（通用版）高考生物一轮复习 第十一单元 现代生物科技专题 第39讲 基因工程课件-人教版高三全册生物课件.ppt

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1、第十一单元现代生物科技专题第十一单元现代生物科技专题第第3939讲基因工程讲基因工程考情分析备考导航考情分析备考导航考考纲纲解解读读全国卷五年考全国卷五年考题统计题统计最新考最新考纲纲核心内容核心内容基因工程的基因工程的诞诞生生()()基因工程的原理及技基因工程的原理及技术术()()基因工程的基因工程的应应用用()()蛋白蛋白质质工程工程()()1.1.基因工程的基本工具基因工程的基本工具2.2.基因工程的基本操作基因工程的基本操作程序及程序及应应用用3.3.蛋白蛋白质质工程的原理及工程的原理及设计设计流程流程20152015全国全国卷卷T40;T40;20152015全国全国卷卷T40;T4

2、0;20142014全国全国卷卷T40;T40;20132013全国全国卷卷T40;T40;20122012全国卷全国卷T40T40考点一基因工程的概念及基本工具考点一基因工程的概念及基本工具知识梳理知识梳理 自主学习自主学习 夯实基础夯实基础1.1.基因工程的概念基因工程的概念项项目目具体内容具体内容别别名名基因拼接技基因拼接技术术或或DNADNA重重组组技技术术供体供体提供提供 .原理原理 .操作操作环环境境生物体外生物体外操作水平操作水平 .受体受体表达目的基因表达目的基因结结果果获获得得 的新的生物的新的生物类类型和生物型和生物产产品品优优点点克服克服 的障碍的障碍;生物性状生物性状目

3、的基因目的基因基因重组基因重组分子水平分子水平符合人们需要符合人们需要远缘杂交不亲和远缘杂交不亲和定向改造定向改造2.2.基因工程的基本工具基因工程的基本工具【深挖教材深挖教材】1.1.为什么不同生物的基因可以拼接起来为什么不同生物的基因可以拼接起来?提示提示:基因拼接的理论基础基因拼接的理论基础(1)DNA(1)DNA是生物的主要遗传物质是生物的主要遗传物质;(2)DNA(2)DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸;(3)(3)双链双链DNADNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。2.2.为什么一种生物的基因可以在另一种生

4、物细胞内表达为什么一种生物的基因可以在另一种生物细胞内表达?提示提示:外源基因在受体内表达的理论基础外源基因在受体内表达的理论基础(1)(1)基因是控制生物性状的独立遗传单位基因是控制生物性状的独立遗传单位;(2)(2)遗传信息的传递都遵循中心法则阐述的信息流动方向遗传信息的传递都遵循中心法则阐述的信息流动方向;(3)(3)生物界共用一套遗传密码。生物界共用一套遗传密码。3.3.限制酶主要存在于原核生物中限制酶主要存在于原核生物中,它有什么意义它有什么意义?提示提示:限制酶在原核生物中主要是切割外源限制酶在原核生物中主要是切割外源DNA,DNA,使之失效使之失效,从而达到保护从而达到保护自己的

5、目的。自己的目的。4.4.原核生物中限制酶为什么不切割自身的原核生物中限制酶为什么不切割自身的DNA?DNA?提示提示:原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已被修饰原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已被修饰。重点透析重点透析 剖析考点剖析考点 拓展深化拓展深化1.1.与与DNADNA分子相关的酶分子相关的酶(1)(1)五种五种DNADNA相关酶的比较相关酶的比较作用底物作用底物作用部位作用部位形成形成产产物物限制限制酶酶DNADNA分子分子磷酸二磷酸二酯键酯键黏性末端或平末端黏性末端或平末端DNADNA连连接接酶酶DNADNA片段片段磷酸二磷酸二酯键酯键重重组组DNADNA分子分子D

6、NADNA聚合聚合酶酶脱氧核苷酸脱氧核苷酸磷酸二磷酸二酯键酯键子代子代DNADNADNADNA解旋解旋酶酶DNADNA分子分子碱基碱基对间对间的的氢键氢键形成脱氧形成脱氧核苷酸核苷酸单链单链DNADNA(水解水解)酶酶DNADNA分子分子磷酸二磷酸二酯键酯键游离的脱氧核苷酸游离的脱氧核苷酸(2)(2)限制酶与限制酶与DNADNA连接酶的关系连接酶的关系:2.2.载体的作用及作为载体的条件载体的作用及作为载体的条件(1)(1)作用作用 (2)(2)条件与目的条件与目的条件条件目的目的对对受体受体细细胞无害胞无害不影响受体不影响受体细细胞正常的胞正常的生命活生命活动动在受体在受体细细胞中胞中稳稳定

7、定存在并大量复制存在并大量复制目的基因数量可目的基因数量可扩扩增增有一个至多个限制有一个至多个限制酶酶切割位点切割位点以便与外源基因以便与外源基因连连接接具有特殊的具有特殊的标记标记基因基因以便于将含有目的基因的受体以便于将含有目的基因的受体细细胞胞筛选筛选出来出来【清错破疑清错破疑】基因工程操作工具的基因工程操作工具的4 4个易错点个易错点(1)(1)限制酶是一类酶限制酶是一类酶,而不是一种酶。限制酶的成分为蛋白质而不是一种酶。限制酶的成分为蛋白质,其作用的发其作用的发挥需要适宜的理化条件挥需要适宜的理化条件,高温、强酸或强碱均易使之变性失活。高温、强酸或强碱均易使之变性失活。(2)(2)基

8、因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同。基因工程中的载基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同。基因工程中的载体是体是DNADNA分子分子,能将目的基因导入受体细胞内能将目的基因导入受体细胞内;膜载体是蛋白质膜载体是蛋白质,与细胞膜与细胞膜的通透性有关。的通透性有关。(3)(3)基因工程中有基因工程中有3 3种工具种工具,但工具酶只有但工具酶只有2 2种。种。(4)DNA(4)DNA连接酶作用时并不需要模板。连接酶作用时并不需要模板。DNADNA连接酶是把两个具有相同末端的连接酶是把两个具有相同末端的DNADNA片段通过磷酸二酯键连接起来。片段通过磷酸二酯键连接起来。题组例练题组例练

9、分类例练分类例练 提炼方法提炼方法1.1.根据基因工程的有关知识根据基因工程的有关知识,回答下列问题回答下列问题:(1)(1)限制性核酸内切酶切割限制性核酸内切酶切割DNADNA分子后产生的片段分子后产生的片段,其末端类型有其末端类型有.和和。(2)(2)质粒运载体用质粒运载体用EcoREcoR切割后产生的片段如下切割后产生的片段如下:AATTCAATTCG GG GCTTAACTTAA为使运载体与目的基因相连为使运载体与目的基因相连,含有目的基因的含有目的基因的DNADNA除可用除可用EcoREcoR切割外切割外,还还可用另一种限制性核酸内切酶切割可用另一种限制性核酸内切酶切割,该酶必须具有

10、的特点是该酶必须具有的特点是 。(3)(3)按其来源不同按其来源不同,基因工程中所使用的基因工程中所使用的DNADNA连接酶有两类连接酶有两类,即即DNADNA连接酶和连接酶和 DNADNA连接酶。连接酶。(4)(4)基因工程中除质粒外基因工程中除质粒外,和和也可作为运载体。也可作为运载体。解析解析:(1)DNA(1)DNA分子经限制酶切割产生的分子经限制酶切割产生的DNADNA片段末端通常有两种片段末端通常有两种黏性末黏性末端和平末端。端和平末端。(2)(2)为了保证目的基因与运载体相连为了保证目的基因与运载体相连,用另一种限制酶切割含用另一种限制酶切割含目的基因的目的基因的DNADNA后形

11、成的黏性末端必须与后形成的黏性末端必须与EcoREcoR切割形成的黏性末端相同。切割形成的黏性末端相同。(3)DNA(3)DNA 连接酶有连接酶有EcoliEcoli DNA DNA连接酶和连接酶和T T4 4DNADNA连接酶两类。连接酶两类。(4)(4)在基因工程在基因工程中使用的运载体除质粒外中使用的运载体除质粒外,还有还有噬菌体的衍生物、动植物病毒等。噬菌体的衍生物、动植物病毒等。答案答案:(1)(1)黏性末端平末端黏性末端平末端(2)(2)切割产生的切割产生的DNADNA片段末端与片段末端与EcoREcoR切割切割产生的相同产生的相同(3)E(3)Ecoli coli T T4 4(

12、4)(4)噬菌体的衍生物动植物病毒噬菌体的衍生物动植物病毒2.(20142.(2014天津理综节选天津理综节选)嗜热土壤芽孢杆菌产生的嗜热土壤芽孢杆菌产生的葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶(BglBBglB)是一是一种耐热纤维素酶种耐热纤维素酶,为使其在工业生产中更好地应用为使其在工业生产中更好地应用,开展了以下试验开展了以下试验:利用利用大肠杆菌表达大肠杆菌表达BglBBglB酶酶(1)PCR(1)PCR扩增扩增bglBbglB基因时基因时,选用选用基因组基因组DNADNA作模板。作模板。(2)(2)如图为质粒限制酶酶切图谱。如图为质粒限制酶酶切图谱。bglBbglB基因不含图中限制酶识别序列。为基因不

13、含图中限制酶识别序列。为使使PCRPCR扩增的扩增的bglBbglB基因重组进该质粒基因重组进该质粒,扩增的扩增的bglBbglB基因两端需分别引入基因两端需分别引入和和不同限制酶的识别序列。不同限制酶的识别序列。(3)(3)大肠杆菌不能降解纤维素大肠杆菌不能降解纤维素,但转入上述构建好的表达载体后则获得了降但转入上述构建好的表达载体后则获得了降解纤维素的能力解纤维素的能力,这是因为这是因为 。解析解析:(1)bglB(1)bglB基因存在于嗜热土壤芽孢杆菌基因组中基因存在于嗜热土壤芽孢杆菌基因组中,故应以该菌的基故应以该菌的基因组因组DNADNA为模板进行基因扩增。为模板进行基因扩增。(2)

14、(2)目的基因与质粒进行重组时目的基因与质粒进行重组时,需将目的基因插入到启动子和终止子需将目的基因插入到启动子和终止子之间之间,且应靠近启动子和终止子且应靠近启动子和终止子,结合示意图可知结合示意图可知,应在扩增的应在扩增的bglBbglB基因基因两端分别引入两端分别引入NdeNde和和BamHBamH两种限制酶的识别序列。两种限制酶的识别序列。(3)(3)该基因表达载体中含有该基因表达载体中含有bglBbglB基因基因,其可表达产生其可表达产生葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶,其可其可分解纤维素分解纤维素,这样大肠杆菌就获得了分解纤维素的能力。这样大肠杆菌就获得了分解纤维素的能力。答案答案:(1)(1

15、)嗜热土壤芽孢杆菌嗜热土壤芽孢杆菌(2)Nde(2)NdeBamHBamH(3)(3)转基因的大肠杆菌分泌出有活性的转基因的大肠杆菌分泌出有活性的BglBBglB酶酶方法突破方法突破 限制酶的选择方法限制酶的选择方法(1)(1)应选择切点位于目的基因两端的限制酶应选择切点位于目的基因两端的限制酶,如图甲可选择如图甲可选择PstPst 。不。不能选择切点位于目的基因内部的限制酶能选择切点位于目的基因内部的限制酶,如图甲不能选择如图甲不能选择SmaSma 。(2)(2)切割质粒时切割质粒时,一般所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致一般所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致,以确以确保具有相同的黏

16、性末端。质粒作为载体必须具备标记基因、启动子和保具有相同的黏性末端。质粒作为载体必须具备标记基因、启动子和终止子等终止子等,所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构,如图乙中限制如图乙中限制酶酶SmaSma 会破坏标记基因会破坏标记基因,且切割位点应位于启动子和终止子之间以利且切割位点应位于启动子和终止子之间以利于目的基因的插入和表达于目的基因的插入和表达;如果所选限制酶的切点不是一个如果所选限制酶的切点不是一个,则切割重则切割重组后可能丢失某些片段组后可能丢失某些片段,若丢失的片段含复制原点区若丢失的片段含复制原点区,则切割重组后的则切割重组后的片段进入受

17、体细胞后不能自主复制。片段进入受体细胞后不能自主复制。(3)(3)为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接,可使用两种不同的可使用两种不同的限制酶切割目的基因和质粒限制酶切割目的基因和质粒,如图甲可选择用如图甲可选择用PstPst 和和EcoREcoR 两种限两种限制酶制酶(但要确保质粒上也有这两种限制酶的切点但要确保质粒上也有这两种限制酶的切点)。考点二基因工程的基本操作程序及应用考点二基因工程的基本操作程序及应用知识梳理知识梳理 自主学习自主学习 夯实基础夯实基础将重组将重组DNADNA分分子导入受体细胞子导入受体细胞 目的基因的目的基因的 .检测与

18、鉴定检测与鉴定2.2.基因工程的应用基因工程的应用 判一判判一判(1)(1)利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品,如人的血清白蛋如人的血清白蛋白白,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()(2)(2)基因工程药物主要来源于转基因动物生产基因工程药物主要来源于转基因动物生产()(3)(3)为培育抗除草剂的作物新品种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导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体受体()(4)(4)由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用由大肠杆菌工

19、程菌获得人的干扰素后可直接应用()【深挖教材深挖教材】1.1.基因工程操作过程中基因工程操作过程中,哪些步骤中具有碱基互补配对现象哪些步骤中具有碱基互补配对现象?提示提示:基因工程操作过程中第一、二、四步中均具有碱基互补配对现基因工程操作过程中第一、二、四步中均具有碱基互补配对现象象,而只有第三步没有。而只有第三步没有。2.2.动物基因工程中动物基因工程中,为什么常选动物的受精卵作为受体细胞为什么常选动物的受精卵作为受体细胞?提示提示:受精卵的全能性高受精卵的全能性高,能使目的基因在相应的组织和器官中得以表能使目的基因在相应的组织和器官中得以表达。达。3.3.基因工程成功的标志是什么基因工程成

20、功的标志是什么?提示提示:目的基因在受体细胞中得以表达。目的基因在受体细胞中得以表达。重点透析重点透析 剖析考点剖析考点 拓展深化拓展深化1.1.目的基因的获取途径目的基因的获取途径(1)(1)从基因文库中获取从基因文库中获取:包括基因组文库和包括基因组文库和cDNAcDNA文库等。文库等。(2)(2)人工合成目的基因的常用方法人工合成目的基因的常用方法化学合成法化学合成法:已知核苷酸序列的较小基因已知核苷酸序列的较小基因,直接利用直接利用DNADNA合成仪用化学方合成仪用化学方法合成法合成,不需要模板。不需要模板。反转录法反转录法:以以RNARNA为模板为模板,在逆转录酶作用下人工合成。在逆

21、转录酶作用下人工合成。(3)(3)通过通过PCRPCR技术扩增目的基因技术扩增目的基因目的目的:通过指数式扩增获取大量的目的基因。通过指数式扩增获取大量的目的基因。PCRPCR技术与技术与DNADNA复制的比较复制的比较PCRPCR技技术术DNADNA复制复制相同点相同点原理原理DNADNA复制复制(碱基互碱基互补补配配对对)原料原料四种游离的脱氧核苷酸四种游离的脱氧核苷酸条件条件模板、模板、ATPATP、酶酶、原料、引物等、原料、引物等不同点不同点解旋解旋方式方式DNADNA在高温下在高温下变变性解旋性解旋解旋解旋酶酶催化催化场场所所体外复制体外复制(PCR(PCR扩扩增增仪仪)主要在主要在

22、细细胞核内胞核内酶酶热稳热稳定的定的DNADNA聚合聚合酶酶(TaqTaq酶酶)细细胞内含有的胞内含有的DNADNA聚合聚合酶酶结结果果在短在短时间时间内形成大量内形成大量的的DNADNA片段片段形成整个形成整个DNADNA分子分子2.2.基因表达载体的构建基因表达载体的构建(1)(1)基因表达载体的组成及作用基因表达载体的组成及作用(2)(2)基因表达载体的构建过程基因表达载体的构建过程3.3.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生物种类类植物植物动动物物微生物微生物常用方法常用方法农农杆菌杆菌转转化法化法显显微注射法微注射法感受感受态细态细胞法胞法受体受体细细胞胞体体细细胞胞

23、受精卵受精卵原核原核细细胞胞转转化化过过程程将目的基因插入将目的基因插入到到TiTi质质粒的粒的T-T-DNADNA上上农农杆菌杆菌导导入植物入植物细细胞胞整合到受体整合到受体细细胞的胞的DNADNA表达表达将含有目的基因的表将含有目的基因的表达达载载体提体提纯纯取卵取卵(受精卵受精卵)显显微注射微注射受精卵受精卵发发育育获获得得具有新性状的具有新性状的动动物物CaCa2+2+处处理理细细胞胞感感受受态细态细胞胞重重组组表表达达载载体与感受体与感受态细态细胞混合胞混合感受感受态细态细胞吸收胞吸收DNADNA分子分子4.4.目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定5.5.基因治疗与基因诊断基因治

24、疗与基因诊断基因治基因治疗疗基因基因诊诊断断原理原理基因重基因重组组及基因表达及基因表达DNADNA分子分子杂杂交交方法方法将正常基因将正常基因导导入有基因缺陷的入有基因缺陷的细细胞中胞中,使使该该基因的表达基因的表达产产物物发挥发挥功能功能,以达到治以达到治疗疗的目的的目的制作特定制作特定DNADNA探探针针与病人与病人样样品品DNADNA混合分析混合分析,根据碱基互根据碱基互补补配配对对原原则则,分析分析杂杂交交带带情况情况进进展展临临床床实验实验临临床床应应用用【清错破疑清错破疑】(1)(1)目的基因的插入位点不是随意的目的基因的插入位点不是随意的基因表达需要启动子与终止子的调控基因表达

25、需要启动子与终止子的调控,目的基因应插入启动子与终止子之目的基因应插入启动子与终止子之间的部位间的部位。(2)(2)启动子启动子起始密码子起始密码子,终止子终止子终止密码子终止密码子启动子和终止子位于启动子和终止子位于DNADNA片段上片段上,分别控制转录过程的启动和终止分别控制转录过程的启动和终止;起始密起始密码子和终止密码子位于码子和终止密码子位于mRNAmRNA上上,分别控制翻译过程的启动和终止分别控制翻译过程的启动和终止。题组例练题组例练 分类例练分类例练 提炼方法提炼方法1.(20141.(2014海南卷海南卷)下面是将某细菌的基因下面是将某细菌的基因A A导入大肠杆菌内导入大肠杆菌

26、内,制备制备“工程菌工程菌”的示意图。的示意图。据图回答据图回答:(1)(1)获得获得A A有两条途径有两条途径:一是以一是以A A的的mRNAmRNA为模板为模板,在在酶的催化下酶的催化下,合成合成互补的单链互补的单链DNA,DNA,然后在然后在的作用下合成双链的作用下合成双链DNA,DNA,从而获得所需基因从而获得所需基因;二是根据目标蛋白质的二是根据目标蛋白质的序列序列,推测出相应的推测出相应的mRNAmRNA序列序列,然后按照然后按照碱基互补配对原则碱基互补配对原则,推测其推测其DNADNA的的序列序列,再通过化学方法合成所需基因。再通过化学方法合成所需基因。(2)(2)利用利用PCR

27、PCR技术扩增技术扩增DNADNA时时,需要在反应体系中添加的有机物质有需要在反应体系中添加的有机物质有 、4 4种脱氧核苷酸三磷酸和耐热性的种脱氧核苷酸三磷酸和耐热性的DNADNA聚合酶聚合酶,扩增过程可以在扩增过程可以在PCRPCR扩增仪中完成。扩增仪中完成。(3)(3)由由A A和载体和载体B B拼接形成的拼接形成的C C通常称为通常称为。(4)(4)在基因工程中在基因工程中,常用常用CaCa2+2+处理处理D,D,其目的是其目的是 。解析解析:(1)(1)利用逆转录法合成目的基因的过程是以利用逆转录法合成目的基因的过程是以mRNAmRNA为模板为模板,在逆转录酶在逆转录酶的催化作用下合

28、成单链的催化作用下合成单链DNA,DNA,然后在然后在DNADNA聚合酶作用下聚合酶作用下,合成双链合成双链DNADNA分子分子;根根据蛋白质工程合成目的基因的过程是根据目标蛋白质的氨基酸序列据蛋白质工程合成目的基因的过程是根据目标蛋白质的氨基酸序列,推测推测相应的相应的mRNAmRNA序列序列,然后按照碱基互补配对原则然后按照碱基互补配对原则,推测推测DNADNA中脱氧核苷酸的排中脱氧核苷酸的排列顺序列顺序,通过化学方法合成。通过化学方法合成。(2)PCR(2)PCR过程中需要酶、底物、模板、引物和过程中需要酶、底物、模板、引物和能量等条件。能量等条件。(3)(3)目的基因和运载体结合目的基

29、因和运载体结合,形成基因表达载体。形成基因表达载体。(4)(4)利用大利用大肠杆菌做受体细胞时肠杆菌做受体细胞时,需要先用需要先用CaCa2+2+处理处理,使之成为感受态细胞使之成为感受态细胞,有利于吸收有利于吸收重组重组DNADNA分子。分子。答案答案:(1)(1)逆转录逆转录DNADNA聚合酶氨基酸脱氧核苷酸聚合酶氨基酸脱氧核苷酸(2)(2)引物引物(目的基因或目的基因或A A基因基因)模板模板(3)(3)基因表达载体基因表达载体(4)(4)使其成为使其成为感受态细胞感受态细胞,使大肠杆菌更容易吸收重组使大肠杆菌更容易吸收重组DNADNA分子分子2.2.在某些深海鱼中发现的抗冻蛋白基因在某

30、些深海鱼中发现的抗冻蛋白基因afpafp对提高农作物的抗寒能力有对提高农作物的抗寒能力有较高的应用价值。如图所示是获得转基因莴苣的技术流程较高的应用价值。如图所示是获得转基因莴苣的技术流程,请据图回答请据图回答下列回答下列回答:(1)(1)获取目的基因的主要途径包括从自然界获取目的基因的主要途径包括从自然界已有的物种中分离和已有的物种中分离和 。(2)(2)过程需要的酶有过程需要的酶有 、。(3)(3)重组质粒除了带有抗冻蛋白基因重组质粒除了带有抗冻蛋白基因afpafp以外以外,还必须含有启动子、终止子和还必须含有启动子、终止子和 ,这样才能构成一个完整的基因表达载体。这样才能构成一个完整的基

31、因表达载体。(4)(4)如果受体细胞如果受体细胞C C1 1是土壤农杆菌是土壤农杆菌,则将目的基因导入它的目的是利用农则将目的基因导入它的目的是利用农杆菌的杆菌的 ,使目的基因进入受体细胞使目的基因进入受体细胞C C2 2,并将其插入到受体细胞并将其插入到受体细胞C C2 2中的中的上上,使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达,形成转基形成转基因莴苣。经因莴苣。经过程获得的转基因莴苣中的目的基因是否表达过程获得的转基因莴苣中的目的基因是否表达,在分子水在分子水平上可用平上可用法进行检测法进行检测,如果出现杂交带如果出现杂交带,说明目的基因已经表达说明目的基

32、因已经表达蛋白质产品蛋白质产品,转基因莴苣培育成功。转基因莴苣培育成功。解析解析:(1)(1)获取目的基因的方法主要有从自然界已有的物种中分离和获取目的基因的方法主要有从自然界已有的物种中分离和人工合成。人工合成。(2)(2)过程为构建基因表达载体过程为构建基因表达载体,需要的工具酶有限制性核酸内切酶需要的工具酶有限制性核酸内切酶(限制酶限制酶)和和DNADNA连接酶。连接酶。(3)(3)基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因。基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因。(4)(4)如果受体细胞如果受体细胞C C1 1是土壤农杆菌是土壤农杆菌,则该将目的基因导入受体细胞的方

33、则该将目的基因导入受体细胞的方法为农杆菌转化法法为农杆菌转化法,利用农杆菌的转化作用利用农杆菌的转化作用,将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞C C2 2(莴苣体细胞莴苣体细胞)并将目的基因插入到受体细胞并将目的基因插入到受体细胞C C2 2的染色体的的染色体的DNADNA上。目上。目的基因是否表达出相应的蛋白质的基因是否表达出相应的蛋白质,可在分子水平上利用抗原可在分子水平上利用抗原抗体杂抗体杂交法进行检测。交法进行检测。答案答案:(1)(1)人工合成人工合成(2)(2)限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶DNADNA连接酶连接酶(3)(3)标记基因标记基因(4)(4)转化作用染色体转化

34、作用染色体DNADNA抗原抗原抗体杂交抗体杂交考点三蛋白质工程考点三蛋白质工程知识梳理知识梳理 自主学习自主学习 夯实基础夯实基础蛋白质工程蛋白质工程(1)(1)概念理解概念理解基础基础:蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。操作操作:或基因合成。或基因合成。结果结果:改造了现有蛋白质或制造出改造了现有蛋白质或制造出 。目的目的:满足人类的生产和生活的需求。满足人类的生产和生活的需求。(2)(2)操作过程操作过程从预期的从预期的 出发出发设计预期的设计预期的 推测应有推测应有的的 找到相对应的找到相对应的 (基因基因)基因表达基因表达产产生需要的蛋

35、白质。生需要的蛋白质。基因修饰基因修饰新的蛋白质新的蛋白质蛋白质功能蛋白质功能蛋白质结构蛋白质结构氨基酸序列氨基酸序列脱氧核苷酸序列脱氧核苷酸序列重点透析重点透析 剖析考点剖析考点 拓展深化拓展深化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(1)(1)区别区别项项目目蛋白蛋白质质工程工程基因工程基因工程过过程程预预期蛋白期蛋白质质功能功能设计预设计预期的期的蛋白蛋白质结质结构构推推测应测应有的氨基有的氨基酸序列酸序列找到相找到相对应对应的脱氧核的脱氧核苷酸序列苷酸序列获获取目的基因取目的基因基因表达基因表达载载体体的构建的构建将目的基因将目的基因导导入受体入受体细细胞胞目的基因的目的

36、基因的检测检测与与鉴鉴定定实质实质定向改造或生定向改造或生产产人人类类所需的蛋所需的蛋白白质质定向改造生物的定向改造生物的遗传遗传特性特性,以以获获得人得人类类所需的生物所需的生物类类型和生型和生物物产产品品结结果果可生可生产产自然界没有的蛋白自然界没有的蛋白质质只能生只能生产产自然界已有的蛋白自然界已有的蛋白质质(2)(2)联系联系蛋白质工程是在基因工程的基础上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。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。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。题组例练题组例练 分类例练分类例练

37、 提炼方法提炼方法(2015(2015全国全国卷卷)已知生物体内有一种蛋白质已知生物体内有一种蛋白质(P),(P),该蛋白质是一种转运蛋白该蛋白质是一种转运蛋白,由由305305个氨基酸组成。如果将个氨基酸组成。如果将P P分子中分子中158158位的丝氨酸变成亮氨酸位的丝氨酸变成亮氨酸,240,240位的位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸谷氨酰胺变成苯丙氨酸,改变后的蛋白质改变后的蛋白质(P(P1 1)不但保留不但保留P P的功能的功能,而且具有而且具有了酶的催化活性。回答下列问题了酶的催化活性。回答下列问题:(1)(1)从上述资料可知从上述资料可知,若要改变蛋白质的功能若要改变蛋白质的功能,可以考虑

38、对蛋白质的可以考虑对蛋白质的.进行改造。进行改造。(2)(2)以以P P基因序列为基础基因序列为基础,获得获得P P1 1基因的途径有修饰基因的途径有修饰 基因或合基因或合成成基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的,中心法则的全中心法则的全部内容包括部内容包括的复制的复制,以及遗传信息在不同分子之间的流动以及遗传信息在不同分子之间的流动,即即 。(3)(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程蛋白质工程也被称为第二代基因工程,其基本途径是从预期蛋白质功能其基本途径是从预期蛋白质功能出发出发,通过通过和和,进而确定相对应的进而确定相对应的脱氧核苷酸序列脱氧核

39、苷酸序列,据此获得基因据此获得基因,再经表达、纯化获得蛋白质再经表达、纯化获得蛋白质,之后还需要之后还需要对蛋白质的生物对蛋白质的生物进行鉴定。进行鉴定。解析解析:(1)(1)蛋白质的功能由蛋白质的三维结构决定蛋白质的功能由蛋白质的三维结构决定,而蛋白质的三维结构与而蛋白质的三维结构与氨基酸序列有关氨基酸序列有关,因此因此,若要改变蛋白质的功能若要改变蛋白质的功能,可以考虑对蛋白质的氨基可以考虑对蛋白质的氨基酸序列进行改造。酸序列进行改造。(2)P(2)P基因与基因与P P1 1基因的根本区别是碱基序列不同基因的根本区别是碱基序列不同,因此可因此可以通过对以通过对P P基因进行修饰获得基因进行

40、修饰获得P P1 1基因基因,也可以直接合成也可以直接合成P P1 1基因。中心法则的基因。中心法则的内容包括遗传信息的复制、转录、逆转录和翻译。内容包括遗传信息的复制、转录、逆转录和翻译。(3)(3)蛋白质工程的基本蛋白质工程的基本途径是从预期蛋白质功能出发途径是从预期蛋白质功能出发,通过设计蛋白质的结构和推测氨基酸序列通过设计蛋白质的结构和推测氨基酸序列,进而确定相对应的脱氧核苷酸序列。获得蛋白质之后要对蛋白质的生物功进而确定相对应的脱氧核苷酸序列。获得蛋白质之后要对蛋白质的生物功能进行鉴定。能进行鉴定。答案答案:(1)(1)氨基酸序列氨基酸序列(或结构或结构)(2)P(2)PP P1 1

41、DNADNA和和RNA(RNA(或遗传物质或遗传物质)DNARNADNARNA、RNADNARNADNA、RNARNA蛋白质蛋白质(或转录、逆转录、翻译或转录、逆转录、翻译)(3)(3)设计蛋白质的结构推测氨基酸序列功能设计蛋白质的结构推测氨基酸序列功能构建知识网络强化答题语句构建知识网络强化答题语句【建网络图建网络图】填充填充:，限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶基因表达载体的构建基因表达载体的构建目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定基因治疗基因治疗【要语强记要语强记】1.1.三种工具三种工具(1)(1)限制酶具有特异性限制酶具有特异性,即一种限制酶只能识别特定的碱基序列即一种限制酶只能识

42、别特定的碱基序列,并在特并在特定的位点上进行切割。定的位点上进行切割。(2)DNA(2)DNA连接酶的作用部位是磷酸二酯键。连接酶的作用部位是磷酸二酯键。(3)(3)质粒是常用的载体质粒是常用的载体,它是一种小型的环状它是一种小型的环状DNADNA分子分子,具有一个至多个具有一个至多个限制酶切割位点及标记基因。限制酶切割位点及标记基因。2.2.四个步骤四个步骤(1)(1)目的基因的获取有从基因文库中获取和人工合成两类方法。目的基因的获取有从基因文库中获取和人工合成两类方法。(2)(2)基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因。基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因。(3)(3)目的基因导入植物细胞常用农杆菌转化法目的基因导入植物细胞常用农杆菌转化法:导入动物细胞常用显微导入动物细胞常用显微注射法注射法,导入微生物细胞常用感受态细胞法。导入微生物细胞常用感受态细胞法。(4)(4)目的基因的检测与鉴定方法有分子水平的检测目的基因的检测与鉴定方法有分子水平的检测(DNA(DNA分子杂交、分子分子杂交、分子杂交、抗原杂交、抗原抗体杂交抗体杂交)和个体水平的鉴定和个体水平的鉴定。