高中生物选修3_专题1和2.

选修3专题1基因工程一、基因工程的概念理解1.供体:提供_________;2.操作环境:_____;3.操作水平:_________;4.原理:_________;5.受体:表达目的基因;6.本质:性状在_____体内表达;7.优点(1)与杂交育种相比:克服了_______________的障碍。(2)与诱变育种相比:_____改造生物遗传性状。目的基因体外分子水平基因重组受体远缘杂交不亲和定向二、DNA重组技术的基本工具1.限制性核酸内切酶(简称:_______)(1)来源:主要是从_____生物中分离纯化出来的。(2)作用:识别特定的___________并切开相应两个核苷酸之间的___________。(3)结果:产生_________或平末端。2.DNA连接酶(1)种类:按来源可分为E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶。(2)作用:在两个核苷酸之间形成磷酸二酯键以连接_____________。限制酶原核核苷酸序列磷酸二酯键黏性末端两段DNA片段3.载体(1)种类:_____、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。能自我复制(2)质粒特点有一个至多个_______________有特殊的_________质粒限制酶切割位点标记基因三、基因工程的基本操作程序1.目的基因的获取(1)目的基因:主要是指编码蛋白质的_____。(2)获取方法:从_________中获取目的基因利用________扩增目的基因通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成基因基因文库PCR技术2.基因表达载体的构建——基因工程的核心(1)基因表达载体的组成:_________、启动子、终止子、__________。①启动子:a.位置:位于___________。b.作用:是RNA聚合酶识别和结合的部位,驱动基因___________,最终获得所需要的蛋白质。②终止子:a.位置:位于基因的尾端。b.作用:使_____在所需要的地方停止下来。目的基因标记基因基因的首端转录出mRNA转录(2)构建目的:①使目的基因在_________中稳定存在,并且可以遗传给下一代;②使_________能够表达和发挥作用。受体细胞目的基因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____________的过程。(2)常用方法(连线):稳定和表达4.目的基因的检测与鉴定方法检测或鉴定目的水平DNA分子杂交技术检测目的基因的有无_____水平分子杂交技术___________________________________目的基因是否翻译生物性状的表达与否_________________个体水平目的基因是否转录抗原-抗体杂交技术目的基因是否表达分子四、基因工程的应用1.转基因植物植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力(如抗除草剂、抗虫、抗病、_______和抗盐碱等),以及改良______________和利用植物_________等方面。2.转基因动物动物基因工程在动物品种改良、建立___________、器官移植等方面显示了广阔的应用前景。抗干旱农作物的品质生产药物生物反应器除利用乳腺、膀胱等生物反应器外,人们还可以利用、等方法来生产药品,而传统生产药品是_____中提取的,存在的缺点是。由于受操作条件相对较苛刻等的限制,价格十分昂贵工程菌培养动物细胞培养直接从生物组织、细胞或血液3.基因工程药物(1)来源:转基因的_______。(2)成果:细胞因子、抗体、疫苗、激素等。(3)作用:用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、_______、各种传染病、糖尿病、类风湿等疾病。4.基因治疗(1)方法:把_________导入病人体内,使该基因的表达产物发挥功能。(2)效果:治疗_______的最有效的手段。(3)分类:_____________和体外基因治疗。工程菌遗传病正常基因遗传病体内基因治疗五、蛋白质工程1.概念理解(1)基础:蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。(2)操作:_________或基因合成。(3)结果:改造了现有蛋白质或制造出___________。(4)目的:满足人类的生产和生活的需求。2.操作过程从预期的___________出发→设计预期的___________→推测应有的___________→找到相对应的_______________(基因)→基因表达→产生需要的蛋白质。基因修饰新的蛋白质蛋白质功能蛋白质结构氨基酸序列脱氧核苷酸序列1.限制酶只能用于切割目的基因。()【分析】限制酶既能用于切割目的基因,也能用于切割载体。2.DNA连接酶能将两碱基间通过形成氢键连接起来。()【分析】DNA连接酶连接的是两个双链DNA片段之间的磷酸二酯键。××3.E·coliDNA连接酶既可以连接平末端,又可以连接黏性末端。()【分析】E·coliDNA连接酶只能将双链DNA片段的黏性末端连接起来,不能将双链DNA片段的平末端进行连接。4.质粒是小型环状DNA分子,是基因工程常用的载体。()【分析】质粒是具有复制能力的很小的双链环状DNA分子,是基因工程常用的载体。×√5.载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中,使之稳定存在并表达。()【分析】基因工程中利用载体将目的基因导入受体细胞中并使之稳定存在并表达。6.蛋白质工程可按照人的意愿生产出自然界中不存在的蛋白质。()【分析】蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生理功能的关系作为基础,通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质,以满足人类的生产和生活的需要。√√7.蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程。()【分析】蛋白质工程包含多学科的综合科技工程领域,但它是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程。√考点一基因工程的工具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.作为载体的条件条件适应性稳定并能复制目的基因稳定存在且数量可扩大有一个至多个限制酶切割位点可携带多个或多种外源基因具有特殊的标记基因便于重组DNA的鉴定和选择【拓展延伸】与DNA有关的五种酶的比较作用底物作用部位形成产物限制酶DNA分子磷酸二酯键黏性末端或平末端DNA连接酶DNA片段磷酸二酯键重组DNA分子DNA聚合酶脱氧核苷酸磷酸二酯键子代DNA解旋酶DNA分子碱基对间的氢键形成脱氧核苷酸单链DNA(水解)酶DNA分子磷酸二酯键游离的脱氧核苷酸【典例1】(2012·江苏高考)图1表示含有目的基因D的DNA片段长度(bp即碱基对)和部分碱基序列,图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ4种限制性核酸内切酶,它们识别的碱基序列和酶切位点分别为C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。请回答下列问题:(1)图1的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由连接。(2)若用限制酶SmaⅠ完全切割图1中DNA片段,产生的末端是___末端,其产物长度为。(3)若图1中虚线方框内的碱基对被T-A碱基对替换,那么基因D就突变为基因d。从杂合子中分离出图1及其对应的DNA片段,用限制酶SmaⅠ完全切割,产物中共有种不同长度的DNA片段。(4)若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接,形成重组质粒,那么应选用的限制酶是。在导入重组质粒后,为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌,一般需要用添加________的培养基进行培养。经检测,部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达,其最可能的原因是。【解析】(1)两条脱氧核苷酸链之间的碱基通过氢键相连,一条脱氧核苷酸链中相邻的碱基通过脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖连接。(2)根据限制酶SmaⅠ识别的碱基序列可知,限制酶SmaⅠ切割产生的末端为平末端。在图1序列中共有2个SmaⅠ的切割位点,切割后形成3种不同长度的产物,分别为537bp、790bp、661bp。(3)图1中有SmaⅠ的两个识别序列,完全切割后产生3个不同长度的DNA片段,若虚框中的碱基被T-A替换,则产生2个DNA片段,其中1个DNA片段与上次切割的相同,因此经完全切割后共产生4种不同长度的DNA片段。(4)切割目的基因可选用限制酶BamHⅠ和限制酶MboⅠ,但限制酶MboⅠ可将质粒中的抗生素A抗性基因和抗生素B抗性基因都破坏,而限制酶BamHⅠ只破坏抗生素A抗性基因,因此只能选用限制酶BamHⅠ;重组质粒中含有抗生素B抗性基因,因此可在含抗生素B的培养基上培养。答案:(1)脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖(2)平537bp、790bp、661bp(3)4(4)BamHⅠ抗生素B同种限制酶切割形成的末端相同,部分目的基因D与质粒反向连接考点二基因工程的基本操作程序和应用1.基因工程的基本操作程序(1)目的基因的获取:①直接分离②人工化学合成:适用于分子较小的基因。从基因文库中获取利用PCR技术扩增(3)将目的基因导入受体细胞:生物种类植物动物微生物常用方法农杆菌转化法显微注射技术感受态细胞法受体细胞体细胞受精卵原核细胞转化过程将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上→转入农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的染色体DNA上→表达将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物Ca2+处理细胞→感受态细胞→重组表达载体DNA分子与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子2.基因工程的应用(1)乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较:比较项目乳腺生物反应器工程菌基因结构动物基因的结构与人类基因的结构基本相同细菌或酵母菌等生物基因的结构与人类基因的结构有较大差异基因表达合成的药物蛋白与天然蛋白质相同细菌细胞内没有内质网、高尔基体等细胞器,产生的药物蛋白可能没有活性受体细胞动物的受精卵微生物细胞比较项目乳腺生物反应器工程菌导入目的基因的方式显微注射法感受态细胞法生产条件不需严格灭菌,温度等外界条件对其影响不大需严格灭菌,严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件药物提取从动物乳汁中提取从微生物细胞中提取(2)基因治疗与基因诊断:原理操作过程进展基因治疗基因表达利用正常基因导入有基因缺陷的细胞中,以表达出正常性状来治疗临床实验基因诊断碱基互补配对制作特定DNA探针与病人样品DNA混合分析杂交带情况临床应用【特别提示】(1)限制酶剪切目的基因与质粒的次数不同:获取一个目的基因需限制酶剪切2次,共产生4个黏性末端或平末端,切割质粒则只需要限制酶剪切1次,因为质粒是环状DNA分子,而目的基因在DNA分子链上。(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。(3)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)没有碱基互补配对现象:第一步存在逆转录法获得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。(4)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。【典例2】(2013·靖江模拟)许多大肠杆菌的质粒上含有lacZ基因,其编码的产物β-半乳糖苷酶在X-gal和IPTG存在下,可以产生蓝色沉淀,使菌落呈现蓝色,否则菌落呈现白色。基因工程中常利用该原理从导入质粒的受体细胞中筛选出真正导入重组质粒的细胞,过程如图所示。请据图回答:(1)基因工程中,构建基因表达载体的目的是。(2)限制酶EcoRⅠ的识别序列和切割位点是-G↓AATTC-,SmaⅠ的识别序列和切割位点是-CCC↓GGG-。图中目的基因被切割下来和质粒连接之前,需在目的基因的右侧连接相应的末端,连接的末端序列是,连接过程中需要的基本工具是。(3)转化过程中,大肠杆菌应先用处理,使其处于能吸收周围DNA的状态。(4)菌落颜色为白色的是,原因是。