（全國通用版）2019高考生物二輪復習 專題九 現(xiàn)代生物科技專題 考點1 基因工程課件.ppt

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1、考點1基因工程,專題九現(xiàn)代生物科技專題,1.基因工程的3種基本工具 (1)限制性核酸內切酶：識別特定核苷酸序列，并在特定位點上切割DNA分子。 (2)DNA連接酶：Ecoli DNA連接酶只能連接黏性末端；T4 DNA連接酶能連接黏性末端和平末端。 (3)載體：能在宿主細胞內穩(wěn)定存在并大量復制；有一個至多個限制酶切割位點；具有特殊的標記基因，以便對含目的基因的受體細胞進行篩選。,要點整合,,提醒(1)限制酶DNA酶解旋酶 限制酶是切割某種特定的脫氧核苷酸序列，并使兩條鏈在特定的位置斷開；DNA酶是將DNA水解為基本組成單位；解旋酶是將DNA的兩條鏈間的氫鍵打開形成兩條單鏈。 (2)使用限制酶的

2、注意點：a.一般用同種限制酶切割載體和目的基因；b.不同的限制酶也能切割出相同的黏性末端。 (3)DNA連接酶DNA聚合酶 DNA連接酶連接兩個DNA片段，而DNA聚合酶只能將單個脫氧核苷酸添加到脫氧核苷酸鏈上。,2.基因工程的操作流程 (1)目的基因的獲?。簭幕蛭膸熘蝎@取。利用PCR技術擴增?；瘜W方法人工合成。 提醒 PCR技術擴增 a.原理：DNA雙鏈復制。 b.條件：模板DNA、引物、游離的脫氧核苷酸、熱穩(wěn)定DNA聚合酶。,c.過程,變性：9095 ，DNA解鏈 復性：5560 ，引物與單鏈DNA結合 延伸：7075 ，在熱穩(wěn)定DNA聚合酶(Taq酶)作用下合成子鏈,,化學方法人工合成

3、：已知核苷酸序列的較小基因，直接利用DNA合成儀用化學方法合成，不需要模板。 (2)基因表達載體的構建重組質粒的構建 基因表達載體的組成,構建過程,提醒基因工程中的載體與細胞膜上的載體不同。 啟動子、終止子 a.啟動子(DNA片段)起始密碼子(位于mRNA上)。 b.終止子(DNA片段)終止密碼子(位于mRNA上)。 目的基因插入位置：啟動子與終止子之間。 (3)將目的基因導入受體細胞 根據(jù)受體種類確定基因工程的受體細胞及導入方法。 植物：植物體細胞或受精卵導入方法常用農桿菌轉化法、花粉管通道法、基因槍法(本法針對單子葉植物)。 動物：受精卵導入方法為顯微注射法。 微生物：細菌導入方法為感受態(tài)

4、法。,(4)目的基因的檢測與鑒定的方法 檢測目的基因是否導入受體細胞：DNA分子雜交技術。 檢測目的基因是否轉錄出mRNA：分子雜交技術。 檢測目的基因是否翻譯成蛋白質：抗原抗體雜交技術。 個體生物學水平鑒定：根據(jù)表達性狀判斷。,3.蛋白質工程,1.(2018全國，38)回答下列問題： (1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.Cohen)將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質粒重組后導入大腸桿菌細胞中進行了表達。該研究除證明了質?？梢宰鳛檩d體外，還證明了___________________________________________________ ______________(答出兩點即可)。,

5、解析將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質粒重組后導入大腸桿菌中，該過程利用的技術是基因工程。該研究除了證明質?？勺鳛檩d體外，還證明了體外重組的質?？梢赃M入受體細胞，真核生物基因可在原核細胞中表達等。,體外重組的質粒可以進入受體細胞；真核生物基因可在原,核細胞中表達,考題集訓,1,2,3,4,5,6,,答案,解析,1,2,3,4,5,6,解析重組質粒導入大腸桿菌細胞可采用Ca2參與的轉化方法；體外重組噬菌體要通過將體外重組的噬菌體DNA和外殼蛋白(或噬菌體蛋白)進行組裝獲得；因為噬菌體是專門寄生在細菌中的病毒，所以宿主細胞選用細菌。,(2)體外重組的質?？赏ㄟ^Ca2參與的_____方法導入大腸桿菌細胞；

6、而體外重組的噬菌體DNA通常需與______________________組裝成完整噬菌體后，才能通過侵染的方法將重組的噬菌體DNA導入宿主細胞。在細菌、心肌細胞、葉肉細胞中，可作為重組噬菌體宿主細胞的是______。,轉化,外殼蛋白(或噬菌體蛋白),細菌,答案,解析,1,2,3,4,5,6,解析為防止蛋白質被降解，在實驗中應選用蛋白酶缺陷型的大腸桿菌作為受體細胞；在蛋白質純化過程中，為防止目的蛋白質被降解，需要添加蛋白酶的抑制劑。,(3)真核生物基因(目的基因)在大腸桿菌細胞內表達時，表達出的蛋白質可能會被降解。為防止蛋白質被降解，在實驗中應選用______________ 的大腸桿菌作為

7、受體細胞，在蛋白質純化的過程中應添加________的抑制劑。,蛋白酶缺陷型,蛋白酶,答案,解析,1,2,3,4,5,6,(1)基因工程常用工具有3種限制酶、DNA連接酶、載體；(2)常用載體有3種質粒、噬菌體衍生物、動植物病毒；(3)獲取目的基因有3種方法基因文庫、PCR擴增、人工合成；(4)常用3類受體細胞及導入方法：植物細胞農桿菌轉化法；動物細胞顯微注射法；微生物細胞Ca2處理轉化法。,,2.(2017全國，38)真核生物基因中通常有內含子，而原核生物基因中沒有，原核生物沒有真核生物所具有的切除內含子對應的RNA序列的機制。已知在人體中基因A(有內含子)可以表達出某種特定蛋白(簡稱蛋白A

8、)。回答下列問題： (1)某同學從人的基因組文庫中獲得了基因A，以大腸桿菌作為受體細胞卻未得到蛋白A，其原因是____________________________________ _____________________________________________________________。,1,2,3,4,5,6,基因A有內含子，在大腸桿菌中，其初始轉錄產物中與內含子對應的RNA序列不能被切除，無法表達出蛋白A,解析細菌是原核生物，原核生物沒有真核生物所具有的切除內含子對應的RNA序列的機制，將完整的基因A導入大腸桿菌后，無法表達出蛋白A。,答案,解析,1,2,3,4,5,6

9、,解析噬菌體是細菌病毒，專門寄生在細菌體內；家蠶是動物。因此用家蠶作為表達基因A的受體，不選用噬菌體作為載體。,(2)若用家蠶作為表達基因A的受體，在噬菌體和昆蟲病毒兩種載體中，不選用_______作為載體，其原因是_______________________________。,噬菌體,噬菌體的宿主是細菌，而不是家蠶,答案,解析,1,2,3,4,5,6,解析原核生物常作為基因工程中的受體細胞的原因是繁殖快、多為單細胞、遺傳物質相對較少，最常用的原核細胞是大腸桿菌。,(3)若要高效地獲得蛋白A，可選用大腸桿菌作為受體，因為與家蠶相比，大腸桿菌具有_________________(答出兩點即可

10、)等優(yōu)點。,繁殖快、容易培養(yǎng),答案,解析,解析檢測目的基因A是否翻譯成蛋白質，方法是從轉基因生物中提取蛋白質，用相應的抗體進行抗原抗體雜交。,(4)若要檢測基因A是否翻譯出蛋白A，可用的檢測物質是_____________ (填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗體”)。,蛋白A的抗體,1,2,3,4,5,6,解析艾弗里實驗表明加熱殺死的S型細菌的DNA可轉入R型菌中，這充分顯示“DNA可以從一種生物個體轉移到另一種生物個體”，因此，可為基因工程理論的建立提供啟示。,(5)艾弗里等人的肺炎雙球菌轉化實驗為證明DNA是遺傳物質做出了重要貢獻，也可以說是基因工程的先導，如果說他們的工作為基因工程理論的建

11、立提供了啟示，那么，這一啟示是____________________________ ________________。,DNA可以從一種生物個體轉移到,另一種生物個體,答案,解析,1,2,3,4,5,6,(1)基因組文庫中目的基因因有內含子部分，所以在真、原核細胞之間只能部分基因可以交流，但cDNA文庫中基因無內含子部分，可以在不同物種之間交流。(2)病毒做載體時，運載目的基因進入受體細胞時具有特異性。(3)要提取細胞內的物質如mRNA、色素、H2O2酶等要做的是破碎細胞這一步，常用的方法為研磨，為研磨充分常加SiO2。,,1,2,3,4,5,6,解析由于嫩葉中幾丁質酶轉錄的mRNA較多，

12、因此在進行基因工程操作時，常選用嫩葉而不選用老葉作為實驗材料。提取RNA時，提取液中需添加RNA酶抑制劑，其目的是防止提取的mRNA被RNA酶降解。,3.(2017全國，38)幾丁質是許多真菌細胞壁的重要成分，幾丁質酶可催化幾丁質水解。通過基因工程將幾丁質酶基因轉入植物體內，可增強其抗真菌病的能力?；卮鹣铝袉栴}： (1)在進行基因工程操作時，若要從植物體中提取幾丁質酶的mRNA，常選用嫩葉而不選用老葉作為實驗材料，原因是_______________________ __________________________________。提取RNA時，提取液中需添加RNA酶抑制劑，其目的是___

13、___________________________。,嫩葉中基因表達強烈，相,應的mRNA多(或嫩葉組織細胞易破碎),防止提取的mRNA被RNA酶降解,答案,解析,1,2,3,4,5,6,解析以mRNA為材料可以獲得cDNA，原理是mRNA可根據(jù)堿基互補配對原則逆轉錄為cDNA。,(2)以mRNA為材料可以獲得cDNA，其原理是_______________________ ___________________________________________。,在逆轉錄酶的作用下，以,mRNA為模板按照堿基互補配對原則合成cDNA,答案,解析,1,2,3,4,5,6,解析若要使目的基因在

14、受體細胞中表達，需要通過質粒載體而不能直接將目的基因導入受體細胞，原因是質粒載體中有啟動子、終止子，便于目的基因的表達；質粒中有標記基因，便于篩選；質粒中含有復制原點等。,(3)若要使目的基因在受體細胞中表達，需要通過質粒載體而不能直接將目的基因導入受體細胞，原因是__________________________________ _______________________________________________________________(答出兩點即可)。,質粒載體中有啟動子、終止子，便于目,的基因的表達；質粒中有標記基因，便于篩選；質粒中含有復制原點等,答案,解析,1,2

15、,3,4,5,6,解析DNA連接酶催化形成的化學鍵是磷酸二酯鍵。,(4)當幾丁質酶基因和質粒載體連接時，DNA連接酶催化形成的化學鍵是___________。,磷酸二酯鍵,答案,解析,解析基因表達包括轉錄和翻譯兩個步驟，若獲得的轉基因植株(幾丁質酶基因已經整合到植物的基因組中)抗真菌病的能力沒有提高，其可能的原因是幾丁質酶基因沒有轉錄或轉錄的mRNA沒有翻譯。,(5)若獲得的轉基因植株(幾丁質酶基因已經整合到植物的基因組中)抗真菌病的能力沒有提高，根據(jù)中心法則分析，其可能的原因是__________ ___________________________________。,幾丁質酶,基因沒有轉

16、錄或轉錄的mRNA沒有翻譯,4.(2018湖北七市教科研協(xié)作體高三聯(lián)考) 基因工程是從分子水平對基因進行操作，從而實現(xiàn)人們定向改造生物，得到人們所需要的生物性狀或生物產品的技術。目的基因的獲取是基因工程的第一步，常見的方法是構建基因組文庫。請分析并回答下列問題： (1)構建基因組文庫的一般步驟： 提取某種生物體內的___________________，用適當?shù)南拗泼柑幚?，得到一定范圍大小的DNA片段； DNA片段分別與載體結合，得到重組載體； 重組載體導入到________的群體中儲存，基因組文庫構建完成。,1,2,3,4,5,6,全部DNA或全部基因,受體菌,答案,解析,解析構建基因組文庫

17、的一般步驟為： 提取某種生物體內的全部DNA或全部基因，用適當?shù)南拗泼柑幚?，得到一定范圍大小的DNA片段； DNA片段分別與載體結合，得到重組載體； 重組載體導入到受體菌的群體中儲存，基因組文庫構建完成。,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,解析cDNA文庫只能收集到生物發(fā)育到某時期已發(fā)生轉錄的基因，而基因組文庫能收集到全部基因，因此與基因組文庫相比，cDNA文庫的基因數(shù)相對要少。,(2)與基因組文庫相比，cDNA文庫的基因數(shù)相對要少。其原因是______________________________________________________________________

18、______________。,答案,解析,cDNA文庫只能收集到生物發(fā)育到某時期已發(fā)生轉錄的基因，而基因組文庫能收集到全部基因,1,2,3,4,5,6,解析載體與DNA片段結合前，需要使用同種限制酶處理，以獲得與DNA片段相同的黏性末端。,(3)載體與DNA片段結合前，需要使用同種限制酶處理。其目的是________________________________。,以獲得與DNA片段相同的黏性末端,答案,解析,解析將重組DNA導入受體菌群之前，常用鈣離子(Ca2)處理，以提高導入的成功率。,(4)將重組DNA導入受體菌之前，常用_____處理，提高導入的成功率。,Ca2,解析據(jù)題圖分析可知

19、，表示從乙肝病毒中分離有關抗原基因；過程包括基因表達載體的構建以及導入細菌；可用特定抗體篩選含目的基因的細菌，并作為微生物發(fā)酵的工程菌。 由于肝細胞表面有乙肝病毒的受體，所以乙肝病毒專一侵染肝細胞。,5.(2018菏澤高三模擬)乙肝病毒是一種DNA病毒。中國的乙肝病毒攜帶者約占總人口的10%。我國科學家通過基因工程生產出乙型肝炎病毒疫苗，為預防乙肝提供了有力的保障。回答下列問題： (1)乙肝病毒專一侵染肝細胞的原因是____________________________。,肝細胞表面有乙肝病毒的受體,答案,解析,1,2,3,4,5,6,解析根據(jù)題意分析可知，乙肝病毒作為抗原的部分應該是其外殼

20、蛋白和包膜蛋白，即通過基因工程生產的乙肝疫苗的有效成分是上述病毒蛋白中的Core蛋白和S蛋白。,(2)乙肝病毒的基因組可編碼的蛋白質及功能如下：Core蛋白是外殼蛋白；Precore與抑制宿主的免疫反應有關；X蛋白與病毒復制有關；S蛋白是病毒的包膜蛋白，與病毒進入細胞有關。通過基因工程生產的乙肝疫苗的有效成分是上述病毒蛋白中的________________。,Core蛋白和S蛋白,答案,解析,1,2,3,4,5,6,a.若要獲得大量的目的基因，可采用PCR技術進行體外擴增，該技術中使用的引物有___種，其作用是____________________________________ ____

21、___________。,解析PCR技術中，需要2種不同的引物，使DNA聚合酶能夠從引物的結合端開始連接脫氧核苷酸。,(3)通過基因工程生產乙肝疫苗的過程如圖所示：,2,答案,解析,1,2,3,4,5,6,使DNA聚合酶能夠從引物的結合端開始,連接脫氧核苷酸,解析在構建基因表達載體的過程中，需要使用的工具酶是限制酶和DNA連接酶，常用的載體是質粒。,b.在過程中需使用的工具酶是___________________。過程中常用的載體是______。,限制酶和DNA連接酶,答案,解析,1,2,3,4,5,6,質粒,解析為了提高將重組質粒導入細菌的轉化效率，常用Ca2(CaCl2)溶液處理細菌，使

22、之成為感受態(tài)細胞。,c.為提高過程的轉化效率，常采用的方法是______________________ ______。,用Ca2(CaCl2)溶液處理,答案,解析,1,2,3,4,5,6,細菌,解析酵母菌具有內質網、高爾基體，可以對核糖體合成的肽鏈進行剪切、折疊、加工、修飾等處理，因此使用酵母菌作為受體菌生產乙肝疫苗的效果更好。,(4)使用酵母菌作為受體菌生產乙肝疫苗的效果更好，從細胞結構的角度分析，原因是__________________________________________________ __________________________________。,答案,解析,1

23、,2,3,4,5,6,酵母菌具有內質網、高爾基體，可以對核糖體合成的肽鏈進行剪切、折疊、加工、修飾等處理,6.(2018咸陽二模)科學家從某細菌中提取抗鹽基因，轉入煙草并培育成轉基因抗鹽煙草。下圖是轉基因抗鹽煙草的培育過程，含目的基因的DNA和質粒上的實線箭頭表示相關限制酶的酶切位點，虛線箭頭表示轉錄的方向。請分析回答下列問題：,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,解析在該過程中，研究人員首先獲取了抗鹽基因(目的基因)，并采用PCR(或多聚酶鏈式反應)技術對目的基因進行擴增，該技術需要的條件是引物、酶、原料、模板，該技術必須用熱穩(wěn)定DNA聚合酶；然后構建基因表達載體，基因表達載體中

24、除了具有目的基因、啟動子和終止子之外，還需具有標記基因。,(1)在該過程中，研究人員首先獲取了抗鹽基因(目的基因)，并采用_____ ___________________技術對目的基因進行擴增，該技術需要的條件是_____、酶、原料、模板，該技術必須用______________________酶；然后構建基因表達載體，基因表達載體中除了具有目的基因、啟動子和終止子之外，還需具有__________。,PCR,(或多聚酶鏈式反應),引物,熱穩(wěn)定DNA聚合(或Taq),答案,解析,標記基因,1,2,3,4,5,6,(2)用圖中的質粒和目的基因構建重組質粒，不能使用Sma酶切割，原因是_____

25、_____________________________________________。圖中過程為防止質粒和含目的基因的外源DNA片段自身環(huán)化，應選用_________________酶對外源DNA、質粒進行切割。,Sma會破壞質粒的抗性基因和外源DNA中的目的基因,BamH和Hind,答案,解析,1,2,3,4,5,6,解析從圖中信息可知，Sma酶的切割位點位于目的基因和M抗生素抗性基因上。分析抗鹽基因的DNA片段，可知該DNA含四種限制酶切點，其中Sma位于目的基因上，不宜采用。EcoR位于目的基因兩側，若用EcoR切割則目的基因會自身環(huán)化。BamH 與Hind位于目的基因兩端，且質粒

26、中也有相應的適合的切割位點，因此用BamH 和Hind才能完整地切下該抗鹽基因，同時防止自身環(huán)化，保證目的基因與質粒連接方式的唯一性。,1,2,3,4,5,6,解析為確定轉基因抗鹽煙草是否培育成功，既要用放射性同位素標記的抗鹽基因(或目的基因)作探針進行分子雜交檢測，又要在個體水平上鑒定，后者具體過程是將培育的煙草幼苗栽培于含有一定鹽的土壤中，觀察該煙草植株的生長狀態(tài)。,(3)為確定轉基因抗鹽煙草是否培育成功，可用放射性同位素標記的_____________________作探針進行分子雜交檢測，還需要在個體水平上鑒定，后者具體過程是___________________________________________ _______________________。,抗鹽基因(或目的基因),將培育的煙草幼苗栽培于含有一定鹽的土壤中，,觀察煙草植株的生長狀態(tài),答案,解析,