2020高考生物大一轮复习 第十一单元 第1讲 基因工程课件 新人教版

研考点•重点难点探究固考基•双基体系优化目录ONTENTSC悟高考•真题演练4课时作业第十一单元现代生物科技专题第1讲基因工程[考纲要求]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。一、基因工程的基本工具二、基因工程的操作程序三、基因诊断与基因治疗基因治疗基因诊断原理及基因表达DNA分子方法将正常基因导入有基因缺陷的细胞中，使该基因的发挥功能，以达到治疗的目的制作特定DNA探针与病人样品DNA混合，分析情况进展临床实验临床应用基因重组杂交表达产物杂交带四、蛋白质工程1．据两种限制酶的作用图示填空：(1)已知限制酶EcoRⅠ和SmaⅠ识别的碱基序列和酶切位点分别为G↓AATTC和CCC↓GGG，在图中画出两种限制酶切割DNA后产生的末端并写出末端的种类。(2)①产生的是；②产生的是。(3)EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶识别的不同，切割位点(填“相同”或“不同”)，说明限制酶具有。黏性末端平末端碱基序列不同专一性2．结合抗虫棉的培育过程图填空：(1)从图中可以看出，目的基因是，使用的载体是，将目的基因表达载体导入受体细胞的方法是。(2)请写出两种检测目的基因是否表达的方法：。Bt毒蛋白基因Ti质粒农杆菌转化法抗原—抗体杂交法、用棉叶饲喂棉铃虫考点一基因工程的概念与操作工具分析[考点研析]1．“分子手术刀”——限制性核酸内切酶(限制酶)(1)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，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。(2)切割后末端的种类(3)限制酶的选择技巧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a．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。b．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。②根据质粒的特点确定限制酶的种类a．所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致，以确保产生相同的末端。b．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止一个，则切割重组后可能丢失某些片段，若丢失的片段含复制起点区，则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。2．“分子缝合针”——DNA连接酶(1)作用：将限制酶切割下来的DNA片段拼接成DNA分子。(2)类型种类E·coliDNA连接酶T4DNA连接酶来源大肠杆菌T4噬菌体功能特性只能连接黏性末端可以连接黏性末端和平末端，但连接平末端之间的效率较低相同点都缝合磷酸二酯键，如图：3.载体(1)条件与目的条件目的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(2)作用①作为运载工具，将目的基因导入宿主细胞内。②利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。[方法技巧]比较法比较四种酶及PCR技术与DNA复制(1)与DNA有关的四种酶的辨析种类项目限制酶DNA连接酶DNA聚合酶解旋酶作用底物DNA分子DNA分子片段脱氧核苷酸DNA分子作用部位磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键碱基对间的氢键作用结果形成黏性末端或平末端形成重组DNA分子形成新的DNA分子形成单链DNA分子(2)PCR技术与体内DNA复制的比较DNA复制PCR技术解旋方式解旋酶催化DNA在高温作用下变性解旋场所细胞内(主要在细胞核内)细胞外(主要在PCR扩增仪内)酶DNA解旋酶、普通的DNA聚合酶等耐热的DNA聚合酶(Taq酶)温度条件细胞内温和条件需控制温度，在较高温度下进行区别合成的对象DNA分子DNA片段或基因DNA复制PCR技术联系①模板：均需要脱氧核苷酸链作为模板进行物质合成②原料：均为四种脱氧核苷酸③酶：均需要DNA聚合酶进行催化④引物：均需要引物，使DNA聚合酶从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸[命题探究]1．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：(1)DNA分子经限制酶切割后产生的DNA片段的末端通常有两种——黏性末端和平末端。(2)为了保证目的基因与运载体相连，用另一种限制酶切割含目的基因的DNA后形成的黏性末端必须与EcoRⅠ切割形成的黏性末端相同。(3)DNA连接酶有E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶两类。(4)反转录的模板是mRNA，产物是DNA。大量扩增反转录产物常采用PCR技术。(5)在基因工程中使用的运载体除质粒外，还有噬菌体、动植物病毒等。(6)经Ca2＋处理后的大肠杆菌更易吸收周围环境中的DNA分子。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)E·coliT4(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2．通过基因工程的方法，科学家采用花粉管通道法将毒蛋白基因转入棉花植株并获得成功表达。棉铃虫吃了这种转基因棉花的植株后就会死亡。花粉管通道法是指利用植物花粉萌发时形成的花粉管通道将毒蛋白基因送入胚囊，进而导入尚不具备细胞壁的合子或早期胚体细胞中，借助天然的种胚系统，形成含有目的基因的种胚。请回答下列问题：(1)基因工程中常用的“剪刀”是指__________；常用的“针线”是指__________。(2)利用花粉管通道法将毒蛋白基因导入棉花细胞，此过程是基因工程操作步骤中的第三步，即______________，又称为__________。获取目的基因时，如果基因比较小，__________已知，则可以通过DNA合成仪用化学方法直接合成。(3)该目的基因在导入受体细胞前需要与载体结合，目前经常使用的载体是__________，重组的该结构除了目的基因之外，还有__________、__________、__________和复制原点等结构。这是基因工程操作步骤中的第二步，该步骤是基因工程的__________。(4)基因工程操作的第四步是目的基因的检测与鉴定，其中分子水平的检测又分三步：首先要检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因，采用的技术是______________；其次还要检测__________________________，方法同样是采用分子杂交技术；最后检测__________________________，方法是__________杂交技术。(5)为了使毒蛋白只出现在棉花叶肉细胞中，在进行基因工程第二步时应该加上__________等调控组件。解析：(1)基因工程中常用的“剪刀”是指限制酶；常用的“针线”是指DNA连接酶，连接目的基因和运载体形成重组DNA。(2)基因工程的基本操作步骤主要包括四步：①目的基因的获取；②基因表达载体的构建；③将目的基因导入受体细胞；④目的基因的检测与鉴定。其中目的基因导入受体细胞属于第三步，即转化过程；在获取目的基因时，如果目的基因比较小，核苷酸序列又已知，则可以通过DNA合成仪人工合成。(3)基因工程中最常用的运载体是质粒，可以将目的基因导入受体细胞。构建基因表达载体是基因工程的核心步骤，该表达载体的组成包括目的基因、启动子、终止子和标记基因等。(4)DNA上是否插入了目的基因的检测方法是DNA分子杂交技术；目的基因是否转录出了mRNA的检测方法是分子杂交技术；目的基因是否翻译成蛋白质的检测方法是抗原—抗体杂交技术。(5)为了使毒蛋白只出现在棉花叶肉细胞中，应在目的基因前加上叶肉蛋白基因启动子，构建成基因表达载体。答案：(1)限制酶DNA连接酶(2)将目的基因导入受体细胞转化核苷酸序列(3)质粒启动子终止子标记基因核心(4)DNA分子杂交技术目的基因是否转录出了mRNA目的基因是否翻译成蛋白质抗原—抗体(5)叶肉蛋白基因启动子考点二基因工程的操作步骤[考点研析]1．目的基因的获取(1)直接分离法从基因文库基因组文库或cDNA文库中获取利用PCR技术扩增①基因组文库与部分基因文库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②PCR技术a．原理：DNA复制。b．需要条件：模板DNA、引物、四种脱氧核苷酸、热稳定DNA聚合酶(Taq酶)。c．过程：DNA受热变性解旋为单链，冷却后RNA引物与单链相应互补序列结合，然后在DNA聚合酶作用下延伸合成互补链。(2)人工合成法化学合成法：针对已知核苷酸序列的较小基因逆转录法：以RNA为模板，在反转录酶的作用下人工合成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。(2)基因表达载体的组成及作用(3)基因表达载体的构建过程3．将目的基因导入受体细胞(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，称为转化。转化的关键是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。(1)受体细胞种类不同，导入方法不同生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法农杆菌转化法显微注射法转化法生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞受体细胞体细胞受精卵原核细胞生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞转化过程将目的基因插入到Ti质粒的T­DNA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→重组表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子(2)基因工程产物不同、选择的受体细胞类型也不相同①培育转基因植物：受体细胞可以是受精卵、体细胞(需经植物组织培养成为完整植株)。②培育转基因动物：受体细胞为受精卵，若用体细胞作为受体细胞，则需经核移植技术培养成转基因动物。③生产蛋白质产品：一般选用大肠杆菌等原核生物作为受体细胞，因原核生物具有一些其他生物没有的特点，如繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等。4．目的基因的检测与鉴定[易混易错]基因工程操作过程中的5个易错点(1)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。(2)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。(3)农杆菌转化法原理：农杆菌易感染植物细胞，并将其Ti质粒上的T­DNA转移并整合到受体细胞染色体DNA上。(4)标记基因的种类和作用：标记基因的作用——筛选、检测目的基因是否导入受体细胞。常见的有抗生素抗性基因、发光基因(表达产物为带颜色的物质)等。(5)受体细胞的选择：受体细胞常用植物受精卵或体