(北京专用)高考生物总复习 第33讲 基因工程课件-人教版高三全册生物课件.pptx
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1、第第3333讲基因工程讲基因工程一、基因工程的概念理解二、DNA重组技术的基本工具三、基因工程的操作程序必必备备知知识识突破1基因工程的操作工具突破2基因工程的操作步骤突破3基因工程的应用及蛋白质工程深深化化突突破破一、基因工程的概念理解一、基因工程的概念理解1.供体供体:提供目的基因的个体。2.操作环境操作环境:无菌。3.操作水平操作水平:DNA分子水平。4.原理原理:基因重组。5.受体受体:表达目的基因的个体。必备知识6.本质本质:基因在受体生物体内表达。7.优点优点:克服远缘杂交不亲和的障碍,定向改造生物的遗传性状。二、二、DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具1.限制性核酸内切酶限
2、制性核酸内切酶(简称简称:限制酶限制酶)(1)来源:主要是从原核生物中分离纯化出来的。(2)作用:识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列并使每条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。(3)结果:产生黏性末端或平末端。2.DNA连接酶连接酶3.载体载体(1)种类:质粒、噬菌体的衍生物、动植物病毒等。(2)质粒特点常用类型EcoliDNA连接酶T4DNA连接酶来源大肠杆菌T4噬菌体功能连接黏性末端连接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三、基因工程的操作程序三、基因工程的操作程序目的基因的获取基因表达载体的构建组成将目的基因导入受体细胞方法目的基因的检测与鉴定技
3、术名称应用植物基因工程培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和抗逆转基因植物;利用转基因技术改良植物的品质动物基因工程提高动物生长速度,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基因工程药物利用转基因的工程菌生产药物,如细胞因子、抗体、疫苗等基因治疗把正常基因导入病人体内,使其表达产物发挥功能,从而治疗疾病。分为体内基因治疗和体外基因治疗四、基因工程的应用四、基因工程的应用五、蛋白质工程五、蛋白质工程1.崛起缘由崛起缘由:天然蛋白质不一定完全符合人类生产和生活的需要。2.目标目标:根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质的结构进行分子设计。3.操作手段操作手段:基因修饰或基
4、因合成。4.设计流程设计流程: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(基因)。1.重组Ti质粒的构建需要限制性核酸内切酶和DNA聚合酶参与。()2.EcoliDNA连接酶既能连接平末端,又能连接黏性末端。()3.载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中,使之稳定存在并表达。()4.表达载体的复制和胰岛素基因的表达均启动于复制原(起)点。()5.胰岛素基因表达载体中的胰岛素基因可通过人肝细胞mRNA反转录获得。()6.可利用DNA分子杂交技术鉴定目的基因是否已导入受体细胞。()7.若要从植物甲中获得耐旱基因,可首先建立该植物的基因组文库,再从中筛选出所需的
5、耐旱基因。()8.为培育抗除草剂的作物新品种,导入抗除草剂基因时须以受精卵为受体。()9.将大肠杆菌的质粒连接上人生长激素的基因后,大肠杆菌获得的能产生人生长激素的变异可以遗传。()10.蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子进行直接操作,定向改变分子的结构。()11.基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质,而蛋白质工程则可对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质。()突破1基因工程的操作工具深化突破1.确定限制酶的种类确定限制酶的种类(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
6、选择Sma。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。2.限制酶与DNA连接酶的关系易混辨析(1)限制酶切割位点所处的位置必须是在所需的标记
7、基因之外,这样才能保证标记基因的完整性,有利于目的基因的检测。(2)为使目的基因与载体形成相同的末端连接,通常使用同一种限制酶将二者切割,但如果不同的限制酶切割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。(3)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。(4)限制酶是一类酶,而不是一种酶。(5)DNA连接酶起作用时,不需要模板。考向考向1以基础判断的形式以基础判断的形式,考查对基本工具的理解考查对基本工具的理解1.下列有关基因表达载体的叙述,不正确的是(B)A.具有复制原点,使目的基因能在受体细胞内扩增B.具有启动子,使DNA聚合酶识别并开始
8、转录C.具有标记基因,有利于目的基因的检测D.具有目的基因,以实现产生特定的基因产物解析解析基因表达载体具有复制原点、启动子、目的基因、终止子和标记基因,复制原点使目的基因能在受体细胞内扩增。启动子是RNA聚合酶识别并结合的位点。标记基因可用于鉴别受体细胞中是否含有目的基因。目的基因表达可合成特定的基因产物。考向考向2以实例分析或图示分析的形式以实例分析或图示分析的形式,考查对基本工具的理解考查对基本工具的理解2.(2018北京理综)用Xho和Sal两种限制性核酸内切酶分别处理同一DNA片段,酶切位点及酶切产物分离结果如图。以下叙述不正确的是()图1酶切位点图图2电泳结果示意图A.图1中两种酶
9、识别的核苷酸序列不同B.图2中酶切产物可用于构建重组DNAC.泳道中是用Sal处理得到的酶切产物D.图中被酶切的DNA片段是单链DNA答案答案D解析解析图1中,两种限制性核酸内切酶的酶切位点不同,说明两种限制性核酸内切酶识别的核苷酸序列不同,A正确。图2中,两种酶的酶切产物都为DNA片段,都可用于构建重组DNA,B正确。结合图1的酶切位点图,判断两种酶切DNA后得到的DNA片段数;再结合泳道电泳结果知,泳道是用Sal处理得到的酶切产物,C正确。能被限制性核酸内切酶酶切的DNA片段仍为双链DNA,D错误。突破2基因工程的操作步骤1.目的基因的获取目的基因的获取(1)目的基因:主要指编码蛋白质的基
10、因,也可以是一些具有调控作用的因子。(2)方法从基因文库中获取基因组文库与部分基因文库不同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受体菌群体利用PCR技术扩增a.原理:DNA双链复制。b.需要的条件:模板DNA、引物、四种脱氧核苷酸、热稳定DNA聚合酶(Taq酶)。过程说明图解变性当温度上升到90以上时,双链DNA解聚为单链复性温度下降到50左右,两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合延伸72左右时,TaqDNA聚合酶有最大活性,可使DNA新链由5端向3端延伸c.过程:人工合成a
11、.化学合成法:针对已知核苷酸序列的较小基因。b.逆转录法:以RNA为模板,在反转录酶的作用下人工合成。2.基因表达载体的构建基因表达载体的构建(1)基因表达载体的组成及作用:(2)构建过程:3.将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞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法感受态细胞法受体细胞体细胞受精卵原核细胞转化过程将目的基因插入Ti质粒的T-DNA上导入农杆菌侵染植物细胞整合到受体细胞的染色体DNA上表达将含有目的基因的表达载体提纯取卵(受精卵)显微注射受精卵发育获得具有新性状的动物Ca2+处理细胞感受态细胞重组表达载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子
12、4.目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定易混辨析目的基因的插入点不是随意的:基因表达需要启动子与终止子的调控,所以目的基因应插入启动子与终止子之间的部位。考向考向1以基础判断或流程图分析的形式以基础判断或流程图分析的形式,考查基因工程的操作程序考查基因工程的操作程序1.(2017北京理综)为了增加菊花花色类型,研究者从其他植物中克隆出花色基因C(图1),拟将其与质粒(图2)重组,再借助农杆菌导入菊花中。下列操作与实验目的不符的是()A.用限制性核酸内切酶EcoR和连接酶构建重组质粒B.用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织,将C基因导入细胞C.在培养基中添加卡那霉素,筛选被转化的菊花细胞D.用
13、分子杂交方法检测C基因是否整合到菊花染色体上答案答案C解析解析本题主要考查基因工程的相关知识。由于C基因两端及质粒上均存在限制酶EcoR的酶切位点,因此,可采用限制酶EcoR和DNA连接酶构建重组质粒;用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织(即农杆菌转化法),可以将C基因导入细胞;由于质粒上存在潮霉素抗性基因(标记基因),因此,可以在培养基中添加潮霉素,筛选被转化的菊花细胞,C符合题意;可用分子杂交方法检测C基因是否整合到菊花染色体上。2.(2018课标全国)回答下列问题:(1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.Cohen)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞中进行了表达。该研究除
14、证明了质粒可以作为载体外,还证明了(答出两点即可)。(2)体外重组的质粒可通过Ca2+参与的方法导入大肠杆菌细胞;而体外重组的噬菌体DNA通常需与组装成完整噬菌体后,才能通过侵染的方法将重组的噬菌体DNA导入宿主细胞。在细菌、心肌细胞、叶肉细胞中,可作为重组噬菌体宿主细胞的是。(3)真核生物基因(目的基因)在大肠杆菌细胞内表达时,表达出的蛋白质可能会被降解。为防止蛋白质被降解,在实验中应选用的大肠杆菌作为受体细胞,在蛋白质纯化的过程中应添加的抑制剂。答案答案(1)体外重组的质粒可以进入受体细胞;真核生物基因可在原核细胞中表达(2)转化外壳蛋白(或答噬菌体蛋白)细菌(3)蛋白酶缺陷型蛋白酶解析解
15、析本题主要考查基因工程的相关知识。(1)体外重组的质粒可以进入受体细胞,且重组质粒在不同细胞中能正常表达,说明目的基因在不同细胞中的表达机制相同,生物界共用一套遗传密码。(2)基因工程中,受体细胞为大肠杆菌细胞时,常用Ca2+处理大肠杆菌,使之处于感受态,即Ca2+参与的转化法。噬菌体DNA与外壳蛋白组装成完整噬菌体。因噬菌体的宿主是细菌,故只有细菌可作为重组噬菌体的宿主细胞。(3)为防止目的基因表达的蛋白质被破坏,可选用不能合成蛋白酶的大肠杆菌作为受体细胞,在蛋白质纯化过程中加入蛋白酶的抑制剂可以保护蛋白质不被水解。考向考向2以实例分析或图析形式考查以实例分析或图析形式考查PCR技术及其应用
16、技术及其应用3.(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(1656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:(1)利用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
17、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。(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 50mmol/LNa2HPO4-KH2PO450mmol/LTris-HCl50mmol/LGly-NaOHpH6.06.57.07.57.58.08.59.09.09.510.0 10.5酶相对活性%25.4 40.2 49.8 63.2 70.1 95.5 99.5 85.3 68.1 63.7
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