高三一輪復(fù)習(xí)生物基因工程課件

第1課時

基因工程的原理和技術(shù)一輪復(fù)習(xí)

基因工程考點一

基因工程及其工具1.基因工程的定義與發(fā)展歷程基因新的遺傳性狀表達所需要產(chǎn)物傳遞和表達遺傳密碼的破譯工具酶載體2.基因工程的理論基礎(chǔ)3.基因工程的概念解構(gòu)目的基因基因重組受體分子遺傳性狀工具剪刀膠水分子運輸車限制性內(nèi)切核酸酶DNA連接酶載體4.基因工程工具（1）限制性內(nèi)切核酸酶——“分子手術(shù)刀”細菌特定的一小段核苷酸序列磷酸二酯鍵黏性末端

確切來說應(yīng)該是催化磷酸二酯鍵斷開即一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切點上切割DNA分子。*EcoRⅠ識別序列為GAATTC，切割部位為GA之間的磷酸二酯鍵。一個限制酶切割一次形成____個黏性末端同一種限制酶切割形成的黏性末端________兩個黏性末端有____個游離的磷酸基團。兩相同2EcoRⅠ

↓BamHⅠ：5’-GGATCC-3’↓BglⅠ：5’-AGATCT-3’5’-GGATCC-3’3’-CCTAGG-5’5’-AGATCT-3’3’-TCTAGA-5’不同的限制酶可能切割形成相同的黏性末端①將一個基因從DNA分子上切割下來需要切斷4個磷酸二酯鍵，同時產(chǎn)生四個黏性末端或平末端。②限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物DNA分子中不存在該酶的識別序列或識別序列已經(jīng)被修飾。

一個基因從DNA分子上切下來，需要切

處，產(chǎn)生

個黏性末端，斷

個磷酸二酯鍵，需要

個水。

黏性末端限制酶DNA連接酶與DNA聚合酶的區(qū)別與聯(lián)系相同點：都是催化磷酸二酯鍵形成的酶不同點：DNA聚合酶連接的是游離的脫氧核苷酸，需要模板；

DNA連接酶連接的是DNA片段。名稱作用部位作用底物作用結(jié)果應(yīng)用限制性內(nèi)切核酸酶磷酸二酯鍵

將

切斷,形成黏性末端或平末端基因工程和基因診斷、法醫(yī)鑒定等

連接酶磷酸二酯鍵

片段將兩個

片段連接成一個重組

分子基因工程

聚合酶磷酸二酯鍵脫氧核苷酸將單個脫氧核苷酸連接到

子鏈末端,形成子代

復(fù)制、

酶（水解酶）磷酸二酯鍵

將

水解成游離的脫氧核苷酸水解

名稱作用部位作用底物作用結(jié)果應(yīng)用

解旋酶氫鍵

打開雙鏈,形成

單鏈

復(fù)制

聚合酶磷酸二酯鍵和氫鍵

、核糖核苷酸打開

雙鏈的同時將單個核糖核苷酸連接到新合成的

單鏈末端轉(zhuǎn)錄和

復(fù)制逆轉(zhuǎn)錄酶磷酸二酯鍵脫氧核苷酸將單個脫氧核苷酸連接到以為模板逆轉(zhuǎn)錄形成的

單鏈末端逆轉(zhuǎn)錄（3）基因進入受體細胞的載體——“分子運輸車”質(zhì)粒穩(wěn)定存在限制酶切割位點獨立于細菌擬核之外的較小的環(huán)狀DNA分子克隆載體與表達載體克隆載體表達載體用于大量擴增外源DNA的載體使目的基因既能擴增又能表達出相應(yīng)蛋白質(zhì)的載體作為基因的克隆載體，需要哪些元件呢？①載體的區(qū)別②構(gòu)件作為基因的表達載體，需要哪些元件呢？便于重組DNA分子的篩選有限制酶切割位點保證連接保證轉(zhuǎn)錄保證轉(zhuǎn)錄保證復(fù)制基因表達載體的結(jié)構(gòu)(1)請用圖示法寫出限制性內(nèi)切核酸酶Ⅰ和限制性內(nèi)切核酸酶Ⅱ切割后形成黏性末端的過程。限制性內(nèi)切核酸酶Ⅱ：限制性內(nèi)切核酸酶Ⅰ：(2)切割圖示中的目的基因和質(zhì)粒應(yīng)選用哪類限制酶？請說明理由。提示用限制酶Ⅱ切割目的基因，用限制酶Ⅰ切割質(zhì)粒。限制酶的選擇原則(1)不破壞目的基因。(2)保留標(biāo)記基因、啟動子、終止子、復(fù)制原點。(3)確保出現(xiàn)相同黏性末端：通常選擇與切割目的基因相同的限制酶切割質(zhì)粒，如圖中PstⅠ；為避免目的基因和質(zhì)粒自身環(huán)化和反向連接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，如圖也可選擇PstⅠ和EcoRⅠ兩種限制酶。

CA.①②③④

B.①②④③

C.①④②③

D.①④③②2.基因工程中要使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在并能夠表達和發(fā)揮作用,需要選擇合適的載體,下列有關(guān)基因工程中載體的說法,正確的是(

)

D

（1）原理

核蛋白變性

蛋白質(zhì)冷酒精絮狀沉淀物沸水浴二苯胺藍色項目溶解規(guī)律

溶液

溶液

溶解析出蛋白質(zhì)溶液物質(zhì)的量濃度從

逐漸降低的過程中，蛋白質(zhì)溶解度逐漸增大部分發(fā)生鹽析沉淀溶解

（1）原理

核蛋白變性

蛋白質(zhì)冷酒精絮狀沉淀物沸水浴二苯胺藍色（2）過程研磨液尼龍紗布上清液冷酒精玻璃棒二苯胺試劑冷酒精

選項試劑操作作用A研磨液與生物材料混合提取溶解

B

溶液與提取出的

混合溶解

C冷卻的酒精加入離心后的上清液中溶解

D二苯胺試劑加入溶解有的

溶液中鑒定

C

D

第2課時

基因工程的操作步驟一輪復(fù)習(xí)

基因工程基因工程的基本操作程序:1、獲取目的基因、2、構(gòu)建重組DNA分子、3、將重組DNA分子導(dǎo)入受體細胞、4、檢測目的基因及其表達產(chǎn)物等?？键c二

基因工程的基本操作步驟一、基因的結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄外顯子連續(xù)二、基因工程的基本操作程序（一）獲取目的基因四種方法化學(xué)合成法從基因組文庫中獲取從部分基因文庫，如

文庫中獲取通過

技術(shù)體外擴增過程蛋白質(zhì)的氨基酸序列

推測

的核苷酸序列

推測結(jié)構(gòu)基因的核苷酸序列

化學(xué)合成目的基因供體細胞中的

限制酶許多

片段

插入載體

導(dǎo)入受體菌群（基因組文庫）

分離目的基因目的基因的

逆轉(zhuǎn)錄單鏈

合成雙鏈

插入載體

導(dǎo)入受體菌群文庫

分離目的基因變性

退火

延伸基因組文庫：含有某種生物全部基因片段的克隆群體。（1）建立基因組文庫基因組文庫：含有某種生物全部基因片段的克隆群體。（1）建立基因組文庫某生物所有DNA特定的限制酶基因組所有基因每個基因和載體結(jié)合重組DNA分子導(dǎo)入受體菌基因組文庫真核細胞的cDNA的獲取編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)DNA聚合酶剪接有關(guān)的酶RNA聚合酶mRNA前體mRNA單鏈DNAcDNA逆轉(zhuǎn)錄酶轉(zhuǎn)錄加工逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制啟動子終止子基因不含非編碼序列。即不含非編碼區(qū)和內(nèi)含子由于基因的選擇性表達，不同組織細胞的cDNA文庫是不同的，同一組織細胞在不同的發(fā)育階段，cDNA文庫也有差異。例如，胰島素基因的cDNA只能在由胰島β細胞建立的cDNA文庫中找到。（2）建立cDNA基因文庫雙鏈DNA片段（cDNA）某種生物的成熟mRNA單鏈DNA導(dǎo)入受體菌中儲存cDNA文庫逆轉(zhuǎn)錄酶DNA聚合酶與載體連接二、基因工程的基本操作程序（一）獲取目的基因四種方法化學(xué)合成法從基因組文庫中獲取從部分基因文庫，如

文庫中獲取通過

技術(shù)體外擴增過程蛋白質(zhì)的氨基酸序列

推測

的核苷酸序列

推測結(jié)構(gòu)基因的核苷酸序列

化學(xué)合成目的基因供體細胞中的

限制酶許多

片段

插入載體

導(dǎo)入受體菌群（基因組文庫）

分離目的基因目的基因的

逆轉(zhuǎn)錄單鏈

合成雙鏈

插入載體

導(dǎo)入受體菌群文庫

分離目的基因變性

退火

延伸

（4）農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法（3）基因槍法。

雙子葉植物和裸子植物單子葉植物

⑥植物組織培養(yǎng)③農(nóng)桿菌與植物細胞共培養(yǎng)（農(nóng)桿菌感染植物細胞）①獲取Ti質(zhì)粒②目的基因插入T-DNA，形成重組Ti質(zhì)粒⑤篩選

？④去除農(nóng)桿菌兩次拼接、兩次導(dǎo)入C.農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法的兩次拼接和兩次導(dǎo)入：①第一次拼接：___________________________________。②第二次拼接（非人工操作）：指___________________________________________________。③第一次導(dǎo)入：_______________________________。④第二次導(dǎo)入（非人工操作）：指_________________________________。

D.轉(zhuǎn)化方法：①可以將新鮮的從葉片上取下的圓形小片與農(nóng)桿菌共培養(yǎng),然后篩選轉(zhuǎn)化細胞,并再生成植株；受體細胞是體細胞。②可以將花序直接浸沒在含有農(nóng)桿菌的溶液中一段時間,然后培養(yǎng)植株并獲得種子,再進行篩選、鑒定等；受體細胞是受精卵。

（1）方法：常用____________。顯微注射法（2）選擇受精卵作為受體細胞的理由：①________，易操作。②__________，易培養(yǎng)成完整個體。體積大全能性高

（3）過程：（4）優(yōu)點與缺點：優(yōu)點：繁殖快，單細胞，遺傳物質(zhì)相對較少，易于培養(yǎng)。缺點：原核生物作為受體細胞產(chǎn)生的真核生物的蛋白質(zhì)通常沒有生物活性，需要在體外進行再加工。（四）檢測目的基因及其表達產(chǎn)物1.下列有關(guān)獲取目的基因的敘述，錯誤的是(

)

A

2.為了增加菊花花色類型，研究者從其他植物中克隆出花色基因C（圖甲），擬將其與質(zhì)粒（圖乙）重組，再借助農(nóng)桿菌導(dǎo)入菊花中。下列操作與實驗?zāi)康牟环氖?

)

C

B

1.實驗原理

變性退火延伸瓊脂糖凝膠電泳亞甲基藍

蒸餾水2.方法步驟

微量移液器微量離心管

原理：DNA半保留復(fù)制（反應(yīng)體系）：耐高溫的DNA聚合酶（TaqDNA聚合酶）四種脫氧核苷三磷酸（dNTP）DNA模板引物穩(wěn)定的緩沖溶液（一般添加Mg2+）含目的基因的DNA模板、dNTP、引物、TaqDNA聚合酶、緩沖液引物引物其實就是引子，是一小段單鏈DNA，是作為DNA復(fù)制的起始點，決定PCR擴增產(chǎn)物的特異性和長度。1.概念：2.引物的長度：其長度常用的是15～30bp過短導(dǎo)致特異性低。3.引物的種類：PCR擴增時應(yīng)有兩種引物，即分別能與兩條模板鏈配對的兩種單鏈DNA。4.結(jié)合位點：由于DNA復(fù)制只能是5'→3'進行，而DNA的兩條單鏈又是反向平行的。5.設(shè)計引物的要求：要考慮長度、G/C堿基對的數(shù)目外，還要避免兩個引物間發(fā)生互補，避免自身互補發(fā)生折疊等。模板鏈的3’端2.方法步驟

微量移液器微量離心管

原理：DNA半保留復(fù)制PCR過程:DNA模板4種脫氧核苷三磷酸

（dNTP）耐高溫的TaqDNA聚合酶引物5'3'3'5'5'3'3'5'3'5'5'3'變性90-95℃退火50-60℃延伸72℃5'3'5'3'5'3'3'5'如何鑒定PCR產(chǎn)物是我們所需的DNA片段？瓊脂糖凝膠電泳：帶電粒子在電場作用下，向與其攜帶電荷相反的電極遷移的過程原理：不同帶點粒子因分子大小、形狀、所帶電荷等因素不同，遷移速度會有差異電泳技術(shù)的應(yīng)用：分離、鑒定、純化核酸和蛋白質(zhì)的常用方法DNA片段根據(jù)長度大小在凝膠上分開，形成不連續(xù)的條帶，每個條帶包含的DNA片段長度是相同的。（分離）DNA本身是無色的，凝膠中的DNA分子可以用熒光或放射性染料對DNA進行標(biāo)記，或使用亞甲基藍將DNA染成藍色，在波長為300nm的紫外燈下被檢測出來。DNA相對分子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)物（DNAMarker）是一組已知長度的和含量的標(biāo)準(zhǔn)DNA片段混合物，在電泳中能作為參照物（鑒定）。不同的DNAMarker所含的DNA片段的長度和含量是不同的。含有DNA條帶的凝膠可以用刀片切割下來，回收凝膠中的DNA，從而達到提純的目的。（2）瓊脂糖凝膠電泳膠盒加樣孔內(nèi)亞甲基藍藍色

對點訓(xùn)練[2024·浙江1月選考]鋅轉(zhuǎn)運蛋白在某種植物根部細胞特異性表達并定位于細胞質(zhì)膜,具有吸收和轉(zhuǎn)運環(huán)境中Zn2+的功能。為研究該植物2種鋅轉(zhuǎn)運蛋白M和N與吸收Zn2+相關(guān)的生物學(xué)功能,在克隆M、N基因基礎(chǔ)上,轉(zhuǎn)化鋅吸收缺陷型酵母,并進行細胞學(xué)鑒定?；卮鹣铝袉栴}:(1)鋅轉(zhuǎn)運蛋白基因M、N克隆。以該植物

為材料提取并純化mRNA,反轉(zhuǎn)錄合成cDNA,根據(jù)序列信息設(shè)計引物進行PCR擴增,PCR每個循環(huán)第一步是進行熱變性處理,該處理的效果類似于生物體內(nèi)

的作用效果。PCR產(chǎn)物瓊脂糖凝膠電泳時,DNA分子因為含

而帶負(fù)電荷,凝膠點樣孔端應(yīng)靠近電泳槽負(fù)極接口。當(dāng)2個PCR產(chǎn)物分子量接近時,若延長電泳時間,凝膠中這2個條帶之間的距離會

。回收DNA片段,連接至克隆載體,轉(zhuǎn)化大腸桿菌,測序驗證。

根變長

解旋酶磷酸基團(2)重組表達載體構(gòu)建。分別將含M、N基因的重組質(zhì)粒和酵母表達載體同時進行雙酶切處理,然后利用

連接,將得到的重組表達載體轉(zhuǎn)化大腸桿菌。用PCR快速驗證重組轉(zhuǎn)化是否成功,此反應(yīng)可以用大腸桿菌懸液當(dāng)模板的原因是

。

DNA連接酶熱變性使大腸桿菌細胞破裂,DNA流出(3)酵母菌轉(zhuǎn)化。取凍存的鋅吸收缺陷型酵母菌株,直接在固體培養(yǎng)基進行

培養(yǎng),活化后接種至液體培養(yǎng)基采用

以擴大菌體數(shù)量,用重組表達載體轉(zhuǎn)化酵母菌。檢測M、N基因在受體細胞中的表達水平,無顯著差異。

劃線振蕩培養(yǎng)(4)轉(zhuǎn)基因酵母功能鑒定。分別將轉(zhuǎn)化了M、N基因的酵母菌株于液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)至OD600為0.6。將菌液用

法逐級稀釋至OD600為0.06、0.006和0.0006,然后各取10μL菌液用涂布器均勻涂布在固體培養(yǎng)基上,培養(yǎng)2天,菌落生長如圖。該實驗中陰性對照為

。由實驗結(jié)果可初步推測:轉(zhuǎn)運蛋白M和N中,轉(zhuǎn)運Zn2+能力更強的是

,依據(jù)是

。

梯度稀釋轉(zhuǎn)入N基因的這組酵母菌數(shù)量多

鋅吸收缺陷型酵母+空載體N注:OD600為波長600nm下的吸光值,該值越大,菌液濃度越高;空載體為未插入M或N基因的表達載體。[2024·浙江1月選考]小鼠毛囊中表達F蛋白。為研究F蛋白在毛發(fā)生長中的作用,利用基因工程技術(shù)獲得了F基因敲除的突變型純合體小鼠,簡稱f小鼠,突變基因用f表示。f小鼠皮毛比野生型小鼠長50%,表現(xiàn)出毛絨絨的樣子,其他表型正常。(注:野生型基因用+表示;f雜合子基因型用+f表示)回答下列問題:(1)F基因敲除方案如圖甲。在F基因的編碼區(qū)插入了一個DNA片段P,引起F基因產(chǎn)生

,導(dǎo)致mRNA提前出現(xiàn)終止密碼子,使得合成的蛋白質(zhì)因為缺失了

而喪失活性。要達到此目的,還可以對該基因的特定堿基進行

和

。

編碼序列錯位/基因突變(部分)氨基酸序列替換去除/缺失3(2)從野生型、f雜合子和f小鼠組織中分別提取DNA,用限制酶HindⅢ酶切,進行瓊脂糖電泳,用DNA探針檢測。探針的結(jié)合位置如圖甲,檢測結(jié)果如圖乙,則f小鼠和f雜合子對應(yīng)的DNA片段分別位于第

泳道和第

泳道。

2子代全部為野生型/短毛(3)g小鼠是長毛隱性突變體(gg),表型與f小鼠相同。f基因和g基因位于同一條常染色體上。f雜合子小鼠與g小鼠雜交,若雜交結(jié)果是

,則g和f是非等位基因;若雜交結(jié)果是

,則g和f是等位基因。(注:不考慮交叉互換;野生型基因用+表示;g雜合子基因型用+g表示)

野生型∶突變型(短毛∶長毛)=1∶1(4)確定g和f為等位基因后,為進一步鑒定g基因,分別提取野生型(++)、g雜合子(+g)和g小鼠(gg)的mRNA,反轉(zhuǎn)錄為cDNA后用與(2)小題同樣的DNA探針和方法檢測,結(jié)果如圖丙。g小鼠泳道沒有條帶的原因是

。組織學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)野生型和g雜合子表達F蛋白,g小鼠不表達F蛋白,因此推測F蛋白具有的作用:

。

基因突變丟失了啟動子,導(dǎo)致無法轉(zhuǎn)錄出mRNA,反轉(zhuǎn)錄沒有產(chǎn)物,檢測不出結(jié)果抑制毛發(fā)生長第3課時

基因工程的應(yīng)用、生物技術(shù)的安全與倫理一輪復(fù)習(xí)

基因工程考點一

基因工程及其延伸技術(shù)應(yīng)用廣泛一、基因工程改善了人類的生活品質(zhì)應(yīng)用領(lǐng)域優(yōu)點或舉例基因診斷運用核酸分子雜交、_____等技術(shù)進行基因診斷基因治療向有基因缺陷的細胞中引入__________的基因,以____________基因的缺陷,達到治療的目的基因工程藥物①轉(zhuǎn)基因植物用于生產(chǎn)__________；②哺乳動物的乳腺作為____________生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物；③轉(zhuǎn)基因________成為理想的合成蛋白質(zhì)的分子工廠轉(zhuǎn)基因動物可為研究__________提供模型法醫(yī)鑒定運用限制酶剪切、______、______分子雜交等技術(shù)轉(zhuǎn)基因植物所需時間較短,克服了遠緣親本難以雜交的缺陷保護生態(tài)環(huán)境獲得轉(zhuǎn)基因工程菌

正常功能

糾正或補償藥物蛋白生物反應(yīng)器微生物疾病機理電泳核酸基因工程蛋白質(zhì)工程操作環(huán)境（場所）生物體外生物體外操作對象基因基因操作起點目的基因預(yù)期的蛋白質(zhì)功能實質(zhì)（目的）定向改造生物的遺傳特性,以獲得人類所需要的生物類型或生物產(chǎn)品定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì)結(jié)果生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)可以創(chuàng)造出自然界不存在的蛋白質(zhì)聯(lián)系蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延伸出來的第二代基因工程,因為對現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新的蛋白質(zhì)必須通過改造或合成基因?qū)崿F(xiàn)基因工程和蛋白質(zhì)工程的比較天然胰島素制劑容易形成二聚體或六聚體，皮下注射后往往要逐漸解離為單體，才能發(fā)揮作用，在一定程度上延緩了療效?？茖W(xué)家利用蛋白質(zhì)工程（基本思路見下圖）研發(fā)出速效胰島素，已在臨床上廣泛應(yīng)用。下列有關(guān)敘述正確的是(

)

C

考點二

生物技術(shù)的安全與倫理二、理性看待轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用1.關(guān)于轉(zhuǎn)基因食品的安全性（1）擔(dān)心轉(zhuǎn)入的外源基因或__________是否對人畜有毒。（2）擔(dān)心轉(zhuǎn)入了控制________基因的植物產(chǎn)品是否會對______人群造成不利影響?；?/p>