2022高考生物一轮复习第35讲基因工程课件新人教版

图1
图2
提示 甲和丙。甲中目的基因插入在启动子的上游,丙中目的基因插入在
终止子的下游,二者的目的基因均不能被转录(其他合理答案也可)。
方法技巧选择限制酶的技巧 (1)根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类 ①应选择切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,如图甲也可选择用PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶(但要 确保质粒上也有这两种酶的切点)。
3.基因工程在医药卫生领域的应用
药用蛋白基因 启动子
抑制 除去
疫苗 激素 免疫排斥反应
4.基因工程在食品工业方面的应用 (1)基因工程菌:用基因工程的方法,使 外源基因 得到高效表达的菌类。 (2)应用: ①生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。 ②通过工业发酵批量生产凝乳酶、工业用酶等。
四、蛋白质工程 1.天然蛋白质合成途径:基因→表达( 转录和翻译 )→形成具有特定氨基 酸序列的多肽链→形成具有 高级结构 的蛋白质→行使生物功能。 2.蛋白质工程的基本思路
列及切割位点为
。该拼接在一起的DNA片段,能否被
BamHⅠ识别?
。
(3)与图示质粒相比,完整的重组质粒中还应有
等三种特殊的DNA片段。将重组质粒导入动、植物细胞的方法分别
为
。如受体细胞为大肠杆菌,则该
菌经钙离子处理后会具备
的特性。
答案 (1)DNA连接 四环素 (2)
不一定能 (3)启动子、终止
子和目的基因 显微注射法、农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法
(后者答出一个即可) 将外界DNA吸入细胞
【归纳总结】载体上标记基因的作用 载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受 体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。当含有抗生素抗性基因的载体进入 受体细胞后,抗性基因在受体细胞内表达,使受体细胞能够抵抗相应抗生素, 所以在受体细胞的培养基中加入该种抗生素就可以只保留转入载体的受 体细胞,原理如下图所示:
限制酶Ⅱ:
(2)切割图示中的目的基因和质粒应选用哪类限制酶?请说明理由。
提示 限制酶Ⅰ的识别序列包含限制酶Ⅱ的识别序列,因此限制酶Ⅱ也可 切割限制酶Ⅰ的位点,故使用限制酶Ⅱ时,可在目的基因两端同时作切割, 从而切出“目的基因”,但若使用限制酶Ⅱ切割质粒,会同时破坏质粒中的两 个“标记基因”,故只能使用限制酶Ⅰ切割质粒。
答案 (1)√ (2)× (3)√
核心考点 能力提升
考点一 基因工程的基本工具
合作探究
探究1构建基因表达载体时需要选择合适的限制酶切割含有目的基因的
DNA片段和载体
已知限制性内切核酸酶Ⅰ的识别序列和切点是
,限制性内切
核酸酶Ⅱ的识别序列和切点是
,根据图示讨论下列问题。
(1)请用图示法写出限制性内切核酸酶Ⅰ和限制性内切核酸酶Ⅱ切割后形 成黏性末端的过程。 提示 限制酶Ⅰ:
(1)制备重组质粒,需要限制酶和
酶。如制备重组质粒时,使用
PvuⅠ切割该质粒,则检测目的基因是否导入受体细胞,需要在培养基中添
加
。
(2)该质粒中的BamHⅠ识别的核苷酸序列及切割位点为
,而
Sau3AⅠ识别的核苷酸序列只有4个碱基。若BamHⅠ和Sau3AⅠ分别切割
DNA所形成的DNA片段能拼接成一条DNA链,则Sau3AⅠ识别的核苷酸序
考点二 基因工程的操作程序 合作探究
探究1利用PCR技术可特异性地快速扩增目的基因 PCR是多聚酶链式反应的缩写。它是一项根据DNA半保留复制的原理,在 体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件,对目的基因的核苷酸序列 进行大量复制的技术。结合下列图解,讨论相关问题。
特定部位 的磷酸二酯键断开。 ③结果:产生 黏性末端 和 平末端 。
名师点睛①将一个基因从DNA分子上切割下来,需要切两处,同时产生4个 黏性末端或平末端。 ②限制酶在识别序列中心轴线两侧切开形成的是黏性末端,而在识别序列 中心轴线处切开形成的是平末端。
2.DNA连接酶
大肠杆菌 黏性末端
黏性末端和平末端 磷酸二酯键
此推断以下说法中,正确的是( )
限制性内
识别序列和
限制性内
识别序列和
切核酸酶
切割位点
切核酸酶
切割位点
BamHⅠ
KpnⅠ
EcoRⅠ
Sau3AⅠ
HindⅡ
SmaⅠ
注:Y表示C或T,R表示A或G。
A.一种限制酶只能识别一种核苷酸序列 B.限制酶切割后一定形成黏性末端 C.不同的限制酶可以形成相同的黏性末端 D.限制酶的切割位点在识别序列内部
பைடு நூலகம்
提示 适合的质粒是①。由图可知,质粒②上无标记基因,不适合作为载体; 质粒③和④的标记基因上都有限制性内切核酸酶的识别位点,使用该酶后 将会导致标记基因遭到破坏,故均不宜选作载体。
(2)若利用下图1所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的 重组质粒。这三种重组质粒中,不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有 哪些?试分析不能表达的原因。
氨基酸序列
蛋白质 (三维结构)
mRNA
五、实验:DNA粗提取与鉴定
DNA与蛋白质 2 mol/L
蓝色
研磨液 4℃
95% 白色丝状物
2 mol/L 二苯胺
蓝色
概念检测 1.判断下列关于基因工程的基本工具的表述是否正确。 (1)限制酶只能用于切割目的基因。( ) (2)每个质粒DNA分子上至少含一个限制酶识别位点。( ) (3)DNA连接酶能将两碱基通过氢键连接起来。( ) (4)E.coli DNA连接酶既可连接平末端,又可连接黏性末端。( ) (5)限制酶也可以识别和切割RNA。( ) (6)限制性核酸内切酶、DNA连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具 酶。( ) (7)载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因。( )
第11单元 第35讲 基因工程
素养导读
必备知识 固本夯基
一、重组DNA技术的基本工具 1.限制性内切核酸酶——“分子手术刀” (1)来源:限制性内切核酸酶又称限制酶,这类酶主要是从 原核生物 中 分离纯化出来的。 (2)作用及特点 ①作用:切割双链DNA分子每条链中特定部位的 磷酸二酯键 。 ②特点:具有特异性,能够识别双链DNA分子的特定 核苷酸序列 ,并使
归纳拓展对限制酶和载体切割位点的说明 (1)若用于切割载体的限制酶有多个切点,则切割后载体可能丢失含有复制 起始点的片段,重组DNA分子进入受体细胞后便不能进行自主复制。 (2)切点所处位置必须在载体本身需要的基因片段之外,以避免载体因目的 基因的插入而失活。
考向2 载体的作用和特点 2.下图所示为pBR322质粒,其中Ampr(氨苄青霉素抗性基因)和Tetr(四环素 抗性基因)为标记基因,ori为复制原点,其他均为限制酶及其识别位点,并且 每种限制酶都只有一个。pBR322质粒是基因工程较常用的运载体。回答 下列相关问题。
(2)根据质粒的特点确定限制酶的种类 ①所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致,以确保具有相同的黏性末 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。
考向突破
考向1 基因工程中工具酶的作用
1.下表为常用的限制性内切核酸酶(限制酶)及其识别序列和切割位点,由
基因
预期表达产物
PCR 启动子
标记
农杆菌转化法 显微注射
插入了目的基因 转录出了mRNA
抗原—抗体杂交
2.利用PCR获取和扩增目的基因 (1)原理:DNA 半保留 复制。 (2)过程:变性→ 复性 → 延伸 (3)结果:由于延伸后得到的产物又可以作为下一个循环的模板,因而每一 次循环后目的基因的量可以增加一倍,即成 指数 形式扩增(约为 2n , 其中n为扩增循环的次数)。
答案 (1)√ (2)√ (3)× (4)√ (5)×
5.基于DNA粗提取与鉴定实验的原理和程序,判断下列表述是否正确。 (1)DNA不溶于酒精,但某些蛋白质溶于酒精,利用这一原理可初步分离 DNA与蛋白质。( ) (2)DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色,遇甲紫会呈现红色。( ) (3)DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同。( )
答案 (1)× (2)√ (3)× (4)× (5)× (6)× (7)×
2.基于基因工程的基本操作程序,判断下列表述是否正确。 (1)根据不同的需要,目的基因是不同的,但都是能编码蛋白质的基因。( ) (2)为培育抗除草剂的作物新品种,导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受 体。( ) (3)抗虫基因即使成功地插入植物细胞染色体上也未必能正常表达。( ) (4)检测目的基因是否成功表达可用抗原—抗体杂交技术。( ) (5)PCR反应中温度的周期性改变是为了使DNA聚合酶催化不同的反应。 () (6)PCR体系中一定要添加从受体细胞中提取的DNA聚合酶。( ) (7)目的基因导入双子叶植物一般采用农杆菌转化法。( )
探究2质粒作为载体,将目的基因送入细胞,并利用标记基因筛选重组DNA 分子 在基因工程操作中,真正被用作载体的质粒,都是在天然质粒的基础上进行 过人工改造的。这些质粒上常有特殊的标记基因,便于重组DNA分子的筛 选。 (1)下图表示四种质粒,其中MunⅠ和EcoRⅠ是两种限制性内切核酸酶,箭 头所指部位为限制性内切核酸酶的识别位点,质粒的阴影部分表示标记基 因。适于作为载体的质粒是哪一种?并指明理由。
答案 C 解析 根据表格内容可以推知,每种限制酶都能识别特定的核苷酸序列,但 不一定只能识别一种序列,如限制酶HindⅡ,A项错误;限制酶切割后能形成 黏性末端或平末端,如限制酶HindⅡ切割后露出平末端,B项错误;不同的限 制酶切割后可能形成相同的黏性末端,如限制酶BamHⅠ和Sau3AⅠ切割后 露出的黏性末端相同,C项正确;限制酶的切割位点可以位于识别序列的外 侧,如Sau3AⅠ,D项错误。
答案 (1)× (2)√ (3)× (4)× (5)× (6)× (7)×
3.基于基因工程的应用,判断下列表述是否正确。 (1)科学家将某些病毒、真菌的抗病基因导入植物中,获得转基因抗病植株。 () (2)利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品,如人的血清白蛋白, 这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中。( ) (3)由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用。( ) (4)干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白。( ) (5)用基因工程方法从大肠杆菌和酵母菌细胞内获得的干扰素结构和功能 完全相同。( )
3.载体 (1)作用:将外源基因送入细胞。 (2)种类:质粒、 噬菌体 、动植物病毒等。 (3)质粒作为载体的条件或特点 ①能在受体细胞中进行 自我复制 ; ②有一个至多个 限制酶 切割位点,供外源DNA片段(基因)插入其中; ③特殊的 标记基因 ,便于重组DNA分子的筛选; ④对受体细胞无害。
二、基因工程的基本操作程序 1.基本程序
答案 (1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)×
4.基于对蛋白质工程的原理及其应用的认识,判断下列表述是否正确。 (1)蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质。( ) (2)蛋白质工程以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础。 () (3)基因工程在分子水平对基因进行操作,蛋白质工程在分子水平对蛋白质 进行操作。( ) (4)蛋白质工程可以改造酶,提高酶的热稳定性。( ) (5)蛋白质工程最终要达到的目的是获取编码蛋白质的基因序列信息。 ()
三、基因工程的应用 1.植物基因工程的应用
抗虫功能 抗病基因
优良性状
赖氨酸
2.动物基因工程的应用 (1)提高动物的生长速率:科学家将 外源生长激素 基因导入动物体内, 以提高动物的生长速率。 (2)改善畜产品的品质:科学家将 肠乳糖酶 基因导入奶牛基因组,使获得 的转基因牛分泌的乳汁中,乳糖的含量大大降低,而其他营养成分不受影响, 解决 乳糖不耐受 问题。
规律方法限制酶的识别序列和切割末端的判断 (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,中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对 称重复排列的。 (2)判断黏性末端或平末端是否由同一种限制酶切割形成的方法是:将黏性 末端或平末端之一旋转180°后,看它们的碱基序列是否完全相同。若相同, 则是由同种限制酶切割形成的。