高考生物二輪復習 專題18 基因工程課件.ppt

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考點55 基因工程的工具及操作程序,考點56 基因工程的應用及蛋白質(zhì)工程,專題18 基因工程,,高考考法突破,考法1 基因工程的概念與操作工具分析,應試基礎必備,考點55 基因工程的工具及操作程序,考點55 基因工程的工具及操作程序,考法2 基因工程的基本操作程序,應試基礎必備,1．基因工程的概念理解 (1)操作環(huán)境：體外——關鍵步驟“表達載體的構(gòu)建”的環(huán)境。 (2)優(yōu)點：與雜交育種相比，能克服遠緣雜交不親和障礙；與誘變育種相比，能定向改造生物性狀。 (3)操作水平：分子水平。 (4)原理：基因重組。 (5)本質(zhì)：甲(供體提供目的基因)導入乙(受體表達目的基因)，即基因未變、合成蛋白質(zhì)未變，只是合成場所的轉(zhuǎn)移。,考點55 基因工程的工具及操作程序,2．基因工程的基本工具 (1)限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術(shù)刀” ①來源及化學本質(zhì)：主要是從原核生物中分離純化出來的蛋白質(zhì)。 ②作用：催化作用，可重復利用；可用于DNA的切割(獲取目的基因)和載體的切割。 ③作用特點：特異性，即限制酶可識別特定的脫氧核苷酸序列，切割特定位點。 ④切割方式：包括錯位切和平切，錯位切產(chǎn)生兩個相同的黏性末端；平切形成平末端。,應試基礎必備,(2)DNA連接酶——“分子縫合針” ①功能：將雙鏈DNA片段“縫合”起來，恢復被限制酶切開的兩個核苷酸間的磷酸二酯鍵。 ②種類：Ecoli DNA連接酶和T4DNA連接酶。 (3)基因進入受體細胞的載體——“分子運輸車” ①作用：攜帶外源基因進入受體細胞，并在受體細胞內(nèi)對目的基因進行大量復制。 ②必須具備的條件： a．能在受體細胞中穩(wěn)定保存并復制。載體可在細胞中自我復制或整合到染色體DNA上，隨染色體DNA進行同步復制。 b．具有一個至多個限制酶的切割位點，以便與外源基因連接。 c．具有特殊的標記基因，供重組DNA的檢測與鑒定。 ③種類：最常用的載體是質(zhì)粒，其他載體有λ噬菌體的衍生物、動植物病毒等。 3．基因工程的基本操作程序 (1)目的基因的獲取 獲取目的基因的途徑主要有以下三種： ①從自然界中已有的物種中分離出來，如從基因組文庫或cDNA文庫中獲取。 ②通過PCR技術(shù)擴增獲取 a．原理：DNA復制。 b．前提條件：要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便合成引物。 c．其他條件：一對引物、四種游離的脫氧核苷酸、熱穩(wěn)定的DNA聚合酶、能量等。,考點55 基因工程的工具及操作程序,應試基礎必備,③人工合成：常用的方法有化學合成法和反轉(zhuǎn)錄法。,考點55 基因工程的工具及操作程序,(2)基因表達載體的構(gòu)建 ①構(gòu)建基因表達載體是基因工程中最核心、最關鍵的一步，在體外進行。其目的是使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。 ②基因表達載體的組成：啟動子、目的基因、終止子以及標記基因等， 如圖所示。,a．啟動子：一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，能驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA。 b．終止子：一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因的尾端。 c．標記基因：篩選、鑒別受體細胞是否含有目的基因。,應試基礎必備,③基因表達載體的構(gòu)建方法,考點55 基因工程的工具及操作程序,(3)將目的基因?qū)胧荏w細胞 ①轉(zhuǎn)化的概念：目的基因進入受體細胞內(nèi)，并且在受體細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達的過程。,應試基礎必備,②常用的轉(zhuǎn)化方法和過程,返回考點目錄,③轉(zhuǎn)化的實質(zhì)：目的基因整合到受體細胞基因組中，從而使受體生物獲得新的遺傳特性。 (4)目的基因的檢測和表達,考點55 基因工程的工具及操作程序,高考考法突破,角度1 基因工程的概念分析,考法1 基因工程的概念與操作工具分析,考點55 基因工程的工具及操作程序,角度2 幾組概念的辨析 1．Ecoli DNA連接酶與T4DNA連接酶的比較,高考考法突破,2．DNA連接酶與DNA聚合酶的比較,3．限制酶、DNA連接酶、DNA聚合酶等相關酶的分析比較,考點55 基因工程的工具及操作程序,高考考法突破,4.工具酶和載體的區(qū)別 工具酶本質(zhì)為蛋白質(zhì)，載體本質(zhì)為小型DNA分子，但不一定是環(huán)狀。 5．基因工程中的載體與細胞膜上載體的區(qū)別 基因工程中的載體是人為地將基因運載到細胞中的工具，其本質(zhì)是DNA；細胞膜上的載體是細胞自身控制物質(zhì)出入細胞的工具，本質(zhì)是蛋白質(zhì)。,考點55 基因工程的工具及操作程序,角度3 關于限制酶的分析 (1)切割目的基因和載體時要求用同一種限制酶的原因：目的是產(chǎn)生相同的黏性末端。也可用不同的限制酶切割，但必須能產(chǎn)生相同的黏性末端。 (2)作為載體必須具有多個限制酶切點，而且每種酶的切點最好只有一個的原因：因為某種限制酶只能識別單一切點，若載體上有一個以上的酶切點，則切割重組后可能丟失某些片段，若丟失的片段含復制起點區(qū)，則進入受體細胞后便不能自主復制。一個載體若只有某種限制酶的一個切點，則酶切后既能把環(huán)打開接納外源DNA片段，又不會丟失自己的片段。 (3)獲取一個目的基因需限制酶剪切目的基因的兩端，共產(chǎn)生4個黏性末端或平末端。 (4)限制酶的選擇依據(jù),高考考法突破,①根據(jù)目的基因兩端的限制酶切點確定限制酶的種類 a．應選擇切點位于目的基因兩端的限制酶，如圖甲可選擇PstⅠ。 b．不能選擇切點位于目的基因內(nèi)部的限制酶，如圖甲不能選擇SmaⅠ。 c．為避免目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化和隨意連接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，如圖甲也可選擇用PstⅠ和EcoRⅠ兩種限制酶(但要確保質(zhì)粒上也有這兩種酶的切點)。 ②根據(jù)質(zhì)粒的特點確定限制酶的種類 a．所選限制酶要與切割目的基因的限制酶相一致，以確保具有相同的黏性末端。 b．質(zhì)粒作為載體必須具備標記基因等，所以所選擇的限制酶盡量不要破壞這些結(jié)構(gòu)，如圖乙中限制酶SmaⅠ會破壞標記基因。 (5)不同限制酶切出的黏性末端未必不同，如 和 識別的序列不同，但經(jīng)限制酶處理后形成的黏性末端相同。,考點55 基因工程的工具及操作程序,,考點55 基因工程的工具及操作程序,高考考法突破,角度1 獲取目的基因的方法 1．已知DNA序列的目的基因的獲取方法 可以用分離法和PCR擴增法。 2．已知某種蛋白質(zhì)時目的基因的獲取方法 可以用化學合成法或反轉(zhuǎn)錄法，二者都屬于人工合成。 3．基因組文庫和cDNA文庫的比較,考點55 基因工程的工具及操作程序,考法2 基因工程的基本操作程序,角度2 基因表達載體的構(gòu)建 (1)載體與基因表達載體的區(qū)別：與載體相比較，基因表達載體增加了啟動子、目的基因和終止子三個基因片段，其功能各不相同。 (2)構(gòu)建基因表達載體應用限制酶對目的基因和載體同時進行切割。 (3)常見的標記基因：抗生素抗性基因、產(chǎn)生特定顏色的表達產(chǎn)物基因、發(fā)光基因等。 (4)易混概念辨析：啟動子(DNA片段)≠起始密碼子(RNA)；終止子(DNA片段)≠終止密碼子(RNA)。 角度3 將目的基因?qū)胧荏w細胞 1．常用的受體細胞的種類 ①植物：常用體細胞或受精卵。 ②動物：常用受精卵，一般不用體細胞。 ③微生物：常用大腸桿菌、酵母菌等，一般以大腸桿菌作為受體細胞時，為了使大腸桿菌處于能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)要用CaCl2處理。若要合成如糖蛋白、有生物活性的胰島素時則必須用真核生物酵母菌，主要原因是需內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體的加工、分泌。 2．微生物作受體細胞的原因 主要是個體微小，代謝旺盛，繁殖速度快，獲得目的基因產(chǎn)物多。 3．目的基因?qū)胧荏w細胞的方法 ①將目的基因?qū)胫参锛毎姆椒ǎ嚎捎棉r(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法和花粉管通道法，其中農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法是最常用的方法。 ②將目的基因?qū)雱游锛毎畛Ｓ?、最有效的方法是顯微注射法。 4．唯一不涉及堿基互補配對的操作步驟 將目的基因?qū)胧荏w細胞。,高考考法突破,考點55 基因工程的工具及操作程序,角度4 目的基因的檢測和鑒定,高考考法突破,考點55 基因工程的工具及操作程序,,本考點結(jié)束,考點55 基因工程的工具及操作程序,高考考法突破,考法3 基因工程的應用,考法4 基因工程的綜合考查,應試基礎必備,考點56 基因工程的應用及蛋白質(zhì)工程,考點56 基因工程的應用及蛋白質(zhì)工程,應試基礎必備,1．基因工程的應用 (1)轉(zhuǎn)基因生物 ①概念：是指利用基因工程技術(shù)導入外源基因培育出的能夠?qū)⑿滦誀罘€(wěn)定地遺傳給后代的基因工程生物。 ②優(yōu)點：運用基因工程改良動植物品種最突出的優(yōu)點是能打破常規(guī)育種難以突破的物種之間的界限。 (2)基因工程的應用 ①植物基因工程：培育抗蟲轉(zhuǎn)基因植物、抗病轉(zhuǎn)基因植物和其他抗逆轉(zhuǎn)基因植物；利用基因工程改良植物的品質(zhì)。 ②動物基因工程：用于提高動物生長速度從而提高產(chǎn)品產(chǎn)量；用于改善畜產(chǎn)品品質(zhì)；用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物；用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體等。 ③基因診斷：又稱為DNA診斷，是采用基因檢測的方法來判斷患者是否出現(xiàn)了基因異?；驍y帶病原體。 ④基因治療：指利用正?；蛑脫Q或彌補缺陷基因的治療方法。實例：腺苷酸脫氨酶基因缺陷癥的基因治療。,考點56 基因工程的應用及蛋白質(zhì)工程,應試基礎必備,返回考點目錄,2．蛋白質(zhì)工程 (1)蛋白質(zhì)工程的目標：根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進行分子設計。 (2)蛋白質(zhì)工程的基本途徑：預期的蛋白質(zhì)功能→設計預期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應有的氨基酸序列→找到相對應的脫氧核苷酸序列(基因)。 (3)蛋白質(zhì)工程的原理：以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關系作為基礎，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。 (4)蛋白質(zhì)工程的進展：科學家通過對胰島素的改造，已使其成為速效型藥品。 (5)蛋白質(zhì)工程的前景：由于蛋白質(zhì)發(fā)揮功能必須依賴于正確的、十分復雜的高級結(jié)構(gòu)，因而目前成功的例子還不多，但隨著科學技術(shù)的深入發(fā)展，蛋白質(zhì)工程將會給人類帶來更多的福音。,考點56 基因工程的應用及蛋白質(zhì)工程,高考考法突破,角度1 基因工程的應用總結(jié),考點56 基因工程的應用及蛋白質(zhì)工程,考法3 基因工程的應用,高考考法突破,考點56 基因工程的應用及蛋白質(zhì)工程,高考考法突破,角度2 基因檢測和基因治療,考點56 基因工程的應用及蛋白質(zhì)工程,角度3 蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較,(1)采用蛋白質(zhì)工程改造酶的基本途徑：設計預期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，推測應有的氨基酸序列，找到相對應的脫氧核苷酸序列。 (2)檢測基因工程中是否合成了某種蛋白質(zhì)的方法：抗原—抗體雜交法。,,考點56 基因工程的應用及蛋白質(zhì)工程,高考考法突破,1．轉(zhuǎn)基因生物和野生生物的關系：轉(zhuǎn)基因生物對于野生生物來說，相當于發(fā)生了基因突變，不存在生殖隔離，能雜交產(chǎn)生可育后代，屬于同一個物種。 2．受體細胞不能在含抗生素的培養(yǎng)基上生長的原因：重組質(zhì)粒上含有抗生素抗性基因，如果重組質(zhì)粒沒有導入受體細胞，則受體細胞不能在含相應抗生素的培養(yǎng)基上生長。,考點56 基因工程的應用及蛋白質(zhì)工程,考法4 基因工程的綜合考查,,本考點結(jié)束,考點56 基因工程的應用及蛋白質(zhì)工程,