人教版 (新课标)高中生物选修3 专题1《基因工程》专题复习课件

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专题1基因工程本章知识结构基因重组，基因工程又叫DNA重组技术。它能创造出该生物所没有过的新的基因和基因型，但不能创造出自然界所没有的新基因。·基因工程利用基因重组的原理，二者的区别主要表现在基因工程中的基因重组不经过减数分裂和有性生殖过程，是在人为控制条件下定向改变生物的遗传信息。基因工程核心内容解读一方面，生产基因工程药品、基因诊断与基因治疗、培育高产稳产和抗逆性的动植物新品种、环境监测和污染的净化等有益的方面。另一方面，有些转基因食物含有可能会影响人体健康的一些物质。大量的转基因生物进入自然界后很可能会与野生物种进行杂交，产生一些超级生物，从而造成基因污染等可能存在的对生态系统的威胁。三种工具区别：(1)“载体”泛指基因工程操作中能将目的基因送达受体细胞的工具。如细菌质粒等。相对“基因表达载体”而言，“载体”主要是强调它能运输目的基因这一功能，只要能运输目的基因就算是载体，并不计较是不是真正运输了目的基因。(2)“基因表达载体”，是实施了运输目的基因且要保证目的基因到达受体细胞后能够表达的载体。联系：“基因表达载体”是在“载体”的基础上构建成的。基因表达载体的构成：目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因。3．目的基因导入受体细胞(导入)4．目的基因的检测与鉴定(表达)基因载体与基因表达载体标记基因及其作用在用限制酶切割目的基因和载体、表达载体构建及将目的基因导入受体细胞，这一系列过程都是在人为控制条件下，在有关酶的作用下自行完成的，而不是人为条件下一个一个处理的，是很多对象同时进行的，这样，就会出现有的载体被限制酶切割开，有的载体没有被限制酶切割开，没有被限制酶切割开的载体，就不可能连接上目的基因，只有被限制酶切开的载体才有可能拼接上目的基因。我们就必须选择出连接上目的基因的重组载体(即表达载体)，然后进行扩增、得到大量的表达载体。然后把大量的表达载体和大量的受体细胞放在一起，在一定的人为条件下，让其自行导入受体细胞，这样，在导入受体细胞时，就会出现有的受体细胞被导入了表达载体，有的细胞没有导入表达载体，我们再选出含有表达载体的受体细胞，进行扩增、培养。在上述过程中要进行两步筛选，一是筛选含有载体的受体细胞，其过程是在含有相应抗菌素的培养基上培养，只有获得载体的受体细胞才能继续生长，这样便可筛选出含有载体的受体细胞。二是筛选含有目的基因的受体细胞，其过程是从每个菌落取一部分再接种到含另一种抗生素的培养基上培养，由于目的基因插入该标记基因中，致使该基因不能表达，因而受体细胞不能在含该抗生素的培养基上生存，据此可以从该菌落剩余部分的菌体中筛选出含目的基因的受体细胞。注意：在基因操作的基本步骤中要进行多次筛选。基因调控治疗：它试图从基因水平调控细胞中某些缺陷基因的表达，以达到改善症状的目的，也可以是抑制某些基因的表达。例如：治疗β－地中海贫血和镰刀型细胞贫血症，可通过引入5­氮胞苷抑制甲基化酶，使因甲基化而关闭的γ基因重新表达。在肿瘤的实验治疗上，采用具有抑制基因表达的反义RNA或能切割RNA的Ribozyme来阻断肿瘤细胞基因的不正常表达。最近还发现了新的反义药物：反义态核酸。我们称之为反义治疗。反义治疗的两条途径： 基因治疗的类型基因矫正治疗：它包括基因增补、基因替换及基因修复。所谓基因增补就是将正常的目的基因输入病人体内，以补偿缺陷基因的功能或调整细胞的某些功能。而基因替换是以同源重组的方式将正常基因取代变异基因，困难在于体内同源重组的频率很低。而基因修复则是对异常基因在原位进行修复，是理论上的理想方式。后两者在技术上都尚待突破。所以目前仍以基因增补最为常用。(1)反义药物序列特异地与DNA双螺旋相结合，形成三链DNA，在基因转录或复制水平调节基因表达，称之为反基因技术。(2)反义药物与mRNA形成双链，改变RNA的剪接方式、阻断翻译甚至摧毁异常RNA，在剪接或翻译水平调节基因的表达，称之为反义技术。在基因矫正治疗中依据被矫正的细胞类型可分为：生殖细胞或早期胚胎细胞基因治疗和体细胞基因治疗。前者是通过显微注射或其他方法将外源基因输入受精卵。实验证明该基因可以到达成年动物的性细胞，可以遗传给后代。在伦理上的争议以及技术上的困难使这项技术没有用在人类基因治疗上。技术上的困难在于：(1)至今未能及时诊断出大部分遗传缺陷的受精卵或早期胚胎细胞。(2)目前的基因整合是随机的，可能引起新的遗传病。1987年，利用这一技术成功治疗了因髓鞘基质蛋白缺陷所致的小鼠颤抖症。体细胞基因治疗只对某些体细胞进行基因治疗，并不影响下一代。常用的方法有：(1)体内实验：将肿瘤细胞或体内细胞在体外培养，导入外源基因后观察其生物学变化。(2)细胞介导的基因治疗：选择适当的靶细胞，在体外进行基因修饰，筛选出能表达外源基因的细胞并将其输入到患者体内，达到基因治疗的效果。(3)体内直接转导基因：用载体介导将基因直接输入体内，达到基因治疗的目的。细胞介导的基因治疗是目前最常用的方法，它既可以用原代细胞也可以用细胞株。但也存在一个矛盾，采用患者体内的细胞(体细胞)可以在融合与移植之后避免免疫排斥反应，但周期长，价格昂贵。目前研究人员正在致力于开发一种广谱供体，这种供体细胞的表面抗原大多数已被除掉，使之不会产生有害的免疫排斥反应。二、易混概念辨析1．基因文库、基因组文库、部分基因文库(1)从定义上区分①基因文库：将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，称为基因文库。基因文库是指储存有某种生物基因的菌群的总称。②基因组文库：如果基因文库中含有一种生物的所有基因，这种基因文库叫做基因组文库。③部分基因文库：指含有一种生物的一部分基因的基因文库，如cDNA文库。(2)从范围上区别：基因文库包含基因组文库和部分基因文库。基因组文库有某一种生物的全部基因，它的范围要大于部分基因文库。2．启动子、终止子、起始密码子、终止密码子(1)从定义上区分①启动子：位于编码区上游紧靠转录起点的位置。它的主要功能是引导RNA聚合酶与基因的正确部位结合。只有在启动子存在时，RNA聚合酶才能准确地从转录起点开始，沿着编码区正常地进行转录。②终止子：位于编码区下游紧靠转录终点的位置。它的特殊的碱基排列顺序能够阻碍RNA聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来。③密码子：指信使RNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。信使RNA上四种碱基的组合方式有64种，其中，决定氨基酸的密码子有61种，3种是终止密码子。④终止密码子：是信使RNA上能够终止蛋白质合成的密码子。⑤起始密码子：位于信使RNA上，是蛋白质合成开始的信号，有两种：AUG、GUG。(2)从本质上区别 启动子和终止子都是DNA分子中具有调控作用的脱氧核苷酸序列，而起始密码子和终止密码子都位于信使RNA上，分别是翻译的起始位置和终止位置，终止密码子不能决定任何一种氨基酸。1．下列关于各种酶作用的叙述，不正确的是(　　)A．DNA连接酶能使不同脱氧核苷酸的磷酸与脱氧核糖连接B．RNA聚合酶能与基因的特定位点结合，催化遗传信息的转录C．一种限制酶能识别多种核苷酸序列，切割出多种目的基因D．限制酶将一个DNA分子片段切割成两个片段需消耗两个水分子【解析】DNA连接酶能在磷酸与脱氧核糖之间形成磷酸二酯键；RNA聚合酶可以识别基因上的特定位点；一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列；限制酶切割一个DNA分子时需水解两个磷酸二酯键。【答案】C【专题集训】2．甲、乙两图表示从细菌细胞中获取目的基因的两种方法，以下说法中错误的是 （ ）A．甲方法可建立该细菌的基因组文库B．乙方法可建立该细菌的cDNA文库C．甲方法要以脱氧核苷酸为原料D．乙方法需要反转录酶参与【解析】甲方法是以细菌中的DNA为基础，用限制酶进行切割，它包括了细菌所有的基因，可以建立基因组文库，并且可以从中选出所需的目的基因，不需要模板，不需要原料。而乙方法是用反转录的方法人工合成目的基因，它只能得到生物的部分基因，基因中只有外显子，所以组成的是该细菌的cDNA文库。【答案】C3．下图为基因表达载体的模式图。下列有关基因工程中载体的说法，错误的是（ ）A．基因工程的核心步骤是基因表达载体构建B．任何基因表达载体的构建都是一样的，没有差别C．图中启动子位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位D．抗生素抗性基因的作用是作为标记基因，用于鉴别受体细胞中是否导入了目的基因【解析】由于受体细胞有植物、动物和微生物之分，以及目的基因导入受体细胞的方式不同，因此，基因表达载体的构建也会有所差别，不可能是千篇一律的。【答案】B4．据下图分析，下列有关基因工程的说法不正确的是（ ）A．为防止目的基因与质粒任意结合而影响基因的表达，应用限制酶Ⅰ、Ⅱ同时切割二者B．限制酶、DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键C．与启动子结合的应该是RNA聚合酶D．能够检测到标记基因表达产物的受体细胞中，也一定会有目的基因的表达产物 【解析】将质粒与目的基因进行切割、连接时，不能保证二者全部成功连接，因此，导入了原质粒的受体细胞中能检测到标记基因的表达产物，但是不一定会检测到目的基因的表达产物。【答案】D5．生物分子间特异性结合的性质广泛用于生命科学研究。以下实例为体外处理“蛋白质－DNA复合体”获得DNA片段信息的过程图。据图回答：(1)过程①酶作用的部位是________键，此过程只发生在非结合区DNA，过程②酶作用的部位是________键。(2)①、②两过程利用了酶的________特性。(3)若将得到的DNA片段用于构建重组质粒，需要将过程③的测序结果与________酶的识别序列进行比对，以确定选用何种酶。(4)如果复合体中的蛋白质为RNA聚合酶，则其识别、结合的DNA序列区为基因的________。(5)以下研究利用了生物分子间特异性结合性质的有____(多选)。A．分离得到核糖体，用蛋白酶酶解后提取rRNAB．用无水乙醇处理菠菜叶片，提取叶绿体基粒膜上的光合色素C．通过分子杂交手段，用荧光物质标记的目的基因进行染色体基因定位D．将抑制成熟基因导入番茄，其mRNA与催化成熟酶基因的mRNA互补结合，终止后者翻译，延迟果实成熟【解析】解答本题，需要首先通读题干，确认流程图中每一步分子发生的变化，再根据各小题题干进行解答。在过程①中，用DNA酶将DNA的双链剪断，与限制性核酸内切酶的作用相同，限制性核酸内切酶作用的部位是磷酸二酯键；过程②中蛋白质被水解，与脱水缩合正好相反，蛋白质分解的实质是肽键的水解，这两步中酶均只分解特定的物质，而不分解其他分子，利用了酶的专一性。构建重组质粒时，需要限制酶和DNA连接酶，因此需将过程③的测序结果与限制性核酸内切酶的识别序列进行对比，以确定选用何种限制性核酸内切酶。RNA聚合酶的功能是启动转录，因此其识别并结合的部位是基因的转录起始区或启动子区域。第(5)题中A项用蛋白酶酶解核糖体中的蛋白质后，只剩下rRNA，利用了酶的专一性，A项正确；B项中用无水乙醇处理叶片，进行色素的提取和分离，是因为无水乙醇是有机物，可溶解各种色素，不属于特异性结合，B项错误；C项是用基因探针法，利用已知基因的碱基序列可与另一基因上的碱基进行互补配对的性质来进行基因定位，C项正确；D项中提到一种mRNA和另一种mRNA的互补，这种互补也遵循碱基互补配对原则，属于特异性结合。【答案】 (1)磷酸二酯　肽　(2)专一性　(3)限制性核酸内切　(4)启动子(或转录起始区)　(5)A、C、D