课标专用5年高考3年模拟A版2021高考生物专题27基因工程与DNA的粗提任件

专题27基因工程与DNA的粗提取高考生物考点一基因工程的基本工具及基本操作程序考点清单基础知识一、基因工程的基本工具1.限制酶(1)来源:主要从原核细胞中分离纯化而来。(2)作用:识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列,并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的①磷酸二酯键断开。(3)形成末端类型 识别序列中心轴线两侧切开黏性末端识别序列中心轴线处切开平末端2.DNA连接酶(1)作用:将双链DNA片段“缝合”起来,恢复被限制酶切开的两个核苷酸间的磷酸二酯键。(2)种类种类E·coliDNA连接酶T4DNA连接酶来源大肠杆菌T4噬菌体特点只“缝合”黏性末端黏性末端和平末端都可“缝合”3.载体(1)条件:能在受体细胞中复制并稳定保存;具有一至多个限制酶切点;具有标记基因。(2)种类 (3)作用:携带外源DNA片段进入受体细胞。(4)特点:可在细胞中进行自我复制或整合到染色体DNA上,随染色体DNA进行同步复制。::λ最常用②　质粒　其他噬菌体的衍生物、动植物病毒【名师点拨】(1)限制酶来源于原核生物,为什么不能切割自己的DNA分子?提示:限制酶具有特异性,即一种限制酶只能识别特定的碱基序列,并在特定的位点上进行切割。限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物DNA分子中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。(2)切取目的基因与切割载体时“只能”使用“同一种酶”?提示:①在获取目的基因和切割载体时通常用同一种限制酶,以获得相同的黏性(或平)末端。但如果用两种不同的限制酶切割后形成的末端相同,在DNA连接酶的作用下目的基因与载体也可以连接起来。②为了避免目的基因和载体的自身环化和随意连接,可使用不同的限制酶切割目的基因和载体,使目的基因和载体各具有两个不同的末端。(2)方法 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④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。mRNADNAPCR从③　基因文库中　获取人工利用反转录合成合成通过合成仪用化学方法人工合成利用技术扩增二、基因工程的基本操作程序1.目的基因的获取(1)目的基因:主要指编码蛋白质的基因,也可以是一些具调控作用的因子。(3)构建过程(2)基因表达载体的构成3.将目的基因导入受体细胞生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法⑤农杆菌转化法基因枪法花粉管通道法显微注射法Ca2+参与的转化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Ti质粒的T-DNA上→导入农杆菌→侵染植物细胞→整合到受体细胞的染色体DNA上→表达基因表达载体 受精卵 新性状个体Ca2+处理细胞→感受态细胞→重组表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子4.目的基因的检测与鉴定【名师点拨】(1)目的基因的插入位点是随意的吗?提示:不是。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启动子与终止子之间,若目的基因插入启动子内部,启动子将失去原功能。(2)DNA连接酶和DNA聚合酶的作用相同吗?提示:不相同。DNA连接酶连接的是两个DNA片段,而DNA聚合酶连接的是单个的脱氧核苷酸。(3)启动子=起始密码子?终止子=终止密码子?提示:启动子≠起始密码子,终止子≠终止密码子。①启动子:一段有特殊结构的DNA片段,位于基因的首端。它是RNA聚合酶识别、结合的部位。②终止子:一段有特殊结构的DNA片段,位于基因的尾端。作用是使转录过程停止。③起始密码子和终止密码子位于mRNA上,分别控制翻译过程的启动和终止。重难突破一、目的基因的三种获取方法1.从基因文库中获取基因文库类型基因组文库部分基因文库(cDNA文库)构建基因文库的过程某种生物全部DNA 许多DNA片段 受体菌群体某种生物发育的某个时期的mRNA cDNA 受体菌群体 (2)PCR的过程过程说明图解变性当温度上升到90℃以上时,双链DNA解旋为单链 复性温度下降到50℃左右时,两种引物通过碱基互补配对方式与两条单链DNA结合 延伸72℃左右时,TaqDNA聚合酶有最大活性,可使DNA新链由5‘端向3'端延伸 2.PCR技术(1)原理:DNA复制随着重复次数的增多,DNA分子就以2n的形式扩增。PCR的反应过程都是在PCR扩增仪中完成的。3.人工合成(1)通过DNA合成仪用化学方法人工合成:适用于核苷酸序列已知,且核苷酸数目较少的基因。(2)利用mRNA反转录合成。二、限制酶的选择甲乙(3)结果:上述三步反应完成后,一个DNA分子就变成了两个DNA分子,1.根据目的基因两端的限制酶切割位点确定限制酶的种类:(1)应选择切割位点位于目的基因两端的限制酶,如图甲可选择PstⅠ。(2)不能选择切割位点位于目的基因内部的限制酶,如图甲不能选择SmaⅠ。(3)为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接,也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒。如图甲可选择用PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切割位点)。2.根据质粒的特点确定限制酶的种类(1)一般来说,所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致,以确保产生相同的黏性(或平)末端。(2)质粒作为载体必须具备标记基因等,所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构,如图乙中限制酶SmaⅠ会破坏标记基因;如果所选酶的切割位点不是一个,则切割重组后可能丢失某些片段,若丢失的片段含复制原点,则切割重组后的载体进入受体细胞后不能自主复制。考点二基因工程的应用与发展考点清单基础知识一、动物基因工程与植物基因工程1.动物基因工程:用于提高动物生长速度从而提高产品产量;用于改善畜产品品质;用转基因动物生产药物;用转基因动物作器官移植的①供体等。2.植物基因工程:培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和抗逆转基因植物;利用转基因改良植物的品质。【名师点拨】(1)农杆菌转化法原理:农杆菌在自然条件下易感染双子叶植物和裸子植物,并将其Ti质粒上的T-DNA转移并整合到受体细胞染色体DNA上。(2)用基因工程的方法,使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系一般称为“工程菌”,如含有人干扰素基因的酵母菌。而青霉素是由人工诱变后的高产青霉菌产生的,不是通过基因工程改造的工程菌产生的。(3)用基因工程生产的药品,从化学成分上分析一般是蛋白质类。(4)动物基因工程的实施主要是为了改善畜产品的品质,不一定是为了产生体型巨大的个体。二、基因诊断与基因治疗1.基因诊断:又称为DNA诊断,是采用②基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体。2.基因治疗(1)概念:把③正常基因导入病人体内,使该基因的表达产物发挥功能,从而达到治疗疾病的目的。(2)成果:将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋巴细胞中,使淋巴细胞能产生腺苷酸脱氨酶,然后,再将这种淋巴细胞转入患者体内,从而治疗复合型免疫缺陷症。3.类型三、蛋白质工程1.蛋白质工程崛起的缘由(1)基因工程的实质:将一种生物的基因转移到另一种生物体内,后者可以产生它本不能产生的蛋白质,进而表现出新的性状。(2)基因工程的不足:在原则上只能产生自然界已存在的蛋白质。2.蛋白质工程的基本原理3.蛋白质工程的基本途径 【名师点拨】(1)既然存在基因工程,为什么还要改造蛋白质?[提示]基因工程只能产生自然界已存在的蛋白质。(2)蛋白质工程中为什么通过对基因操作来实现对天然蛋白质的改造?[提示]①蛋白质具有十分复杂的空间结构,基因的结构相对简单,容易改造;②改造后的基因可以遗传给下一代,被改造的蛋白质无法遗传。重难突破一、两点常考易错的基因工程的应用1.抗虫棉的培育(1)目的基因:Bt毒蛋白基因(2)抗虫原理:Bt毒蛋白水解成的多肽与肠上皮细胞受体结合,会导致细胞膜穿孔,细胞肿胀裂解,最后造成害虫死亡。注:Bt毒蛋白基因来自苏云金芽孢杆菌。(3)受体细胞 (4)方法:花粉管通道法(也可用农杆菌转化法或基因枪法)受精卵正常发育体细胞组织培养2.动物反应器(1)外源基因:药用蛋白基因(2)表达条件:药用蛋白基因+乳腺蛋白基因的启动子等(3)受体生物——牛、羊等(4)方法:显微注射法(5)种类:乳腺反应器和膀胱反应器。前者受动物性别(只能是雌性)和年龄(哺乳期)限制,优点是不用提取直接使用;后者需提取后使用,但不受动物性别和年龄的限制。项目蛋白质工程基因工程区别过程预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质获取目的基因→构建基因表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定实质定向改造或生产人类所需蛋白质定向改造生物的遗传特性,以获得人类所需的生物类型或生物产品(基因的异体表达)结果生产自然界没有的蛋白质生产自然界中已有的蛋白质二、蛋白质工程与基因工程的比较联系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,因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质,必须通过基因修饰或基因合成实现考点三DNA的粗提取与鉴定考点清单基础知识一、实验原理 二、操作流程【名师点拨】(1)为什么加入蒸馏水能使鸡血细胞破裂?提示:蒸馏水对于鸡血细胞来说是一种低渗液体,水分可以大量进入血细胞内,使血细胞破裂,再加上搅拌的机械作用,就加速了鸡血细胞的破裂(细胞膜和核膜的破裂),从而释放出DNA。(2)若用植物细胞提取DNA需加入洗涤剂和食盐,其作用是什么?提示:洗涤剂是一些离子去污剂,能溶解细胞膜,有利于DNA的释放;食盐的主要成分是NaCl,有利于DNA的溶解。(3)为什么反复地溶解与析出DNA,能够去除杂质?提示:用高盐浓度的溶液溶解DNA,能除去在高盐溶液中不能溶解的杂质;用低盐浓度使DNA析出,能除去溶解在低盐溶液中的杂质。因此,通过反复溶解与析出DNA,就能够除去与DNA溶解度不同的多种杂质。