選修三專題1基因工程課件

原核生物特定核苷酸磷酸二酯黏性末端或平末端(2)DNA連接酶或

連接起來平末端磷酸二酯鍵T4DNA連接酶(3)載體特點：含有

、多個

，并能在受體細(xì)胞中

并穩(wěn)定保存質(zhì)粒：

其他載體：λ噬菌體的衍生物、

等小型環(huán)狀DNA分子標(biāo)記基因限制酶切點復(fù)制動植物病毒二、基因工程的基本操作程序基因文庫PCR化學(xué)方法2．基因表達(dá)載體的構(gòu)建：基因表達(dá)載體上應(yīng)具有

、

啟動子、

和

。3．將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞：常用方法：植物

、基因槍法、

，動物：顯微注射法；細(xì)菌：

等。目的基因終止子標(biāo)記基因農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法花粉管通道法感受態(tài)細(xì)胞法①利用

技術(shù)檢測目的基因有無②利用

檢測目的基因的轉(zhuǎn)錄③利用

檢測目的基因的翻譯產(chǎn)物④利用

來鑒定重組性狀的表達(dá)4．目的基因的檢測與鑒定DNA分子雜交分子雜交抗原——抗體雜交個體水平三、蛋白質(zhì)工程1．目標(biāo)：根據(jù)人們的需要對蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。2．操作對象：

。3．操作過程：預(yù)期的蛋白質(zhì)功能→設(shè)計預(yù)期的→推測應(yīng)有的

序列→推導(dǎo)并合成相對應(yīng)的

?；虻鞍踪|(zhì)結(jié)構(gòu)氨基酸脫氧核苷酸序列考點一基因工程的操作工具命題解讀

三種基本工具的作用涉及基因工程操作程序的關(guān)鍵步驟，近幾年高考考查的頻率較高，考查的形式有選擇題和簡答題。預(yù)計2012年高考將以圖例作為載體考查考生提取有效信息的能力。[示例1]

(2010·江蘇高考)下表中列出了幾種限制酶識別序列及其切割位點，圖1、圖2中箭頭表示相關(guān)限制酶的酶切位點。請回答下列問題：限制酶BamHⅠHindⅢEcoRⅠSmaⅠ識別序列及切割位點G↓GATCCCCTAG↑GA↓AGCTTTTCGA↑AG↓AATTCCTTAA↑GCCC↓GGGGGG↑CCC(1)一個圖1所示的質(zhì)粒分子經(jīng)SmaⅠ切割前后，分別含有

________個游離的磷酸基團(tuán)。(2)若對圖中質(zhì)粒進(jìn)行改造，插入的SmaⅠ酶切位點越多，

質(zhì)粒的熱穩(wěn)定性越________。[解析]本題考查基因工程的限制性內(nèi)切酶的作用特點。(1)質(zhì)粒切割前是雙鏈環(huán)狀DNA分子，所有磷酸基團(tuán)參與形成磷酸二酯鍵，故不含游離的磷酸基團(tuán)。從圖1可以看出，質(zhì)粒上只含有一個SmaⅠ的切點，因此被改酶切割后，質(zhì)粒變?yōu)榫€性雙鏈DNA分子，因每條鏈上含有一個游離的磷酸基團(tuán)，因此切割后含有兩個游離的磷酸基團(tuán)。(2)由題目可知，SmaⅠ識別的DNA序列只有G和C，而G和C之間可以形成三個氫鍵，A和T之間可以形成二個氫鍵，所以SmaⅠ酶切位點越多，熱穩(wěn)定性就越高。(3)質(zhì)?？股乜剐曰驗闃?biāo)記基因，由圖2可知，標(biāo)記基因和外源DNA目的基因中均含有SmaⅠ酶切位點，都可以被SmaⅠ破壞，故不能使用該酶剪切質(zhì)粒和含有目的基因的DNA。(4)只使用EcoRⅠ，則質(zhì)粒和目的基因兩端的粘性末端相同，用連接酶連接時，會產(chǎn)生質(zhì)粒和目的基因自身連接物，而利用BamHⅠ和HindⅢ剪切時，質(zhì)粒和目的基因兩端的粘性末端不同，用DNA連接酶連接時，不會產(chǎn)生自身連接產(chǎn)物。(5)質(zhì)粒和目的基因連接后獲得重組質(zhì)粒，該過程需要連接酶作用，故混合后加入DNA連接酶。(6)質(zhì)粒上的抗性基因為標(biāo)記基因，用于鑒別和篩選含有重組質(zhì)粒的受體細(xì)胞。(7)目的基因為蔗糖轉(zhuǎn)運蛋白基因，所用的受體細(xì)胞為喪失吸收蔗糖能力的大腸桿菌突變體，若將重組質(zhì)粒導(dǎo)入了受體細(xì)胞，則受體細(xì)胞應(yīng)能從培養(yǎng)基中吸收蔗糖，故應(yīng)在以蔗糖為唯一碳源的培養(yǎng)基上進(jìn)行培養(yǎng)。[答案]

(1)0、2

(2)高(3)SmaⅠ會破壞質(zhì)粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因(4)質(zhì)粒和含目的基因的外源DNA片段自身環(huán)化(5)DNA連接(6)鑒別和篩選含有目的基因的細(xì)胞(7)蔗糖為唯一含碳營養(yǎng)物質(zhì)種類項目限制酶DNA連接酶DNA聚合酶解旋酶

作用特點切割目的基因及載體，能專一性識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并在特定位點進(jìn)行切割將雙鏈DNA分子片段“縫合”起來，恢復(fù)被限制酶切開了的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵只能將單個脫氧核苷酸添加到脫氧核苷酸鏈上將DNA分子兩條鏈之

間的氫鍵打開作用結(jié)果形成黏性末端或平末端形成重組DNA分子形成新的DNA分子形成單鏈DNA分子①獲取目的基因和切割載體時使用同一種限制酶，目的是產(chǎn)生相同的黏性末端。②獲取一個目的基因需限制酶剪切兩次，共產(chǎn)生4個黏性末端或平末端。③限制酶切割位點的選擇必須保證標(biāo)記基因的完整性，以便于檢測。(2)限制酶與DNA連接酶的關(guān)系①限制酶不切割自身DNA的原因是：原核生物中不存在該酶的識

別序列或識別序列已經(jīng)被修飾。

②DNA連接酶起作用時不需要模板。2.載體(1)具備條件：①對受體細(xì)胞無害，不影響受體細(xì)胞正常的生命活動。

②具標(biāo)記基因。能對重組DNA是否進(jìn)入受體細(xì)胞進(jìn)行檢測。

③能自我復(fù)制。通過復(fù)制進(jìn)行基因擴增，否則可能會使重組DNA

丟失。

④具有一個或多個限制酶切點，供外源基因插入其中。(2)常用載體——質(zhì)粒：裸露的、結(jié)構(gòu)簡單且獨立于細(xì)菌擬核DNA之外

的，具有自我復(fù)制能力的小型環(huán)狀DNA分子。解析：使堿基對內(nèi)氫鍵斷裂的是解旋酶；限制酶將特定部位的相鄰的兩個脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開；連接DNA片段間磷酸二酯鍵的是DNA連接酶。答案：C2．除了下列哪一項之外，其余的都是基因工程的運載體所

必須具備的條件(

)A．能在宿主細(xì)胞中復(fù)制并保存

B．具有多個限制酶切點，以便與外源基因連接

C．具有標(biāo)記基因，便于進(jìn)行篩選

D．是環(huán)形狀態(tài)的DNA分子解析：可以作為基因工程運載體的有質(zhì)粒、λ噬菌體的衍生物。動植物病毒等，其中很多病毒的DNA分子不是環(huán)狀的，所以DNA分子是環(huán)狀的不是作為運載體必須具備的條件。答案：D[示例2]

(2010·天津高考)下圖是培育表達(dá)人乳鐵蛋白的乳腺生物反應(yīng)器的技術(shù)路線。圖中tetR表示四環(huán)素抗性基因，ampR表示氨芐青霉素抗性基因，BamHⅠ、HindⅢ、SmaⅠ直線所示為三種限制酶的酶切位點。據(jù)圖回答：(1)圖中將人乳鐵蛋白基因插入載體，需用________限制酶同時酶切載體和人乳鐵蛋白基因。篩選含有重組載體的大腸桿菌首先需要在含________的培養(yǎng)基上進(jìn)行。(2)能使人乳鐵蛋白基因在乳腺細(xì)胞中特異性表達(dá)的調(diào)控序列是________(填字母代號)。A．啟動子B．tetRC．復(fù)制原點

D．a(chǎn)mpR(3)過程①可采用的操作方法是________(填字母代號)。A．農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化

B．大腸桿菌轉(zhuǎn)化C．顯微注射

D．細(xì)胞融合載體的大腸桿菌需要在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上進(jìn)行。(2)啟動子位于基因的首端，可驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出信使RNA，使基因得以表達(dá)，故屬于調(diào)控序列。(3)①過程將目的基因?qū)氲絼游锏氖芫阎?，一般采用顯微注射法。(4)②過程表示將早期胚胎移入代孕牛體內(nèi)繼續(xù)發(fā)育，故為胚胎移植技術(shù)。(5)早期胚胎分割成幾份后，每份經(jīng)移植和培養(yǎng)后都能形成一個新的個體，利用了細(xì)胞的全能性。(6)人乳鐵蛋白基因成功表達(dá)的標(biāo)志是產(chǎn)生了人乳鐵蛋白，因此可利用抗原－抗體雜交技術(shù)檢測其是否成功表達(dá)。[答案]

(1)HindⅢ和BamHⅠ氨芐青霉素(2)A

(3)C

(4)胚胎移植技術(shù)(5)全能(6)C1．目的基因的獲取(1)直接分離：從自然界已有的物種中分離，如從基因文庫

中獲取。(2)人工合成目的基因的常用方法①已知核苷酸序列的較小基因，直接利用DNA合成儀用

化學(xué)方法合成，不需要模板。②以RNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶作用下人工合成。(3)利用PCR技術(shù)擴增目的基因①原理：DNA雙鏈復(fù)制②條件：模板、四種游離的脫氧核苷酸；熱穩(wěn)定的DNA

聚合酶、引物等③過程：加熱至90～95℃，DNA解鏈→冷卻到55℃～60℃，

引物結(jié)合到互補DNA鏈→加熱至70～75℃，熱穩(wěn)定DNA聚

合酶從引物起始進(jìn)行互補鏈的合成。2．基因表達(dá)載體的構(gòu)建3．將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞生物種類植物細(xì)胞動物細(xì)胞微生物細(xì)胞

常用方法農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法、花粉管通道法顯微注射技術(shù)感受態(tài)細(xì)胞法

受體細(xì)胞體細(xì)胞受精卵原核細(xì)胞

4．目的基因的檢測和鑒定類型步驟檢測內(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分子雜交技術(shù)(DNA和DNA之間)是否成功顯示出雜交帶第二步目的基因是否轉(zhuǎn)錄出信使RNA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)抗原－抗體雜交方法

個體水平檢測包括抗蟲、抗病的接種實驗，以確定是否有抗性以及抗性的程度；基因工程產(chǎn)品與天然產(chǎn)品的活性比較，以確定功能是否相同等3．(2011·杭州模擬)科學(xué)家通過基因工程方法，將蘇云金芽

孢桿菌的Bt毒蛋白基因轉(zhuǎn)入普通棉株細(xì)胞內(nèi)，并成功實

現(xiàn)了表達(dá)，從而培育出了能抗棉鈴蟲的棉花植株——抗

蟲棉。其過程大致如下圖所示：(1)基因工程的操作程序主要包括的四個步驟是________________、________________、________________、________________。(2)Bt毒蛋白基因轉(zhuǎn)入普通棉株細(xì)胞內(nèi)并成功實現(xiàn)表達(dá)的過程，在基因工程中稱為________。(3)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方法有很多種，該題中涉及的是________________________________________。(4)目的基因能否在棉株體內(nèi)穩(wěn)定維持和表達(dá)其遺傳特性的關(guān)鍵是____________________________，這需要通過檢測才能知道，檢測采用的方法是____________________。

解析：解答本題需注意基因操作的四個步驟和相關(guān)的操作技術(shù)以及基因載體應(yīng)具備的條件。答案：(1)目的基因的獲取基因表達(dá)載體的構(gòu)建將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測與鑒定(2)轉(zhuǎn)化(3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法(4)目的基因是否插入了受體生物細(xì)胞的染色體DNA上DNA分子雜交技術(shù)考點三基因工程、蛋白質(zhì)工程的原理及應(yīng)用命題解讀

近幾年高考以基因工程和蛋白質(zhì)工程的成果作為背景，以大量的圖例作為載體，考查基因工程和蛋白質(zhì)工程的基本原理和應(yīng)用?？疾樾问揭院喆痤}為主，預(yù)計2012年這種命題趨勢仍將延續(xù)。[示例3]如圖表示從蘇云金芽孢桿菌分離出來的殺蟲晶體蛋白質(zhì)基因(簡稱Bt基因)及形成轉(zhuǎn)基因抗蟲植物的圖解。(1)在下列含有ATP和有關(guān)的酶的試管中，大量而快捷的獲取Bt基因的最佳方案是如圖所示中的(

)(2)寫出b的表達(dá)過程：________________________________。(3)活化的毒性物質(zhì)應(yīng)是一種________________分子，活化的

毒性物質(zhì)全部或部分嵌合于昆蟲的細(xì)胞膜上，使細(xì)胞膜產(chǎn)

生孔道，導(dǎo)致細(xì)胞由于________________________平衡的

破壞而破裂。(4)我國在“863”計劃資助下開展Bt抗蟲棉育種等研究，這

將對________、________和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生巨大影響。(5)胰島素是治療依賴型糖尿病的特效藥物，但是天然胰島素

在人體內(nèi)壽命只有幾小時，重癥病人每天要注射好幾次藥

物，給病人增加了不便和痛苦。通過蛋白質(zhì)工程改變胰島素的空間結(jié)構(gòu)，以延長胰島素的半衰期，得到長效胰島素；還可以在不改變胰島素活性部位結(jié)構(gòu)的前提下，增強其他部位的結(jié)合強度，使之難以被酶破壞，從而增強其穩(wěn)定性。①若要利用大腸桿菌生產(chǎn)上述長效胰島素，需用到的生物工程有發(fā)酵工程、____________和__________。②用蛋白質(zhì)工程生產(chǎn)的胰島素，與天然胰島素比較，顯著的優(yōu)點是________________。[解析]

應(yīng)用基因工程技術(shù)，從蘇云金芽孢桿菌中提取殺蟲晶體蛋白基因(目的基因)導(dǎo)入棉花細(xì)胞中形成轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，Bt基因的表達(dá)使棉花細(xì)胞中合成了原毒素，使采食棉花的昆蟲中毒死亡。蛋白質(zhì)工程的實質(zhì)是生產(chǎn)出自然界原本不存在的蛋白質(zhì)，所以需對原有的胰島素進(jìn)行改造，改造好的目的基因需通過基因工程生產(chǎn)基因產(chǎn)物，并且在生產(chǎn)過程中要借助工程菌，所以還需要進(jìn)行發(fā)酵。1．乳腺生物反應(yīng)器受生物性別的限制，若從動物尿液中

提取目的基因產(chǎn)物則不受性別限制。2．基因治療是治療人類遺傳病的根本方法，但由于尚未

全面了解基因調(diào)控機制和疾病產(chǎn)生的分子機理，基因

治療目前只是處于初期的臨床試驗階段。3.基因工程的目的不同，可選用的受體細(xì)胞不同。若生產(chǎn)

基因工程藥品，受體細(xì)胞一般選用微生物，利用微生物

繁殖速度快的特點，可在短期內(nèi)獲得大量產(chǎn)品。4．蛋白質(zhì)工程的原理(1)蛋白質(zhì)工程的流程：蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)是根據(jù)人們對蛋

白質(zhì)功能的特定要求，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計。

由于基因決定蛋白質(zhì)，因此，要對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計

改造，還必須從基因入手。(2)蛋白質(zhì)工程的流程圖：4．(2009·廣東高考)(1)飼料加工過程溫度較高，要求植酸酶

具有較好的高溫穩(wěn)定性。利用蛋白質(zhì)工