專題15 基因工程2023年高考生物二輪復習課件（新教材專用）

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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,二輪復習,基因工程,提醒：,判斷正誤并找到課本原話,1,切割質粒的限制性內切核酸酶均能特異性地識別,6,個核苷酸序列。,(,選擇性必修,3 P,71,),(,),2,DNA,連接酶和,DNA,聚合酶是一回事。,(,選擇性必修,3 P,72,“,旁欄思考,”,),(,),3,載體質粒通常采用抗生素合成基因作為篩選的標記基因。,(,選擇性必修,3 P,72,正文,),(,),4,目的基因就是指編碼蛋白質的基因。,(,選擇性必修,3 P,76,正文,),(,),5,人畜食用,Bt,抗蟲蛋白會中毒。,(,選擇性必修,3

2、 P,77,“,相關信息,”,),(,),6,用,PCR,方法擴增目的基因時不必知道基因的全部序列。,(,選擇性必修,3 P,77,“,相關信息,”,),(,),7,基因表達載體中含有啟動子和密碼子。,(,選擇性必修,3 P,80,正文和圖,36),(,),8,干擾素是我國批準生產的第一個基因工程藥物。,(,選擇性必修,3 P,90,“,資料卡,”,),(,),9,對蛋白質的改造是通過直接改造相應的,mRNA,來實現(xiàn)的。,(,選擇性必修,3 P,93,正文,),(,),10,轉基因作為一項技術本身是中性的。,(,選擇性必修,3 P,103,正文,),(,),11,治療性克隆是指利用克隆技術獲得

3、胚胎，并將胚胎孕育成為個體的克隆性技術。,(,選擇性必修,3 P,106,正文,),(,),基因工程,按照,人們的愿望,，通過轉基因等技術，賦予,生物新的遺傳特性,，創(chuàng)造出,更符合人們需要的新的生物類型和生物產品,。從技術操作層面看，由于基因工程是在,DNA,分子水平上進行設計和施工的，因此又叫作,重組,DNA,技術,。,操作對象及環(huán)境,操作水平,操作原理,結果,生物體外,基因,DNA,分子水平,按照人類的需要定向改造生物的遺傳特性,基因重組,優(yōu)點：,能克服遠緣雜交不親和的障礙；,定向改造生物的遺傳特性。,基因工程,的工具,限制酶,主要存在于原核生物中,具有專一性,(,識別序列,),切開,DN

4、A,分子的磷酸二酯鍵,DNA,連,接酶,連接磷酸二酯鍵,種類,E,coli,DNA,連接酶,T,4,DNA,連接酶,運載,工具,具備的,條件,結構簡單，大小適中,能在宿主細胞中自我復制并穩(wěn)定存在,具一個或多個限制酶切位點,具標記基因,質粒、噬菌體,、動植物病毒,DNA,連接,酶、,限制酶、,DNA,聚合酶、解旋酶、,DNA,酶的比較,項目,DNA連,接酶,限制酶,DNA聚,合酶,解旋酶,DNA,酶,作用部位,作用對象,作用結果,磷酸二酯鍵,將,DNA,片段水解為單個脫氧核苷酸,磷酸二酯鍵,磷酸二酯鍵,磷酸二酯鍵,氫鍵,DNA,片段,DNA,單個的脫氧,核苷酸,DNA,DNA,將兩個,DNA,片

5、段連接成完整的,DNA,分子,切割雙鏈,DNA,分子,將單個的脫氧核苷酸連接到,DNA,單鏈末端,將雙鏈,DNA,分子局部解旋為單鏈,DNA,的粗提取與鑒定,DNA,片段的擴增及電泳鑒定,抗蟲棉的培育過程,基因工程的基本操作程序,目的基因的 篩選與獲取,基因表達載體的構建,將目的基因導入受體細胞,目的基因的檢測與鑒定,目的基因的篩選與獲取,特別提醒,從,cDNA,文庫獲取的目的基因不含啟動子和終止子。,利用乳腺生物反應器生產藥物時,應將目的基因與乳腺蛋白基因的啟動子連接到一起。,耐高溫的,DNA,聚合酶,（,Taq,酶）,DNA,模板,引物,（,2,種,）,穩(wěn)定的,緩沖溶液,（一般添加,Mg,

6、2+,）,四種脫氧核苷酸,(dNTP),激活,真核細胞和細菌的,DNA,聚合酶,體外,PCR的條件,：,dATP,dGTP,dCTP,dTTP,3,5,子鏈的,延伸方向,是,5,3,DNA,聚合酶,3,5,模板鏈,子鏈,因為,DNA,聚合酶,不能,直接將單個的核苷酸,聚合成鏈,DNA,聚合酶,只能,將單個核苷酸加到,已有鏈,的,3-,端,子鏈,合成,需要引物,引物是一小段能與,DNA,母鏈的一段堿基序列互補配對的短單鏈核酸,。用于,PCR,的引物通常為,2030,個核苷酸。,在細胞中為一段單鏈,RNA,，,在,PCR,中為一段人工合成的單鏈,DNA,。,a.,什么是引物,在DNA復制時，DNA

7、聚合酶,不能直接,從模板鏈的一端直接開始臺成子鏈，必須由,引物提供3,端,之后,才能開始連接,脫氧核苷酸。,3,3,3,3,5,5,5,5,3,3,5,5,5,5,3,3,DNA,解鏈為單鏈,高溫,(,95,),變性,低溫,(50),復性,中溫,(72),延伸,引物結合到互補,DNA,鏈,Taq,酶從引物起始進行,子,鏈的合成,PCR,過程可以在,PCR,擴增儀,(PCR,儀,),中自動完成。,PCR擴增目的基因的過程,：,如果循環(huán),n,次,，則,共需,消耗,個,引物。,則,共需,消耗,對,引物。,2,n,1,2,n+1,2,兩種引物都結合在,DNA,模板鏈的,端；脫氧核苷酸連接在引物的,端進

8、行延伸。,3,設計引物的依據(jù)是,？,已知,目的基因,兩端,（,3,端）,的,部分,核苷酸序列,，以便根據(jù)該序列,合成,引物,。,3,3,5,DNA,母鏈,1,3,5,DNA,母鏈,2,3,5,引物,1,3,5,引物,2,呈,指數(shù)形式擴增,（,n,次擴增后，,DNA,數(shù)量約為,2,n,）,PCR,結果：,n,代后，,DNA,分子有,_,個,n,代后，,DNA,鏈有,_,條,第,_,代出現(xiàn)完整的目的基因,n,代后，含引物的,DNA,分子有,_ _,個,n,代后，共消耗,_ _,個引物,第,n,代復制，消耗了,_,個引物,n,代后，完整的目的基因有,_ _,個,2,n,2,n+1,3,2,n,2,n

9、+1,-2,2,n,2,n,-,2n,基因表達載體的組成,【,說明,】,有時為了滿足應用需要，會在載體上,人工構建,誘導型啟動子,，當,誘導物存在,時，可以,激活或抑制,目的基因的表達。,特別提醒,啟動子、終止子、起始密碼子和終止密碼子的關系,啟動子,(DNA,片段,),起始密碼子,(,位于,mRNA,上,),。,終止子,(DNA,片段,),終止密碼子,(,位于,mRNA,上,),。,轉化,：,目的基因進入,_,內，并且在受體細胞內維持,_,和,_,的過程,受體細胞,穩(wěn)定,表達,方法：,植物細胞：,動物細胞：,微生物細胞：,花粉管通道法、農桿菌轉化法、,顯微注射技術,Ca,2+,處理法(感受態(tài)

10、細胞法),由于受體細胞有植物、動物、微生物之分，以及目的基因導入受體細胞的方法不同，因此，基因表達載體的構建也會有差別；,將目的基因導入受體細胞,將目的基因,插入,Ti,質粒的,T-DNA,中,，通過農桿菌的,轉化,作用，就可以使目的基因,進入植物細胞,。,農桿菌特點：,a.,能在自然條件下,侵染,雙子葉植物,和,裸子植物,，而對,大多數(shù),單子葉植物,沒有,侵染能力；,b.,農桿菌細胞內含有,Ti,質粒,，當它侵染植物細胞后，能將,Ti質粒,上的,T-DNA,（,可轉移的DNA,）,轉移到被侵染的細胞，并且將其,整合到該細胞的,染色體DNA上,；,c.,利用農桿菌進行轉化的,方法,：,可轉移的

11、DNA,受體細胞,植物細胞,動物細胞,微生物細胞,常用方法,農桿菌轉化法,、基因槍法、花粉管通道法,顯微注射技術,感受態(tài)細胞法,受體細胞,體細胞,受精卵,原核細胞,轉化過程,以農桿菌轉化法為例：,將目的基因插入,Ti,質粒,的,TDNA,上,轉入,農桿菌,中,導入,植物細胞,整合到受體細胞的,DNA,上,提純含目的基,因的表達載體,顯微注射,受精卵發(fā)育,具有新性,狀的個體,Ca,2,處理細胞,感受態(tài)細胞,基因表達載體與,感受態(tài)細胞混合,感受態(tài)細胞,吸收,DNA,分子,在棉花細胞中，重組表達載體是否導入成功？是否可以穩(wěn)定維持并表達出,Bt,蛋白？表達出的,Bt,蛋白是否具有殺蟲的功效？,4.,目

12、的基因的檢測與鑒定,檢測,目的基因,進入受體細胞后，,是否穩(wěn)定維持和表達其遺傳特性。,1.,目的：,2.,檢測內容及方法：,類型,檢測內容,方法,分子水平,的檢測,個體,生物學,水平,的鑒定,受體細胞的染色體,DNA,上,是否插入,了目的基因,目的基因,是否轉錄,出了mRNA,PCR等技術,目的基因,是否翻譯,成蛋白質,抗原-抗體雜交技術,個體是否具有,相應性狀,抗蟲鑒定、抗病鑒定、活性鑒定等,基因文庫,識別和結合,轉錄,農桿菌轉化法,顯微注射技術,轉基因抗蟲植物,基因工程的應用,農牧業(yè)方面,醫(yī)藥衛(wèi)生方面,轉基因抗病植物,轉基因抗除草劑植物,改善畜產品的品質,提高動物的生長速率,改良植物的品質

13、,讓哺乳動物批量生產藥物,建立移植器官工廠,食品工業(yè)方面,生產食品工業(yè)用酶,構建基因工程菌,蛋白質工程的概念,蛋白質工程是指以,及其與,作為,基礎,通過,或,來改造,或,蛋白質,以滿足,。,蛋白質分子的結構規(guī)律,生物功能的關系,改造,合成基因,現(xiàn)有蛋白質,制造一種新的,人類生產和生活的需求,基礎：,蛋白質分子的結構規(guī)律及其與生物功能的關系；,操作對象：,改造或合成基因,結果：,改造現(xiàn)有蛋白質或制造一種新的蛋白質,與基因工程的關系：,目的：,以滿足人類生產和生活的需求,在基因工程基礎上延伸出來的第二代基因工程,理論和技術：,分子生物學、晶體學和計算機技術,蛋白質工程,合成,新的,蛋白質,蛋白質,

14、結構,脫氧核苷酸序列,(,基因,),1,、蛋白質工程的起點是什么,？產物,是什么,？,起點是從預期蛋白質的功能出發(fā)，設計蛋白質的結構，產物是改造后的蛋白質或新的蛋白質,。（,由于蛋白質高級結構十分復雜，因此蛋白質工程是一項難度很高的工程,）,常見的設計改造蛋白質結構的方法：,（,1,）對已知的蛋白質進行少數(shù)氨基酸的替換,（,2,）對不同來源的蛋白質進行拼接,（,3,）從氨基酸排列順序開始設計全新的蛋白質,2,、蛋白質工程的原理是什么？,中心法則，體內蛋白質的合成過程。,DNA-mRNA-,蛋白質,3,、蛋白質工程為什么可以根據(jù)功能推測結構？,結構決定功能，功能反映結構,4,、為什么可以根據(jù)氨基

15、酸序列推測,DNA,的脫氧核苷酸序列？由此得到的,結果是否具有,唯一性？為什么？,氨基酸與堿基存在對應關系：密碼子表,不唯一，因為密碼子表具有,簡并性,5,、蛋白質真正開始操作的第一步是先對什么東西進行改造，改造后,，又需要,進行什么樣的操作？,真正操作的第一步：對原基因進行改造（如用基因的定點突變技術進行堿基的替換），或根據(jù)氨基酸序列推導出來的核苷酸序列直接合成新的基因。,后續(xù)操作：以上述手段獲取的基因作為目的基因，進行基因工程的操作。,蛋白質工程是在基因工程的基礎上，延伸出來的第二代基因工程。,長句專練,1.,深挖教材類,(1)(,選擇性必修,3 P,71,“,旁欄思考,”,),你能根據(jù)所

16、掌握的知識，推測限制酶存在于原核生物中的主要,作用,？,(,2)(,選擇性必修,3 P,74,“,拓展應用,1,”,),限制酶不切割細菌本身的,DNA,分子的原因,可能,？,(,3)(,選擇性必修,3 P,77,“,相關信息,”,)PCR,反應緩沖溶液中一般要添加,Mg,2,，其,原因,？,當外源,DNA,入侵時，它會利用限制酶來切割外源,DNA,，使之失效，以保證自身的安全,含有某種限制酶的細胞的,DNA,分子或者不具備這種限制酶的識別序列，或者通過甲基化酶將甲基轉移到了限制酶所識別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開,真核細胞和細菌的,DNA,聚合酶都需要,Mg,2,激活,2.,事實概述類,(1),全國卷,，,38(2),以,mRNA,為材料可以獲得,cDNA,，其,原理,？,(,2),全國卷,，,40(1),質粒載體作為基因工程的工具，應具備的基本條件有,_(,答出兩點即可,),，而作為基因表達載體，除滿足上述基本條件外，還需具有啟動子和終止子,。,(3),全國卷,，,40(1),在培育某些轉基因植物時，常用農桿菌轉化法，農桿菌的作用,？,(4),全國卷，,40(2),質粒運載體用