高中生物专题22 基因工程-2020年高考备考生物二轮复习课件
展开
这是一份高中生物专题22 基因工程-2020年高考备考生物二轮复习课件,共41页。PPT课件主要包含了考纲展示,知识网络,目的基因,②基因表达载体组成,③构建过程,易错提醒,特别提醒,真题赏析,答案A,答案C等内容,欢迎下载使用。
1.基因工程的诞生(Ⅰ)。2.基因工程的原理及技术(含PCR技术Ⅱ)。3.基因工程的应用(Ⅱ)。4.蛋白质工程(Ⅰ)。5.实验:DNA的粗提取与鉴定。
考点一 基因工程的操作工具及程序
1.限制酶和DNA连接酶的关系 (1)限制酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。(2)限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。(3)限制酶是一类酶,而不是一种酶。(4)DNA连接酶起作用时,不需要模板。
2. 与DNA有关的几种酶的比较
3. 基本操作程序(1)获取目的基因①直接分离
从基因组文库中获取:即用限制酶进行切割、分离
从cDNA文库中获取:即利用mRNA反转录形成
利用PCR扩增技术:获取大量目的基因
②人工化学合成:适用于分子较小的基因
(2)基因表达载体的构建——基因工程的核心①目的:使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传给下一代,同时,使目的基因能够表达和发挥作用。
启动子:为RNA聚合酶识别和结合的部位,驱动转录mRNA
终止子:使转录终止的一段有特殊结构的DNA段片段
标记基因:为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因
(3)将目的基因导入受体细胞
(4)目的基因的检测与鉴定
1. 获取目的基因和切割载体时不能选用识别两种序列的限制酶,否则产生的碱基末端不相同。2. 当限制酶剪切目的基因一次时,获得的黏性末端或平末端有2个,而不是1个,若剪切目的基因两次,共产生4个黏性末端或平末端。3. 限制酶切割载体的切割位点并不是任意的,必须保证至少有1个标记基因的完整性,以便于检测。
限制酶的使用及作用特点的三点提醒
1. 位置要求:限制酶切割位点所处的位置必须在标记基因外,进而保证标记基因的完整性。2. 数量要求:选择限制酶切割目的基因时,被选择的限制酶在目的基因的两侧都要有识别序列,这样切割出来的目的基因才能与质粒结合。
对限制酶切割位点的两点要求
1. 基因表达载体≠载体:基因表达载体与载体相比增加了目的基因。2. 目的基因的插入位点不是随意的:基因表达需要启动子与终止子的调控,所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位,若目的基因插入到启动子内部,启动子将失去原功能。
3. 启动子≠起始密码子,终止子≠终止密码子:启动子和终止子位于DNA片段上,分别控制转录过程的启动和终止;起始密码子和终止密码子位于mRNA上,分别控制翻译的启动和终止。
基因工程操作程序易错点剖析
4. 切割目的基因和载体并非只能用同一种限制酶。如果用两种不同限制酶切割后形成的黏性末端相同时,在DNA连接酶的作用下目的基因与载体也可以连接起来。5. 基因工程操作过程中只有第三步(将目的基因导入受体细胞)不涉及碱基互补配对现象:第一步存在反转录法获得DNA,第二步存在黏性末端连接现象,第四步存在检测分子水平杂交。
【典例1】(2012·浙江高考)天然的玫瑰没有蓝色花,这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因B,而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因B。现用基因工程技术培育蓝玫瑰,下列操作正确的是( )A. 提取矮牵牛蓝色花的mRNA,经逆转录获得互补的DNA,再扩增基因BB. 利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因BC. 利用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞D. 将基因B直接导入大肠杆菌,然后感染并转入玫瑰细胞
【解析】选A。欲获得目的基因B,可先获取矮牵牛蓝色花的mRNA,逆转录获得互补的DNA,然后再经PCR技术扩增;基因文库构建时是将包括目的基因在内的各种基因与载体连接起来,形成重组载体,再导入受体菌中储存和扩增,提取目的基因时不需使用限制性核酸内切酶;DNA聚合酶用于DNA复制,不能用于目的基因B与质粒的连接;基因B与质粒连接形成重组质粒后,才能导入大肠杆菌,但大肠杆菌不能侵染玫瑰细胞。
【典例2】. (2011·浙江高考)将ada(腺苷酸脱氨酶基因)通过质粒pET28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。下列叙述错误的是( )A. 每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒B. 每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点C. 每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个adaD. 每个插入的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子
【解析】选C。将重组质粒导入大肠杆菌中并成功表达,说明大肠杆菌内至少含有一个重组质粒;每个重组质粒都含有目的基因ada,则该重组质粒至少含一个能被该限制性核酸内切酶切割的位点;限制性核酸内切酶具有特异性,种类不同,识别的位点不同,切割出的粘性末端也就不同,因此并不是每个位点都能插入ada;根据题干信息,导入重组质粒的大肠杆菌成功表达出腺苷酸脱氨酶,说明插入的ada至少表达出一个腺苷酸脱氨酶分子。
【典例3】(2010·浙江高考)在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中,下列操作错误的是( )A. 用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸B. 用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体C. 将重组DNA分子导入烟草原生质体D. 用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞
【解析】选A。构建重组DNA分子时,需用同种限制性核酸内切酶切割目的基因和载体,再用DNA连接酶连接形成重组DNA分子,而烟草花叶病毒的遗传物质是RNA,所以A项错误。重组DNA分子形成后要导入受体细胞(若是植物细胞,则可导入其原生质体),若导入的受体细胞是体细胞,经组织培养可获得转基因植物。目的基因为抗除草剂基因,所以未成功导入目的基因的细胞不具有抗除草剂的能力,可用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞。
考点二 基因工程的应用成果
1. 乳腺生物反应器。(1)优点:产量高、质量好、成本低、易提取等。(2)操作过程:获取目的基因→构建基因表达载体→显微注射导入哺乳动物受精卵中→形成早期胚胎→将胚胎移植到母体动物子宫内→发育成转基因动物→在雌性个体中目的基因表达,从分泌的乳汁中提取所需蛋白质。
2. 基因工程药品。(1)生产方式:利用基因工程培育“工程菌”来生产药品。a.“工程菌”:用基因工程的方法,使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系,如含有人胰岛素基因的大肠杆菌菌株、含有抗虫基因的土壤农杆菌菌株等。b.用基因工程生产的药品,从化学成分上分析都应该是蛋白质类。(2)成果:生产出细胞因子、抗体、疫苗、激素等。
3. 基因诊断。(1)方法:DNA分子杂交技术(即DNA探针法)。(2)主要过程: 将互补的双链DNA解旋 ↓ 获得单链DNA片段 ↓ 用同位素、荧光分子或化学发光催化剂标记单链DNA片段 ↓ 引入待检测的DNA样品中 ↓ 检测DNA样品
4. 基因治疗(1)方法:基因置换、基因修复、基因增补、基因失活等。(2)途径。a.体外基因治疗:先从病人体内获得某种细胞进行培养,然后在体外完成转移,再筛选成功转移的细胞扩增培养,最后重新输入患者体内,如腺苷酸脱氨酶基因的转移。b.体内基因治疗:用基因工程的方法,直接向人体组织细胞中转移基因的方法。
1. 并非所有个体都可作为乳腺生物反应器操作成功的应该是雌性个体,个体本身的繁殖速度较高,泌乳量、蛋白含量等都是应该考虑的因素。2. 基因治疗后,缺陷基因没有改变基因治疗是把正常基因导入受体细胞中,以表达正常产物从而治疗疾病,对原来细胞中存在缺陷的基因没有清除或改变。
3.五种DNA相关酶的比较
4.蛋白质工程与基因工程:
【典例1】. (2010·江苏高考)下表中列出了几种限制酶(限制性核酸内切酶)识别序列及其切割位点,图1、图2中箭头表示相关限制酶(限制性核酸内切酶)的酶切位点。请回答下列问题:
(1)一个图1所示的质粒分子经SmaⅠ切割前后,分别含有_______个游离的磷酸基团。(2)若对图中质粒进行改造,插入的SmaⅠ酶切位点越多,质粒的热稳定性越_______。(3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒,不能使用SmaⅠ切割,原因是____________________________________。(4)与只使用EcRⅠ相比较,使用BamHⅠ和Hind Ⅲ两种限制酶(限制性核酸内切酶)同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以防止____________________________________________。
(5)为了获取重组质粒,将切割后的质粒与目的基因片段混合,并加入________酶。(6)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了_____________________________________________________________。(7)为了从cDNA文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因,将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体,然后在______的培养基中培养,以完成目的基因表达的初步检测。
【解析】(1)质粒切割前是双链环状DNA分子,所有磷酸基团参与形成磷酸二酯键,故不含游离的磷酸基团。从图1可以看出,质粒上只含有一个SmaⅠ的切点,因此被该酶切割后,质粒变为线性双链DNA分子,因每条链上含有一个游离的磷酸基团,因此切割后含有两个游离的磷酸基团。(2)由题目可知,SmaⅠ识别的DNA序列只有G和C,而G和C之间可以形成三个氢键,A和T之间可以形成二个氢键,所以SmaⅠ酶切位点越多,质粒的热稳定性就越高。
(3)质粒抗生素抗性基因为标记基因,标记基因和外源DNA目的基因中均含有SmaⅠ酶切位点,都可以被SmaⅠ破坏,故不能使用该酶剪切质粒及含有目的基因的DNA。(4)只使用EcRⅠ,则质粒和目的基因两端的粘性末端相同,用连接酶连接时,会产生质粒和目的基因自身连接物,而利用BamHⅠ和Hind Ⅲ剪切时,质粒和目的基因两端的粘性末端不同,用DNA连接酶连接时,不会产生自身连接产物。
(5)质粒和目的基因连接后获得重组质粒,该过程需要DNA连接酶作用,故混合后加入DNA连接酶。(6)质粒上的抗生素抗性基因为标记基因,用于鉴别和筛选含有重组质粒(或目的基因)的受体细胞。(7)将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体后,含有重组质粒的个体才能吸收蔗糖,因此可利用蔗糖作为唯一碳源的培养基培养受体细胞,含有重组质粒的细胞才能存活,不含有重组质粒的细胞因不能获得碳源而死亡,从而达到筛选目的。
答案:(1)0、2 (2)高(3)SmaⅠ会破坏质粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因(4)质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化(5)DNA连接(6)鉴别和筛选含有目的基因的细胞(7)蔗糖为唯一含碳营养物质
考点三 DNA的粗提取与鉴定
1.实验原理(1)DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同,其中在物质的量浓度为0.14 ml/L时最低。(2)DNA不溶于酒精,但是细胞中的一些有机物如蛋白质可溶于酒精。(3)DNA遇二苯胺(沸水浴)会与之反应呈现蓝色。
3.注意事项(1)做该实验时,不能用猪血代替鸡血,因为哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核,不能提取DNA。(2)制备鸡血细胞液时,要注意向鸡血中加柠檬酸钠,防止血液凝固。(3)涨破细胞的方法:向血细胞中加入蒸馏水,血细胞溶液的浓度大于蒸馏水的浓度,从而使血细胞大量吸水而涨破。(4)两次加入蒸馏水,第一次是为了使血细胞吸水涨破;第二次是为了降低氯化钠的浓度,有利于DNA的析出。
(5)两次析出DNA的方法:第一次是加入蒸馏水,降低氯化钠溶液的浓度,促使DNA析出;第二次是加入冷却的酒精,因为DNA不溶于酒精溶液。(6)鉴定DNA时要用两支试管,其中不加DNA的试管起对照作用,该试管溶液不变色,另一支加有DNA的试管溶液变蓝色。
某生物兴趣小组开展DNA粗提取的相关探究活动,具体步骤如下:材料处理:称取新鲜的花菜、辣椒和蒜黄各2份,每份10 g。剪碎后分成两组,一组置于20℃、另一组置于-20℃条件下保存24 h。DNA粗提取:第一步:将上述材料分别放入研钵中,各加入15 mL研磨液,充分研磨。用两层纱布过滤,取滤液备用。第二步:先向6只小烧杯中分别注入10 mL滤液,再加入20 mL体积分数为95%的冷酒精溶液,然后用玻璃棒缓缓地向一个方向搅拌,使絮状物缠绕在玻璃棒上。
第三步:取6支试管,分别加入等量的2 ml/L NaCl溶液溶解上述絮状物。DNA检测:在上述试管中各加入4 mL二苯胺试剂,混合均匀后,置于沸水中加热5 min,待试管冷却后比较溶液的颜色深浅,结果如下表。 (注:“+”越多表示蓝色越深)
分析上述实验过程,回答下列问题:(1)该探究性实验的课题名称是__________________________________。(2)第二步中“缓缓地”搅拌,这是为了减少___________。(3)根据实验结果,得出结论并分析。①结论1:与20℃相比,相同实验材料在-20℃条件下保存,DNA的提取量较多。结论2:________________________________________________
____________________。②针对结论1,请提出合理的解释:_________________________
____________________。
探究不同材料和不同保存温度
等质量的不同实验材料,在相同的保存温度下,从蒜
黄提取的DNA量最多
低温抑制了相关酶的活性,
相关课件
这是一份高考生物二轮复习课件专题22 基因工程,共41页。PPT课件主要包含了目的基因,②基因表达载体组成,③构建过程,易错提醒,特别提醒,真题赏析,答案A,答案C,答案A,实验流程等内容,欢迎下载使用。
这是一份高中生物高考专题22 基因工程-2020年高考备考生物二轮复习课件,共41页。PPT课件主要包含了考纲展示,知识网络,目的基因,②基因表达载体组成,③构建过程,易错提醒,特别提醒,真题赏析,答案A,答案C等内容,欢迎下载使用。
这是一份高中生物高考专题19 实验专题-2020年高考备考生物二轮复习课件,共44页。