高三生物一轮专题复习精品课件――选修专题基因工程

选修三现代生物科技专题2012年《考试说明》中选考的内容及要求5—1基因工程(1)基因工程的诞生Ⅰ(2)基因工程的原理和技术Ⅱ(3)基因工程的应用Ⅰ(4)蛋白质工程Ⅰ分析近4年我省高考试题的考察特点来看在高考生物试题在落实体现在《考试说明》的情况专题一20092010201120121、DNA重组技术的基本工具4242、基因工程的基本操作程序24243、基因工程的应用24、蛋白质工程分析基因工程考试内容基因工程：常结合图形考查试图的能力，所涉及的问题集中在基本概念、操作流程、限制酶的作用特点、重组质粒的构建和目的基因的检测方法等一、基因工程诞生的理论基础1．基因拼接的理论基础(1)DNA是生物的主要遗传物质。(2)DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。(3)双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。专题一基因工程2．外源基因在受体内表达的理论基础(1)基因是控制生物性状的独立遗传单位。(2)遗传信息的传递都遵循中心法则阐述的信息流动方向。(3)生物界共用一套遗传密码。二、基因工程的原理及技术基因工程的别名基因拼接技术或DNA重组技术操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本过程剪切→拼接→导入→表达结果(定向改造)人类需要的基因产物1、原理：2、技术：（1）基本工具限制性核酸内切酶－“分子手术刀”分布：主要在原核生物中特点：特异性，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点结果：产生黏性未端或平末端举例：大肠杆菌的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。（断开的不是氢键）双链DNA结构和磷酸二酯键位置切割DNA分子时产生的两种不同末端DNA连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。（恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键）分子缝合针——DNA连接酶（1）连接酶的分类根据酶的来源分：１.Ｅ．coliDNA连接酶：只能“缝合”ＤＮＡ片段互补的黏性末端２.Ｔ4DNA连接酶：能“缝合”ＤＮＡ片段互补的黏性末端和平末端(2)DNA连接酶与DNA聚合酶的比较DNA连接酶DNA聚合酶作用实质都是催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键是否需模板不需要需要连接DNA链双链单链DNA连接酶DNA聚合酶作用过程在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键将单个脱氧核苷酸加到已存在的核酸片段的3′端的羟基上，形成磷酸二酯键作用结果将存在的DNA片段连接成重组DNA分子合成新的DNA分子ＤＮＡ分子的切割和连接1.作用：将外源基因送入受体细胞2.条件：（1）能在宿主细胞内复制并稳定地保存（2）具有一个或多个限制酶切点（3）具有某些标记基因（4）载体必须安全，不会对受体细胞有害3.种类：质粒、噬菌体和动植物病毒基因的运输工具——运载体1.细胞染色体外能自主复制的2.质粒是基因工程中最常用的运载体3.最常用的质粒是大肠杆菌的质粒4.存在于许多细菌及酵母菌等生物中5.质粒的存在对宿主细胞无影响6.质粒的复制只能在宿主细胞内完成常用载体－质粒的特点DNA分子小型环状大肠杆菌及质粒载体结构示意图复制原点目的基因插入位点氨苄青霉素抗性基因1.在基因工程中使用的限制性核酸内切酶，其作用是（）A.将目的基因从染色体上切割出来B.识别并切割特定的DNA核有酸序列C.将目的基因与运载体结合D.将目的基因导入受体细胞2.基因工程中常用细菌等原核生物作受体细胞的原因不包括（）A.繁殖速度快B.遗传物质相对较少C.多为单细胞，操作简便D.DNA为单链，变异少BD随堂练习3.基因工程是DNA分子水平的操作，下列有关基因工程的叙述中，错误的是（）A.限制酶只用于切割获取目的基因B.载体与目的基因必须用同一种限制酶处理C.基因工程所用的工具酶是限制酶DNA连接酶D.带有目的基因的载体是否进入受体细胞需检测A4.作为基因的运输工具—运载体，必须具备的条件之一及理由是（）A.能够在宿主细胞中稳定的保存下来并大量复制，以便提供大量的目的的基因B.具有多个限制酶切点，以便于目的基因的表达C.具有某些标记基因，以便目的基因能够与让结合D.它的参与能够使目的基因在宿主细胞中复制并稳定保存5.基因工程中常见的载体是（）A.质体B.染色体C.质粒D.线粒体DC二、基本步骤：第一步：目的基因的获取第二步：基因表达载体的构建第三步：将目的基因导入受体细胞第四步：目的基因的检测与鉴定基因工程的基本操作流程图反转录取出DNA用限制酶切断DNA目前被较广泛提取使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、人干扰素基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等目的基因主要指编码蛋白质的结构基因第一步：目的基因的获取①从基因文库获取目的基因基因组文库（一种生物的所有基因）部分基因文库：如cDNA文库（部分基因）②利用PCR技术扩增目的基因原理：DNA双链复制的原理③通过DNA合成仪直接人工合成根据蛋白质的氨基酸顺序推算出信使RNA核苷酸顺序，然后按照碱激互补配对原则，推算出基因DNA的脱氧核苷酸顺序。用游离脱氧核苷酸直接合成相应的基因。PCR技术原理：前提：原料方式PCR扩增仪DNA复制一段已知目的基因的核苷酸序列：以_____方式扩增，即____（n为扩增循环的次数）指数2n模板DNA；DNA引物；四种脱氧核苷酸；热稳定DNA聚合酶（Taq酶）；离子过程变性、退火、延伸三步曲变性：加热至90～95℃双链DNA解链成为单链DNA退火：冷却至55～60℃部分引物与模板的单链DNA的特定互补部位相配对和结合延伸：加热至70～75℃以目的基因为模板，合成互补的新DNA链变性退火延伸②PCR技术与DNA复制的比较PCR技术DNA复制相同点原理DNA双链复制(碱基互补配对)原料四种游离的脱氧核苷酸条件模板、ATP、酶等PCR技术DNA复制不同点解旋方式DNA在高温下变性解旋解旋酶催化场所体外复制主要在细胞核内酶热稳定的DNA聚合酶(Taq酶)细胞内含有的DNA聚合酶结果在短时间内形成大量的DNA片段形成整个DNA分子二、基因表达载体的构建——核心（1）用一定的_________切割质粒，使其出现一个切口，露出____________。（2）用___________切断目的基因，使其产生_________________。（3）将切下的目的基因片段插入质粒的______处，再加入适量___________，形成了一个重组DNA分子（重组质粒）限制酶黏性末端同一种限制酶的黏性末端切口DNA连接酶相同1.过程:基因表达载体的组成：它们有什么作用？a、目的基因b、启动子c、终止子d、标记基因位于基因的首端,是RNA聚合酶结合位点位于基因的末端,终止转录检测目的基因是否导入受体细胞第三步：将目的基因导入受体细胞目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程（叫转化）。1、将目的基因导入植物细胞（1）农杆菌转化法特点:能感染双子叶植物和祼子植物,对单子叶植物无感染能力Ti质粒的T—DNA可转移至受体细胞并整合到其染色体上转化过程:Ti质粒目的基因构建表达载体导入植物细胞插入植物细胞染色DNA表达新性状转入农杆菌（2）基因枪法基因枪法又称微弹轰击法，是利用压缩气体产生的动力，将包裹在金属颗粒表面的表达载体DNA打入受体细胞中，使目的基因与其整合并表达的方法。（3）花粉通道法植物花粉在柱头上萌发后，花粉管要穿过花柱直通胚囊。花粉管通道法就是在植物受粉后，花粉形成的花粉管还未愈合前，剪去柱头，然后，滴加DNA（含目的基因），使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞。2、将目的基因导入动物细胞方法:显微注射技术操作程序:提纯含目的基因表达载体取受精卵显微注射移植到子宫受精卵发育新性状动物3、将目的基因导入微生物细胞常用法：Ca2+处理常用菌：大肠杆菌微生物作受体细胞原因：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少过程：Ca2+处理大肠杆菌感受态细胞表达载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA第四步：目的基因的检测和鉴定(1)（1）分子水平检测①导入检测：DNA分子杂交技术，即使用放射性同位素标记的含目的基因的DNA片段作探针检测。②表达检测转录检测：分子杂交法，即目的基因作探针与mRNA杂交翻译检测：抗原—抗体杂交法(2)个体生物学水平鉴定：对转基因生物进行抗虫或抗病的接种实验。1.运用现代生物技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因整合到棉花细胞中，为检测实验是否成功，最方便的方法是检测棉花植株是否有（）A.抗虫基因B.抗虫基因产物C.新的细胞核D.相应性状2.转基因动物转基因时的受体细胞是（）A.受精卵B.精细胞C.卵细胞D.体细胞DA随堂练习3.人的糖蛋白必须经内质网和高尔基体进一步加工合成，通过转基因技术，可以使人的糖蛋白基因得以表达的受体细胞是（）A.大肠杆菌B.酵母菌C.噬菌体D.质粒DNA4.人们利用基因工程方法，用大肠杆菌生产人类胰岛素，与此过程无关的是（）A.用限制酶对胰岛素基因与载体分别切到并催化两者连接B.把重组后的DNA分子导入受体细菌内进行扩增C.检测重组载体是否导入受体细菌内并表达出性状D.筛选出能产生胰岛素的“工程菌”BA（一）植物基因工程技术的应用1、提高农作物的抗逆能力（1）抗虫转基因植物抗虫基因的种类：4种三、基因工程的应用（2）抗病转基因植物抗病转基因植物所用的基因：①常用：病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因②抗真菌转基因植物中有：几丁质酶基因和抗毒素合成基因（3）其它抗逆转基因植物①抗盐碱、干旱的基因：调节细胞渗透压的基因②抗冻蛋白基因③抗除草剂基因2、改良农作物的品质富含赖氨酸的转基因玉米导入与植物花青素代谢有关的基因的矮牵牛3、利用植物生产药物（二）动物基因工程的应用1、用于提高动物生长速度（如：导入外源生长激素基因鲤鱼）2、用于改善畜产品的品质（如：将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使乳糖的含量大大减低）3、用转基因动物生产药物（如：转入人的a-抗胰蛋白基因的绵羊）4、用转基因动物作器官移植的供体（如：改造猪的器官）（三）基因工程药物（四）基因治疗是指是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。基因治疗包括：1、体外基因治疗2、体内基因治疗随堂练习1.运用现代生物技术的育种方法，将抗菜青虫的Bt基因转移到优质油菜中，培育出转基因抗虫的油菜品种，这一品种在生长过程中能产生特异的杀虫蛋白，对菜青虫有显著抗性，能大大减轻菜青虫对油菜的危害，提高油菜产量，减小农药使用。根据以上信息，下列叙述正确的是（）A.Bt基因的化学成分是蛋白质B.Bt基因中有菜青虫的遗传物质C.转基因抗虫油菜能产生杀虫蛋白是由于具有Bt基因D.转基因抗虫油菜产生的杀虫蛋白是无机物C2.水母发光蛋白由236个氨基酸构成，其中Asp、Gly和Ser构成发光环，现已将这种蛋白质的基因作为生物转基因的标记，在转基因技术中，这种蛋白质的作用是（）A.促使目的基因到导入宿主细胞中B.促使目的基因在宿主细胞中复制C.使目的基因容易被检测出来D.使目的基因容易成功表达C四、蛋白质工程（一）蛋白质工程崛起的缘由基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。这些天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。如：胰岛素、干扰素、生长素例子：干扰素在体外保存困难玉米中赖氨酸含量比较低将分子中的一个半胱氨酸转变成丝氨酸第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸第352位的苏氨酸变成异亮氨酸解除赖氨酸对酶活性的限制赖氨酸天冬氨酸激酶二氢吡啶二羧酸合成酶（二）蛋白质工程的基本原理1、概念：蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质，以满足人类对生产和生活的需求。2、基本原理：（1）确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→应有的氨