

13、薄荷可产生蚜虫报警信息素EF,用于驱散蚜虫并吸引蚜虫的天敌。通过基因工程可制备含EF合成酶基因的转基因抗蚜麦。请回答问题:(1)若利用PCR技术获取EF合成酶基因,在PCR体系中需加、模板序列、原料及两种 。如果提取到薄荷细胞中EF合成酶的mRNA,则可用方法获取目的基因。(2)研究者利用4种限制酶切割目的基因和质粒,各限制酶的识别序列和切割位点如图所示。酶切后的产物连接时,目的基因上Sal 切割产生的末端应与质粒上切割产生的末端相连接。连接完成后,该连接点(填“能”或“不能”)被这两种限制酶中的某一种切割。(3)欲从个体水平上检测转基因抗蚜麦是否培育成功,在小麦叶片上接种蚜虫后,通过观察叶片

14、上蚜虫的或作为判定的依据。答案答案(1)(耐高温的)DNA聚合酶(或Taq酶)引物反转录法(2)Xho不能(3)停留时间天敌数量 1.1.理解理解PCRPCR技术技术(1)图示(2)条件(注意:引物自身不能环化且两种引物之间不能发生碱基互补配对)(3)过程变性(9095)复性(即退火,5560)延伸(7075)(4)结果复制次数1次2次3次n次DNA分子数2482n含引物的DNA分子数2482n含引物A(或B)的DNA分子数1372n-1同时含引物A和引物B的DNA分子数0262n-2共消耗的引物数2614-2含与脱氧核苷酸等长的DNA分子数0022n-2nDNA分子种类24552.2.基因表

15、达的构建基因表达的构建(1)组成目的基因:能够控制特定性状。启动子:位于基因首端,是RNA聚合酶识别和结合的位点,驱动基因转录出mRNA。终止子:位于基因尾端,给予RNA聚合酶转录终止信号的DNA序列,用于终止基因的转录。标记基因:常用抗生素抗性基因,用于鉴别受体细胞中是否含有目的基因,从而将含目的基因的细胞筛选出来。复制原点:是复制起始的一段序列,是质粒自我复制的起始点。(2)启动子起始密码子,终止子终止密码子启动子和终止子是一段有特殊结构的DNA片段,分别位于基因的首端和尾端,分别控制转录过程的启动和终止;起始密码子和终止密码子位于mRNA上,分别控制翻译过程的启动和终止。3.3.将目的基

16、因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞(1)转化:目的基因进入受体细胞,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程称为转化,其实质是目的基因整合到受体细胞DNA中。转化受体细胞是唯一不涉及碱基互补配对的操作步骤。(2)导入方法生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法农杆菌转化法显微注射技术氯化钙处理法受体细胞体细胞受精卵原核细胞转化过程目的基因插入Ti质粒的T-DNA上进入农杆菌导入植物细胞整合到受体细胞的DNA上表达将重组DNA分子提纯取卵(受精卵)显微注射受精卵发育获得具有新性状的动物Ca2+处理细菌细胞使之处于感受态含重组DNA分子的缓冲液与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子4.4.目的基

17、因检测与鉴定的目的基因检测与鉴定的“四个层面四个层面”考向一获取目的基因的方法考向一获取目的基因的方法1.如图表示通过cDNA过程获得目的基因并利用PCR扩增过程的示意图。据图分析,下列有关叙述中,正确的是()A.催化过程的酶是RNA聚合酶B.过程不需要DNA解旋酶C.过程需要两个相同的引物D.催化过程的酶都是DNA聚合酶,均须耐高温答案答案B解析解析催化过程的酶是逆转录酶,A错误;过程中DNA在高温下解旋,不需要解旋酶,B正确;过程需要两种不同的引物,C错误;催化过程的酶都是DNA聚合酶,只有过程中DNA聚合酶需要耐高温,D错误。2.(2018江苏南通考前卷)利用PCR技术扩增目的基因,其原

18、理与细胞内DNA复制类似(如图所示)。图中引物为单链DNA片段,它是子链合成延伸的基础。下列叙述错误的是()A.用PCR方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列B.设计引物时需要避免引物之间形成碱基互补配对而造成引物自连C.退火温度过高可能导致PCR得不到任何扩增产物D.第四轮循环产物中同时含有引物A和引物B的DNA片段所占的比率为15/16答案答案 D解析解析用PCR方法扩增目的基因时,要有一段已知目的基因的核苷酸序列以便根据这一序列合成引物(两种),但不必知道基因的全部序列,A正确;设计引物时,需要避免引物之间形成碱基互补配对而造成引物自连,B正确;退火的目的是使两种引物通过碱基互补配对与

19、两条DNA单链结合,因此退火温度过高可能引起两种引物不能与两条DNA单链结合,进而导致PCR得不到任何扩增产物,C正确;DNA复制为半保留复制,第四轮循环即DNA复制4次,共形成24=16(个)DNA分子,其中含有最初模板链的2个DNA分子含有引物A或引物B,其余14个DNA分子均含有引物A和引物B,所以第四轮循环产物中同时含有引物A和引物B的DNA片段所占的比率为14/16=7/8,D错误。PCR技术DNA复制模板相同,均以DNA分子的两条链为模板解旋过程高温,不需要酶常温,需要解旋酶引物需要需要DNA聚合酶耐高温的DNA聚合酶普通的DNA聚合酶原料4种脱氧核苷酸(dATP、dCTP、dGT

20、P、dTTP)4种游离的脱氧核苷酸归纳拓展归纳拓展注意dNTP:dNTP是脱氧核糖核苷三磷酸的缩写,是dATP、dCTP、dGTP、dTTP的统称。“d”代表脱氧,“N”代表变量A、C、G、T中的一种。dNTP可作为生物DNA合成以及PCR 过程的原料。考向二基因工程的操作步骤考向二基因工程的操作步骤3.(2018江苏南通、徐州等六市二模)农杆菌中的Ti质粒是植物基因工程中常用的运载体,相关叙述正确的是(B)A.Ti质粒是能够自主复制的单链DNAB.Ti 质粒中磷酸基团都与两个脱氧核糖相连接C.重组Ti质粒的受体细胞只能是植物愈伤组织细胞D.Ti质粒上的基因可全部整合到受体细胞染色体上解析解析

21、Ti质粒是能够自主复制的环形双链DNA分子,A错误;Ti质粒是双链DNA分子,其分子内部的磷酸基团都与两个脱氧核糖相连接,B正确;重组Ti质粒的受体细胞可以是植物愈伤组织细胞,也可以是其他的植物细胞,如植物的受精卵细胞,C错误;农杆菌有Ti质粒,Ti质粒上有一段T-DNA。目的基因插入Ti质粒上的T-DNA中,导入农杆菌,让农杆菌侵染植物,农杆菌的Ti质粒上的T-DNA片段(内有目的基因)整合到受体细胞的染色体上,因此只有Ti质粒上的T-DNA片段(内有目的基因)而不是Ti质粒上的全部基因整合到受体细胞染色体上,D错误。4.(2019江苏盐城模拟)基因表达载体的构建是基因工程的核心,图1为限制

22、酶EcoR的识别序列,图2表示目的基因及限制酶切点,图3表示目的基因上的DNA片段,图4表示质粒。请回答下列问题:(1)若用图1所示的限制酶EcoR切割外源DNA,就其特异性而言,切开的是之间相连的化学键。(2)图3为目的基因中的某一片段,下列有关叙述正确的是(多选)()A.若图中的ACT能决定一个氨基酸,则ACT可称为一个密码子B.DNA聚合酶和DNA连接酶都可作用于处,解旋酶作用于处C.若只用这个片段中的3个碱基对,排列出的DNA片段有64种D.就游离的磷酸基而言,该片段与重组质粒相比多了2个游离的磷酸基(3)若利用PCR技术增加目的基因的数量,由图2可知,A、B、C、D四种单链DNA片段

23、中应选取作为引物(DNA复制子链的延伸方向53)。该DNA分子在PCR仪中经过4次循环后会产生等长的目的基因片段个。(4)为了使目的基因和质粒定向连接并且有利于受体细胞的筛选,提高重组效率,应该选择的限制酶是。如果用限制酶Pst、EcoR和Hind同时对质粒进行切割,假设同时只有任意两个位点被切断且每次机会相等,则形成含有完整抗四环素基因的DNA片段有种。(5)如果大肠杆菌是受体细胞,则其体内应不含基因,以利于筛选出含重组质粒的受体菌,目的基因能在大肠杆菌细胞内表达出相同的蛋白质,其遗传学基础是。答案答案(1)鸟嘌呤脱氧核苷酸和腺嘌呤脱氧核苷酸(2)BD(3)B和C8(4)Pst、EcoR1(

24、5)抗四环素各种生物共用一套密码子解析解析(1)DNA分子的一条多核苷酸链中,两个脱氧核苷酸之间以磷酸基团和五碳糖相连;由题目可知,EcoR识别切开的是鸟嘌呤脱氧核苷酸和腺嘌呤脱氧核苷酸之间相连的化学键。(2)密码子是mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基,若图中的ACT能决定一个氨基酸,则其对应的密码子是UGA,A错误;DNA聚合酶和DNA连接酶都可作用于磷酸二酯键处,解旋酶作用于氢键处,B正确;若只用这个片段中的3个碱基对,可以排列出23种片段,C错误;就游离的磷酸基而言,该片段有2个游离的磷酸基,而重组质粒不含游离的磷酸基,因此该片段与重组质粒相比多了2个游离的磷酸基,D正确(3)若利

25、用PCR技术增加目的基因的数量,由图2可知,DNA复制只能从5到3,因此构建前利用PCR技术扩增干扰素基因时,A、B、C、D四种单链DNA片段中应选取B和C作为引物,该DNA分子在PCR仪中经过4次循环后会产生基因片段16个,其中等长的目的基因片段8个。(4)为了使目的基因和质粒定向连接并且有利于受体细胞的筛选,提高重组效率,四环素抗性基因没有被破坏,切割应该选择的限制酶是Pst、EcoR。如果用限制酶Pst、EcoR和Hind同时对质粒进行切割,假设同时只有任意两个位点被切断且每次机会相等,若Pst酶的切割位点用1表示,EcoR酶的切割位点用2表示,Hind酶的切割位点用3表示,则形成的DN

26、A片段12,21,23,32,13,31六种片段,其中只有21片段含有完整四环素抗性基因,即含有完整四环素抗性基因的DNA片段只有1种。(5)如果大肠杆菌是受体细胞,则其体内应不含抗四环素基因,以利于筛选出含重组质粒的受体菌;目的基因能在大肠杆菌细胞内表达出相同的蛋白质,其遗传学基础是各种生物共用一套密码子。技能提炼技能提炼受体细胞的选择:受体细胞常用植物受精卵或体细胞(经组织培养)、动物受精卵(一般不用体细胞)、微生物(大肠杆菌、酵母菌等)。以大肠杆菌作为受体细胞时,为了使大肠杆菌处于能吸收周围环境中DNA分子的生理状态要用CaCl2处理;要合成糖蛋白、有生物活性的胰岛素时则必须用真核生物酵

27、母菌,主要原因是需内质网、高尔基体的加工、分泌;一般不用支原体的原因是它营寄生生活;一定不能用哺乳动物成熟红细胞,原因是它无细胞核,不能合成蛋白质。考点三基因工程的应用及蛋白质工程考点三基因工程的应用及蛋白质工程一、基因工程的应用一、基因工程的应用1.1.转基因生物转基因生物(1)转基因生物是指利用基因工程技术导入外源基因培育出的、能够将新性状稳定地遗传给后代的基因工程生物。(2)最突出优点:能打破常规育种难以突破的物种之间的界限。2.2.植物基因工程的应用植物基因工程的应用: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的品质等。3.3.动物基因工程的应用动物基因工程

28、的应用:用于提高动物生长速度,从而提高产品产量;用于改善畜产品品质;用转基因动物生产药物;用转基因动物作器官移植的供体等。4.基因工程和人类健康的关系基因工程和人类健康的关系(1)基因工程药物:利用转基因培育工程菌来生产药物,已经生产出60多种药物,包括细胞因子、抗体、疫苗、激素等。(2)基因诊断:又称为DNA诊断,是采用基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常(如遗传病患者的基因缺陷)或携带病原体(如乙型肝炎病毒)等。(3)基因治疗:是指利用正常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法。其基本步骤包括目的基因的转移,目的基因的表达,安全措施的实施。分为 体外基因治疗和 体内基因治疗两种类型。二、蛋

29、白质工程二、蛋白质工程1.概念理解概念理解(1)基础:蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。(2)操作:基因修饰或基因合成。(3)结果:改造了现有蛋白质或制造出新的蛋白质。(4)目的:满足人类的生产和生活的需求。(5)关键技术:基因工程,因此又被称为第二代基因工程。2.2.蛋白质工程的设计流程蛋白质工程的设计流程1.将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌,获得能产生人干扰素的菌株。()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,定向改变分子的结构。()3.蛋白质工程能生产自然界中不存在的新型蛋白质分子。()4.与乳腺生物反应器相比,膀胱生物反应器不受性别等限制,受体来源更广泛。

30、()5.转基因的受体细胞通常限制在遗传上有特定缺陷的生物上。()6.动物的生长激素基因转入植物后不能表达。()分析抗虫棉的培育过程:(1)的构建需要酶和酶的参与。(2)侵染植物细胞后,通过的转化作用,使目的基因进入受体细胞。(3)该实例中,检测目的基因是否成功表达的常见方法有和。答案答案(1)限制DNA连接(2)农杆菌(3)抗原抗体杂交法用棉叶饲喂棉铃虫1.乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较比较项目乳腺生物反应器工程菌含义使外源基因在哺乳动物的乳腺中特异性表达,利用动物的乳腺组织生产药物蛋白用基因工程的方法,使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系基因结构动物

31、基因的结构与人类基因的结构基本相同细菌和酵母菌等生物基因的结构与人类基因的结构有较大差异基因表达合成的药物蛋白与天然蛋白质相同细菌细胞内没有内质网、高尔基体等细胞器,产生的药物蛋白可能没有活性比较项目乳腺生物反应器工程菌受体细胞动物的受精卵微生物细胞导入目的基因的方式显微注射法感受态细胞法生产条件不需严格灭菌,温度等外界条件对其影响不大需严格灭菌,严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件药物提取从动物乳汁中提取从微生物细胞中提取2.蛋白质工程与基因工程的比较蛋白质工程与基因工程的比较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

32、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将目的基因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结果可以生产自然界没有的蛋白质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;基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造1.(2018江苏南通考前模拟)如图是培育抗冻番茄的过程示意图。下列相关叙述正确的是()考向一考向一 基因工程的应用基因工程的应用 A.过程和过程所用的酶相同B.转基因抗冻番茄植株的获得是定向变异的结果C.重组质粒转入农杆菌的主要目的是

33、筛选目的基因D.可用DNA探针检测抗冻基因是否在番茄植株中表达答案答案 B解析解析过程获得抗冻基因(目的基因)的过程需要逆转录酶和DNA聚合酶参与,过程构建重组质粒的过程中需要用到限制性核酸内切酶和DNA连接酶,A错误;转基因抗冻番茄植株的获得是借助基因工程导致定向变异的结果,B正确;重组质粒转入农杆菌的主要目的是将抗冻基因(目的基因)导入受体细胞,C错误;可用DNA探针检测抗冻基因是否插入番茄细胞的染色体的DNA上以及是否转录出mRNA,D错误。2.下列有关基因治疗的叙述中正确的是(C)A.对病人的致病基因进行修复,从而使其恢复正常,达到治疗疾病的目的B.体外基因治疗时,转基因完成后的细胞可

34、直接导入患者体内C.把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中,达到治疗疾病的目的D.由于基因治疗能够很好地达到治疗各种疾病的目的,现已广泛应用解析解析基因治疗是指把正常基因导入病人体内有缺陷的细胞中,使该基因的表达产物发挥功能,从而达到治疗疾病的目的,A错误;体外基因治疗时,转基因完成后的细胞需要筛选后,才可导入患者体内,B错误;基因治疗(治疗遗传病最有效的手段),把正常基因导入病人体内有缺陷的细胞中,使该基因的表达产物发挥功能,从而达到治疗疾病的目的,C正确;基因治疗现处于试验阶段,D错误。基因治疗基因诊断原理基因重组及基因表达DNA分子杂交方法将正常基因导入有基因缺陷的细胞中,使该基因的表达

35、产物发挥功能,以达到治疗的目的制作特定DNA探针与病人样品DNA混合,根据碱基互补配对原则,分析杂交带情况进展临床试验临床应用技能提炼技能提炼比较基因治疗和基因诊断3.(2018江苏南京师大附中考前模拟)下列有关蛋白质工程的说法正确的是(C)A.蛋白质工程无需构建基因表达载体B.通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍是天然蛋白质C.蛋白质工程需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶D.蛋白质工程是在蛋白质分子水平上改造蛋白质的考向二蛋白质工程与基因工程考向二蛋白质工程与基因工程解析解析蛋白质工程的目的是根据人们对蛋白质功能的需要,对蛋白质的结构进行设计,需要利用基因工程技术中的工具酶(限制酶、DNA连接

36、酶)构建基因表达载体,A项错误,C项正确;蛋白质工程生产的蛋白质是改造后的蛋白质或者是新的蛋白质,B项错误;蛋白质工程的操作对象是基因,属于分子水平,D项错误。考点四转基因生物的安全性问题考点四转基因生物的安全性问题一、转基因生物的安全性一、转基因生物的安全性1.1.转基因生物存在安全性问题的原因转基因生物存在安全性问题的原因(1)目前科学家对基因的结构、基因间的相互作用、调控机制都了解得相当有限。(2)目的基因往往是异种生物的基因。(3)外源基因插入宿主基因组的部位是随机的。2.转基因生物可能引发的三大安全问题转基因生物可能引发的三大安全问题:食物安全、生物安全、环境安全。3.3.理性看待生

37、物技术理性看待生物技术(1)正视转基因技术可能带来的安全性问题,要趋利避害,不能因噎废食。(2)制定政策和法规,最大程度保证转基因技术和产品的安全性。二、禁止生物武器二、禁止生物武器1.1.生物武器的种类生物武器的种类(1)致病菌:鼠疫菌、霍乱弧菌、伤寒杆菌、炭疽杆菌等。(2)病毒:天花病毒、动物痘病毒等。(3)通过转基因技术制造的致病菌:重组蜡状杆菌、重组流感病毒、新型鼠痘病毒等。(4)神经毒剂:如肉毒杆菌毒素作用的机理是阻滞神经末梢释放乙酰胆碱,从而引起肌肉麻痹。2.2.我国政府的态度我国政府的态度: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的扩散。三、对基因

38、三、对基因“身份证身份证”的争论与基因检测的争论与基因检测1.1.否定的理由否定的理由:个人基因资讯的泄露造成基因歧视,势必造成遗传学失业大军,造成个人婚姻困难、人际关系疏远等严重后果。2.2.肯定的理由肯定的理由:一些遗传性疾病在后代中复现率很高,通过基因检测可以及早预防,适时治疗,达到挽救患者生命的目的。1.转入油菜的抗除草剂基因,可能通过花粉传入环境中。()2.转基因生物扩散到种植区以外不可能造成“基因污染”。()3.如转基因植物的外源基因来源于自然界,则不会存在安全性问题。()4.转基因作物被动物食用后,目的基因就会转入动物体细胞中。()请根据下面的资料完成各题。自1984年第一例转基

39、因鱼在我国诞生以来,对转基因鱼的研究取得了很大的进步。例如转入外源生长激素(GH)基因的鱼生长速度快,饵料转化率高,蛋白质转换效率也显著高于非转基因鱼。但是鱼类易于逃逸、扩散,因此转基因鱼的生态安全性问题是很值得研究的,需研究的是转基因鱼对生态系统的压力及外源基因的扩散问题。只有解决了生态安全性问题,才能真正使转基因鱼广泛应用于渔业生产。我国鱼类多倍体育种研究进展较快,且开始进入实用性阶段,如刘筠等最近培育成功的三倍体“湘云鲫”。(1)转基因鱼成功的物质基础是。(2)鱼类易于逃逸、扩散,因此转基因鱼的生态安全性问题是很值得研究的,试分析引起生态安全性问题的原因是 。(3)从保障生态安全性问题分

40、析只投放三倍体鱼的原因是 。解析解析(1)遗传物质是DNA(2)转基因鱼与同种野生鱼杂交,使野生鱼带有转基因,具有生长优势,使其捕食对象大量减少,与其他物种竞争加剧,引起生态危机(3)三倍体鱼不能繁殖,可以人工控制养殖数量和范围,避免发生杂交、竞争,引起生态危机1.转基因生物的安全性辨析转基因生物的安全性辨析关注焦点正方观点反方观点食物安全有严谨的安全性评价、科学家负责的态度、无实例无证据反对“实质性等同”、出现滞后效应、出现新的过敏原、营养成分改变生物安全(对生物多样性的影响)生命力有限、存在生殖隔离、花粉传播距离有限、花粉存活时间有限扩散到种植区之外变成野生种类、成为外来入侵物种、重组出有

41、害病原体、成为超级杂草、有可能造成“基因污染”环境安全(对生态系统稳定性的影响)不改变生物原有的分类地位、减少农药使用、保护农田土壤环境打破物种界限、二次污染、重组出有害的病原微生物、毒蛋白等可能通过食物链进入人体2.2.基因检测引发的伦理问题基因检测引发的伦理问题(1)基因检测的优点:通过基因检测可以及早采取预防措施,及早治疗,达到挽救患者生命的目的。(2)基因检测引发的问题及解决办法问题:目前人类对基因结构及基因间相互作用尚缺乏足够的认识,通过基因检测达到预防疾病的目的是很困难的,基因检测结果会给受检测者带来巨大的心理压力,个人基因资讯的泄露会造成基因歧视。解决办法:对于基因歧视现象,可通

42、过正确的科学知识传播、伦理道德教育和立法等手段解决。考向转基因生物的安全性问题考向转基因生物的安全性问题1.(2018江苏扬州中学下学期开学检测)恐怖组织会滥用转基因技术将其用于恐怖行为。下列不属于恐怖组织的行为的是(B)A.把蜡状杆菌通过转基因技术改造成像炭疽杆菌一样的致病菌B.把炭疽杆菌基因通过转基因技术重组到人体内,使人具有免疫力C.把流感病毒基因改造,只会使具有某种易感基因的人群感染,而其他人却不易感染D.将生物毒素分子的基因与流感病毒的基因拼接在一起解析解析炭疽杆菌是一种让感染者死亡率极高的致病菌,使人具有免疫力不是转基因技术的滥用,不属于恐怖行为,故选B。2.(2018江苏南京师大

43、附中考前模拟)下列关于转基因生物安全性的叙述,错误的是(B)A.转入到油菜的抗除草剂基因,可能通过花粉传入环境中B.转基因作物被动物食用后,目的基因往往会转入动物体细胞中C.种植转基因植物有可能因基因扩散而影响野生植物的遗传多样性D.即使转基因植物的外源基因来源于自然界,也会存在安全性问题解析解析转入到油菜的抗除草剂基因,可能通过花粉传入环境中,A正确;转基因作物被动物食用后,其基因会在消化道内被分解成小分子物质,不会转入动物体细胞中,B错误;种植转基因植物有可能因基因扩散而影响野生植物的遗传多样性,C正确;即使转基因植物的外源基因来源于自然界,也会存在安全性问题,D正确。题后悟道题后悟道如何

44、理性看待转基因技术如何理性看待转基因技术?首先认识到转基因技术的应用前景是非常广阔的,以基因工程为代表的一大批生物技术成果,进入人类的生产和生活,特别是在医药和农业生产上发挥了极大的作用。第二,要正视转基因技术带来的安全性问题,切实认识到个别有害转基因生物的危害性,要趋利避害。第三,要完善相应的法令法规,利用法制手段确保转基因生物的安全性。第四,增强科学家的法制意识,提高科学家的研究道德水平。1.(2018江苏单科)为生产具有特定性能的-淀粉酶,研究人员从某种海洋细菌中克隆了-淀粉酶基因(1 656个碱基对),利用基因工程大量制备-淀粉酶,实验流程见图。请回答下列问题:高考再现高考再现(1)利

45、用PCR技术扩增-淀粉酶基因前,需先获得细菌的。(2)为了便于扩增的DNA片段与表达载体连接,需在引物的端加上限制性酶切位点,且常在两条引物上设计加入不同的限制性酶切位点,主要目的是。(3)进行扩增时,反应的温度和时间需根据具体情况进行设定,下列选项中的设定与引物有关,的设定与扩增片段的长度有关。(填序号)变性温度退火温度延伸温度变性时间退火时间延伸时间(4)下图表示筛选获得的工程菌中编码-淀粉酶的mRNA 的部分碱基序列:5-AUGCCAUCAACAAAUACUAACACUU-3图中虚线框内mRNA片段包含个密码子,如虚线框后的序列未知,预测虚线框后的第一个密码子最多有种。根据上述实验结果,

46、初步判断该-淀粉酶活性最高的条件为。(5)获得工程菌表达的-淀粉酶后,为探究影响酶活性的因素,以浓度为1%的可溶性淀粉为底物测定酶活性,结果如下:缓冲液 50 mmol/L Na2HPO4-KH2PO450 mmol/L Tris-HCl50 mmol/L Gly-NaOHpH6.06.57.07.57.58.08.59.09.09.510.010.5酶相对活性(%)25.440.249.863.270.195.599.585.368.163.741.520.8答案答案(1)基因组DNA(2)5使DNA片段能定向插入表达载体,减少自连(3)(4)813(5)pH为8.5,缓冲液为50 mmol

47、/L Tirs-HCl解析解析(1)由题干信息可知某种海洋细菌含有-淀粉酶基因,因此在扩增-淀粉酶基因前需先从细菌中提取细菌的基因组DNA。(2)由于引物的作用是引导子链的延伸,将脱氧核苷酸连接到引物上时,是与引物的3端相连的,由此确定需在引物的5端加上限制性酶切位点。常在两条引物上加入不同的限制酶切位点的主要目的是使DNA片段能定向插入表达载体,防止自身相连。（3)进行PCR扩增时,退火的温度与引物长短和碱基种类有关。延伸时间长短的设定与扩增片段的长度有关。(4)密码子是指mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基,该mRNA上5端为AUG(起始密码子),因此可依据三个碱基是一个密码子来分析图

48、中虚线框中的碱基,可得出共有8个密码子。由于虚线框后的第一个密码子已经固定为U,因此还有2个碱基未知,共可能有的种数为44=16,又因为UAG、UGA、UAA为终止密码子,因此决定氨基酸的密码子最多有13种。(5)据表格数据可知:-淀粉酶在pH为8.5、缓冲液为50mmol/LTris-HCl的条件下相对活性为99.5%,初步判断此条件下酶活性最高。2.(2017江苏单科,33,8分)金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在的金属结合蛋白,某研究小组计划通过多聚酶链式反应(PCR)扩增获得目的基因,构建转基因工程菌,用于重金属废水的净化处理。PCR扩增过程示意图如下,请回答下列问题:(1)从高表达MT

49、蛋白的生物组织中提取mRNA,通过获得用于PCR扩增。(2)设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物(引物1和引物2),为方便构建重组质粒,在引物中需要增加适当的位点。设计引物时需要避免引物之间形成,而造成引物自连。(3)图中步骤1代表,步骤2代表退火,步骤3代表延伸,这三个步骤组成一轮循环。(4)PCR扩增时,退火温度的设定是成败的关键。退火温度过高会破坏的碱基配对。退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关,长度相同但的引物需要设定更高的退火温度。(5)如果PCR得不到任何扩增产物,则可以采取的改进措施有(填序号:升高退火温度降低退火温度重新设计引物)。答案答案(1)逆转录cDNA(2)限制性

50、核酸内切酶碱基互补配对(3)变性(4)引物与模板GC含量高(5)解析解析本题主要考查目的基因的获取及PCR技术的有关知识。(1)依据题中表述现象分析,mRNA合成目的基因的过程应为逆转录过程,由mRNA直接逆转录形成的DNA为cDNA。(2)构建重组质粒时需要限制酶和DNA连接酶,因此推测在引物中需要增加适当的限制酶识别的位点。设计引物时需要注意避免引物1和引物2之间形成碱基互补配对。(3)图中步骤1代表变性。(4)退火温度过高会破坏引物与模板链之间的碱基互补配对。由于含G/C碱基对多的DNA稳定性强,因此在PCR过程中设置的温度应视G/C的含量而定。(5)温度过高不利于引物与模板结合;引物设