1、第九單元現(xiàn)代生物科技專(zhuān)題 專(zhuān)題25基因工程,高考生物,考點(diǎn)一基因工程的原理和技術(shù),知識(shí)清單,一基因工程的概念 1.概念:按照人們的愿望,進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì),并通過(guò)體外DNA重組和 轉(zhuǎn)基因等技術(shù),賦予生物以新的遺傳特性,從而創(chuàng)造出更符合 人們需要的新的生物類(lèi)型和生物產(chǎn)品。 2.優(yōu)點(diǎn) (1)與雜交育種相比:克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。 (2)與誘變育種相比:可定向改造生物的遺傳性狀。,二基因工程的工具 1.限制性核酸內(nèi)切酶(簡(jiǎn)稱(chēng)限制酶) (1)來(lái)源:主要從原核生物中分離純化出來(lái)。,(2)特點(diǎn):能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列,并且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開(kāi)。 (3)

2、結(jié)果:產(chǎn)生黏性末端或平末端。 2.DNA連接酶 (1)作用:連接雙鏈DNA片段,恢復(fù)被限制酶切開(kāi)的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵。,(2)種類(lèi),3.載體 (1)條件:能在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存;具有一至多個(gè)限制酶切 點(diǎn);具有標(biāo)記基因。 (2)種類(lèi),三基因工程的操作程序 1.獲取目的基因 (1)目的基因:主要指編碼蛋白質(zhì)的基因。 (2)方法,2.基因表達(dá)載體的構(gòu)建基因工程的核心 (1)目的,(3)構(gòu)建過(guò)程,3.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞,4.目的基因的檢測(cè)與鑒定,1.基因組文庫(kù)與部分基因文庫(kù)不同,2.與DNA有關(guān)的四種酶的辨析,3.限制酶選擇時(shí)的兩種特例 (1)限制酶具有特異性,一般情況下,不同限制酶

3、形成的黏性(或平)末端不同。但也有不同限制酶處理后形成的黏性(或平)末端相同,可以用DNA連接酶進(jìn)行連接。如:GGATCC和GATC識(shí)別的序列不同,但處理后的末端相同。 (2)為了避免目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化和隨意連接,也可使用相同的兩種限制酶(如下圖用BamH和Hind)分別切割目的基因和質(zhì)粒,形成分別對(duì)應(yīng)的相同黏性末端進(jìn)行連接。,4.PCR技術(shù)與體內(nèi)DNA復(fù)制的比較,例1(2016課標(biāo)全國(guó),40,15分)圖(a)中的三個(gè)DNA片段上依次表示出了EcoR 、BamH 和Sau3A 三種限制性內(nèi)切酶的識(shí)別序列與切割位點(diǎn),圖(b)為某種表達(dá)載體的示意圖(載體上的EcoR 、Sau3A 的切點(diǎn)是唯

4、一的)。,根據(jù)基因工程的有關(guān)知識(shí),回答下列問(wèn)題: (1)經(jīng)BamH 酶切后得到的目的基因可以與上述表達(dá)載體被酶切后的產(chǎn)物連接,理由是。,(2)若某人利用圖(b)所示的表達(dá)載體獲得了甲、乙、丙三種含有目的基因的重組子,如圖(c)所示。這三種重組子中,不能在宿主細(xì)胞中表達(dá)目的基因產(chǎn)物的有,不能表達(dá)的原因是。,(3)DNA連接酶是將兩個(gè)DNA片段連接起來(lái)的酶,常見(jiàn)的有和,其中既能連接黏性末端又能連接平末端的是。,解析(1)分析圖(a)可知,限制酶Sau3A 與BamH 切割DNA后形成 的黏性末端相同,故經(jīng)這兩種酶切割得到的產(chǎn)物可以用DNA連接酶進(jìn)行連接。(2)構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí),為保證目的基因能在

5、宿主細(xì)胞中成功表達(dá),目的基因應(yīng)插入在啟動(dòng)子和終止子之間,據(jù)此可判斷甲、丙均不符合要求,目的基因均不能被轉(zhuǎn)錄。(3)常見(jiàn)的DNA連接酶有Ecol-iDNA連接酶和T4DNA連接酶,其中T4DNA連接酶既能連接黏性末端又能連接平末端。,答案(1)Sau3A 兩種酶切割后產(chǎn)生的片段具有相同的黏性末端 (每空2分,共4分)(2)甲和丙(2分)甲中目的基因插入在啟動(dòng)子的上游,丙中目的基因插入在終止子的下游,二者的目的基因均不能被轉(zhuǎn)錄(3分,其他合理答案可酌情給分)(3)EcoliDNA連接酶T4DNA連接酶,T4DNA連接酶(每空2分,共6分,其他合理答案可酌情給分),考點(diǎn)二基因工程的應(yīng)用和發(fā)展,一動(dòng)物

6、基因工程與植物基因工程 1.動(dòng)物基因工程:用于提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度從而提高產(chǎn)品產(chǎn)量;用于改善畜產(chǎn)品品質(zhì);用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物;用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植的供體等。 2.植物基因工程:培育抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因植物、抗病轉(zhuǎn)基因植物和抗逆轉(zhuǎn)基因植物;利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)。 二基因診斷與基因治療 1.基因診斷:又稱(chēng)為DNA診斷,是采用基因檢測(cè)的方法來(lái)判斷患者是否出現(xiàn)了基因異?；驍y帶病原體。,2.基因治療,(1)概念:把正常基因?qū)氩∪梭w內(nèi),使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能,從而達(dá)到治療疾病的目的。 (2)成果:將腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入取自患者的淋巴細(xì)胞中,使淋巴細(xì)胞能產(chǎn)生腺苷酸脫氨酶,然后,再將這種淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)入患者體內(nèi),從

7、而治療復(fù)合型免疫缺陷癥。 3.類(lèi)型,三蛋白質(zhì)工程,1.蛋白質(zhì)工程的概念 2.基本流程,1.抗蟲(chóng)棉的培育 (1)目的基因:Bt毒蛋白基因 (2)抗蟲(chóng)原理:Bt毒蛋白水解成的多肽與腸上皮細(xì)胞受體結(jié)合,會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞膜穿孔,細(xì)胞腫脹裂解,最后造成害蟲(chóng)死亡。 注:Bt毒蛋白基因來(lái)自蘇云金芽孢桿菌。 (3)受體細(xì)胞 (4)方法:花粉管通道法(也可用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法或基因槍法),2.動(dòng)物反應(yīng)器 (1)外源基因:藥用蛋白基因,(2)表達(dá)條件:藥用蛋白基因+乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子等 (3)受體生物牛、羊等 (4)方法:顯微注射法 (5)種類(lèi):乳腺反應(yīng)器和膀胱反應(yīng)器。前者受動(dòng)物性別(只能是雌性)和年齡(哺乳期)限制,優(yōu)點(diǎn)

8、是不用提取直接服用;后者需提取后服用,但不受動(dòng)物性別和年齡的限制。,3.蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較,例2(2015課標(biāo)全國(guó),40,15分)已知生物體內(nèi)有一種蛋白質(zhì)(P),該蛋白質(zhì)是一種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,由305個(gè)氨基酸組成。如果將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸,240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸,改變后的蛋白質(zhì)(P1)不但保留P的功能,而且具有了酶的催化活性?；卮鹣铝袉?wèn)題: (1)從上述資料可知,若要改變蛋白質(zhì)的功能,可以考慮對(duì)蛋白質(zhì) 的進(jìn)行改造。 (2)以P基因序列為基礎(chǔ),獲得P1基因的途徑有修飾基因或合成基因。所獲得的基因表達(dá)時(shí)是遵循中心法則的,中心法則的全部?jī)?nèi)容包括的復(fù)制;以及遺傳信息在不同分子 之間的流動(dòng),即:。,(3)蛋白質(zhì)工程也被稱(chēng)為第二代基因工程,其基本途徑是從預(yù)期蛋白質(zhì)功能出發(fā),通過(guò)和,進(jìn)而確定相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列,據(jù)此獲得基因,再經(jīng)表達(dá)、純化獲得蛋白質(zhì),之后還需要對(duì)蛋白質(zhì)的生物進(jìn)行鑒定。,解析(1)蛋白質(zhì)的功能與結(jié)構(gòu)相關(guān),若要改變蛋白質(zhì)的功能,需要對(duì)其 結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。(2)確定目的基因的堿基序列后,可通過(guò)對(duì)現(xiàn)有基因進(jìn)行 改造或者重新合成來(lái)獲得目的基因。中心法則的內(nèi)容包括遺傳信息的 復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄和翻譯。(3)蛋白質(zhì)工程的基本途徑是從預(yù)期蛋白 質(zhì)功能出發(fā),通過(guò)設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和推測(cè)氨基酸序列,進(jìn)而確定相對(duì)應(yīng) 的脫氧核苷酸序列。獲得蛋白質(zhì)之后要對(duì)蛋白質(zhì)的生物功能進(jìn)