高考生物一輪復(fù)習(xí)核心要點突破系列課件：第一章第一節(jié)《基因工程概述》（蘇教版選修3）

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歡迎進(jìn)入生物課堂 第一節(jié)基因工程概述 課標(biāo)領(lǐng)航通過本節(jié)的學(xué)習(xí) 我能夠1 簡述基因工程的誕生過程和發(fā)展歷程 2 理解并闡釋基因工程的實質(zhì) 說出基因工程中基本工具的特點及作用 3 概述基因工程的基本原理和技術(shù)過程 情景導(dǎo)引對嬰兒進(jìn)行母乳喂養(yǎng)好處是很多的 不過你聽說過讓山羊生產(chǎn) 人奶 嗎 俄羅斯和白俄羅斯的科學(xué)家經(jīng)過多年的研究 已成功地培育出了一批能生產(chǎn) 人奶 的轉(zhuǎn)基因山羊 該項目負(fù)責(zé)人埃琳娜 薩德奇科娃博士介紹說 乳鐵蛋白是人奶中所含有的一種天然抗生素 可以幫助不具備成熟免疫系統(tǒng)的嬰兒提高免疫力 然而 普通羊的乳汁中沒有這一成分 他們將人體的乳鐵蛋白基因轉(zhuǎn)移到山羊的基因組中 使轉(zhuǎn)基因山羊能夠分泌出含人體乳鐵蛋白的乳汁 你知道怎樣才能將人體的乳鐵蛋白基因轉(zhuǎn)移到山羊體內(nèi)嗎 核心要點突破 知能過關(guān)演練 第一節(jié) 基礎(chǔ)自主梳理 基礎(chǔ)自主梳理 一 基因工程誕生的背景1 艾弗里證明了 沃森和克里克闡明了 尼倫貝格等破譯了遺傳密碼 以上成就為基因工程的創(chuàng)立提供了重要的理論依據(jù) 2 限制性核酸內(nèi)切酶和 等工具酶 質(zhì)粒等載體和逆轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn) 則直接促使了基因工程的誕生 DNA是遺傳物質(zhì) DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu) DNA連接酶 3 1973年 美國科學(xué)家科恩等將兩種不同來源的DNA分子進(jìn)行體外重組 并首次實現(xiàn)了在大腸桿菌中的表達(dá) 創(chuàng)立了 生物的新技術(shù) 基因工程 4 基因工程的誕生和發(fā)展大約經(jīng)歷了三個時期 1973 1976年為開始期 1977 1981年為發(fā)展期 1982年以后為迅猛發(fā)展和實際應(yīng)用期 定向改造 二 基因工程的概念 重新組合 基因產(chǎn)物 三 基因工程的操作工具 酶與載體1 分子手術(shù)刀 基因工程中常用的能夠準(zhǔn)確切割DNA的 手術(shù)刀 是限制性核酸內(nèi)切酶 它的特點是每一把 手術(shù)刀 只能識別特定的 序列 并在特定的位點上切割DNA分子 由其切割后的DNA分子有的形成 有的形成平口末端 核苷酸 黏性末端 2 分子針線 由同一種限制性核酸內(nèi)切酶切割的兩種來源不同的DNA分子的 黏性末端 相互連接的過程 一是兩 黏性末端 上的核苷酸通過 相互結(jié)合在一起 二是DNA連接酶將DNA這把 梯子 的扶手?jǐn)嗫谶B接起來 分子針線 是對DNA連接酶的比喻 3 載體將外源基因?qū)?時所需要的運載工具叫做載體 常用的載體有質(zhì)粒 噬菌體以及一些可以起載體作用的 是最早應(yīng)用的載體 堿基互補配對 受體細(xì)胞 動 植物病毒 質(zhì)粒 思考感悟1 科學(xué)家利用噬菌體和動 植物病毒做載體的理由主要是什么 提示 噬菌體和絕大多數(shù)動 植物病毒僅由蛋白質(zhì)外殼和DNA分子組成 其中的DNA分子能與目的基因構(gòu)成重組DNA分子 重組的DNA分子可在宿主細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行復(fù)制和表達(dá) 四 基因工程的一般過程與技術(shù)1 基因工程的基本過程 1 獲取 2 制備 3 轉(zhuǎn)化受體細(xì)胞 4 篩選 的受體細(xì)胞 5 培養(yǎng)受體細(xì)胞并實現(xiàn) 等 目的基因 重組DNA分子 獲得目的基因 目的基因功能表達(dá) 2 基因工程技術(shù)的應(yīng)用 1 培育出能 的轉(zhuǎn)基因玉米 2 轉(zhuǎn)基因植物的推廣與應(yīng)用已經(jīng)帶來了巨大的 和經(jīng)濟效益 3 轉(zhuǎn)基因 也得到了迅速發(fā)展 思考感悟2 耐貯存轉(zhuǎn)基因番茄在室溫條件下可貯藏40 55天 在培育過程中將用到哪些工具酶 提示 限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶 抗蟲害 社會效益 動物技術(shù) 核心要點突破 1 DNA連接酶與DNA聚合酶的比較 2 限制性核酸內(nèi)切酶與DNA解旋酶的比較 1 相同點 都作用于DNA分子中的化學(xué)鍵 2 不同點 作用部位不同 前者作用于磷酸與脫氧核糖之間的磷酸二酯鍵 而后者作用于兩個堿基之間的氫鍵 作用結(jié)果不同 限制性核酸內(nèi)切酶在DNA分子特定部位切割DNA DNA解旋酶是把雙鏈DNA分子間氫鍵打開使雙鏈DNA成為兩個互補的單鏈DNA分子 特別提醒 限制性核酸內(nèi)切酶具有專一性 能識別特定的DNA序列 切出能互補配對的黏性末端或平口末端 3 DNA連接酶與限制性核酸內(nèi)切酶的比較 1 區(qū)別 2 兩者的關(guān)系可表示為 特別提醒 由于核苷酸分子間的氫鍵是分子間作用力 其斷裂與重新形成均與限制性核酸內(nèi)切酶 DNA連接酶無關(guān) 限制酶 的識別序列和切點是 G GATCC 限制酶 的識別序列和切點是 GATC 在質(zhì)粒上有酶 的一個切點 在目的基因的兩側(cè)各有一個酶 的切點 用上述兩種酶分別切割質(zhì)粒和含有目的基因的DNA 1 請畫出質(zhì)粒被限制酶 切割后所形成的黏性末端 2 請畫出目的基因兩側(cè)被限制酶 切割后所形成的黏性末端 3 在DNA連接酶的作用下 上述兩種不同限制性核酸內(nèi)切酶切割后形成的黏性末端能否連接起來 為什么 3 能連接 因為由兩種不同的限制酶切割后形成的黏性末端是相同的 或是可以互補的 解析 限制酶能識別DNA分子上特定的序列和切點 并進(jìn)行切割 限制酶具有專一性 即一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列 被限制酶 和限制酶 切開的DNA兩條單鏈的切口 各含有幾個伸出的 可互補配對的核苷酸 這種切口就是黏性末端 黏性末端之間 只要切口處伸出的核苷酸之間存在互補關(guān)系 就可能在DNA連接酶的作用下連接起來 雖然限制酶 和限制酶 識別的序列和切點是不同的 但是形成的黏性末端是相同的 存在著互補關(guān)系 因此在DNA連接酶的作用下是可以連接起來的 規(guī)律方法 限制性核酸內(nèi)切酶的作用特點 限制性核酸內(nèi)切酶所識別的DNA序列 無論是6個堿基還是4 5 8個堿基 都可以找到一條中心軸線 中心軸線兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基是反向?qū)ΨQ重復(fù)排列的 若限制性核酸內(nèi)切酶在識別序列的中心軸線的兩側(cè)分別切割 則得到黏性末端 若限制性核酸內(nèi)切酶在識別序列的中心軸線處進(jìn)行切割 則得到平口末端 跟蹤訓(xùn)練下圖中所示黏性末端屬于由同一種限制酶切割而成的是 T C G A G C T T A A C A G T T C C A A A T T C G A G C T T C A G A B C D 解析 選B 限制酶的主要特點是能夠識別特定的核苷酸序列 并且有唯一的切點 由于DNA雙鏈上的堿基互補配對 一條鏈上的堿基序列與另一條鏈上的堿基序列反向排列 因此一種限制酶所識別的一條鏈上的堿基序列與另一條鏈上反向序列相同 并且有唯一的切點 這個切點在兩條鏈上也是相同的 從圖中可以看出 的一條鏈上游離堿基是 T T A A 另一條鏈上與之對應(yīng)的應(yīng)該是 A A T T 這樣 的堿基符合要求 如果將 與 配對起來 則可看出上下兩條鏈之間的切點都在G A之間 再分析 與 游離的堿基不能互補配對 其他組合也不能互補配對 1 2 質(zhì)粒載體的基本結(jié)構(gòu)最簡單的質(zhì)粒載體必須包括三個部分 1 復(fù)制區(qū) 含有復(fù)制原點 2 遺傳標(biāo)記基因 主要是抗性基因 如抗生素抗性標(biāo)記基因或某些生化表型的標(biāo)記基因 可用于鑒定與篩選重組DNA分子 3 目的基因 外源基因 插入位點 即限制性核酸內(nèi)切酶的切割位點 便于外源DNA分子的插入 此外 質(zhì)粒載體一般還具有低分子量 小分子質(zhì)粒易于操作 也易于分離純化 等特征 2011年南通高二檢測 作為基因的運輸工具 質(zhì)粒載體 必須具備的條件及理由是 A 能夠在宿主細(xì)胞中穩(wěn)定地保存下來并大量復(fù)制 以便提供大量的目的基因B 具有多個限制性核酸內(nèi)切酶切點 以便于目的基因的表達(dá)C 具有某些標(biāo)記基因 以便為目的基因的表達(dá)提供條件D 能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存 以便于進(jìn)行篩選 嘗試解答 A 解析 質(zhì)粒具有能夠穩(wěn)定地在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制的特性 可以達(dá)到大量繁殖目的基因的目的 使基因工程的成功率更高 具有多個限制性核酸內(nèi)切酶切點 以便與外源基因連接 具有某些標(biāo)記基因 便于進(jìn)行篩選 如對抗菌素的抗性基因 產(chǎn)物具有顏色反應(yīng)的基因等 跟蹤訓(xùn)練質(zhì)粒之所以能做基因工程的載體 是由于它 A 含蛋白質(zhì) 從而能完成生命活動B 能夠自我復(fù)制 而保持連續(xù)性C 是RNA 能夠指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成D 具有環(huán)狀結(jié)構(gòu) 能夠攜帶目的基因解析 選B 質(zhì)粒存在于細(xì)菌和酵母菌等生物中 是一種很小的環(huán)狀DNA分子 上有標(biāo)記基因 便于在受體細(xì)胞中檢測 質(zhì)粒在受體細(xì)胞中 能隨受體細(xì)胞DNA復(fù)制而復(fù)制 進(jìn)行目的基因的擴增和表達(dá) 基因工程也稱為DNA重組技術(shù) 是現(xiàn)代生物技術(shù)的主體技術(shù) 基因工程能打破種屬界限 在基因水平上定向地改造生物的遺傳特性 從而更好地為人類服務(wù) 基因工程的具體過程包括以下四步 第一步 獲得目的基因 目的基因是基因工程設(shè)計中所需要的某些DNA分子片段 含有所需要的完整的遺傳信息 目前獲取目的基因的方法較多 主要有直接分離 人工合成等方法 直接分離基因 最常用的方法是 鳥槍法 又叫 散彈射擊法 鳥槍法的具體做法是 用限制酶將供體細(xì)胞中的DNA切成許多片段 將這些片段分別載入載體 然后通過載體分別轉(zhuǎn)入不同的受體細(xì)胞 讓供體細(xì)胞所提供的DNA 外源DNA 的所有片段分別在各個受體細(xì)胞中大量復(fù)制 在遺傳學(xué)中叫做擴增 從中找出含有目的基因的細(xì)胞 再用一定的方法把帶有目的基因的DNA片段分離出來 如許多抗蟲 抗病毒的基因都可以用上述方法獲得 反轉(zhuǎn)錄法 先分離出目的基因轉(zhuǎn)錄出的mRNA 再在反轉(zhuǎn)錄酶的作用下 以RNA為模板合成所需要的目的基因 此外 也可以根據(jù)目的蛋白質(zhì)的氨基酸序列 先人工合成出相應(yīng)的RNA 再用反轉(zhuǎn)錄法得到目的基因 第二步 制備重組DNA分子 常用的載體有細(xì)菌質(zhì)粒 噬菌體 動植物病毒等 具體做法是 先用同一種限制酶處理目的基因和載體 使兩者形成相同的黏性末端 或平口末端 然后利用DNA連接酶將兩者連接成重組DNA分子 重組DNA分子的組成 目的基因 啟動子 終止子 標(biāo)記基因 如圖 1 啟動子 一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段 位于基因的首端 它是RNA聚合酶識別 結(jié)合的部位 2 終止子 一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA短片段 位于基因的尾端 作用是使轉(zhuǎn)錄過程停止 3 標(biāo)記基因 一般為抗生素抗性基因或熒光基因等 其作用是鑒別細(xì)胞中是否有目的基因 目的基因是否導(dǎo)入成功 第三步 轉(zhuǎn)化受體細(xì)胞 載體一般都具有侵入細(xì)胞的特性 重組DNA分子可以借助這一特性順利進(jìn)入受體細(xì)胞 有時也可以使用CaCl2等物質(zhì)處理受體細(xì)胞 使得重組DNA分子更容易導(dǎo)入 第四步 篩選出獲得目的基因的受體細(xì)胞 可以根據(jù)受體細(xì)胞是否具有某些標(biāo)記基因 充當(dāng)載體的DNA分子所具有的某些特殊堿基序列 判斷目的基因是否成功導(dǎo)入 第五步 培養(yǎng)受體細(xì)胞并誘導(dǎo)目的基因的表達(dá) 采用基因工程的方法培育抗蟲棉 下列導(dǎo)入目的基因的做法正確的是 將毒素蛋白注射到棉受精卵中 將編碼毒素蛋白的DNA序列 注射到棉受精卵中 將編碼毒素蛋白的DNA序列 與質(zhì)粒重組 導(dǎo)入細(xì)菌 用該細(xì)菌感染棉的體細(xì)胞 再進(jìn)行組織培養(yǎng) 將編碼毒素蛋白的DNA序列 與細(xì)菌質(zhì)粒重組 注射到棉的子房并進(jìn)入受精卵A B C D 嘗試解答 C 解析 采用基因工程的方法培育抗蟲棉 首先要獲取目的基因 即抗蟲基因 然后將目的基因與載體結(jié)合 目前常用的載體有質(zhì)粒等 結(jié)合后的質(zhì)粒就是重組質(zhì)粒 再將重組質(zhì)粒導(dǎo)入受體細(xì)胞中 而現(xiàn)在的受體細(xì)胞就是子房內(nèi)的受精卵 故C項是正確的 規(guī)律方法 重組DNA分子導(dǎo)入受體細(xì)胞的分析比較 跟蹤訓(xùn)練采用基因工程技術(shù)將人凝血因子基因?qū)肷窖蚴芫?培育出了轉(zhuǎn)基因羊 但是 人凝血因子只存在于該轉(zhuǎn)基因羊的乳汁中 以下有關(guān)敘述正確的是 A 人體細(xì)胞中凝血因子基因編碼區(qū)的堿基對數(shù)目等于凝血因子氨基酸數(shù)目的3倍B 可用顯微注射技術(shù)將含有人凝血因子的重組DNA分子導(dǎo)入羊的受精卵C 在該轉(zhuǎn)基因羊中 人凝血因子基因存在于乳腺細(xì)胞中 不存在于其他體細(xì)胞中D 人凝血因子基因開始轉(zhuǎn)錄后 DNA連接酶以DNA分子的一條鏈為模板合成mRNA 解析 選B 在人體細(xì)胞中 凝血因子基因編碼區(qū)既有內(nèi)含子 也有外顯子 內(nèi)含子不能編碼氨基酸 所以凝血因子基因編碼區(qū)的堿基對數(shù)目要大于凝血因子氨基酸數(shù)目的3倍 多細(xì)胞生物體的個體發(fā)育起點為受精卵 受精卵經(jīng)有絲分裂形成一個完整的個體 所以轉(zhuǎn)基因羊中人凝血因子基因不僅存在于乳腺細(xì)胞中 其他體細(xì)胞中也有 只是沒有表達(dá) 人凝血因子基因開始轉(zhuǎn)錄后 以DNA分子的一條鏈為模板合成mRNA 在這一過程中用的是RNA聚合酶而不是DNA連接酶 知能過關(guān)演練 本部分內(nèi)容講解結(jié)束 點此進(jìn)入課件目錄 按ESC鍵退出全屏播放 謝謝使用 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全