XXXX届高三一轮复习课件：基因工程05

高考总复习.生物选修3现代生物科技专题专题1基因工程高考总复习.生物考纲内容及能力要求考向定位1.基因工程的诞生2.基因工程的原理及技术3.基因工程的应用4.蛋白质工程1.基因工程中操作工具的作用2.基因工程原理及基本操作3.了解某转基因生物研制过程4.基因工程应用及基因治疗、基因工程药物5.蛋白质工程的原理及其与基因工程的区别和联系高考总复习.生物基础梳理高考总复习.生物DNA重组技术的基本工具1.基因工程的概念基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过__________和__________，赋予生物以__________的遗传特性，创造出符合人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程是在__________上进行设计和施工的，又叫做__________。DNA重组技术体外DNA重组转基因技术新DNA分子水平高考总复习.生物2.基因工程的基本工具(1)“分子手术刀”——__________①来源：主要是从__________中分离纯化出来的。②功能：能够识别双链DNA分子的某种__________的核苷酸序列，并且使每一条链中__________部位的两个核苷酸之间的__________断开，因此具有__________性。③结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：__________和__________。专一限制性核酸内切酶（限制酶）原核生物特定特定磷酸二酯键黏性末端平末端高考总复习.生物(2)“分子缝合针”——__________①两种DNA连接酶（E•coliDNA连接酶和T4-DNA连接酶）的比较：a.相同点：都缝合__________键。b.区别：E•coliDNA连接酶来源于__________，只能将双链DNA片段互补的__________之间的磷酸二酯键连接起来；而T4DNA连接酶能缝合__________，但连接平末端之间的磷酸二酯键效率较__________。②与DNA聚合酶作用的异同:DNA聚合酶只能将__________加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键。DNA连接酶是连接__________的末端，形成磷酸二酯键。DNA连接酶T4噬菌体磷酸二酯黏性末端两种末端低单个核苷酸两个DNA片段高考总复习.生物(3)“分子运输车”——__________①运载体具备的条件a.能在受体细胞中复制并稳定保存。b.具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。c.具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。②最常用的运载体是__________,它是一种裸露的、结构简单的、独立于__________核区DNA之外，并具有__________的双链__________DNA分子。③其他运载体：__________、__________。动植物病毒载体质粒细菌自我复制能力环状噬菌体高考总复习.生物归纳整合一、基因工程的概念基因工程的别名基因拼接技术或DNA重组技术操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本过程剪切→拼接→导入→表达结果人类需要的基因产物高考总复习.生物二、DNA连接酶与DNA聚合酶DNA连接酶与DNA聚合酶都能形成磷酸二酯键（在相邻核苷酸的3位碳原子上的羟基与5位碳原子上所连磷酸基团的羟基之间形成），但两者的性质各不相同。（1）DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核酸片段的3′末端的羟基上，形成磷酸二酯键；而DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，不是在单个核苷酸与DNA片段之间形成磷酸二酯键。（2）DNA聚合酶是以一条DNA链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的DNA链；而DNA连接酶是将DNA双链上的两个缺口同时连接起来。因此DNA连接酶不需要模板。高考总复习.生物（3）另外还介绍几种酶①解旋酶：该酶能在DNA复制或转录时破坏DNA碱基对间的氢键，从而将双螺旋打开。②DNA水解酶：该酶能催化DNA水解。③RNA聚合酶：该酶能在转录时将单个的核糖核苷酸连接成RNA单链。④限制酶：该酶的作用是识别特定的核苷酸序列，并在特定位点上切割DNA分子。高考总复习.生物三、基因工程的操作工具1.“分子手术刀”——限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶简称限制酶，主要存在于原核生物中，一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子。目前已经发现了200多种限制酶。例如，从大肠杆菌中发现一种限制酶只能识别GAATTC序列，并在G和A之间将这段序列切开。苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因，就能被该种限制酶切割下来。DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式——黏性末端和平末端（如下图所示）。当限制酶在它识别序列的中轴线两侧将DNA的两条链分别切开时，产生的是黏性末端，而当限制酶在它识别序列的中轴线处切开时，产生的则是平末端。高考总复习.生物注：①用限制酶切割DNA分子时，被破坏的是DNA链中的磷酸二酯键（即连接相邻两个脱氧核苷酸的键）。②黏性末端是指双链DNA分子被限制酶切开后，切口处的两个末端伸出的由若干特定核苷酸组成的单链。高考总复习.生物2.“分子缝合针”——DNA连接酶从上图中可以看出，把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，然后让二者的黏性末端按碱基互补配对原则形成双链，用DNA连接酶催化两条DNA链的相邻两个碱基之间形成磷酸二酯键，从而将相邻的脱氧核苷酸连接起来。DNA连接酶有两类：一类是从大肠杆菌中分离得到的，称E•coliDNA连接酶；另一类是从T4噬菌体中分离出来的，称为T4-DNA连接酶。E•coliDNA-连接酶只能连接将双链DNA片段互补的黏性末端，不能将连接双链DNA片段平末端。而T4-DNA连接酶既可以连接双链DNA片段互补的黏性末端，又可以连接双链DNA片段的平末端，但连接平末端的效率较低。高考总复习.生物3.“分子运输车”——基因进入受体细胞的运载体(1)使用运载体的目的在基因工程中使用运载体有两个目的：一是用它作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞中去；二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量的复制（称为克隆）。(2)运载体的种类现在所利用的运载体主要有两类：一类是细菌的质粒，它是一种相对分子质量较小、独立于细菌核区DNA之外的双链环状DNA。另一类运载体是噬菌体或某些灭活的病毒等。现在人们还在寻找新的运载体，如叶绿体或线粒体等也可能成为运载体。高考总复习.生物(3)基因的运载体必须具备的条件①运载体DNA必须有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以插入到运载体上去。这些供目的基因插入的限制酶的切点所处的位置，还必须是在质粒本身需要的基因片段之外，这样才不至于因目的基因的插入而导致其自身失活。②运载体DNA必须具备自我复制的能力，或可以整合到受体染色体DNA上随受体染色体DNA的复制而同步复制。③运载体DNA必须带有标记基因，以便重组后进行重组分子的筛选。④运载体DNA必须是安全的，不会对受体细胞有害，不能进入到除受体细胞以外的其他生物细胞中去。高考总复习.生物⑤运载体DNA分子大小应适中，以便提取和在体外进行操作，太大则不便操作。一般来说，天然运载体往往不能满足上述要求，因此必须根据不同的目的和需要，对运载体进行人工改造。现在使用的质粒运载体几乎都是经过改造的。高考总复习.生物跟踪训练（2008年全国卷Ⅰ）已知某种限制性内切酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点，如下图中箭头所指。如果该线性DNA分子在3个酶切位点上都被该酶切断，则会产生a、b、c、d四种不同长度的DNA片段。现有多个上述线性DNA分子，若在每个DNA分子上至少有1个酶切位点被该酶切断，则从理论上讲，经该酶酶切后，这些线性DNA分子最多能产生长度不同的DNA片段种类数是（）A.3B.4C.9D.12高考总复习.生物基因工程的基本操作程序基础梳理基因工程的基本操作程序包括：目的基因的获取、基因表达运载体的构建、将目的基因导入受体细胞及目的基因的表达与检测等四个步骤。1.目的基因的获取(1)目的基因：__________。(2)原核基因采取__________获得，真核基因通过__________获得。人工合成目的基因的常用方法有__________和__________。编码蛋白质的结构基因直接分离人工合成反转录法化学合成法高考总复习.生物(3)PCR技术扩增目的基因①原理：__________。②过程第一步：加热至90～95℃__________；第二步：冷却到55～60℃，引物结合到互补DNA链；第三步：加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。2.基因表达运载体的构建(1)目的：使目的基因在受体细胞中__________，并且可以__________，使目的基因能够__________。(2)组成：__________＋__________＋__________＋__________DNA解链DNA双链复制标记基因稳定存在遗传至下一代表达和发挥作用目的基因启动子终止子高考总复习.生物①启动子：是一段有特殊结构的__________，位于基因的__________，是__________识别和结合的部位，能驱动基因转录出__________，最终获得所需的__________。②终止子：也是一段有特殊结构的__________，位于基因的__________。③标记基因的作用：是为了鉴定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。常用的标记基因是__________。DNA片段首端RNA聚合酶mRNA蛋白质DNA片段尾端抗生素基因高考总复习.生物3.将目的基因导入受体细胞(1)转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。(2)常用的转化方法将目的基因导入植物细胞：采用最多的方法是__________，其次还有__________和__________等。将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是__________。此方法的受体细胞多是__________。将目的基因导入微生物细胞：原核生物作为受体细胞的原因是__________________________，最常用的原核细胞是____________________________。其转化方法是：先用__________处理细胞，使其成为__________，再将重组表达运载体DNA分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子，完成转化过程。农杆菌转化法基因枪法花粉管通道法显微注射技术受精卵繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少大肠杆菌Ca2+感受态细胞高考总复习.生物(3)重组细胞导入受体细胞后，筛选含有基因表达运载体的受体细胞的依据是__________是否表达。4.目的基因的检测与鉴定(1)首先要检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因，方法是采用________________________________________。(2)其次还要检测目的基因是否转录出了mRNA，方法是采用_____________________________________。(3)最后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_________。(4)有时还需进行______________的鉴定。如转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。个体生物学水平标记基因DNA分子杂交技术用标记的目的基因作探针与mRNA杂交抗原－抗体杂交高考总复习.生物归纳整合一、外显子与内含子一般来说，结构基因都是由外显子和内含子组成，但是，外显子和内含子的关系不是完全固定不变的。有时同一条DNA链上的某一段DNA序列，当它作为编码某多肽链的基因时是外显子，而作为编码另一多肽链的基因时，则是内含子，结果是同一基因可以同时转录为两种或两种以上的mRNA。高考总复习.生物原核细胞的基因真核细胞的基因不同点编码区连续；结构简单编码区有间隔，不连续；结构复杂相同点都有编码区和非编码区；编码区都有调控遗传信息表达的核苷酸序列；编码区上游都有与RNA聚合酶结