(人教版)高考生物二轮复习课件专题22 基因工程 (含解析)

这是一份(人教版)高考生物二轮复习课件专题22 基因工程 (含解析)，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。

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，