(浙江选考)高考生物一轮复习 第34讲 基因工程课件-人教版高三全册生物课件.pptx
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1、第第3434讲基因工程讲基因工程知识1 基因工程的工具与操作步骤知识2 基因工程的应有知知识识梳梳理理考点一 基因工程的工具及基因工程操作中的几个重要环节考点二 基因工程的应用考考点点突突破破知识知识1 1基因工程的工具与操作步骤基因工程的工具与操作步骤一、基因工程的含义与工具一、基因工程的含义与工具教材研读1.基因工程与遗传工程基因工程与遗传工程:基因工程是狭义的遗传工程。广义的遗传工程泛指把一种生物的遗传物质(细胞核、染色体、脱氧核糖核酸等)移到另一种生物的细胞中去,并使这种遗传物质所带的遗传信息在受体细胞中表达。2.基因工程的核心是构建重组DNA分子。3.基因工程的工具基因工程的工具(1
2、)限制性核酸内切酶a.来源:主要是从微生物(如细菌)中分离纯化出来的。b.功能:识别并切开每条链中两个相邻脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。c.特点:具有专一性。表现在以下两个方面:识别DNA分子中某种特定的核苷酸序列;使每一条链中特定位点的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键断开。(2)DNA连接酶功能:将具有末端碱基互补的2个DNA片段连接起来。(3)载体a.最常用的载体质粒。实质:是能够自主复制的双链环状DNA分子,是一种特殊的遗传物质,在细菌中以独立于拟核之外的方式存在。b.其他载体:噬菌体、植物病毒和动物病毒等。二、基因工程的操作步骤二、基因工程的操作步骤1.获得目的基因获得目的基因(1)目的基
3、因:人们所需要的基因。如:人的胰岛素基因、植物的抗病基因等。(2)获取方法2.形成重组形成重组DNA分子分子通常用相同的限制性核酸内切酶分别切割含有目的基因的供体DNA分子和载体(如质粒),使其产生相同的粘性末端,然后用DNA连接酶将两者连接在一起,形成重组DNA分子。3.将重组将重组DNA分子导入受体细胞分子导入受体细胞常用的受体细胞:大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌和动植物细胞等。4.筛选含有目的基因的受体细胞筛选含有目的基因的受体细胞(1)筛选原因:并不是所有的细胞都接纳了重组DNA分子。(2)筛选方法举例:质粒上有抗生素如四环素的抗性基因,所以含有这种重组质粒的受体细胞就能够在有四环素的培养
4、基上生长,而没有接纳重组质粒的细胞不能在这种培养基上生长,这样就能筛选出含有重组DNA分子的受体细胞。5.目的基因的表达目的基因的表达目的基因在宿主细胞中表达,产生人们需要的功能物质。知识知识2 2基因工程的应用基因工程的应用1.基因工程与遗传育种基因工程与遗传育种(1)转基因植物培育优点(2)转基因动物a.含义:转入了外源基因的动物。b.培育优点:省时、省力。2.基因工程与疾病治疗基因工程与疾病治疗(1)基因工程药物名称成分用途传统方法基因工程方法胰岛素蛋白质治疗胰岛素依赖型糖尿病从猪和羊的胰腺中提取通过大肠杆菌生产干扰素糖蛋白治疗病毒性肝炎和肿瘤从人血液中提取通过基因工程,使人白细胞干扰素
5、基因获得克隆和表达乙型肝炎疫苗蛋白质预防乙型肝炎通过基因工程利用酵母菌和哺乳动物细胞生产(2)基因治疗指的是向目标细胞中引入正常功能的基因,以纠正或补偿基因的缺陷,达到治疗的目的。3.基因工程与生态环境保护基因工程与生态环境保护(1)利用转基因植物生产聚羟基烷酯,用于合成可降解的新型塑料。(2)改造分解石油的细菌,提高其分解石油的能力。(3)利用转基因微生物吸收环境中的重金属,降解有毒化合物和处理工业废水。1.下列有关限制性核酸内切酶的叙述,不正确的是(D)A.从反应类型来看,限制性核酸内切酶催化的是一种水解反应B.限制性核酸内切酶的活性受温度、pH的影响C.一种限制性核酸内切酶只能识别双链D
6、NA中某种特定的脱氧核苷酸序列D.限制性核酸内切酶识别的序列越短,则该序列在DNA中出现的概率就越小解析解析限制性核酸内切酶能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂,即催化的是一种水解反应,故A正确;限制性核酸内切酶的活性受温度、pH的影响,在最适宜的温度和pH条件下,酶的活性最高;温度和pH偏高或偏低,酶的活性都会降低;在过酸、过碱或温度过高条件下酶会变性失活,而在低温条件下酶的活性降低,但不会失活,故B正确;一种限制性核酸内切酶只能识别双链DNA中某种特定的脱氧核苷酸序列,并在特定的位点切割磷酸二酯键,说明酶具有专一性,故C正确;
7、限制性核酸内切酶识别的序列越短,则该序列在DNA中出现的概率就越大,故D错误。2.下列有关基因工程叙述错误的是(D)A.最常用的载体是大肠杆菌的质粒B.工具酶主要有限制性核酸内切酶和DNA连接酶C.该技术人为地增加了生物变异的范围,实现种间遗传物质的交换D.基本原理是DNA具有双螺旋结构以及遗传信息传递和表达方式相同解析解析基因工程的载体包括质粒和动植物病毒等,但是最常用的是大肠杆菌的质粒,A正确。基因工程的工具酶主要有限制性核酸内切酶和DNA连接酶,因为基因工程的核心是构建重组DNA分子,所以必须要用到限制性核酸内切酶和DNA连接酶,B正确。基因工程可以打破远缘亲本杂交不亲和的障碍,实现了物
8、种间的育种,C正确。基因工程的基本原理是让人们感兴趣的基因(即目的基因)在宿主细胞中稳定和高效地表达,D错误。3.嗜热土壤芽孢杆菌产生的-葡萄糖苷酶(BglB)是一种耐热纤维素酶,为使其在工业生产中更好地应用,现利用大肠杆菌表达BglB酶开展了以下试验:(1)PCR扩增BglB基因时,选用基因组DNA作模板。(2)如图为质粒限制性核酸内切酶酶切图谱。BglB基因不含图中限制性核酸内切酶识别序列。为使PCR扩增的BglB基因重组进该质粒,扩增的BglB基因两端需分别引入和不同限制性核酸内切酶的识别序列。注:图中限制性核酸内切酶的识别序列及切割形成的粘性末端均不相同(3)大肠杆菌不能降解纤维素,但
9、转入上述构建好的表达载体后则获得了降解纤维素的能力,这是因为。(4)下列有关限制性核酸内切酶的叙述中正确的是()A.用限制性核酸内切酶切割一个DNA分子中部,获得一个目的基因时,被水解的磷酸二酯键有2个B.限制性核酸内切酶识别的序列越短,则该序列在DNA中出现的概率就越大C.CATG和GGATCC序列被限制性核酸内切酶切出的粘性末端碱基数不同D.只有用相同的限制性核酸内切酶处理含目的基因的片段和质粒,才能形成重组质粒答案答案(1)嗜热土壤芽孢杆菌(2)NdeBamH(3)转基因的大肠杆菌分泌出有活性的BglB酶(4)B解析解析(1)BglB基因存在于嗜热土壤芽孢杆菌基因组中,故应以该菌的基因组
10、DNA为模板进行基因扩增。(2)目的基因与质粒进行重组时,需将目的基因插到启动子和终止子之间,结合示意图可知,应在扩增的BglB基因两端分别引入Nde和BamH两种限制性核酸内切酶的识别序列。(3)该基因表达载体中含有BglB基因,其表达产生的-葡萄糖苷酶可分解纤维素,这样大肠杆菌就获得了分解纤维素的能力。(4)切割一个DNA分子中部,获得一个目的基因时,被水解的磷酸二酯键有4个;CATG和GGATCC序列被限制性核酸内切酶切出的粘性末端碱基数相同,都为4个;只要切割出来的粘性末端的碱基序列相同,都可以被DNA连接酶连接。考点一基因工程的工具及基因工程操作中的几个重要环节考点一基因工程的工具及
11、基因工程操作中的几个重要环节一、基因工程的工具一、基因工程的工具考点突破1.限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶(1)限制性核酸内切酶(限制酶)的作用限制酶切割时断开的是DNA分子中的磷酸二酯键(即相邻脱氧核苷酸间的键),而不是两条链之间的氢键。如图:(2)限制性核酸内切酶具有专一性,表现在两个方面:识别双链DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列。切割特定序列中的特定位点。如图:2.DNA连接酶连接酶DNA连接酶的作用将两个来源不同的DNA用相同的限制性核酸内切酶切割,形成相同的粘性末端。DNA连接酶能催化磷酸与脱氧核糖之间化学键的形成,将两个DNA末端的缝隙“缝合”起来。如图:3.载体的种类及作用载体
12、的种类及作用(1)载体应具备的特征能在宿主细胞内稳定保存并大量复制。有1个或多个限制性核酸内切酶切点,以便与外源基因连接。具有某些标记基因,如(抗性基因)以便进行筛选。(2)载体的种类细菌质粒,最常用大肠杆菌质粒。噬菌体和某些动植物病毒。一般来说天然的载体往往不能满足人们的所有要求,因此人们根据不同目的和需求,对某些天然的载体进行人工改造。(3)作用一是用它作为运载工具,将目的基因送到宿主细胞中去;二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。二、基因工程操作中的几个重要环节二、基因工程操作中的几个重要环节1.获得目的基因获得目的基因(1)序列未知:建立一个包括目的基因在内的基因文库,再从基因
13、文库中获取。(2)序列已知:用化学方法合成或者用PCR扩增目的基因。(3)PCR技术与DNA复制的比较PCR技术DNA复制相同点原理DNA双链复制(碱基互补配对)原料四种游离的脱氧核苷酸条件模板、酶、能量等不同点解旋方式DNA在高温下变性解旋解旋酶催化场所体外主要在细胞核内酶热稳定的DNA聚合酶细胞内含有的DNA聚合酶结果在短时间内形成大量的DNA片段形成整个DNA分子知能拓展知能拓展人工合成目的基因的途径逆转录法以从细胞中提取分离出的mRNA为模板,mRNA单链DNA双链DNA(目的基因)。根据蛋白质中氨基酸序列合成目的基因根据蛋白质中氨基酸序列mRNA中碱基序列DNA碱基序列目的基因。2.
14、形成重组形成重组DNA分子分子(1)一般采用同种限制性核酸内切酶切割质粒和目的基因,以获得相同的粘性末端,以利于形成重组DNA分子,但有时用不同的限制性核酸内切酶处理也可以获得相同的粘性末端。(2)目的基因的插入可能会破坏转基因生物原有基因的结构,影响转基因生物的正常生长,甚至致死。(3)限制性核酸内切酶只识别双链DNA分子中特定核苷酸序列,对RNA不起作用。(4)用DNA连接酶连接时,可形成3种不同的连接物:目的基因载体连接物、载体载体连接物、目的基因目的基因连接物,导入受体细胞后,可利用抗性基因的差异进行筛选。3.将重组将重组DNA分子导入受体细胞分子导入受体细胞生物种类植物细胞动物细胞微
15、生物细胞常用方法农杆菌转化法显微注射技术氯化钙处理法受体细胞体细胞受精卵原核细胞转化过程目的基因插入Ti质粒的T-DNA上导入农杆菌侵染植物细胞目的基因稳定维持和表达将重组DNA分子提纯取卵(受精卵)显微注射受精卵发育获得具有新性状的动物氯化钙处理细菌细胞细菌细胞壁通透性增加重组DNA分子进入宿主细胞4.筛选含有目的基因的受体细胞筛选含有目的基因的受体细胞(1)原理:质粒上有抗生素(如四环素)的抗性基因等标记基因。(2)方法:利用选择培养基筛选。(3)举例:所有受体细胞含四环素培养基生活的受体细胞重组DNA分子(质粒上有四环素抗性基因)含重组DNA分子的受体细胞在实际应用中还有:a.检测是否插
16、入目的基因,利用DNA分子杂交技术,目的基因DNA一条链(作探针)与受体细胞中提取的DNA杂交,看是否有杂交带。b.检测是否转录出了mRNA,利用核酸分子杂交技术,目的基因DNA一条链(作探针)与受体细胞中提取的mRNA杂交,看是否有杂交带。(4)目的基因的表达:看到目的性状或分离到目的基因表达产物。检测目的基因是否翻译成蛋白质,方法是从转基因生物中提取蛋白质,用相应的抗体进行抗原抗体杂交。个体生物学水平的鉴定:如转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。一、对限制酶专一性的分析一、对限制酶专一性的分析限制酶具有专一性,表现在两个方面:1.识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列。识别序列的特点:呈现碱基互
17、补对称,无论是奇数个碱基还是偶数个碱基,都可以找到一条中心轴线,如图,中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。这种序列称为回文序列。如:GCCG以中心线为轴,两侧碱基互补对称;CCAGGGGTCC以AT为轴,两侧碱基互补对称。2.切割特定序列中的特定位点,使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。知能拓展知能拓展(1)限制酶具有专一性,一般情况下,不同限制酶切割形成的粘性末端不同。但也有用不同限制酶处理后形成的粘性末端相同,可以用DNA连接酶进行连接。如GGATCC和GATC序列不同,但用限制酶处理后形成的粘性末端相同。(2)一般情况下,用同一种限制酶分别处理质粒和目的
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