2023年老高考生物一轮复习第31讲 基因工程.docx
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1、2023第十单元第31讲基因工程01强基碣培分策略02增素能精准突破03悟考精演练真题/内容索引/知考向.明考情提素养重考能国内要全卷容求1.概述基因工程的诞生2.阐明基因工程的原理及操作程序(含PCR技术)3.举例说明基因工程在农牧、食品及医 药等行业的应用4.概述蛋白质工程的原理及应用5.实验:DNA的粗提取与鉴定6.实验:利用PCR扩增DNA片段并完成 电泳鉴定,运用软件进行虚拟PCR实验生命观念基因结构决定其功能科学思维建立基因工程的操作流程 模型五全卷情近年国考2021全国甲(38)、2021全国乙(38)、2020全国01(38)、2019全国I(38)、2018全国1(38)、2
2、018全国11(38)、2017全国1(38)、2017全国H(38)、2017全国ni(38)探究基因工程在生产上的 应用和蛋白质工程的应用会任社责基因工程和蛋白质工程在 生产实践上的应用一、基因工程的基本工具及DNA的粗提取与鉴定1.基因工程的概念、一原理是基团重组手段:按照人们的愿望 进行严格的设计,并通过体外DNA重组和转基因等技术.赋予生物以新的遗传特性。目的:创造出更符合人们需要的新的生物类型 和生物产品。(3)水平:分子水平。(4)优点:克服远缘杂交不亲和的障碍,定向改造生物的遗传性状:、与杂交育种相比、与诱变育种相比2.基因工程的基本工具一(1)限制性核酸悭内切酶(限制酶)旭一
3、 A 3种工具,其中有2种工具酶主要是从原核生物中分离纯化出来的-识别双链 DNA分子的某种特定核甘酸序列使每条链中特定部位的两个核甘酸之间 的磷酸二酯键断开限制酶r切割位置:识别序列的中轴线两侧限至醮是一类豳,而不是一种雕黏性一末端平出端EcoRI GAA:TTC G AATTC(在 G与ACTQAAG CTTAA G 之间切割)1t 中轴线 黏性末端r切割位置:识别序列的中轴线处Sma I;CCCGGGCCCGGG(在 G与 CGGG:CCC GGGCCC 之间切割)*中轴线平末端(2)DNA连接酶DNA连接酶作用缝合被限制酶切开的两个核甘酸之间的L 磷酸二酯键IE coliDNA连接酶类
4、型T4DNA连接酶强大肠杆菌哗只“缝合”黏性末端强雪T4噬菌体功能 A“缝合”黏性末端和平末端类型条件(3)载体最常用质粒.其他一人噬菌体的衍生物、动植物病毒等稳定并能自我复制或整合到染色体DNA上,使3.DNA的粗提取与鉴定(1)基本原理DNA的粗提取a原理:利用DNA与RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质 方面的 差异,提取DNA,去除其他成分。b.DNA与蛋白质在物理和化学性质方面的差异比较项目DNA蛋白质溶解性物质的量浓度为2 mol/L的NaCl溶液中0DNA溶解度NaCl溶解析出物质的量浓度为0.14 mol/L的NaCl溶液中析出溶解0.14 mol/L浓度酒精溶液中析出溶解耐
5、受性蛋白酶无影响水解局温80以上变性不能忍受6080 的高温DN A的鉴定:DN A+二苯胺沸水浴.蓝色(2)操作流程材料的选取选用DNA含量相对较高的生物组织鸡血细胞一加蒸储水一用玻璃棒搅拌一、用纱布过滤一收集滤液利用DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同的特点,通过控制NaCl溶液浓度、去除杂质|(将处理后的溶液过滤,加入与滤液体积DNA的析出奸 相等的、冷却的体积分数为95%F1的酒精溶液,静置23 minI(在溶有DNA的溶液中加入二苯胺 试剂,DNA而鉴定H混合均匀后将试管置于沸水中加热5 min,I溶液变成蓝破碎细胞j(以鸡血为例)X._)ZXZ去除杂质上色旁栏边角(选修3 P
6、5“图13,改编)限制酶主要来源于原核生物,为什么不能切割原核 生物自己的DNA分子?提示 限制酶不切割原核生物自身DNA的原因是原核生物相应DNA分子 中不存在相应限制酶的识别序列或识别序列已经被修饰。易错辨析(1)限制酶具有特异性,即一种限制酶只能识别某种特定的核甘酸序列,并 在特定的位点上切割DNA分子。(V)(2)DNA连接酶能将两碱基间通过氢键连接起来。(x)DNA连接酶可催化形成切开的两个核甘酸之间的磷酸二酯键。(3)E coDNA连接酶既可连接平末端,又可连接黏性末端。(X).coDNA连接酶只能连接黏性末端,不能连接平末端。(4)质粒是常用的载体,它是一种小型的双链环状DNA分
7、子,具有一个至多 个限制酶切割位点及标记基因。(V)(5)DNA不溶于酒精,但在各种浓度NaCl溶液中溶解度较高。(X)DNA在物质的量浓度为0.14 mol/L的NaCl溶液中溶解度最小。(6)DNA、RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面存在差异。二、基因工程的基本操作程序1.目的基因的获取(1)从基因文库中获取目的基因icDNA:;复亩药攵库】-/、_/某种生物发育的某某种生物体内、个时期的mRNA全部DNAI_/_ _/,反转录I限制酶cDNA(许多与载;本连/导入 与载体连接煞受体*群体)(受体焉群体)|分离(目的基因)目的基因)因库构及的因分基文的建目基的离用4种脱氧核甘酸 人
8、工合成目的基因*基因的脱氧核甘酸序列氨基酸nxRNA序列人工合成目的基因如果基因比较小.核昔酸序列又已知.可以通过.DNA合成仪 用化学方法 直接人工合成。化学合成法(蛋白质卜、速析(3)利用PCR技术扩增目的基因福礼一PCR全称为多聚酶链式反应,是一项在生物体外 复制特定DNA片段的核酸合成技术逐遵)fDNA双链复制Ji DNA模板、四种脱氧核甘酸、引物、热稳定DNA聚合酶(Qq酶)等、a 是以dNTP矽式加入的zfy一以指数形式扩增,获得的目的基因数量约为*蜜(为扩增循环的次数)宙莫一可在短时间内 大量 扩增目的基因2.基因表达载体的构建基因工程的核心目的:使目的基因在受体细胞中稳定存在.
9、并且可以遗传给下一代洞时使目的基因能够表达和发挥作用。(2)组成(是一段有特殊结构 I的DNA片段,位于1目的基因的首端,,是RNA聚合酶识别和结合的部位,能驱动基 因转录出mRNA J此比AT含量高,/Gg含量做作用为鉴别受体细胞中是否含有目的基因,、从而将含有目的基因的细胞筛选出来,松动理心 表达载体,it复制标记 W 愿点基因/是一段有特殊结 构的DN A片段,位于目的基因的 尾端,是RNA聚 合酶脱离的部位,使转录过程停止提醒启动子,起始密码子,终止子的冬止密码子启动子是位于基因首端的一段特殊序列,它是RNA聚合酶识别、结合的 部位。终止子是位于基因尾端的一段特殊序列,作用是使转录过程
10、停止。起始密码子和终止密码子均位于mRNA上,分别控制翻译过程的启动和 终止。含目的基因 的DNA片段|用同种限制酶切割国tII蹴用DNA连接酶连/应动子 与终止子上间/重组质粒若考虑两两相连,则DNA连擦豳连接DNA片段会出现 三种情况:目的基因与目的基因的连挨、目的基因与质 粒的连按、质粒与质粒的连擦,需靠选出重组质粒(3)构建过程载体(质粒)3.将目的基因导入受体细胞生物种类植物动物微生物常用方法农杆菌转化法显微注射技术感受态细胞法受体细胞体细胞或受精卵受精卵原核细胞转化过程将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上将含有目的基因的 表达载体提纯一取 卵(受精卵)T 显微注 射一受精卵发育一
11、 获得具有新性状的 动物Ca2+处理细胞一感受态细胞一重组表 达载体DNA分子与 感受态细胞混合一感 受态细胞吸收DNA分子一农杆菌一导入植物 细胞一整合到受体细 胞染色体的DNAT表达提醒将目的基因导入植物细胞还可以用基因枪法、花粉管通道法不体至面笔(水平鉴定:-A 个体鉴定抗性接种平验现象是否存嬴性4.目的基因的检测与鉴定_zzn;导入检测:转录检测赢译检测:_J_J_J旁栏边角(选修3 P8“求异思维”)你能推测出mRNA反转录形成cDNA的过程大致分 为哪些步骤吗?提示 第1步:mRNA在反转录酶的作用下形成RNADNA杂交分子。第2步:在核酸酶的作用下将RNA-DNA杂交分子中的RN
12、A水解掉,形成DNA单 链。第3步:以DNA单链为模板,在DNA聚合酶的作用下形成双链的DNA。易错辨析用PCR方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列。(V)(2)外源DNA必须位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行复制。(X)外源DNA必须位于重组质粒的启动子和终止子之间,才能进行表达。为培育抗除草剂的作物新品种,导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受 体。(X)(4)目的基因导入双子叶植物一般采用农杆菌转化法。(V)(5)抗虫基因即使成功地插入植物细胞染色体上也未必能正常表达。(V)(6)转基因抗虫棉植株抗虫效果的鉴定必须通过分子检测。(X)检测抗虫效果应在个体生物学水平上鉴定。三、基因工
13、程的应用及蛋白质工程1.基因工程的应用(1)植物基因工程:培育抗虫转基因植物(如抗虫棉)、抗病转基因植物(如转 基因烟草)和抗逆转基因植物(如抗寒番茄):利用转基因 改良 植物的品 质(如新花色矮牵牛)。动物基因工程:用于提高动物 生长速率从而提高产品产量:用于改善畜产品品质;用转基因动物生产药物;用转基因动物作器官移植的 供体 等。(3)基因工程在医药卫生领域的应用对微生物或动植物的细胞讲行基因改造使它们能够生产药物。利用基因工程技术,可以让哺乳动物批量生产药物,如乳腺生物反应器。(4)利用基因工程培育出可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理一环境污染。2.基因诊断与基因治疗厂一其常用的方法
14、是DNA分子杂交技术(1)基因诊断:又称为DNA诊断,是采用基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体。(2)基因治疗概念:把一正常基因导入病人体内,使该基因的表达产物发挥功能,从而达到治疗疾病的目的。成果:将腺甘酸脱氨酶基因转入取自患者的淋巴细胞也使淋巴细胞能产 生腺甘酸脱氨酶,然后再将这种淋巴细胞转入患者体内,从而治疗复合型免 疫缺陷症。体外 从病人体内获得某种细胞,在体外完成 基因治序基因转移,再输回患者体内 葺蓄枭直接向人体 组织细胞 中转移基因 基因治疗-旁栏边角(选修3 P2正文信息)科学家将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子 等调控组件重组在一起,通过显微注射等方法,
15、导入哺乳动物的 受精卵 中,然后,将受精卵送入母体内,使其 生长发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后,可以通过分泌的乳汁 来生产所需要的药品,因而称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。易错辨析(1)应用DNA探针技术,可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及 其是否完全表达。(X)应用DNA探针技术,可以检测目的基因的存在,不能检测目的基因的表达。利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品,如人的血清白蛋白,这是因为将人的血清白蛋白基因与导入了动物的乳腺细胞中。(X)制备乳腺生物反应器需将目的基因导入哺乳动物的受精卵中。由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用。(X)大肠杆菌属于原核
16、生物,没有内质网和高尔基体对干扰素进行加工和修饰,所以由大肠杆菌工程菌获得的人的干扰素不可直接应用。基本原理目的基因 f 基因表达 f 将目的基因-目的基因的 的获取 f 载体的构建 f 导入受体细胞 f 检测与鉴定体外DNA重组技术DNA连接酶载体限制酶操作原理操作基因工程操作I程序DNA的粗提取与鉴定操作流程主题一I基因工程的基本工具及操作程序(含实验)主题二命题解读,M关注PCR技术及其应用、链接新高考 衍生考向强化基因工程操作程序及过程分析、K_,.主题二,角度一、基因工程的基本工具及操作程序考向探究考向1基因工程的工具及其作用1.(2021全国乙)用DNA重组技术可以赋予生物以新的遗
17、传特性,创造出更 符合人类需要的生物产品。在此过程中需要使用多种工具酶,其中4种限制性核酸内切酶的切割位点如图所示。回答下列问题。限制醵之GAATTC CCCGGGCTTAAG GOGCCGCTGCAGGACGTCT及IGAWCCTATAGt痴裒V(1)常用的DNA连接酶有DNA连接酶和T4DNA连接酶。上图中酶切割后的DNA片段可以用DNA连接酶连接。上图中 酶切割后的DNA片段可以用T4 DNA连接酶连接。(2)DNA连接酶催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成的化学键是O(3)DNA重组技术中所用的质粒载体具有一些特征。如质粒DNA分子上有复制 原点,可以保证质粒在受体细胞中能;质粒DN
18、A分子上有,便于外源DNA插入;质粒DNA分子上有标 记基因(如某种抗生素抗性基因),利用抗生素可筛选出含质粒载体的宿主细胞,方法是o(4)表达载体含有启动子,启动子是指o答案(l)EcoR I、PstIEcoRI、SmaI、PstI、EcoRV(2)磷酸二 酯键(3)自我复制一个至多个限制酶切割位点用含有该种抗生素的 培养基培养宿主细胞,能存活的细胞含有质粒载体(4)一段有特殊结构的DNA片段,位于基因的首端,是RNA聚合酶识别和结合的部位考向2基因工程的操作程序2.病毒(V)可诱发恶性肿瘤,病毒外壳蛋白L1是其主要 抗原。下图是该病毒疫苗 生产的部分流程示意图。请回答下列问题。77mdHI
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- 2023 年老 高考 生物 一轮 复习 31 基因工程
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