《（浙江选考）2020版高考生物一轮复习 第34讲 基因工程课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（浙江选考）2020版高考生物一轮复习 第34讲 基因工程课件（75页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第34讲 基因工程,知识1 基因工程的工具与操作步骤,知识2 基因工程的应有,知识梳理,考点一 基因工程的工具及基因工程操作中的几个重要环节,考点二 基因工程的应用,考点突破,知识1 基因工程的工具与操作步骤 一、基因工程的含义与工具,教材研读,1.基因工程与遗传工程:基因工程是狭义的遗传工程。广义的遗传工程 泛指把一种生物的 遗传物质 (细胞核、染色体、脱氧核糖核酸 等)移到另一种生物的 细胞 中去,并使这种遗传物质所带的遗传 信息在受体细胞中 表达 。,2.基因工程的核心是 构建重组DNA分子 。,3.基因工程的工具 (1)限制性核酸内切酶 a.来源:主要是从 微生物 (如细菌)中分离纯化
2、出来的。 b.功能:识别并切开每条链中两个相邻脱氧核苷酸之间的 磷酸二酯 键 。 c.特点:具有专一性。 表现在以下两个方面:识别DNA分子中某种特定的 核苷酸序列 ; 使每一条链中特定位点的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键断开。,(2)DNA连接酶 功能:将具有 末端碱基互补 的2个DNA片段连接起来。 (3)载体 a.最常用的载体 质粒 。 实质:是能够 自主复制 的双链环状DNA分子,是一种特殊的遗传 物质,在细菌中以独立于 拟核 之外的方式存在。 b.其他载体: 噬菌体 、植物病毒和动物病毒等。,二、基因工程的操作步骤 1.获得目的基因 (1)目的基因:人们所需要的基因。如:人的胰岛素基
3、因、植物的抗病基 因等。 (2)获取方法,2.形成重组DNA分子 通常用 相同的 限制性核酸内切酶分别切割含有目的基因的供体 DNA分子和载体(如质粒),使其产生 相同的 粘性末端,然后用 DNA连接酶将两者连接在一起,形成重组DNA分子。,3.将重组DNA分子导入受体细胞 常用的受体细胞:大肠杆菌、枯草杆菌、 酵母菌 和动植物细胞 等。,4.筛选含有目的基因的受体细胞 (1)筛选原因:并不是所有的细胞都接纳了重组DNA分子。 (2)筛选方法举例:质粒上有抗生素如四环素的 抗性 基因,所以含 有这种重组质粒的受体细胞就能够在有四环素的培养基上生长,而没有 接纳重组质粒的细胞不能在这种培养基上生
4、长,这样就能筛选出含有重 组DNA分子的受体细胞。,5.目的基因的表达 目的基因在 宿主细胞 中表达,产生人们需要的功能物质。,知识2 基因工程的应用,1.基因工程与遗传育种 (1)转基因植物 培育优点 (2)转基因动物 a.含义:转入了 外源基因 的动物。 b.培育优点:省时、省力。,2.基因工程与疾病治疗 (1)基因工程药物,(2)基因治疗指的是向目标细胞中引入 正常功能 的基因,以 纠正或补偿 基因的缺陷,达到治疗的目的。,3.基因工程与生态环境保护 (1)利用转基因植物生产聚羟基烷酯,用于合成可降解的新型塑料。 (2)改造分解石油的细菌,提高其分解石油的能力。 (3)利用转基因微生物吸
5、收环境中的重金属,降解有毒化合物和处理工 业废水。,1.下列有关限制性核酸内切酶的叙述,不正确的是 ( D ) A.从反应类型来看,限制性核酸内切酶催化的是一种水解反应 B.限制性核酸内切酶的活性受温度、pH的影响 C.一种限制性核酸内切酶只能识别双链DNA中某种特定的脱氧核苷酸 序列 D.限制性核酸内切酶识别的序列越短,则该序列在DNA中出现的概率 就越小,解析 限制性核酸内切酶能够识别双链DNA分子的某种特定核苷 酸序列,并且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 裂,即催化的是一种水解反应,故A正确;限制性核酸内切酶的活性受温 度、pH的影响,在最适宜的温度和pH条件下,酶的
6、活性最高;温度和pH 偏高或偏低,酶的活性都会降低;在过酸、过碱或温度过高条件下酶会 变性失活,而在低温条件下酶的活性降低,但不会失活,故B正确;一种限 制性核酸内切酶只能识别双链DNA中某种特定的脱氧核苷酸序列,并 在特定的位点切割磷酸二酯键,说明酶具有专一性,故C正确;限制性核酸 内切酶识别的序列越短,则该序列在DNA中出现的概率就越大,故D错误。,2.下列有关基因工程叙述错误的是 ( D ) A.最常用的载体是大肠杆菌的质粒 B.工具酶主要有限制性核酸内切酶和DNA连接酶 C.该技术人为地增加了生物变异的范围,实现种间遗传物质的交换 D.基本原理是DNA具有双螺旋结构以及遗传信息传递和表
7、达方式相同,解析 基因工程的载体包括质粒和动植物病毒等,但是最常用的是 大肠杆菌的质粒,A正确。基因工程的工具酶主要有限制性核酸内切酶 和DNA连接酶,因为基因工程的核心是构建重组DNA分子,所以必须要 用到限制性核酸内切酶和DNA连接酶,B正确。基因工程可以打破远缘 亲本杂交不亲和的障碍,实现了物种间的育种,C正确。基因工程的基本 原理是让人们感兴趣的基因(即目的基因)在宿主细胞中稳定和高效地 表达,D错误。,3.嗜热土壤芽孢杆菌产生的-葡萄糖苷酶(BglB)是一种耐热纤维素酶, 为使其在工业生产中更好地应用,现利用大肠杆菌表达BglB酶开展了 以下试验: (1)PCR扩增BglB基因时,选
8、用 基因组DNA作模板。 (2)如图为质粒限制性核酸内切酶酶切图谱。BglB基因不含图中限制性 核酸内切酶识别序列。为使PCR扩增的BglB基因重组进该质粒,扩增的 BglB基因两端需分别引入 和 不同限制性核酸内切酶 的识别序列。,注:图中限制性核酸内切酶的识别序列及切割形成的粘性末端均不相同 (3)大肠杆菌不能降解纤维素,但转入上述构建好的表达载体后则获得 了降解纤维素的能力,这是因为 。,(4)下列有关限制性核酸内切酶的叙述中正确的是 ( ) A.用限制性核酸内切酶切割一个DNA分子中部,获得一个目的基因时, 被水解的磷酸二酯键有2个 B.限制性核酸内切酶识别的序列越短,则该序列在DNA
9、中出现的概率 就越大 C.CATG和GGATCC序列被限制性核酸内切酶切出的粘性 末端碱基数不同 D.只有用相同的限制性核酸内切酶处理含目的基因的片段和质粒,才能 形成重组质粒,答案 (1)嗜热土壤芽孢杆菌 (2)Nde BamH (3)转基因的大肠 杆菌分泌出有活性的BglB酶 (4)B,解析 (1)BglB基因存在于嗜热土壤芽孢杆菌基因组中,故应以该菌的 基因组DNA为模板进行基因扩增。(2)目的基因与质粒进行重组时,需 将目的基因插到启动子和终止子之间,结合示意图可知,应在扩增的 BglB基因两端分别引入Nde和BamH两种限制性核酸内切酶的识别 序列。(3)该基因表达载体中含有BglB
10、基因,其表达产生的-葡萄糖苷酶 可分解纤维素,这样大肠杆菌就获得了分解纤维素的能力。,(4)切割一个DNA分子中部,获得一个目的基因时,被水解的磷酸二酯键有4个;CATG和GGATCC序列被限制性核酸内切酶切出的粘性末端碱基数相同,都为4个;只要切割出来的粘性末端的碱基序列相同,都可以 被DNA连接酶连接。,考点一 基因工程的工具及基因工程操作中的几个重要环节 一、基因工程的工具,考点突破,1.限制性核酸内切酶 (1)限制性核酸内切酶(限制酶)的作用 限制酶切割时断开的是DNA分子中的磷酸二酯键(即相邻脱氧核苷酸 间的键),而不是两条链之间的氢键。如图:,(2)限制性核酸内切酶具有专一性,表现
11、在两个方面: 识别双链DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列。 切割特定序列中的特定位点。如图:,2.DNA连接酶 DNA连接酶的作用 将两个来源不同的DNA用相同的限制性核酸内切酶切割,形成相同的 粘性末端。DNA连接酶能催化磷酸与脱氧核糖之间化学键的形成,将 两个DNA末端的缝隙“缝合”起来。如图:,3.载体的种类及作用 (1)载体应具备的特征 能在宿主细胞内稳定保存并大量复制。 有1个或多个限制性核酸内切酶切点,以便与外源基因连接。 具有某些标记基因,如(抗性基因)以便进行筛选。 (2)载体的种类 细菌质粒,最常用大肠杆菌质粒。 噬菌体和某些动植物病毒。,一般来说天然的载体往往不能满足人们的所
12、有要求,因此人们根据不同 目的和需求,对某些天然的载体进行人工改造。 (3)作用 一是用它作为运载工具,将目的基因送到宿主细胞中去;二是利用它在 宿主细胞内对目的基因进行大量复制。,二、基因工程操作中的几个重要环节 1.获得目的基因 (1)序列未知:建立一个包括目的基因在内的基因文库,再从基因文库中 获取。 (2)序列已知:用化学方法合成或者用PCR扩增目的基因。 (3)PCR技术与DNA复制的比较,知能拓展 人工合成目的基因的途径 逆转录法 以从细胞中提取分离出的mRNA为模板,mRNA 单链DNA 双链DNA(目的基因)。 根据蛋白质中氨基酸序列合成目的基因 根据蛋白质中氨基酸序列 mRN
13、A中碱基序列 DNA碱 基序列 目的基因。,2.形成重组DNA分子 (1)一般采用同种限制性核酸内切酶切割质粒和目的基因,以获得相同 的粘性末端,以利于形成重组DNA分子,但有时用不同的限制性核酸内,切酶处理也可以获得相同的粘性末端。 (2)目的基因的插入可能会破坏转基因生物原有基因的结构,影响转基 因生物的正常生长,甚至致死。 (3)限制性核酸内切酶只识别双链DNA分子中特定核苷酸序列,对RNA 不起作用。 (4)用DNA连接酶连接时,可形成3种不同的连接物:目的基因载体连 接物、载体载体连接物、目的基因目的基因连接物,导入受体细胞 后,可利用抗性基因的差异进行筛选。,3.将重组DNA分子导
14、入受体细胞,4.筛选含有目的基因的受体细胞 (1)原理:质粒上有抗生素(如四环素)的抗性基因等标记基因。 (2)方法:利用选择培养基筛选。 (3)举例: 所有受体细胞 含四环素培养基 生活的受体细胞 重组DNA分子 (质粒上有四环素抗性基因) 含重组DNA分子的受体细胞,在实际应用中还有: a.检测是否插入目的基因,利用DNA分子杂交技术,目的基因DNA一条 链(作探针)与受体细胞中提取的DNA杂交,看是否有杂交带。 b.检测是否转录出了mRNA,利用核酸分子杂交技术,目的基因DNA一 条链(作探针)与受体细胞中提取的mRNA杂交,看是否有杂交带。 (4)目的基因的表达:看到目的性状或分离到目
15、的基因表达产物。 检测目的基因是否翻译成蛋白质,方法是从转基因生物中提取蛋白 质,用相应的抗体进行抗原抗体杂交。 个体生物学水平的鉴定:如转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。,一、对限制酶专一性的分析 限制酶具有专一性,表现在两个方面:,1.识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列。识别序列的特点:呈现碱基 互补对称,无论是奇数个碱基还是偶数个碱基,都可以找到一条中心轴 线,如图,中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。这 种序列称为回文序列。如:GCCG 以中心线为轴,两侧碱基互补对称; CCAGGGGTCC以AT为轴,两侧碱基互补对称。,2.切割特定序列中的特定位点,使每一条链中特定部
16、位的两个核苷酸之 间的磷酸二酯键断开。 知能拓展 (1)限制酶具有专一性,一般情况下,不同限制酶切割形成的 粘性末端不同。但也有用不同限制酶处理后形成的粘性末端相同,可以 用DNA连接酶进行连接。如GGATCC和GATC序列不同,但用限制酶 处理后形成的粘性末端相同。 (2)一般情况下,用同一种限制酶分别处理质粒和目的基因,使其具有相 同的粘性末端。但如果都用相同的两种限制酶分别处理,也可形成分别,对应的相同粘性末端,例如目的基因的两端分别有BamH和Hind的 酶切位点,质粒上也有这两种酶的切点。如图所示:,二、基因工程操作中易错点分析 1.基因文库不是直接保管相应基因,基因文库中的基因保存在受体菌 中。 2.原核生物繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少,有利于目的基因 的复制与表达,因此常采用大
