高考生物復習-3-2基因工程簡介課件-人教版選修1

課時2基因工程簡介第一頁，編輯于星期五：七點四十八分。一、基因工程的概念概念：基因工程又叫做基因拼接技術或DNA重組技術。是指在生物體外，通過對DNA分子進行人工“剪切〞和“拼接〞，對生物的基因進行改造和重新組合，然后導入受體細胞內(nèi)進行，使重組基因在受體細胞內(nèi)表達，產(chǎn)生出人類所需要的基因產(chǎn)物，可實現(xiàn)對生物性狀的改造。轉錄和翻譯定向第二頁，編輯于星期五：七點四十八分。二、基因操作的工具1．基因的“剪刀〞——限制性內(nèi)切酶：主要存在于微生物中。(1)作用：識別特定的，并能在特定的切點上切割DNA分子。(2)特點：具有特異性。2．基因的“針線〞——DNA連接酶作用：是將兩個連接起來。脫氧核苷酸序列不同來源的DNA分子的黏性末端第三頁，編輯于星期五：七點四十八分。3．基因的運載工具——運載體(1)條件①能夠在宿主細胞中

地保存。②具有多個

切點，以便與外源基因連接。③具有某些

，便于進行篩選。(2)作用①作為運載工具將

轉移到宿主細胞中。②利用它在宿主細胞內(nèi)對目的基因進行大量復制。(3)常用的運載體：

、噬菌體和動植物病毒等。復制并穩(wěn)定限制酶標記基因目的基因質粒第四頁，編輯于星期五：七點四十八分。1．基因工程的原理是什么？2．DNA連接酶與DNA聚合酶各有什么作用？第五頁，編輯于星期五：七點四十八分。三、基因操作的根本步驟1．提取目的基因(1)直接別離法：最常用的方法是。鳥槍法第六頁，編輯于星期五：七點四十八分。2．目的基因與運載體結合：對質粒和目的基因必須用限制酶切割，使其產(chǎn)生相同的再參加形成。3．將目的基因導入受體細胞途徑：借鑒侵染細胞途徑。常用受體細胞：大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農(nóng)桿菌、動植物細胞等。4．目的基因的表達和檢測檢測方法：常用是否具有來判斷是否獲得了目的基因。表達：受體細胞，才能說明目的基因完成了表達。同一種黏性末端DNA連接酶細菌、或病毒某種抗性表現(xiàn)目的基因控制的性狀重組DNA分子第七頁，編輯于星期五：七點四十八分。3．為什么經(jīng)常選用細菌作為受體細胞？第八頁，編輯于星期五：七點四十八分。思考探討提示：1．基因重組。2．DNA連接酶是把DNA片段形成磷酸二酯鍵連接起來，DNA聚合酶是把單個的脫氧核苷酸形成磷酸二酯鍵連接成DNA片段。3．細菌繁殖快。第九頁，編輯于星期五：七點四十八分。一、基因工程的概念及操作工具1．基因工程的概念基因工程的別名基因拼接技術或DNA重組技術操作環(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→導入→表達結果產(chǎn)生人類需要的基因產(chǎn)物特點定向改變生物遺傳性狀變異類型基因重組第十頁，編輯于星期五：七點四十八分。2．基因操作的“工具〞操作工具作用其他基因的“剪刀”——限制性內(nèi)切酶(簡稱限制酶)識別和切割特定的核苷酸序列，用于切割DNA分子獲得目的基因或切割運載體獲得相同的黏性末端，以便形成重組DNA分子主要存在于微生物中，具有專一性基因的“針線”——DNA連接酶連接互補的黏性末端，即將目的基因與運載體“縫合”起來形成重組DNA分子連接磷酸和脫氧核糖間的化學鍵(建立3′，5′－磷酸二酯鍵)基因的“運輸工具”——運載體將目的基因導入受體細胞中，作為把“目的基因”送入“受體細胞”的橋梁或載體質粒、動植物病毒、噬菌體等第十一頁，編輯于星期五：七點四十八分。1.(2021年遼寧大連雙基測試)以以以下圖為DNA分子的某一片段，其中①②③分別表示某種酶的作用部位，那么相應的酶依次是 ()A．DNA連接酶、限制性內(nèi)切酶、解旋酶B．限制性內(nèi)切酶、解旋酶、DNA連接酶C．解旋酶、限制性內(nèi)切酶、DNA連接酶D．限制性內(nèi)切酶、DNA連接酶、解旋酶【解析】使氫鍵斷裂的是解旋酶，限制性內(nèi)切酶將相鄰兩個堿基的磷酸二酯鍵斷裂；連接DNA片段間磷酸二酯鍵的是DNA連接酶?！敬鸢浮緾第十二頁，編輯于星期五：七點四十八分。二、基因工程的操作步驟第一步：提取(獲得)目的基因；過程優(yōu)點缺點適用范圍直接分離法(鳥槍法)供體細胞中的DNADNA片段不同受體細胞―→DNA片段擴增含目的基因細胞―→目的基因操作簡便工作量大，有盲目性，目的基因含有不表達的內(nèi)含子原核基因人工合成基因反轉錄法mRNA單鏈DNA雙鏈DNA專一性強，目的基因中不含內(nèi)含子操作過程麻煩，mRNA生存時間短，技術要求高真核基因據(jù)已知的氨基酸序列合成據(jù)推測出的核苷酸序列，通過化學方法合成專一性最強目的基，因不含內(nèi)含子，可合成自然界不存在的基因目前，復雜的尚不知核苷酸序列的基因不能合成第十三頁，編輯于星期五：七點四十八分。第二步：目的基因與運載體DNA結合形成重組DNA分子；第三步：將含目的基因的運載體導入受體細胞；第四步：目的基因在受體細胞中的檢測和表達。第十四頁，編輯于星期五：七點四十八分。(1)不同生物DNA得以重新拼接的根底DNA的根本組成單位都是四種脫氧核苷酸；雙鏈DNA分子的空間結構都是規(guī)那么的雙螺旋結構；所有生物DNA堿基對均遵循嚴格的“堿基互補配對〞原那么，即A總與T配對，G總與C配對——如此，方可使具相同末端(黏性末端或平末端)的不同DNA分子得以連接在一起。(2)外源基因在受體內(nèi)表達的理論根底①基因是控制生物性狀的遺傳物質的結構和功能單位，具相對獨立性；②遺傳信息的傳遞都遵循中心法那么所闡述的信息流動方向；③生物界共用一套遺傳密碼。第十五頁，編輯于星期五：七點四十八分。(1)基因治療①原理：把健康的外源基因導入含有基因缺陷的細胞中，病人細胞中既含有缺陷基因，又含有健康基因。②結果：健康基因的表達掩蓋了缺陷基因的表達。(2)基因診斷①原理：DNA分子雜交。②過程：a.制備用放射性同位素(如32P)、熒光分子等標記的DNA(疾病DNA)分子探針。b．待測DNA：患者DNA制成單鏈。c．讓兩者進行雜交，假設兩者能進行互補配對，那么說明患者患有此病，假設兩者不能進行互補配對，那么患者無此病第十六頁，編輯于星期五：七點四十八分。2．(2021年江蘇省南京市模擬)如以以以下圖是將人的生長激素基因導入細菌B細胞內(nèi)制造“工程菌〞的示意圖。細菌B細胞內(nèi)不含質粒A，也不含質粒A上的基因。判斷以下說法正確的選項是 ()第十七頁，編輯于星期五：七點四十八分。A．將重組質粒導入細菌B常用的方法是顯微注射法B．將完成導入過程后的細菌涂布在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上，能生長的只是導入了重組質粒的細菌C．將完成導入過程后的細菌涂布在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上，能生長的就是導入了質粒A的細菌D．目的基因成功表達的標志是受體細胞能在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生長【答案】

C第十八頁，編輯于星期五：七點四十八分。3．(2021年北京順義)基因診斷是用熒光分子標記的DNA分子作探針，鑒定出所測標本上的遺傳信息。以下說法不正確的選項是 ()A．基因診斷利用了DNA分子雜交原理B．采用基因診斷方法可快速診斷由病毒引起的傳染病C．使用同一種DNA分子探針，可以診斷多種遺傳病D．利用白血病患者細胞中別離出的癌基因作探針可以檢測白血病【解析】由于基因診斷正是利用了DNA分子的雜交原理，不同的樣本所含的遺傳信息并不相同，所以一種DNA分子探針只能檢測一種遺傳病。【答案】C第十九頁，編輯于星期五：七點四十八分。(2021年浙江理綜)以下關于基因工程的表達，錯誤的選項是 ()A．目的基因和受體細胞均可來自動、植物或微生物B．限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶是兩類常用的工具酶C．人胰島素原基因在大腸桿菌中表達的胰島素原無生物活性D．載體上的抗性基因有利于篩選含重組DNA的細胞和促進目的基因的表達第二十頁，編輯于星期五：七點四十八分。【解析】

目的基因和受體細胞均可來自動、植物或微生物；基因工程中常用的工具酶有限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶；大腸桿菌為原核生物，不含有內(nèi)質網(wǎng)和高爾基體等細胞器，不能對蛋白質進行加工，其合成的胰島素原無生物活性。運載體中的抗性基因為標記基因，其作用是有利于篩選含重組DNA的細胞，不能促進目的基因的表達?！敬鸢浮?/p>

D第二十一頁，編輯于星期五：七點四十八分。(2021年廣東理基)錢永健先生因在研究綠色熒光蛋白方面的杰出成就而獲2021年諾貝爾獎。在某種生物中檢測不到綠色熒光，將水母綠色熒光蛋白基因轉入該生物體內(nèi)后，結果可以檢測到綠色熒光。由此可知()A．該生物的基因型是雜合的B．該生物與水母有很近的親緣關系C．綠色熒光蛋白基因在該生物體內(nèi)得到了表達D．改變綠色熒光蛋白基因的1個核苷酸對，就不能檢測到綠色熒光【解析】在轉基因生物體內(nèi)能檢測到綠色熒光，說明綠色熒光基因已在生物體內(nèi)成功表達?！敬鸢浮緾第二十二頁，編輯于星期五：七點四十八分。驗證或探究質粒上的抗性基因方法：將重組后的質粒導入受體細胞，分別放在含青霉素、四環(huán)素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，觀察成活情況?，F(xiàn)象結論：(1)都成活——兩種標記基因都有；(2)只有一個培養(yǎng)基上成活——只有其中一種，抗青霉素基因或抗四環(huán)素基因；(3)都不成活——都不存在。第二十三頁，編輯于星期五：七點四十八分。1978年美國科學家利用基因工程技術，將人類胰島素基因拼接到大腸桿菌的DNA分子中，然后通過大腸桿菌的繁殖，生產(chǎn)出了人胰島素，操作過程如以以以下圖所示：第二十四頁，編輯于星期五：七點四十八分。(1)在上述基因操作中，由①→②過程所用的基因“剪刀〞是________；由③→④過程的實現(xiàn)是通過與①→②過程相同的________切割的結果；由④→⑤過程需要________連成重組DNA分子；由⑥→⑦過程是通過細胞的________實現(xiàn)的。(2)不同生物間基因可以“移植〞成功的根底是DNA的________結構。大腸桿菌可以生產(chǎn)出人類的胰島素，說明它們和人類利用一套________，大腸桿菌合成人胰島素的過程可以表示為______________________。第二十五頁，編輯于星期五：七點四十八分。(3)形成的重組DNA分子是否真正轉移到了受體細胞，必須對受體細胞進行檢測。請根據(jù)下面實驗原理和材料用具，設計實驗選擇運載體——質粒，探究質粒的抗菌素基因所合成的抗菌類別。實驗原理：作為運載體的質粒，須有標記基因，這一標記基因是抗菌素抗性基因。故凡有抗菌素抗性的細菌，其質粒才可能用作運載體。材料用具：青霉素、四環(huán)素的10萬單位溶液、菌種試管、滅菌的含細菌培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿、酒精燈、接種環(huán)、一次性注射器、蒸餾水、恒溫箱。第二十六頁，編輯于星期五：七點四十八分。方法步驟：第一步：取三個含細菌培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿并標上1、2、3號，在酒精燈旁，用三支注射器，分別注入1mL蒸餾水、青霉素、四環(huán)素液，并使之分布在整個培養(yǎng)基外表。第二步：將接種環(huán)在酒精燈上燃燒用來滅菌，并在酒精燈火焰旁取種，然后對三個培養(yǎng)皿接種。第三步：培養(yǎng)。將接種后的三個培養(yǎng)皿放入37℃的恒溫箱中培養(yǎng)24h。第二十七頁，編輯于星期五：七點四十八分。預期結果分析：①設置1號的目的是________，出現(xiàn)的現(xiàn)象是_____。②假設3號不存活，1、2號存活那么_________________。③假設2號不存活，1、3號存活那么_________________?！窘馕觥可a(chǎn)基因工程藥品是基因工程的一個重要應用。重組質粒導入操作完成后，需根據(jù)質粒所帶有的抗性基因對受體細胞進行篩選，質粒對抗生素的抗性類型可以通過實驗加以分析。第二十八頁，編輯于星期五：七點四十八分。【答案】(1)限制性內(nèi)切酶限制性內(nèi)切酶DNA連接酶有絲分裂(2)雙螺旋密碼子DNA(基因)mRNA蛋白質(3)①對照細菌正常生長②細菌質粒上無抗四環(huán)素的基因，有抗青霉素的基因③細菌質粒上無抗青霉素的基因，有抗四環(huán)素的基因第二十九頁，編輯于星期五：七點四十八分。1．(2021年海南生物)a、b、c、d是某細菌DNA片段上的4個基因，以以以下圖中W表示野生型，①、②、③分別表示三種缺失不同基因的突變體，虛線表示所缺失的基因。假設分別檢測野生型和各種突變體中某種酶的活性，發(fā)現(xiàn)僅在野生型和突變體①中該酶有活性，那么編碼該酶的基因是 ()A．基因aB．基因bC．基因c D．基因d第三十頁，編輯于星期五：七點四十八分?！窘馕觥看祟}著重考查學生的識圖能力，由題圖可知野生型(W)中包括基因a、b、c、d四個，突變體①中包括基因a、b、c三個，突變體②中包括基因a一個，突變體③中包括基因c、d，又從題干中“僅在野生型和突變體①中該酶有活性〞，可知該酶具有活性必須含有a、b、c基因中的一個或多個。根據(jù)突變體②可排除a基因對該酶的作用，故答案為B?！敬鸢浮緽第三十一頁，編輯于星期五：七點四十八分。2．(2021年河南省三門峽市階段性考試)對人類糖尿病的基因治療研究，大致分為以下步驟。對這些步驟的有關表達，正確的選項是()①提取目的基因②將目的基因與質粒結合為重組質粒③將重組質粒導入大腸桿菌④重組質粒在菌體內(nèi)增殖⑤別離重組質粒，提取目的基因⑥將目的基因與某種病毒結合為重組DNA⑦將重組DNA導入人體有基因缺陷的細胞⑧目的基因的檢測和表達第三十二頁，編輯于星期五：七點四十八分。A．過程①可以用鳥槍法提取B．過程④是為了修飾基因C．過程②、⑥在細胞外進行D．兩次使用運載體導入受體細胞的目的相同【答案】C第三十三頁，編輯于星期五：七點四十八分。3．(2021年重慶理綜)小鼠基因敲除技術獲得2007年諾貝爾獎，該技術采用基因工程、細胞工程、雜交等手段使小鼠體內(nèi)的某一基因失去功能，以研究基因在生物個體發(fā)育和病理過程中的作用。例如現(xiàn)有基因型為BB的小鼠，要敲除基因B，可先用體外合成的突變基因b取代正?；駼，使BB細胞改變?yōu)锽b細胞，最終培育成為基因敲除小鼠。(1)基因敲除過程中外源基因是否導入受體細胞，可利用重組質粒上的________檢測。如果被敲除的是小鼠抑癌基因，那么可能導致細胞內(nèi)的________被激活，使小鼠細胞發(fā)生癌變。第三十四頁，編輯于星期五：七點四十八分。(2)通過基因敲除，得到一只AABb小鼠，假設棕毛基因A、白毛基因a、褐齒基因B和黃齒基因b均位于常染色體上，現(xiàn)要得到白毛黃齒新類型小鼠，用來與AABb小鼠雜交的純合親本的基因型是________，雜交子代的基因型是____________，讓F1代中雙雜合基因型的雌雄小鼠相交配，子代中帶有b基因個體的概率是________，不帶B基因個體的概率是________。(3)在上述F1代中只考慮齒色這對性狀，假設這對性狀的遺傳屬X染色體伴性遺傳，那么表現(xiàn)黃齒個體的性別是________，這一代中具有這種性別的個體基因型是________。第三十五頁，編輯于星期五：七點四十八分。【解析】(1)要檢測外源基因是否導入受體細胞是根據(jù)重組質粒上的標記基因。如果抑癌基因被敲除，那么原癌基因被激活，使小鼠細胞發(fā)生癌變。(2)要想得到白毛黃齒新類型(aabb)與AABb雜交的純合親本的基因型必是aaBB，雜交子代的基因型為AaBb和AaBB，因Bb×Bb→BB、2Bb、bb，故F1代中雙雜合基因型的雌雄小鼠相互交配，子代中帶有b基因個體的概率是3/4，不帶B基因個體的概率是1/4。(3)假設齒色這對相對性狀屬伴性遺傳，那么AABb雌性基因型為AAXBXb，與之雜交的是aaXBY，那么其子代中表現(xiàn)黃齒個體的性別是雄性，其基因型有XBY和XbY。第三十六頁，編輯于星期五：七點四十八分?！敬鸢浮?1)標記基因原癌基因(2)aaBBAaBB、AaBb12/16(3/4)4/16(1/4)(3)雄性(♂)XBY、XbY第三十七頁，編輯于星期五：七點四十八分。4．(2021年遼寧、寧夏卷)多數(shù)真核生物基因中編碼蛋白質的序列被一些不編碼蛋白質的序列隔開，每一個不編碼蛋白質的序列稱為一個內(nèi)含子。這類基因經(jīng)轉錄、加工形成的mRNA中只含有編碼蛋白質的序列。某同學為檢測某基因中是否存在內(nèi)含子，進行了下面的實驗：第三十八頁，編輯于星期五：七