2016届高三生物一轮幻灯片：第34讲《基因工程》

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1、知识一 基因工程的工具与操作程序 一、基因工程的工具 1.限制酶,(1)存在: 原核生物 中。 (2)作用: 识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列 ,并使每一条 链中特定部位的两个核苷酸之间的 磷酸二酯键 断开。,(3)形成 末端类型 2.DNA连接酶 (1)种类 (2)功能:将双链DNA片段“缝合”起来,恢复被限制酶切开的两个核苷c酸间的磷酸二酯键。,3.载体 (1)条件:能在受体细胞中复制并稳定保存;具有一至多个限制酶切点;具 有标记基因。 (2)种类 (3)作用: 携带外源DNA片段进入受体细胞 。 (4)特点:可在细胞中进行自我复制或整合到染色体DNA上随染色体DNA 进行同步复制。

2、,1.获得目的基因(目的基因的获取) (1)方法:从 基因文库 中获取;人工合成。 (2)人工合成的方法: 反转录 法和 化学合成 法。 (3)目的基因的扩增方法: PCR技术 。 2.基因表达载体的构建基因工程的核心 (1)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。 (2)基因表达载体= 目的基因 +启动子+终止子+标记基因等。 启动子: RNA聚合酶识别和结合的部位,驱动基因转录出mRNA 。 终止子:使转录终止的一段有特殊结构的DNA短片段。,二、基因工程的基本操作程序,标记基因:鉴定受体细胞中是否含有 目的基因 ,从而将 含有目

3、的基因的细胞 筛选出来。 (3)构建过程:,3.将目的基因导入受体细胞,4.目的基因的检测与鉴定,1.萤火虫体内的荧光素酶催化的系列反应导致萤火虫发光。如果荧光素 酶存在于植物体内,也可以使植物体发光。一直以来荧光素酶的唯一来源 是从萤火虫腹部提取。但科学家成功地通过基因工程将荧光素酶基因导 入大肠杆菌体内,使其产生荧光素酶。请分析回答下列问题: (1)在此基因工程中,目的基因是 ,获得目的基因的常用方法 有: 、人工合成和PCR技术扩增目的基因。 (2)将此目的基因导入受体细胞内需要载体的帮助。下列各项在选取载体 时不必考虑的是 。(用字母表示) A.能够在宿主细胞内复制并稳定保存,B.具1

4、至多个限制性核酸内切酶的切点 C.具有与目的基因相同的碱基片段 D.具有某些标记基因 (3)在基因表达载体构建的过程中,需要 、 等多 种酶的参与。载体中启动子的化学本质是 。 (4)在此基因工程中受体细胞为 。 (5)为检测目的基因是否导入受体细胞,可利用放射性同位素标记的 作探针与受体细胞基因组DNA杂交。 (6)通过基因工程来培育新品种的主要优势是 。,答案 (1)荧光素酶基因 从基因文库中获取 (2)C (3)限制性核酸内切酶(或限制酶) DNA连接酶 DNA片段 (4)大肠杆菌 (5)目的基因 (6)定向地改造生物的遗传性状 解析 (1)要转入植物细胞内的荧光素酶基因即为目的基因。获

5、得目的 基因的常用方法有:从基因文库中获取、人工合成和PCR技术扩增目的基 因。(2)选择载体时一般要考虑三个因素:能够在宿主细胞内复制并稳定 保存;具有1至多个限制性核酸内切酶的切点;具有某些标记基因。(3),基因表达载体的构建需用到限制性核酸内切酶和DNA连接酶。(5)欲利用 DNA杂交的原理检测目的基因是否导入受体细胞,则要求探针是一段能与 目的基因中的一条链互补配对的DNA单链(即目的基因)。(6)相对诱变育 种而言,基因工程育种的优势在于对生物品种进行定向改造。,2.(2011海南单科,31,15分)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

6、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 的限制酶。 (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mR-,NA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

7、,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。 答案 (1)平 相同 (2)驱动胰岛素基因转录出mRNA(其他合理答案也给分) CaCl2溶液(或Ca 2+) 分子杂交技术 蛋白质(其他合理答案也给分) (3)T-DNA 染色体DNA(其他合理答案也给分) 解析 (1)DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式: 黏性末端和平末端。当限制酶在它识别序列的中心轴两侧将DNA切开时,产生的是黏性末端,而当限制酶在它识别序列的中心轴线处将DNA切开时, 产生的是平末端。要使目的基因和质粒直接进行连接,应使用同种限制酶 切割目的基因和质粒,使二者产生相同黏性

8、末端。(2)一个基因表达载体的 组成,除含有目的基因外,还必须有启动子、终止子和标记基因等。启动子 是一段有特殊结构的DNA片段,位于基因首端,是RNA聚合酶识别和结合 部位,可以驱动目的基因转录出mRNA。在用表达载体转化大肠杆菌时,为 便于表达载体进入,常用CaCl2处理大肠杆菌。要检测目的基因是否转录出 对应的mRNA,可采用分子杂交技术,即用标记的目的基因片段作探针,与 mRNA杂交,如果显示出杂交带,则表明目的基因转录出了mRNA。(3)运用 农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞时,要先将目的基因插入农杆菌Ti,质粒的T-DNA中,然后用该农杆菌感染植物细胞,通过DNA重组将目的基 因

9、插入植物细胞的染色体DNA上。,3.(2014河北唐山一中期中,51)下图是从酵母菌获取某植物需要的某种酶基 因的流程,结合所学知识及相关信息回答下列问题: (1)图中cDNA文库 基因组文库(填“大于”、“等于”或者“小 于”)。 (2)过程提取的DNA需要 的切割,B过程是 。 (3)为在短时间内大量获得目的基因,可用 扩增的方法。目的基因 获取之后,需要进行 ,其组成必须有,以及标记基因等,此步骤是基因工程的核心。 (4)将该目的基因导入某双子叶植物细胞,常采用的方法是 ,其能否 在此植物体内稳定遗传可以用 技术进行检测。 答案 (1)小于 (2)限制酶 反转录(或逆转录) (3)PCR

10、技术 基因表达载体的构建 启动子、终止子、目的基因 (4)农杆菌转化法 DNA分子杂交 解析 (1)cDNA文库小于基因组文库。(2)提取目的基因需要限制酶,逆 转录法获得目的基因需要逆转录酶。(3)短时间内大量获得目的基因,可用 PCR技术扩增的方法。基因表达载体组成必须有目的基因、标记基因、,启动子和终止子等,基因表达载体的构建是基因工程的核心。(4)将目的基 因导入某双子叶植物细胞常采用的方法是农杆菌转化法,目的基因只有整 合到植物细胞的染色体DNA上才能在植物体内稳定遗传,可通过DNA分子 杂交的方法对目的基因是否整合到染色体上进行检测。,知识二 基因工程的应用与蛋白质工程 一、基因工

11、程的应用与蛋白质工程 1.转基因生物 (1)概念:是指利用基因工程技术导入 外源基因 培育出的能够将新 性状稳定地遗传给后代的基因工程生物。 (2)优点:运用基因工程改良动植物品种最突出的优点是能打破常规育种 难以突破的 物种之间的界限 。,2.基因工程的应用 (1)动物基因工程:用于提高动物生长速度从而提高产品 产量 ;用于 改善畜产品品质;用转基因动物生产 药物 ;用转基因动物作器官移 植的 供体 等。 (2)植物基因工程:培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和抗逆转基因 植物;利用转基因改良植物的 品质 。 (3)基因诊断:又称为DNA诊断,是采用 基因检测 的方法来判断患 者是否出现了基

12、因异常或携带病原体。 (4)基因治疗:指利用 正常基因 置换或弥补缺陷基因的治疗方法。 实例:ADA基因缺陷症的基因治疗。,3.蛋白质工程 (1)概念: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,以满足人类的生产和生活的需求。 (2)基本途径: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 序列找到对应的 脱氧核苷酸 序列(基因)。 二、转基因生物的安全性与生物武器 1.转基因生物存在安全性问题的原因 (1)目前对 基因的结构 、基因间的相互作用及基因的调控机制等 都了解得相当有限。 (2)目的基因往

13、往是 异种生物 的基因。,(3)外源基因插入宿主基因组的部位往往是 随机 的。 2.对转基因生物安全性的争论:主要在 食物安全、生物安全、环境 安全 三个方面存在激烈的争论。 3.理性对待转基因技术: 趋利避害,不能因噎废食 。 4.基因身份证 (1)否定的理由:个人基因资讯的泄露造成 基因歧视 ,势必造成遗传 学失业大军、个人婚姻困难和人际关系疏远等。 (2)肯定的理由:一些遗传性疾病在后代中复现率很高,通过基因检测可以 及早预防,适时治疗 ,达到挽救患者生命的目的。,(1)种类:致病菌、 病毒 、生化毒剂,以及经过 基因重组 的致 病菌。 (2)中国政府的态度:在任何情况下 不发展、不生产

14、、不储存 生物 武器,并反对 生物武器及其技术和设备 的扩散。,5.生物武器,1.胰岛素是治疗依赖型糖尿病的特效药物,但是天然胰岛素在人体内寿命 只有几小时,重症病人每天得注射好几次药物。通过蛋白质工程可改变胰 岛素的空间结构,以延长胰岛素的半衰期,得到长效胰岛素;还可以在不改 变胰岛素活性部位结构的前提下,增强其他部位的结合强度,使之难以被酶 破坏,从而增强其稳定性,如图是用蛋白质工程设计长效胰岛素的生产过程。,能得到准确表达。 (3)用蛋白质工程生产的胰岛素,与天然胰岛素比较,显著的优点是 。 (4)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么? 。 答案 (1)蛋白质的预期功能

15、 (2)载体 大肠杆菌等受体细胞 (3)具有长效性 (4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列,推测出其基因中的脱氧核苷酸序列,然 后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因 解析 (1)蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋a,(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键,图中构建新的胰岛素模型的 主要依据是 。 (2)通过DNA合成形成的新基因应与 结合后转移到 中才,白质结构进行分子设计,因此,图中构建新的胰岛素模型的依据是胰岛素的 预期功能。(2)合成的目的基因应与载体构建成基因表达载体后导入受体 细胞中才能得以表达。(3)由题中信息可知,利用蛋白质工程技术生产的胰 岛素解决了天然胰岛素在体内不能长期起作用的问题。(4)由新的蛋白质 模型构建新的基因,其基本思路是根据新的蛋白质中氨基酸的序列,推测出 其基因中的脱氧核苷酸序列,然后用DNA合成仪直接合成出新的基因。,2.普通番茄细胞中含有多聚半乳糖醛酸酶基因,控制细胞产生多聚半乳糖 醛酸酶,该酶能破坏细胞壁,使番茄软化,不耐贮藏。科学家们通过基因工 程技术,培育出了抗软化、保鲜时间长的番茄新品种,操作流程如图。请回 答:,(1)该过程需要的工具酶有 和DNA连接酶。 (2)在番茄新品种培育过程中,将目的基因导入受体细胞采用最多的方法是 ,筛选含重组DNA的土壤农杆菌时通常