2014届高三生物一轮复习专题课件：选修三-专题一-基因工程

生物科学发展最为辉煌的时期是20世纪，到了20世纪50年代以后，随着各个学科的相互交叉、相互渗透，生物科学融入了数理科学并引进运用了一些先进的仪器设备，从而取得了突飞猛进的发展。其中遗传物质DNA双螺旋结构的阐明被认为是20世纪自然科学的重大突破之一，而DNA后时代的问题更是命题的焦点。本模块的内容包括：基因工程、克隆技术、胚胎工程、生物技术的安全性和伦理问题、生态工程共五个部分。通过这部分选修内容的学习，其中涉及到许多考试大纲要求7.胚胎工程的应用(Ⅱ)8.转基因生物的安全性(Ⅱ)9.生物技术中的伦理问题(Ⅰ)10.生物武器对人类的威胁(Ⅰ)11.生态工程的原理(Ⅰ)12.生态工程的实例(Ⅱ)热点问题透视1.理解植物组织培养和动物细胞培养的原理及过程2.理解动物细胞融合及单克隆抗体的制备过程3.了解基因工程诞生的历程掌握原理、基本工具及操作步骤4.了解基因工程在工业、农业、医药等方面的应用5.了解蛋白质工程的原理及其与基因工程的区别与联系热点问题透视6.掌握动物胚胎发育的基本过程及理论基础7.掌握胚胎干细胞移植过程，理解胚胎干细胞的应用途径及与基因工程、细胞工程的联系8.了解转基因生物存在安全性的原因9.了解生物技术的伦理问题及我国对“克隆”的法律规定10.了解生态工程遵循的五项基本原理及应用，并分析生态工程实例及其所依据的基本原理专题一基因工程教材基础回扣核心考点整合课后限时练命题视角研析教材基础回扣一、DNA重组技术的基本工具1．DNA重组技术的“分子手术刀”(1)“分了手术刀”即。(2)来源：主要从中分离。2．E·coliDNA连接酶与T4DNA连接酶(1)化学本质：。(2)功能上的相同点：均可催化形成。□7均为蛋白质□8磷酸二酯键(3)功能不同点：可“缝合”黏性末端和平末端，则只能缝合“黏性末端”，不能缝合平末端。□9T4DNA连接酶□10E·coliDNA连接酶3．基因工程常用的载体基因工程常用载体是，其化学本质是。□11质粒□12一种双链环状DNA分子二、基因工程的基本操作程序1．获取目的基因的手段①从中获取；②利用PCR技术扩增目的基因；③通过DNA合成仪用化学方法直接合成。□13基因文库2．基因工程的核心(1)是基因工程的第二步，也是基因工程的核心。(2)基因表达载体的组成：除目的基因外，还必须有、和等。□14基因表达载体的构建□15启动子□16终止子□17标记基因①启动子：是一段有特殊结构的，位于，是的部位。②标记基因的作用：鉴定受体细胞中是否含有，从而。□18DNA片段□19基因首端□20RNA聚合酶识别和结合□21目的基因□22将含目的基因的细胞筛选出来3．将目的基因导入受体细胞的方法(1)植物最常用：法，其次为法、法。(2)动物：最常用法，其受体细胞通常为。(3)细菌：法，需用处理细胞。□23农杆菌转化□24基因枪□25花粉管通道□26显微注射□27受精卵□28感受态细胞□29Ca2＋4．目的基因的检测和鉴定(1)首先要检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因。(2)其次还要检测。(3)最后检测。(4)有时还需进行。□30目的基因是否转录出了mRNA□31目的基因是否翻译出了蛋白质□32个体生物学水平的鉴定三、基因工程的应用与蛋白质工程1．基因工程的应用技术名称应用动物基因工程提高动物来提高产品产量；改善蓄产品品质；用转基因动物生产；用转基因动物作器官移植的□33生长速度□34药物□35供体技术名称应用植物基因工程培育植物、抗病转基因植物和植物；利用转基因改良植物的品质□36抗虫转基因□37抗逆转基因技术名称应用基因治疗把导入病人体内，使其发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，分为基因治疗和基因治疗□38正常基因□39表达产物□40体内□41体外2.蛋白质工程(1)蛋白质工程的目标是：根据，对进行分子设计。(2)蛋白质工程的手段：对蛋白质的结构进行设计改造，最终必须通过来完成。□42人们对蛋白质功能的特定需求□43蛋白质的结构□44基因核心考点整合1.基因工程的概念按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型或生物产品，又叫DNA重组技术。考点一基因工程概念及操作工具特别提醒对基因工程概念的理解。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或转基因生物2.基因工程的操作工具(1)“分子手术刀”——限制性核酸内切酶(限制酶)①存在：主要存在于原核生物中。②特性：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。③识别序列的特点：呈现碱基互补对称，无论是奇数个碱基还是偶数个碱基，都可以找到一条中心轴线，如图，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。如以中心线为轴，两侧碱基互补对称；CCAGGGGTCC以AT为轴，两侧碱基互补对称。④切割后末端的种类：DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式——黏性末端或平末端(如图所示)。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。(2)“分子缝合针”——DNA连接酶种类E·coli－DNA连接酶T4－DNA连接酶来源大肠杆菌T4噬菌体功能特性只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来缝合两种末端，但连接平末端之间的效率较低种类E·coli－DNA连接酶T4－DNA连接酶相同点都缝合磷酸二酯键，如图(3)“分子运输车”——载体①载体具备的条件：a．能在受体细胞中复制并稳定保存。b．具有一个至多个限制酶切点，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最常用的载体是质粒，它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌拟核之外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。③其他载体：噬菌体的衍生物、动植物病毒。特别提醒①获取目的基因和切割载体时使用同一种限制酶，目的是产生相同的黏性末端。②获取一个目的基因需限制酶剪切两次，共产生4个黏性末端或平末端。③限制酶切割位点的选择必须保证标记基因的完整性，以便于检测。[应用训练1](2012·新课标全国理综)根据基因工程的有关知识，回答下列问题。(1)限制性内切酶切割DNA分子后产生的片段，其末端类型有________和________。(2)质粒运载体用EcoRⅠ切割后产生的片段如下：AATTC……GG……CTTAA为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ切割外，还可用另一种限制性内切酶切割，该酶必须具有的特点是___________________________。(3)按其来源不同，基因工程中所使用的DNA连接酶有两类，即________DNA连接酶和________DNA连接酶。(4)反转录作用的模板是________，产物是________。若要在体外获得大量反转录产物，常采用________技术。(5)基因工程中除质粒外，________和________也可作为运载体。(6)若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下，不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞，原因是________________________________________________________________。[解析]本题考查基因工程的操作过程及基因工程中的工具和工具酶的作用，考查考生的识记能力与理解分析能力，难度适中。限制性内切酶切割DNA分子形成的末端通常有两种，即黏性末端和平末端。为使运载体和目的基因连接，二者必须具有相同的黏性末端，因而当使用除EcoRⅠ之外的其他酶进行切割时，应该产生相同的黏性末端。DNA连接酶的来源有两个：一是大肠杆菌，二是T4噬菌体。反转录是由RNA形成DNA的过程，获得大量反转录产物时常采用PCR扩增技术。基因工程常用的运载体是质粒，除此以外，噬菌体和动植物病毒也可作为运载体。如果用大肠杆菌作受体细胞，必须用钙离子处理，使其处于感受态(此状态吸收外源DNA的能力增强)。[答案](1)黏性末端平末端(2)切割产生的DNA片段末端与EcoRⅠ切割产生的相同(3)大肠杆菌T4(4)mRNA(或RNA)cDNA(或DNA)PCR(5)噬菌体动植物病毒(6)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱1.基因工程的图解例：基因工程技术生产凝乳酶的过程考点二基因工程的操作过程2．基因工程的操作程序分析(1)目的基因的获取途径①从自然界已有的物种中分离出来，如从基因组文库或cDNA文库中获取。特别提醒cDNA文库只含某种生物的部分基因，相当于地方图书馆；基因组文库含该种生物的全部基因，相当于国家图书馆。②人工合成目的基因：常用的方法有化学合成法和反转录法。化学合成法：蛋白质――→分析氨基酸序列――→推测RNA碱基序列――→推测DNA碱基序列―→用4种脱氧核苷酸人工合成目的基因；反转录法：分离出供体细胞mRNA――→逆转录酶单链DNA――→DNA聚合酶合成目的基因。③PCR扩增技术与DNA复制的比较(2)基因表达载体的构建——最核心步骤①基因表达载体的组成：启动子、目的基因、终止子以及标记基因等。特别提醒a．与载体相比较，增加启动子、目的基因和终止子三个基因片段，其功能各不相同。b．启动子(DNA片段)≠起始密码子(RNA)；终止子(DNA片段)≠终止密码子(RNA)。②基因表达载体的构建方法。特别提醒该过程把三种工具(两种工具酶、一种载体)全用上了，是最核心，最关键的一步，在体外进行。(3)将目的基因导入受体细胞特别提醒①该项操作是唯一不涉及到碱基互补配对的操作步骤。②将微生物作为受体细胞主要原因是个体微小，代谢旺盛，繁殖速度快，获得目的基因产物多。③植物细胞还可用基因枪法和花粉管通道法。(4)目的基因的检测和鉴定[应用训练2](2012·南京教学检测)如图为获得抗虫棉的技术流程。在培育转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因(kanr)常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。请据图回答：(1)A过程所用的载体是________，需要的工具酶有________和________。(2)C过程的培养基除含有必需的营养物质、琼脂和激素外，还需加入________。(3)由图中离体棉花叶片组织获得转基因抗虫植株可采用________技术，该技术所依据的原理是___________________________________________________________________。(4)如果利用DNA分子杂交原理对再生植株进行检测，D过程应该用放射性同位素(或荧光分子)标记的________作为探针。(5)如果从个体生物水平来鉴定，D过程应用的最简单检测方法是_________________________________________。[解析](1)图中作为载体的是含kanr质粒，基因工程中的工具酶有DNA连接酶和限制性核酸内切酶。(2)C过程的培养基为选择培养基，为了筛选出含有目的基因的重组质粒，培养基中应含有卡那霉素。(3)离体植物组织培育植株采用植物组织培养技术，依据的原理是植物细胞的全能性。(4)再生植株检测应该检验是否抗虫，因此要用放射性同位素标记抗虫基因。(5)可以用棉铃虫食用再生植株，通过虫子是否死亡判断是否为抗虫植株。[答案](1)含kanr质粒限制性核酸内切酶DNA连接酶(两种酶顺序可颠倒)(2)卡那霉素(3)植物组织培养植物细胞全能性(4)抗虫基因(5)让棉铃虫食用再生植株(抗虫接种实验)蛋白质工程基因工程蛋白质合成自然界不存在的蛋白质合成天然存在的蛋白质实质改造基因将目的基因从供体生物转移到受体生物，并在受体生物中表达考点三蛋白质工程与基因工程的比较蛋白质工程基因工程操作程序基本思路确定蛋白质功能→设计预期蛋白质结构→推测氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列→人工合成目的基因相应生物功