【理想樹600分考點(diǎn)700分考法】2016屆高考生物二輪復(fù)習(xí)專題18基因工程課件

考點(diǎn)55基因工程的工具及操作程序考點(diǎn)56基因工程的應(yīng)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(yīng)試基礎(chǔ)必備考點(diǎn)55基因工程的工具及操作程序考點(diǎn)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(yīng)試基礎(chǔ)必備1．基因工程的概念理解(1)操作環(huán)境：體外——關(guān)鍵步驟“表達(dá)載體的構(gòu)建”的環(huán)境。(2)優(yōu)點(diǎn)：與雜交育種相比，能克服遠(yuǎn)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(dǎo)入乙(受體表達(dá)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?？键c(diǎn)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(xué)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(fù)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(diǎn)：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(diǎn)。④切割方式：包括錯(cuò)位切和平切，錯(cuò)位切產(chǎn)生兩個(gè)相同的黏性末端；平切形成平末端。應(yīng)試基礎(chǔ)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(fù)被限制酶切開的兩個(gè)核苷酸間的磷酸二酯鍵。②種類：E·coliDNA連接酶和T4DNA連接酶。(3)基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——“分子運(yùn)輸車”①作用：攜帶外源基因進(jìn)入受體細(xì)胞，并在受體細(xì)胞內(nèi)對目的基因進(jìn)行大量復(fù)制。②必須具備的條件：a．能在受體細(xì)胞中穩(wěn)定保存并復(fù)制。載體可在細(xì)胞中自我復(fù)制或整合到染色體DNA上，隨染色體DNA進(jìn)行同步復(fù)制。b．具有一個(gè)至多個(gè)限制酶的切割位點(diǎn)，以便與外源基因連接。c．具有特殊的標(biāo)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(kuò)增獲取a．原理：DNA復(fù)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?？键c(diǎn)55基因工程的工具及操作程序應(yīng)試基礎(chǔ)必備③人工合成：常用的方法有化學(xué)合成法和反轉(zhuǎn)錄法?？键c(diǎn)55基因工程的工具及操作程序(2)基因表達(dá)載體的構(gòu)建①構(gòu)建基因表達(dá)載體是基因工程中最核心、最關(guān)鍵的一步，在體外進(jìn)行。其目的是使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時(shí)使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。②基因表達(dá)載體的組成：啟動子、目的基因、終止子以及標(biāo)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(biāo)記基因：篩選、鑒別受體細(xì)胞是否含有目的基因。應(yīng)試基礎(chǔ)必備③基因表達(dá)載體的構(gòu)建方法考點(diǎn)55基因工程的工具及操作程序(3)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞①轉(zhuǎn)化的概念：目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過程。應(yīng)試基礎(chǔ)必備②常用的轉(zhuǎn)化方法和過程返回考點(diǎn)目錄③轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì)：目的基因整合到受體細(xì)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(dá)考點(diǎn)55基因工程的工具及操作程序細(xì)胞類型常用方法受體細(xì)胞轉(zhuǎn)化過程植物細(xì)胞農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法體細(xì)胞將目的基因插入Ti質(zhì)粒的T－DNA上→轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌→導(dǎo)入植物細(xì)胞→整合到受體細(xì)胞的DNA上動物細(xì)胞顯微注射法受精卵將含有目的基因的表達(dá)載體提純→取卵→獲得受精卵→顯微注射→早期胚胎培養(yǎng)→胚胎移植→發(fā)育成為具有新性狀的動物微生物細(xì)胞Ca2＋處理增大細(xì)胞壁通透性原核細(xì)胞或酵母菌用Ca2＋處理細(xì)胞→感受態(tài)細(xì)胞→重組表達(dá)載體DNA分子與感受態(tài)細(xì)胞混合→感受態(tài)細(xì)胞吸收高考考法突破角度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(diǎn)55基因工程的工具及操作程序基因工程的別名基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)操作環(huán)境生物體外操作對象基因操作水平DNA分子水平基本過程剪切→拼接→導(dǎo)入→表達(dá)結(jié)果人類需要的基因產(chǎn)物角度2幾組概念的辨析1．E·coliDNA連接酶與T4DNA連接酶的比較常用類型E·coliDNA連接酶T4DNA連接酶來源大腸桿菌T4噬菌體功能只能將雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端之間的磷酸二酯鍵連接起來連接黏性末端或平末端，但連接平末端的效率低相同點(diǎn)恢復(fù)被限制酶切開的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵高考考法突破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(guān)酶的分析比較考點(diǎn)55基因工程的工具及操作程序DNA連接酶DNA聚合酶作用實(shí)質(zhì)都是催化兩個(gè)脫氧核苷酸之間形成磷酸二酯鍵是否需模板不需要需要連接DNA鏈雙鏈單鏈作用過程在兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵將單個(gè)核苷酸加到已存在的核酸片段的3′端的羥基上，形成磷酸二酯鍵作用結(jié)果將兩個(gè)DNA片段連接成重組DNA分子合成新的DNA分子名稱作用部位作用底物作用結(jié)果限制酶磷酸二酯鍵DNA將DNA切成兩個(gè)片段DNA連接酶磷酸二酯鍵DNA片段將兩個(gè)DNA片段連接為一個(gè)DNA分子DNA聚合酶或熱穩(wěn)定DNA聚合酶磷酸二酯鍵脫氧核苷酸將單個(gè)脫氧核苷酸依次連接到單鏈末端DNA(水解)酶磷酸二酯鍵DNA將DNA片段水解為單個(gè)脫氧核苷酸解旋酶堿基對之間的氫鍵DNA將雙鏈DNA分子局部解旋為單鏈，形成兩條長鏈RNA聚合酶磷酸二酯鍵核糖核苷酸將單個(gè)核糖核苷酸依次連接到單鏈末端高考考法突破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(xì)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(yùn)載到細(xì)胞中的工具，其本質(zhì)是DNA；細(xì)胞膜上的載體是細(xì)胞自身控制物質(zhì)出入細(xì)胞的工具，本質(zhì)是蛋白質(zhì)?？键c(diǎn)55基因工程的工具及操作程序角度3關(guān)于限制酶的分析(1)切割目的基因和載體時(shí)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(gè)限制酶切點(diǎn)，而且每種酶的切點(diǎn)最好只有一個(gè)的原因：因?yàn)槟撤N限制酶只能識別單一切點(diǎn)，若載體上有一個(gè)以上的酶切點(diǎn)，則切割重組后可能丟失某些片段，若丟失的片段含復(fù)制起點(diǎn)區(qū)，則進(jìn)入受體細(xì)胞后便不能自主復(fù)制。一個(gè)載體若只有某種限制酶的一個(gè)切點(diǎn)，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(gè)目的基因需限制酶剪切目的基因的兩端，共產(chǎn)生4個(gè)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(diǎn)確定限制酶的種類a．應(yīng)選擇切點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn))。②根據(jù)質(zhì)粒的特點(diǎn)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(biāo)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(biāo)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?？键c(diǎn)55基因工程的工具及操作程序考點(diǎn)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(kuò)增法。2．已知某種蛋白質(zhì)時(shí)目的基因的獲取方法可以用化學(xué)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(diǎn)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文庫類型cDNA文庫基因組文庫文庫大小小大基因中啟動子無有基因中內(nèi)含子無有基因多少某種生物的部分基因某種生物的全部基因物種之間的基因交流可以部分基因可以說明基因文庫的組建過程包含基因工程的基本操作步驟。從基因文庫中獲取目的基因的優(yōu)點(diǎn)是操作簡便，缺點(diǎn)是工作量大，具有一定的盲目性角度2基因表達(dá)載體的構(gòu)建(1)載體與基因表達(dá)載體的區(qū)別：與載體相比較，基因表達(dá)載體增加了啟動子、目的基因和終止子三個(gè)基因片段，其功能各不相同。(2)構(gòu)建基因表達(dá)載體應(yīng)用限制酶對目的基因和載體同時(shí)進(jìn)行切割。(3)常見的標(biāo)記基因：抗生素抗性基因、產(chǎn)生特定顏色的表達(dá)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(xì)胞1．常用的受體細(xì)胞的種類①植物：常用體細(xì)胞或受精卵。②動物：常用受精卵，一般不用體細(xì)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(xì)胞時(shí)，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(shí)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(xì)胞的原因主要是個(gè)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(xì)胞的方法①將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞的方法：可用農(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?xì)胞最常用、最有效的方法是顯微注射法。4．唯一不涉及堿基互補(bǔ)配對的操作步驟將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞。高考考法突破考點(diǎn)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(diǎn)55基因工程的工具及操作程序類型步驟檢測內(nèi)容方法結(jié)果分子檢測第一步目的基因是否進(jìn)入受體細(xì)胞DNA分子雜交(DNA和DNA之間)是否出現(xiàn)雜交帶第二步目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA分子雜交技術(shù)(DNA和RNA之間)第三步目的基因是否翻譯出蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)分子雜交(抗原和抗體之間)本考點(diǎn)結(jié)束考點(diǎn)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(yīng)用考法4 基因工程的綜合考查應(yīng)試基礎(chǔ)必備考點(diǎn)56基因工程的應(yīng)用及蛋白質(zhì)工程考點(diǎn)56基因工程的應(yīng)用及蛋白質(zhì)工程應(yīng)試基礎(chǔ)必備1．基因工程的應(yīng)用(1)轉(zhuǎn)基因生物①概念：是指利用基因工程技術(shù)導(dǎo)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(diǎn)：運(yùn)用基因工程改良動植物品種最突出的優(yōu)點(diǎn)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(yīng)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(bǔ)缺陷基因的治療方法。實(shí)例：腺苷酸脫氨酶基因缺陷癥的基因治療?？键c(diǎn)56基因工程的應(yīng)用及蛋白質(zhì)工程應(yīng)試基礎(chǔ)必備返回考點(diǎn)目錄2．蛋白質(zhì)工程(1)蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)：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(jìn)行分子設(shè)計(jì)。(2)蛋白質(zhì)工程的基本途徑：預(yù)期的蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到相對應(yīng)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(guān)系作為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)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(jìn)展：科學(xué)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(fù)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(xué)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?？键c(diǎn)56基因工程的應(yīng)用及蛋白質(zhì)工程高考考法突破角度1基因工程的應(yīng)用總結(jié)考點(diǎn)56基因工程的應(yīng)用及蛋白質(zhì)工程考法3基因工程的應(yīng)用項(xiàng)目具體應(yīng)用目的基因作用受體生物備注植物基因工程抗蟲轉(zhuǎn)基因植物Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因Bt毒蛋白與腸上皮細(xì)胞結(jié)合使細(xì)胞腫脹裂解致死；抑制劑能抑制相應(yīng)酶活性，影響消化；植物凝集素與腸黏膜結(jié)合，影響物質(zhì)的吸收和利用棉花、水稻、玉米等①抗蟲但不抗病毒、細(xì)菌、真菌等；②培育抗蟲作物的優(yōu)點(diǎn)是減少環(huán)境污染、降低生產(chǎn)成本；③Bt毒蛋白基因來自蘇云金芽孢桿菌抗病轉(zhuǎn)基因植物病毒外殼蛋白基因、病毒復(fù)制酶基因、幾丁質(zhì)酶基因、抗毒素合成基因前兩種為抗病毒作用；后兩種為抗真菌作用煙草、小麥等引起植物生病的微生物有病毒、細(xì)菌、真菌三大類抗逆轉(zhuǎn)基因植物調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓基因、抗凍蛋白基因、抗除草劑基因①通過改變細(xì)胞內(nèi)滲透壓，提高抗鹽堿、抗旱能力；②耐寒能力提高；③抗除草劑煙草、番茄、大豆、玉米抗逆是指抵抗不良環(huán)境的能力，如鹽堿、干旱、低溫、澇害等改良植物的品質(zhì)含必需氨基酸的蛋白質(zhì)編碼基因、控制番茄果實(shí)成熟的基因、花青素代謝有關(guān)的基因①控制合成的蛋白質(zhì)含必需氨基酸多；②延遲番茄成熟；③改變花瓣的顏色玉米、番茄、矮牽牛等賴氨酸、亮氨酸等都屬于必需氨基酸高考考法突破動物基因工程提高動物生長速度生長激素基因促進(jìn)生長，提高生長速度鯉魚注意不能導(dǎo)入生長素基因改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)腸乳糖酶基因?qū)⑷樘欠纸?，降低牛奶中乳糖的含量奶牛部分人對乳糖會發(fā)生過敏反應(yīng)轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物(乳腺生物反應(yīng)器)藥用蛋白基因＋乳腺蛋白基因＋啟動子分泌乳汁來生產(chǎn)所需要的藥品牛和山羊已生產(chǎn)出的藥品有抗凝血酶、血清蛋白、生長激素和α－抗胰蛋白酶作器官移植的供體某種調(diào)節(jié)因子、設(shè)法除去抗原決定基因①抑制抗原決定基因的表達(dá)；②不能合成相應(yīng)抗原豬選擇豬的器官作替代品的原因：內(nèi)臟構(gòu)造、大小、血管分布與人相似；體內(nèi)隱藏的致病基因少項(xiàng)目具體應(yīng)用目的基因作用受體生物備注微生物基因工程基因工程藥品控制藥品合成的相應(yīng)基因，如人的胰島素基因、干擾素基因、乙肝疫苗基因等生產(chǎn)合成相應(yīng)的藥品，如胰島素、干擾素、乙肝疫苗等大腸桿菌、酵母菌等選擇微生物作受體的原因：繁殖快、單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)少考點(diǎn)56基因工程的應(yīng)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(diǎn)56基因工程的應(yīng)用及蛋白質(zhì)工程基因檢測又稱為DNA診斷，采用基因檢測的