2021年高考生物二轮复习-专题1 基因工程复习课件25张

专题1 基因工程 • 1.DNA重组技术的基本工具（必考） • 2.基因工程的基本操作程序（必考） • 3.基因工程的应用 • 4.蛋白质工程与基因工程的比较 1.1 限制性核酸内切酶——“分子手术刀” 特点 • 能够识别双链DNA分子特定的 核苷酸序列，在特定部位切开 两个核苷酸之间的磷酸二酯键。 DNA末端 • 限制酶切割DNA产生的DNA末 端有两种形式：粘性末端和平 末端。 1.关于下图所示黏性末端的叙述，正确的是 A.①与③是由相同限制酶切割产生的 B.DNA连接酶可催化①与③的连接 C.经酶切形成④需要脱去2分子水 D.DNA连接酶与DNA聚合酶均能作用于上述黏性末端 √ 1.2 DNA连接酶——“分子缝合针” 作用 • 将双链DNA片段“缝合”起来， 恢复被限制酶切开的两个核苷 酸之间的磷酸二酯键，不需要 模板。 种类 类型 功能 E.coli DNA 连 接酶 只能“缝 合”DNA互补 的黏性末端。 T4 DNA连接酶 即可”缝合” 双链DNA互补 的黏性末端， 又可“缝合” 双链DNA的平 末端 1.3 基因进入受体细胞的载体——“分子运输 车” 载体的种类 • 质粒：一种裸露的、结构简单、 独立于细菌拟核DNA之外，并 且具有自我复制能力的双链环 状DNA分子。 • λ噬菌体的衍生物 • 动植物病毒 载体的特点 • 能够在细胞内自我复制，或整 合到染色体DNA上，随染色体 DNA进行自我复制。 • 具有一个或多个限制酶切点， 便于供外源DNA插入。 • 具有特殊的遗传标记基因，供 重组DNA的鉴定和选择。 学以致用 2.质粒是基因工程最常用的载体，下列关于质粒的说法正确的是 A.质粒在宿主细胞内都要整合到染色体DNA上 B.质粒是独立于细菌拟核DNA之外的小型细胞器 C.基因工程使用的质粒一定含有标记基因和复制原点 D.质粒上碱基之间数量存在A＋G＝U＋C √ 1.4 与DNA有关的四种酶的比较 比较项目 限制酶 DNA连接酶 DNA聚合酶 解旋酶 作用底物 作用部位 形成产物 DNA分子 片段 磷酸二酯键 黏性末端或 平末端 DNA分子 磷酸二酯键 形成重组 DNA分子 脱氧核苷酸 碱基对间的氢键 新的DNA 分子 DNA分子 磷酸二酯键 形成单链DNA 3.（2016北京卷）某一质粒载体如图所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中会导致相应 的基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tetr表示四环素抗性基因)。有人将此质 粒载体用BamH Ⅰ酶切后，与用BamH Ⅰ酶切获得的目的基因混合，加入DNA连接酶 进行连接反应，用得到的混合物直接转化大肠杆菌。结果大肠杆菌有的未被转化， 有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种，分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、 含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。请回答下列问题： 1 2 3 4 5 (1)质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有 _____________________________________________________ (答出两点即可)，而作为基因表达载体，除满足上述基本条件 外，还需具有启动子和终止子。 能自我复制、具有标记基因、含一个至多个限制酶切割位点 (2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被转 化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是_______________________ _______________________________；并且 和_____________________ __________________________的细胞也是不能区分的，其原因是________________ _____________________________________。在上述筛选的基础上，若要筛选含有插 入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌的单菌落，还需使用含有 的固体培养基。 二者均不含有氨苄青霉素 抗性基因，在该培养基上均不生长 含有质粒载体 含有插入了目的基因的 重组质粒(或答含有重组质粒) 二者均含有氨苄 青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长 四环素 (3)基因工程中，某些噬菌体经改造后可以作为载体，其DNA复制所需的原料来 自 。受体细胞 2.基因工程的基本操作程序 • 目的基因的获取 • 基因表达载体的构建（核心） • 将目的基因导入受体细胞 • 目的基因的检测与鉴定 2.1 目的基因的获取 • 从基因文库获取目的基因 • 基因文库的种类 • 目的基因的获取依据 将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体的群体中储存，各 个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。 基因组文库：含有一种生物的所有基因 部分基因文库：含有一种生物的部分基因 基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的转录 产物mRNA、基因的翻译产物蛋白质等。 利用PCR技术扩增目的基因 • PCR技术是利用DNA双链复制 的原理，将基因的核苷酸序列 不断地加以复制，使其数量呈 指数方式增加。 人工合成 • 如果基因比较小，核苷酸序列 已知，也可以通过DNA合成仪 用化学方法直接人工合成 2.1 目的基因的获取 2.2基因表达载体的构建 组成： 构建步骤： • 用一定的限制酶切割质粒，使其 出现一个有黏性末端的切口。 • 用同种限制酶切割目的基因。 • 将切线来的目的基因片段，插入 到质粒的切口处，再加入适量 DNA连接酶，使质粒与目的基因 组合成重组质粒。目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因等 2.3 将目的基因导入受体细胞 细胞 类型 方法 操作步骤 植物 细胞 将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上→通过农杆菌的转化作用→ 进入植物细胞并插入到植物细胞中的染色体上→目的基因的表达。 目的基因包裹再微小的金粒或钨粒表面→用基因枪高速射入到受 体细胞或组织中→目的基因表达 含目的基因的溶液→滴加在柱头上→花粉粒吸入目的基因→受粉 →目的基因表达 动物 细胞 目的基因片段→受精卵的核内→受精卵经胚胎早期培养一段时间 后移植到雌性动物的输卵管或子宫内→使其发育成转基因动物 微生 物细 胞 钙离子处理微生物细胞→感受态细胞→将基因表达载体在缓冲液 中与感受态细胞混合→一定就温度下促使感受态细胞吸收DNA分 子。 农杆菌 转化法 基因 枪法 花粉管 通道法 显微注 射法 感受态 细胞法 2.4 目的基因的检测与鉴定 分子水平检测 • 导入检测：DNA分子杂交技术，用 放射性同位素标记的含目的基因的 DNA片段作为探针。 • 转录检测：分子杂交法，用标记的 目的基因作为探针与mRNA杂交。 • 翻译检测：抗原——抗体杂交法 个体生物学水平检测 • 对转基因生物进行抗虫或抗病 的接种实验，以确定是否具有 抗性以及抗性的程度。 3.1基因工程的应用——植物 项目 外源基因类型及举例 成果举例 抗虫转基因 植物 抗虫基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制基因、淀粉酶 抑制剂基因、植物凝聚集素基因 抗虫水稻、抗虫棉、抗虫玉米 抗病转基因 植物 抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因 抗真菌基因：几丁质酶基因、抗毒素合成基因 抗病毒烟草、抗病毒小麦、抗病毒 番茄、抗病毒甜椒 抗逆转基因 植物 抗逆基因：渗透压调节基因、抗冻蛋白基因、抗除草 剂基因 抗盐碱和干旱的烟草、抗寒番茄、 抗除草剂的大豆和玉米 改良品质的 转基因植物 优良性状基因，提高必需氨基酸含量的蛋白质编码基 因、控制番茄成熟的基因、与花青素代谢有关的基因 高赖氨酸玉米、耐储存番茄、新花 色矮牵牛 3.2基因工程的应用——动物 项目 外源基因类型及举例 成果举例 提高生长速度的转 基因动物 外援生长激素基因 转基因绵羊、转基因鲤鱼 改善畜产品品质的 转基因动物 肠乳糖酶基因 乳汁中含乳糖较少的转基因牛 生产药物的转基因 动物 药用蛋白基因＋乳腺蛋白基因启动子等调控组 件 转基因动物具有乳腺生物反应其 作器官移植供体的 转基因动物 导入外源的抗原决定基因表达的调节因子或除 去供体的抗原决定基因 无免疫排斥的转基因猪 3.3基因工程的应用——基因治疗 项目 外源基因类型及举例 成果举例 体外基因治疗 腺苷酸脱氨酶基因 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基 因 治疗囊性纤维病 4.蛋白质工程与基因工程的比较 项目 蛋白质工程 基因工程 过程 预测蛋白质功能→设计预期的蛋白质结 构→推测应用的氨基酸序列→找到相应 的脱氧核苷酸序列 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 定向改造或产生人类所需的蛋白质 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（基因的异体表达） 结果 生产自然界中没有的蛋白质 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。因为对现有的蛋白质 的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现。 高考真题练习 1.基因工程又称为DNA重组技术，回答相关问题： （1）在基因工程中，获取目的基因主要有两大途径，即______和从_______ 中分离。 （2）利用某植物的成熟叶片为材料，同时构建cDNA文库和基因组文库， 两个文库相比，cDNA文库中含有的基因数目比基因组文库中的少，其原因 是______。 （3）在基因表达载体中，启动子是______聚合酶识别并结合的部位。若采 用原核生物作为基因表达载体的受体细胞，最常用的原核生物是______。 （4）将目的基因通过基因枪法导入植物细胞时，常用的携带目的基因的金 属颗粒有_____和______颗粒。 高考真题练习 2.（2015海南卷）在体内，人胰岛素基因表达可合成出一条称为前胰岛素 原的肽链，此肽链在内质网中经酶甲切割掉氨基端一段短肽后成为胰岛素 原，进入高尔基体的胰岛素原经酶乙切割去除中间片段C后，产生A、B两 条肽链，再经酶丙作用生成由51个氨基酸残基组成的胰岛素。目前，利用 基因工程技术可大量生产胰岛素。回答下列问题： （1）人体内合成前胰岛素原的细胞是＿＿＿＿＿，合成胰高血糖素的细胞 是＿＿＿＿＿。 （2）可根据胰岛素原的氨基酸序列，设计并合成编码胰岛素原的＿＿＿＿ ＿序列，用该序列与质粒表达载体构建胰岛素原基因重组表达载体。再经 过细菌转化、筛选及鉴定，即可建立能稳定合成＿＿＿＿＿的基因工程菌。 （3）用胰岛素原抗体检测该工程菌的培养物时，培养液无抗原抗体反应， 菌体有抗原抗体反应，则用该工程菌进行工业发酵时，应从＿＿＿＿＿中 分离、纯化胰岛素原。胰岛素原经酶处理便可转变为胰岛素。 高考真题练习 3.（2015新课标1卷）HIV属于逆转录病毒，是艾滋病的病原体。回答下列 问题： （1）用基因工程方法制备HIV的某蛋白（目的蛋白）时，可先提取HIV中 的 ，以其作为模板，在 的作用下合成 。获取该目的蛋白的基 因，构建重组表达载体，随后导入受体细胞。 （2）从受体细胞中分离纯化出目的蛋白，该蛋白作为抗原注入机体后，刺 激机体产生的可与此蛋白结合的相应分泌蛋白是 。该分泌蛋白可用于 检测受试者血清中的HIV，检测的原理是 。 （3）已知某种菌导致的肺炎在健康人群中罕见，但是在艾滋病患者中却多 发。引起这种现象的根本原因是HIV主要感染和破坏了患者的部分 细 胞，降低了患者免疫系统的防卫功能。 （4）人的免疫系统有 癌细胞的功能，艾滋病患者由于免疫功能缺陷， 易发生恶性肿瘤。 高考真题练习 4.（2016江苏卷）下表是几种限制酶识别序列及其切割位点，图1、图2中 标注了相关限制酶的酶切位点，其中切割位点相同的酶不重复标注。请回 答下列问题： （1）用图中质粒和目的基因构建重组质粒，应选用______两种限制酶切割， 酶切后的载体和目的基因片段，通过__________酶作用后获得重组质粒。为 了扩增重组质粒，需将其转入处于__________________态的大肠杆菌。 高考真题练习 （2）为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌，应在筛选平板培养基中添加 __________，平板上长出的菌落，常用PCR鉴定，所用的引物组成为图2中 _____________。 （3）若BamH I酶切的DNA末端与Bcl I酶切的DNA末端连接，连接部位的6个碱 基对序列为 ，对于该部位，这两种酶 （填“都能”、“都不能”或“只有 一种能”）切开。 （4）若用Sau3A I切图1质粒最多可能获得 种大小不同的DNA片段。