基因工程知识点总结归纳及考点考纲剖析(人教版高中生物).ppt
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1、人教版人教版 生物生物(高中)(高中)专题二十二 基因工程生物二轮复习课件1.基因工程的诞生基因工程的诞生()。2.基因工程的原理及技术基因工程的原理及技术(含含PCR技术技术)。3.基因工程的应用基因工程的应用()。4.蛋白质工程蛋白质工程()。5.实验:实验:DNA的粗提取与鉴定。的粗提取与鉴定。考纲展示知识网络考点一基因工程的操作工具及程序考点一基因工程的操作工具及程序1 1限制酶和限制酶和DNADNA连接酶的关系连接酶的关系 (1)(1)限制酶和限制酶和DNADNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。(2)(2)限制酶不切割自身限制酶不切割自身DNADNA的
2、原因是原核生物中不存在该酶的识别序列或识别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。序列已经被修饰。(3)(3)限制酶是一类酶,而不是一种酶。限制酶是一类酶,而不是一种酶。(4)DNA(4)DNA连接酶起作用时,不需要模板。连接酶起作用时,不需要模板。2.2.与与DNADNA有关的几种酶的比较有关的几种酶的比较项目项目种类种类 作用底物作用底物 作用部位作用部位 作用结果作用结果 限限制制性性核核酸酸内切酶内切酶DNADNA分子分子两两个个相相邻邻脱脱氧氧核核苷苷酸酸之之间间形成粘性形成粘性末端末端DNADNA连接酶连接酶 DNADNA分子分子片段片段 两两个个相相邻邻脱脱氧
3、氧核核苷苷酸酸之之间间 形成重组形成重组DNADNA分子分子 项目项目种类种类 作用底物作用底物 作用部位作用部位 作用结果作用结果 DNADNA聚合酶聚合酶脱氧核苷脱氧核苷酸酸两个相邻两个相邻脱氧核苷酸脱氧核苷酸之间之间 形成新的形成新的DNADNA分子分子 DNA(DNA(水解水解)酶酶 DNADNA分子分子 两个相邻脱两个相邻脱氧核苷酸氧核苷酸之间之间 形成脱氧核苷酸形成脱氧核苷酸 DNADNA解旋酶解旋酶 DNADNA分子分子 碱基对间的碱基对间的氢键氢键 形成单链形成单链DNADNA分子分子 3.3.基本操作程序基本操作程序(1)(1)获取目的基因获取目的基因直接分离直接分离从基因组
4、文库中获取:即用限制酶进行切割、分离从基因组文库中获取:即用限制酶进行切割、分离从从cDNAcDNA文库中获取:即利用文库中获取:即利用mRNAmRNA反转录形成反转录形成利用利用PCRPCR扩增技术:获取大量目的基因扩增技术:获取大量目的基因人工化学合成:适用于分子较小的基因人工化学合成:适用于分子较小的基因(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目的:使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传给下一目的:使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传给下一代,同时,使目的基因能够表达和发挥作用。代,同时,使目的基因能够表达和发挥作用。目的基因目的基因启动
5、子:为启动子:为RNARNA聚合酶识别和结合的部位,驱动转录聚合酶识别和结合的部位,驱动转录mRNAmRNA基因表达载体组成基因表达载体组成终止子:使转录终止的一段有特殊结构的终止子:使转录终止的一段有特殊结构的DNADNA段片段段片段标记基因:为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因标记基因:为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因构建过程构建过程(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类生物种类植物植物动物动物微生物微生物常用方法常用方法农杆菌转化法农杆菌转化法显微注射技术显微注射技术感受态细胞法感受态细胞法受体细胞受体细胞体细胞体细胞受精卵受精卵原核细胞原核细胞转化过程转化过程
6、将目的基因插入到将目的基因插入到TiTi质粒的质粒的T-DNAT-DNA上上转入农杆菌转入农杆菌导导入植物细胞入植物细胞整合整合到受体细胞的染色到受体细胞的染色体体DNADNA上上表达表达将含有目的基因的表达将含有目的基因的表达载体提纯载体提纯取卵取卵(受精受精卵卵)显微注射显微注射受精受精卵发育卵发育获得具有新性获得具有新性状的动物状的动物CaCa2+2+处理细胞处理细胞感受态感受态细胞细胞重组表达载体重组表达载体DNADNA分子与感受态细胞分子与感受态细胞混合混合感受态细胞吸收感受态细胞吸收DNADNA分子分子(4)目的基因的检测与鉴定1.1.获取目的基因和切割载体时不能选用识别两种序列的
7、限制酶,否则产获取目的基因和切割载体时不能选用识别两种序列的限制酶,否则产生的碱基末端不相同。生的碱基末端不相同。2.2.当限制酶剪切目的基因一次时,获得的黏性末端或平末端有当限制酶剪切目的基因一次时,获得的黏性末端或平末端有2 2个,而不个,而不是是1 1个,若剪切目的基因两次,共产生个,若剪切目的基因两次,共产生4 4个黏性末端或平末端。个黏性末端或平末端。3.3.限制酶切割载体的切割位点并不是任意的,必须保证至少有限制酶切割载体的切割位点并不是任意的,必须保证至少有1 1个标记基个标记基因的完整性,以便于检测。因的完整性,以便于检测。易错提醒易错提醒限制酶的使用及作用特点的三点提醒限制酶
8、的使用及作用特点的三点提醒1.1.位置要求:限制酶切割位点所处的位置必须在标记基因外,进而保证位置要求:限制酶切割位点所处的位置必须在标记基因外,进而保证标记基因的完整性。标记基因的完整性。2.2.数量要求:选择限制酶切割目的基因时,被选择的限制酶在目的基因数量要求:选择限制酶切割目的基因时,被选择的限制酶在目的基因的两侧都要有识别序列,这样切割出来的目的基因才能与质粒结合。的两侧都要有识别序列,这样切割出来的目的基因才能与质粒结合。特别提醒特别提醒对限制酶切割位点的两点要求对限制酶切割位点的两点要求1.1.基因表达载体基因表达载体载体:基因表达载体与载体相比增加了目的基因。载体:基因表达载体
9、与载体相比增加了目的基因。2.2.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,所以目的基因应插入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,所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位,若目的基因插入到启动子内部,启动子将失去原功能。到启动子与终止子之间的部位,若目的基因插入到启动子内部,启动子将失去原功能。3.3.启动子启动子起始密码子,终止子起始密码子,终止子终止密码子:启动子和终止子位于终止密码子:启动子和终止子位于DNADNA片段上,分别控制转录片段上,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过程的启动和终止;起始密码子和终止密码
10、子位于mRNAmRNA上,分别控制翻译的启动和终止。上,分别控制翻译的启动和终止。特别提醒特别提醒基因工程操作程序易错点剖析基因工程操作程序易错点剖析4.4.切割目的基因和载体并非只能用同一种限制酶。如果用两种不同限制酶切割后形成的黏性末端切割目的基因和载体并非只能用同一种限制酶。如果用两种不同限制酶切割后形成的黏性末端相同时,在相同时,在DNADNA连接酶的作用下目的基因与载体也可以连接起来。连接酶的作用下目的基因与载体也可以连接起来。5.5.基因工程操作过程中只有第三步基因工程操作过程中只有第三步(将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞)不涉及碱基互补配对现象:第一步不涉及碱基互补配
11、对现象:第一步存在反转录法获得存在反转录法获得DNADNA,第二步存在黏性末端连接现象,第四步存在检测分子水平杂交。,第二步存在黏性末端连接现象,第四步存在检测分子水平杂交。【典例典例1 1】(20122012浙江高考)天然的玫瑰没有蓝色花,这是由于缺少控制蓝浙江高考)天然的玫瑰没有蓝色花,这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因色色素合成的基因B B,而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因,而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因B B。现用基。现用基因工程技术培育蓝玫瑰,下列操作正确的是因工程技术培育蓝玫瑰,下列操作正确的是()()A.A.提取矮牵牛蓝色花的提取矮牵牛蓝色花的mRNAmRNA,经逆
12、转录获得互补的,经逆转录获得互补的DNADNA,再扩增基因,再扩增基因B BB.B.利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因B BC.C.利用利用DNADNA聚合酶将基因聚合酶将基因B B与质粒连接后导入玫瑰细胞与质粒连接后导入玫瑰细胞D.D.将基因将基因B B直接导入大肠杆菌,然后感染并转入玫瑰细胞直接导入大肠杆菌,然后感染并转入玫瑰细胞真题赏析真题赏析【解析解析】选选A A。欲获得目的基因。欲获得目的基因B B,可先获取矮牵牛蓝色花的,可先获取矮牵牛蓝色花的mRNAmRNA,逆转,逆转录获得互补的录获得互补的DNADN
13、A,然后再经,然后再经PCRPCR技术扩增;基因文库构建时是将包括目技术扩增;基因文库构建时是将包括目的基因在内的各种基因与载体连接起来,形成重组载体,再导入受体菌的基因在内的各种基因与载体连接起来,形成重组载体,再导入受体菌中储存和扩增,提取目的基因时不需使用限制性核酸内切酶;中储存和扩增,提取目的基因时不需使用限制性核酸内切酶;DNADNA聚合聚合酶用于酶用于DNADNA复制,不能用于目的基因复制,不能用于目的基因B B与质粒的连接;基因与质粒的连接;基因B B与质粒连接与质粒连接形成重组质粒后,才能导入大肠杆菌,但大肠杆菌不能侵染玫瑰细胞。形成重组质粒后,才能导入大肠杆菌,但大肠杆菌不能
14、侵染玫瑰细胞。答案:答案:A A【典典例例2 2】.(2011(2011浙浙江江高高考考)将将ada(ada(腺腺苷苷酸酸脱脱氨氨酶酶基基因因)通通过过质质粒粒pET28bpET28b导导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。下列叙述错误的是入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。下列叙述错误的是()()A.A.每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒B.B.每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点C.C.每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个adaadaD.D.每个插入的每个插入的
15、adaada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子【解析解析】选选C C。将重组质粒导入大肠杆菌中并成功表达,说明大肠杆菌内至。将重组质粒导入大肠杆菌中并成功表达,说明大肠杆菌内至少含有一个重组质粒;每个重组质粒都含有目的基因少含有一个重组质粒;每个重组质粒都含有目的基因adaada,则该重组质粒至,则该重组质粒至少含一个能被该限制性核酸内切酶切割的位点;限制性核酸内切酶具有特少含一个能被该限制性核酸内切酶切割的位点;限制性核酸内切酶具有特异性,种类不同,识别的位点不同,切割出的粘性末端也就不同,因此并异性,种类不同,识别的位点不同,切割出的粘性末端也就不同,因此并不是每个位
16、点都能插入不是每个位点都能插入adaada;根据题干信息,导入重组质粒的大肠杆菌成功;根据题干信息,导入重组质粒的大肠杆菌成功表达出腺苷酸脱氨酶,说明插入的表达出腺苷酸脱氨酶,说明插入的adaada至少表达出一个腺苷酸脱氨酶分子。至少表达出一个腺苷酸脱氨酶分子。答案:答案:C C【典例典例3 3】(2010(2010浙江高考浙江高考)在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中,下列操作错误的是草过程中,下列操作错误的是()()A.A.用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸B.B.用用DNADNA连接酶连接经切割
17、的抗除草剂基因和载体连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体C.C.将重组将重组DNADNA分子导入烟草原生质体分子导入烟草原生质体D.D.用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞【解析解析】选。构建重组选。构建重组DNADNA分子时,需用同种限制性核酸内切酶切割目的分子时,需用同种限制性核酸内切酶切割目的基因和载体,再用基因和载体,再用DNADNA连接酶连接形成重组连接酶连接形成重组DNADNA分子,而烟草花叶病毒的遗传分子,而烟草花叶病毒的遗传物质是物质是RNARNA,所以,所以A A项错误。重组项错误。重组DNADNA分子形成后要导入受体细胞分子形成后要导入受
18、体细胞(若是植物细若是植物细胞,则可导入其原生质体胞,则可导入其原生质体),若导入的受体细胞是体细胞,经组织培养可获,若导入的受体细胞是体细胞,经组织培养可获得转基因植物。目的基因为抗除草剂基因,所以未成功导入目的基因的细胞得转基因植物。目的基因为抗除草剂基因,所以未成功导入目的基因的细胞不具有抗除草剂的能力,可用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞。不具有抗除草剂的能力,可用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞。答案:答案:考点二基因工程的应用成果考点二基因工程的应用成果1.1.乳腺生物反应器。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
19、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。2.2.基因工程药品。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。a.“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。b.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。3.3.基因诊断。基因诊断。(1)方法:DNA分子杂交技术(即DNA探针法)。(2)主要过程:将互补的双链DNA解旋 获
20、得单链DNA片段 用同位素、荧光分子或化学发光催化剂标记单链DNA片段 引入待检测的DNA样品中 检测DNA样品 4.4.基因治疗基因治疗(1)方法:基因置换、基因修复、基因增补、基因失活等。(2)途径。a.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。b.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。1.1.并非所有个体都可作为乳腺生物反应器并非所有个体都可作为乳腺生物反应器操作成功的应该是雌性个体,个体本身的繁殖速度较高,泌乳量、蛋白含量等都是应该考虑的因素。2.2.基
21、因治疗后,缺陷基因没有改变基因治疗后,缺陷基因没有改变基因治疗是把正常基因导入受体细胞中,以表达正常产物从而治疗疾病,对原来细胞中存在缺陷的基因没有清除或改变。特别提醒特别提醒3 3五种五种DNADNA相关酶的比较相关酶的比较作用底物作用部位形成产物限制酶DNA分子磷酸二酯键黏性末端或平末端DNA连接酶DNA片段磷酸二酯键重组DNA分子DNA聚合酶脱氧核苷酸磷酸二酯键子代DNADNA解旋酶DNA分子碱基对间的氢键形成脱氧核苷酸单链DNA水解酶DNA分子磷酸二酯键游离的脱氧核苷酸项目蛋白质工程基因工程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获取目的基因
22、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的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生产自然界没有的蛋白质只能生产自然界已有的蛋白质4.4.蛋白质工程与基因工程:蛋白质工程与基因工程:【典例典例1 1】.(20102010江苏高考)下表中列出了几种限制酶(限制性核酸江苏高考)下表中列出了几种限制酶(限制性核酸内切酶)识别序列及其切割位点,图内切酶)识别序列及其切割位点,图1 1、图、图2 2中箭头表示相关限制酶(限制中箭头表示相关限制酶(限制性核酸内切酶)的酶切位点。请回答下列问题:性核酸内切酶)的酶切位点。请回答下列问题
23、:(1 1)一一个个图图1 1所所示示的的质质粒粒分分子子经经SmaSma切切割割前前后后,分分别别含含有有_个个游游离离的的磷磷酸基团。酸基团。(2 2)若若对对图图中中质质粒粒进进行行改改造造,插插入入的的SmaSma酶酶切切位位点点越越多多,质质粒粒的的热热稳稳定定性性越越_。(3 3)用用图图中中的的质质粒粒和和外外源源DNADNA构构建建重重组组质质粒粒,不不能能使使用用SmaSma切切割割,原原因因是是_。(4 4)与与只只使使用用EcoREcoR相相比比较较,使使用用BamHBamH和和Hind Hind 两两种种限限制制酶酶(限限制制性性核核酸酸内内 切切 酶酶)同同 时时 处
24、处 理理 质质 粒粒、外外 源源 DNADNA的的 优优 点点 在在 于于 可可 以以 防防 止止_。(5 5)为为了了获获取取重重组组质质粒粒,将将切切割割后后的的质质粒粒与与目目的的基基因因片片段段混混合合,并并加加入入_酶。酶。(6 6)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了_。(7 7)为为了了从从cDNAcDNA文文库库中中分分离离获获取取蔗蔗糖糖转转运运蛋蛋白白基基因因,将将重重组组质质粒粒导导入入丧丧失失吸吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体,然后在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。的培养基中培养,以完成
25、目的基因表达的初步检测。【解解析析】(1 1)质质粒粒切切割割前前是是双双链链环环状状DNADNA分分子子,所所有有磷磷酸酸基基团团参参与与形形成成磷磷酸酸二二酯酯键键,故故不不含含游游离离的的磷磷酸酸基基团团。从从图图1 1可可以以看看出出,质质粒粒上上只只含含有有一一个个SmaSma的的切切点点,因因此此被被该该酶酶切切割割后后,质质粒粒变变为为线线性性双双链链DNADNA分分子子,因因每每条条链链上上含含有有一一个游离的磷酸基团,因此切割后含有两个游离的磷酸基团。个游离的磷酸基团,因此切割后含有两个游离的磷酸基团。(2 2)由由题题目目可可知知,SmaSma识识别别的的DNADNA序序列
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