2013导学教程人教版生物一轮课件：选修三第1讲基因工程.ppt

1、选修三现代生物科技专题第 1 讲 基因工程1与DNA有关的酶(1)四种酶的比较考点一：基因工程的工具高频考点突破比较项目限制酶DNA连接酶DNA聚合酶解旋酶作用底物DNA分子DNA分子片段脱氧核苷酸DNA分子作用部位磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键碱基对间的氢键形成产物黏性末端或平末端形成重组DNA分子新的DNA分子形成单链DNA(2)限制酶和DNA连接酶之间的关系图示2载体(1)作为载体的条件能在宿主细胞中稳定保存并大量复制。有一个至多个限制性核酸内切酶切割位点，以便与外源基因连接。具有特殊的标记基因，便于筛选。(2)种类质粒：一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力

2、的双链环状DNA分子。噬菌体的衍生物。动植物病毒。(3)作用作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞内；利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。【特别提醒】(1)DNA连接酶起作用时不需要模板。(2)限制酶在使用时的注意事项：切割目的基因和载体时，最好用同一种限制酶，以产生相同的黏性末端。在切割含目的基因的DNA分子时，需用限制酶切割两次此DNA分子，产生4个末端。只有这样，目的基因两端都有可连接的黏性末端或平末端。限制酶切割位点应位于标记基因之外，不能破坏标记基因，以便于进行检测。【对位训练】1(2012江苏南通二模)某DNA分子中含有某限制酶的一个识别序列，用该限制酶切割该DNA分子，可能

3、形成的两个DNA片段是(多选)解析由于DNA的两条链反向平行，因此读碱基序列时，上面一条链从左向右读的话，则下面一条链从右向左读；同一个限制酶切割产生的末端存在相同且互补序列。A选项中两个黏性末端的碱基序列不相同也不互补，不是同种限制酶切割产生的；B选项中两个平末端的碱基序列若连接起来：上面是GGAT，下面是ATCC，碱基序列也不同，不是同种限制酶切割产生的。答案CD2(2011杭州学军中学期中)下图表示一项重要的生物技术，对图中物质a、b、c、d的描述，正确的是Aa的基本骨架是磷酸和核糖交替连接而成的结构B要获得相同的黏性末端，可以用相同的b去切割a和dCc连接双链间的氢键，使黏性末端处碱基

4、互补配对D若要获得未知序列的d，可到基因库中去寻找解析a是载体质粒，b限制酶切割质粒，c是DNA连接酶连接质粒和目的基因，d是目的基因。质粒是环状DNA，其基本骨架是磷酸和脱氧核糖交替连接而成的。要想获得同一种黏性末端只能用同一种限制酶。DNA连接酶连接的是磷酸和脱氧核糖之间的键，不是氢键。对于未知序列的目的基因是无法从基因文库中获取的。答案B1目的基因的获取(1)目的基因；指编码蛋白质的结构基因。(2)获取方法：从基因文库获取，原核基因也可直接分离获得；真核基因主要是人工合成，人工合成目的基因的常用方法有反转录法和化学合成法。(3)PCR技术扩增目的基因原理；DNA双链复制。考点二：基因工程

5、的基本操作程序过程：加热至9095DNA解旋冷却到5560，引物结合到互补DNA链加热至7075，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。(4)基因文库、基因组文库、cDNA文库的概念及作用：基因组文库含有一种生物的全部基因，而cDNA文库指含有一种生物的部分基因，二者都是基因文库；有了基因文库，就可随时从中提取所需要的目的基因，导入受体细胞使之表达。2基因表达载体的构建(1)目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传至下一代，使目的基因能够表达和发挥作用。(2)组成：目的基因启动子终止子标记基因。启动子：是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，

6、能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需要的蛋白质。终止子：也是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的尾端。标记基因的作用：是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。常用的标记基因是抗生素抗性基因。3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、基因枪法、花粉管通道法显微注射技术Ca2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TDNA上进入农杆菌导入植物细胞稳定维持和表达目的基因表达载体提纯取受精卵显微注射受精卵移植新性状动物首先用Ca2处理大肠杆菌细胞，使细胞壁的通透性增大，细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分

7、子的生理状态，这种细胞称为感受态细胞。第二步是将重组表达载体DNA分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在一定温度下促进感受态细胞吸收DNA分子，完成转化过程4.目的基因的检测和表达类型步骤检测内容方法结果分子检测第一步目的基因是否进入受体细胞DNA分子杂交(DNA和DNA之间)是否成功显示出杂交带第二步目的基因是否转录出信使RNA分子杂交技术(DNA和RNA之间)第三步目的基因是否翻译出蛋白质抗原抗体杂交方法个体水平检测包括抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性以及抗性的程度；基因工程产品与天然产品的活性比较，以确定功能是否相同等【对位训练】3(2012南京学情检测)如图为获得抗虫棉的技术流程。

8、在培育转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因(kanr)常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。请据图回答：(1)A过程所用的载体是_，需要的工具酶有_和_。(2)C过程的培养基除含有必需的营养物质、琼脂和激素外，还需加入_。(3)由图中离体棉花叶片组织获得转基因抗虫植株可采用_技术，该技术所依据的原理是_。(4)如果利用DNA分子杂交原理对再生植株进行检测，D过 程 应 该 用 放 射 性 同 位 素(或 荧 光 分 子)标 记 的_作为探针。(5)如果从个体生物水平来鉴定，D过程可用的最简单检测方法是_。解析(1)图中作为载体的是含kanr质粒，基因工程中的工

9、具酶有DNA连接酶和限制性内切酶。(2)C过程的培养基为选择培养基，为了筛选出含有目的基因的重组质粒，培养基中应含有卡那霉素。(3)离体植物组织培育植株采用植物组织培养技术，依据的原理是植物细胞的全能性。(4)再生植株检测应该检验是否抗虫，因此要用放射性同位素标记抗虫基因。(5)可以用棉铃虫食用再生植株，通过虫子的是否死亡判断是否为抗虫植株。答案(1)含kanr质粒限制性核酸内切酶DNA连接酶(两种酶顺序可颠倒)(2)卡那霉素(3)植物组织培养植物细胞全能性(4)抗虫基因(5)让棉铃虫食用再生植株(抗虫接种实验)1基本原理：它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构，又称为第二代基因工程。考点三：蛋

10、白质工程2基本途径：从预期的蛋白质功能出发，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)，以上是蛋白质工程特有的途径，以下按照基因工程的一般步骤进行。(注意：目的基因只能用人工合成的方法获得。)3设计中的困难：如何推测非编码区以及内含子的脱氧核苷酸序列。4蛋白质工程的步骤5蛋白质工程与基因工程的比较项目蛋白质工程基因工程原理中心法则的逆推基因重组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区别实质定向改造或生产人类所需蛋白质定

11、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(基因的异体表达)结果生产自然界没有的蛋白质生产自然界已有的蛋白质联系蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出的第二代基因工程。因为是对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，所以必须通过基因修饰或基因合成实现【对位训练】4蛋白质工程与基因工程相比，其突出特点是A基因工程原则上能生产任何蛋白质B蛋白质工程能对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质C蛋白质工程可以不通过转录和翻译来实现D蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第三代基因工程解析蛋白质工程通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造出一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求

12、，是延伸出来的第二代基因工程。答案B5(2012长沙模拟)下列关于蛋白质工程和基因工程的比较，不合理的是A基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造，从而制造一种新的蛋白质B蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成C当得到可以在70条件下保存半年的干扰素后，在相关酶、氨基酸和适宜的温度、pH条件下，干扰素可以大量自我合成D基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的答案C【典例1】(2010江苏卷)下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点，图1、图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。请回答下列问题：答题技能培

13、养方法体验一、基因工程的操作工具(1)一个图1所示的质粒分子经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Sam 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Sma 切割，原因是_。(4)与只使用EcoR 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

14、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。【解析】环状DNA分子中磷酸全部参与形成磷酸二酯键，被Sma 限制酶切开后相当于一个正常的DNA分子，每个DNA分子单链各含有一个游离的磷酸基团；AT碱基对有两个氢键，而GC碱基对有三个氢键，GC碱基对含量越多，热稳定性越高；从图中读出：Sma 限制酶破坏目的基因和标记基因；用Bam H和Hind 两种不同的限制酶处理，形成不同的黏性末端，能有效防止只用一种限制酶形成的相同的黏性末端的质粒或目的基因相互连接、环状化；将质粒与目的基因“缝合”应用DNA连接酶进行处理；标记基因的作用在于鉴别和筛选含有目的基因的细胞；大肠

15、杆菌突变体丧失吸收蔗糖的能力，不能在只有蔗糖为碳源的选择培养基上存活，所以可以用该种选择培养基对导入的蔗糖转运蛋白基因是否表达进行初步检测。【答案】(1)0、2(2)高(3)Sam 会破坏质粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因(4)质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化(5)DNA连接(6)鉴别和筛选含有目的基因的细胞(7)蔗糖为唯一含碳营养物质【典例2】(2011高考海南卷)回答有关基因工程的问题：(1)构建基因工程表达载体时，用不同类型的限制酶切割DNA后，可能产生黏性末端，也可能产生_末端。若要在限制酶切割目的基因和质粒后使其直接进行连接，则应选择能使二者产生_(相同，不同)黏性末端的

16、限制酶。二、基因工程的操作过程(2)利用大肠杆菌生产人胰岛素时，构建的表达载体含有人胰岛素基因及其启动子等，其中启动子的作用是_。在用表达载体转化大肠杆菌时，常用_处理大肠杆菌，以利于表达载体进入，为了检测胰岛素基因是否转录出了mRNA，可用标记的胰岛素 基 因 片 段 作 探 针 与 mRNA杂 交，该 杂 交 技 术 称 为_。为了检测胰岛素基因转录的mRNA是否翻译成_，常用抗原抗体杂交技术。(3)如果要将某目的基因通过农杆菌转化法导入植物细胞，先要将目的基因插入农杆菌Ti质粒的_中，然后用该农杆菌感染植物细胞，通过DNA重组将目的基因插入植物细胞的_上。【解析】(1)限制酶能识别特定的

17、DNA序列，并在特定位点上切割DNA，形成黏性末端或平末端；要使目的基因和质粒直接进行连接，应使用同一种限制酶进行切割，使二者产生相同的黏性末端。(2)启动子为DNA序列，其具有RNA聚合酶结合位点，能启动转录，合成RNA；将基因表达载体导入大肠杆菌时，常用Ca2处理；检测目的基因时，常用分子杂交技术检测目的基因或相应的mRNA，或采用抗原一抗体杂交技术鉴定相应的蛋白质。(3)用农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞时，首先将目的基因导入农杆菌Ti质粒的TDNA中，再利用农杆菌侵染植物细胞，通过DNA重组将目的基因插入植物细胞的染色体的DNA上。【答案】(1)平相同(2)RNA聚合酶识别和结合的位

18、点，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需要的蛋白质Ca2分子杂交技术人胰岛素(3)TDNA 染色体的DNA【典例1】下列关于基因工程的叙述，错误的是A目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物B限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶C人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性D载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达易误警示一、对基因工程中易错点辨析不清【解析】基因工程中目的基因和受体细胞均可来自动物、植物或微生物；常用的工具酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶；人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的产物是胰岛素原，无生物活性。载体上的抗性基因主要是

19、有利于筛选含重组DNA的细胞，目的基因的表达与抗性基因存在与否无关。【答案】D【纠错笔记】基因工程中有3种工具，但工具酶只有2种。工具酶本质为蛋白质，载体本质为小型DNA分子，但不一定是环状。标记基因的作用筛选、检测目的基因是否导入受体细胞，常见的有抗生素抗性基因、发光基因，表达产物为带颜色物质等。受体细胞中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。一般不用支原体，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。【典例2】(2012浙江五校高三联考)基因治疗是指A对有基因缺陷的细胞提供营养，从而使其恢复正常

20、，达到治疗疾病的目的B把健康的外源基因导入到有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的C运用人工诱变的方法，使有基因缺陷的细胞发生基因突变恢复正常D运用基因工程技术，把有缺陷的基因切除，达到治疗疾病的目的二、对“基因治疗”理解不透【解析】基因缺陷疾病是无法通过改善营养治疗的，目前也不能对缺陷基因进行切除治疗，基因突变具有不定向性。【答案】B【纠错笔记】基因治疗 项目类型外源基因类型及举例过程特点成果举例体外基因治疗腺苷酸脱氨酶基因从病人体内获得某种细胞细胞培养体外完成基因转移筛选并扩增培养重新输入患者体内操作复杂，但成功率高治疗复合型免疫缺陷症体内基因治疗治疗遗传性囊性纤维化病的基因外源基因载体携带体内相应组织细胞操作简单，成功率低治疗遗传性囊性纤维化病点击此处进入知能达标训练