人教版 (新課標)高中生物選修3 專題1《基因工程》專題復習課件

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專題1基因工程本章知識結構基因重組，基因工程又叫DNA重組技術。它能創(chuàng)造出該生物所沒有過的新的基因和基因型，但不能創(chuàng)造出自然界所沒有的新基因?！せ蚬こ汤没蛑亟M的原理，二者的區(qū)別主要表現(xiàn)在基因工程中的基因重組不經(jīng)過減數(shù)分裂和有性生殖過程，是在人為控制條件下定向改變生物的遺傳信息?；蚬こ毯诵膬热萁庾x一方面，生產基因工程藥品、基因診斷與基因治療、培育高產穩(wěn)產和抗逆性的動植物新品種、環(huán)境監(jiān)測和污染的凈化等有益的方面。另一方面，有些轉基因食物含有可能會影響人體健康的一些物質。大量的轉基因生物進入自然界后很可能會與野生物種進行雜交，產生一些超級生物，從而造成基因污染等可能存在的對生態(tài)系統(tǒng)的威脅。三種工具區(qū)別：(1)“載體”泛指基因工程操作中能將目的基因送達受體細胞的工具。如細菌質粒等。相對“基因表達載體”而言，“載體”主要是強調它能運輸目的基因這一功能，只要能運輸目的基因就算是載體，并不計較是不是真正運輸了目的基因。(2)“基因表達載體”，是實施了運輸目的基因且要保證目的基因到達受體細胞后能夠表達的載體。聯(lián)系：“基因表達載體”是在“載體”的基礎上構建成的。基因表達載體的構成：目的基因＋啟動子＋終止子＋標記基因。3．目的基因導入受體細胞(導入)4．目的基因的檢測與鑒定(表達)基因載體與基因表達載體標記基因及其作用在用限制酶切割目的基因和載體、表達載體構建及將目的基因導入受體細胞，這一系列過程都是在人為控制條件下，在有關酶的作用下自行完成的，而不是人為條件下一個一個處理的，是很多對象同時進行的，這樣，就會出現(xiàn)有的載體被限制酶切割開，有的載體沒有被限制酶切割開，沒有被限制酶切割開的載體，就不可能連接上目的基因，只有被限制酶切開的載體才有可能拼接上目的基因。我們就必須選擇出連接上目的基因的重組載體(即表達載體)，然后進行擴增、得到大量的表達載體。然后把大量的表達載體和大量的受體細胞放在一起，在一定的人為條件下，讓其自行導入受體細胞，這樣，在導入受體細胞時，就會出現(xiàn)有的受體細胞被導入了表達載體，有的細胞沒有導入表達載體，我們再選出含有表達載體的受體細胞，進行擴增、培養(yǎng)。在上述過程中要進行兩步篩選，一是篩選含有載體的受體細胞，其過程是在含有相應抗菌素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，只有獲得載體的受體細胞才能繼續(xù)生長，這樣便可篩選出含有載體的受體細胞。二是篩選含有目的基因的受體細胞，其過程是從每個菌落取一部分再接種到含另一種抗生素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，由于目的基因插入該標記基因中，致使該基因不能表達，因而受體細胞不能在含該抗生素的培養(yǎng)基上生存，據(jù)此可以從該菌落剩余部分的菌體中篩選出含目的基因的受體細胞。注意：在基因操作的基本步驟中要進行多次篩選?；蛘{控治療：它試圖從基因水平調控細胞中某些缺陷基因的表達，以達到改善癥狀的目的，也可以是抑制某些基因的表達。例如：治療β－地中海貧血和鐮刀型細胞貧血癥，可通過引入5-氮胞苷抑制甲基化酶，使因甲基化而關閉的γ基因重新表達。在腫瘤的實驗治療上，采用具有抑制基因表達的反義RNA或能切割RNA的Ribozyme來阻斷腫瘤細胞基因的不正常表達。最近還發(fā)現(xiàn)了新的反義藥物：反義態(tài)核酸。我們稱之為反義治療。反義治療的兩條途徑：?基因治療的類型基因矯正治療：它包括基因增補、基因替換及基因修復。所謂基因增補就是將正常的目的基因輸入病人體內，以補償缺陷基因的功能或調整細胞的某些功能。而基因替換是以同源重組的方式將正?；蛉〈儺惢?，困難在于體內同源重組的頻率很低。而基因修復則是對異?；蛟谠贿M行修復，是理論上的理想方式。后兩者在技術上都尚待突破。所以目前仍以基因增補最為常用。(1)反義藥物序列特異地與DNA雙螺旋相結合，形成三鏈DNA，在基因轉錄或復制水平調節(jié)基因表達，稱之為反基因技術。(2)反義藥物與mRNA形成雙鏈，改變RNA的剪接方式、阻斷翻譯甚至摧毀異常RNA，在剪接或翻譯水平調節(jié)基因的表達，稱之為反義技術。在基因矯正治療中依據(jù)被矯正的細胞類型可分為：生殖細胞或早期胚胎細胞基因治療和體細胞基因治療。前者是通過顯微注射或其他方法將外源基因輸入受精卵。實驗證明該基因可以到達成年動物的性細胞，可以遺傳給后代。在倫理上的爭議以及技術上的困難使這項技術沒有用在人類基因治療上。技術上的困難在于：(1)至今未能及時診斷出大部分遺傳缺陷的受精卵或早期胚胎細胞。(2)目前的基因整合是隨機的，可能引起新的遺傳病。1987年，利用這一技術成功治療了因髓鞘基質蛋白缺陷所致的小鼠顫抖癥。體細胞基因治療只對某些體細胞進行基因治療，并不影響下一代。常用的方法有：(1)體內實驗：將腫瘤細胞或體內細胞在體外培養(yǎng)，導入外源基因后觀察其生物學變化。(2)細胞介導的基因治療：選擇適當?shù)陌屑毎?，在體外進行基因修飾，篩選出能表達外源基因的細胞并將其輸入到患者體內，達到基因治療的效果。(3)體內直接轉導基因：用載體介導將基因直接輸入體內，達到基因治療的目的。細胞介導的基因治療是目前最常用的方法，它既可以用原代細胞也可以用細胞株。但也存在一個矛盾，采用患者體內的細胞(體細胞)可以在融合與移植之后避免免疫排斥反應，但周期長，價格昂貴。目前研究人員正在致力于開發(fā)一種廣譜供體，這種供體細胞的表面抗原大多數(shù)已被除掉，使之不會產生有害的免疫排斥反應。二、易混概念辨析1．基因文庫、基因組文庫、部分基因文庫(1)從定義上區(qū)分①基因文庫：將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導入受體菌的群體中儲存，各個受體菌分別含有這種生物的不同的基因，稱為基因文庫。基因文庫是指儲存有某種生物基因的菌群的總稱。②基因組文庫：如果基因文庫中含有一種生物的所有基因，這種基因文庫叫做基因組文庫。③部分基因文庫：指含有一種生物的一部分基因的基因文庫，如cDNA文庫。(2)從范圍上區(qū)別：基因文庫包含基因組文庫和部分基因文庫?；蚪M文庫有某一種生物的全部基因，它的范圍要大于部分基因文庫。2．啟動子、終止子、起始密碼子、終止密碼子(1)從定義上區(qū)分①啟動子：位于編碼區(qū)上游緊靠轉錄起點的位置。它的主要功能是引導RNA聚合酶與基因的正確部位結合。只有在啟動子存在時，RNA聚合酶才能準確地從轉錄起點開始，沿著編碼區(qū)正常地進行轉錄。②終止子：位于編碼區(qū)下游緊靠轉錄終點的位置。它的特殊的堿基排列順序能夠阻礙RNA聚合酶的移動，并使其從DNA模板鏈上脫離下來。③密碼子：指信使RNA上決定一個氨基酸的三個相鄰的堿基。信使RNA上四種堿基的組合方式有64種，其中，決定氨基酸的密碼子有61種，3種是終止密碼子。④終止密碼子：是信使RNA上能夠終止蛋白質合成的密碼子。⑤起始密碼子：位于信使RNA上，是蛋白質合成開始的信號，有兩種：AUG、GUG。(2)從本質上區(qū)別 啟動子和終止子都是DNA分子中具有調控作用的脫氧核苷酸序列，而起始密碼子和終止密碼子都位于信使RNA上，分別是翻譯的起始位置和終止位置，終止密碼子不能決定任何一種氨基酸。1．下列關于各種酶作用的敘述，不正確的是(　　)A．DNA連接酶能使不同脫氧核苷酸的磷酸與脫氧核糖連接B．RNA聚合酶能與基因的特定位點結合，催化遺傳信息的轉錄C．一種限制酶能識別多種核苷酸序列，切割出多種目的基因D．限制酶將一個DNA分子片段切割成兩個片段需消耗兩個水分子【解析】DNA連接酶能在磷酸與脫氧核糖之間形成磷酸二酯鍵；RNA聚合酶可以識別基因上的特定位點；一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列；限制酶切割一個DNA分子時需水解兩個磷酸二酯鍵?！敬鸢浮緾【專題集訓】2．甲、乙兩圖表示從細菌細胞中獲取目的基因的兩種方法，以下說法中錯誤的是 （ ）A．甲方法可建立該細菌的基因組文庫B．乙方法可建立該細菌的cDNA文庫C．甲方法要以脫氧核苷酸為原料D．乙方法需要反轉錄酶參與【解析】甲方法是以細菌中的DNA為基礎，用限制酶進行切割，它包括了細菌所有的基因，可以建立基因組文庫，并且可以從中選出所需的目的基因，不需要模板，不需要原料。而乙方法是用反轉錄的方法人工合成目的基因，它只能得到生物的部分基因，基因中只有外顯子，所以組成的是該細菌的cDNA文庫。【答案】C3．下圖為基因表達載體的模式圖。下列有關基因工程中載體的說法，錯誤的是（ ）A．基因工程的核心步驟是基因表達載體構建B．任何基因表達載體的構建都是一樣的，沒有差別C．圖中啟動子位于基因的首端，是RNA聚合酶識別和結合的部位D．抗生素抗性基因的作用是作為標記基因，用于鑒別受體細胞中是否導入了目的基因【解析】由于受體細胞有植物、動物和微生物之分，以及目的基因導入受體細胞的方式不同，因此，基因表達載體的構建也會有所差別，不可能是千篇一律的?！敬鸢浮緽4．據(jù)下圖分析，下列有關基因工程的說法不正確的是（ ）A．為防止目的基因與質粒任意結合而影響基因的表達，應用限制酶Ⅰ、Ⅱ同時切割二者B．限制酶、DNA連接酶的作用部位都是磷酸二酯鍵C．與啟動子結合的應該是RNA聚合酶D．能夠檢測到標記基因表達產物的受體細胞中，也一定會有目的基因的表達產物 【解析】將質粒與目的基因進行切割、連接時，不能保證二者全部成功連接，因此，導入了原質粒的受體細胞中能檢測到標記基因的表達產物，但是不一定會檢測到目的基因的表達產物?！敬鸢浮緿5．生物分子間特異性結合的性質廣泛用于生命科學研究。以下實例為體外處理“蛋白質－DNA復合體”獲得DNA片段信息的過程圖。據(jù)圖回答：(1)過程①酶作用的部位是________鍵，此過程只發(fā)生在非結合區(qū)DNA，過程②酶作用的部位是________鍵。(2)①、②兩過程利用了酶的________特性。(3)若將得到的DNA片段用于構建重組質粒，需要將過程③的測序結果與________酶的識別序列進行比對，以確定選用何種酶。(4)如果復合體中的蛋白質為RNA聚合酶，則其識別、結合的DNA序列區(qū)為基因的________。(5)以下研究利用了生物分子間特異性結合性質的有____(多選)。A．分離得到核糖體，用蛋白酶酶解后提取rRNAB．用無水乙醇處理菠菜葉片，提取葉綠體基粒膜上的光合色素C．通過分子雜交手段，用熒光物質標記的目的基因進行染色體基因定位D．將抑制成熟基因導入番茄，其mRNA與催化成熟酶基因的mRNA互補結合，終止后者翻譯，延遲果實成熟【解析】解答本題，需要首先通讀題干，確認流程圖中每一步分子發(fā)生的變化，再根據(jù)各小題題干進行解答。在過程①中，用DNA酶將DNA的雙鏈剪斷，與限制性核酸內切酶的作用相同，限制性核酸內切酶作用的部位是磷酸二酯鍵；過程②中蛋白質被水解，與脫水縮合正好相反，蛋白質分解的實質是肽鍵的水解，這兩步中酶均只分解特定的物質，而不分解其他分子，利用了酶的專一性。構建重組質粒時，需要限制酶和DNA連接酶，因此需將過程③的測序結果與限制性核酸內切酶的識別序列進行對比，以確定選用何種限制性核酸內切酶。RNA聚合酶的功能是啟動轉錄，因此其識別并結合的部位是基因的轉錄起始區(qū)或啟動子區(qū)域。第(5)題中A項用蛋白酶酶解核糖體中的蛋白質后，只剩下rRNA，利用了酶的專一性，A項正確；B項中用無水乙醇處理葉片，進行色素的提取和分離，是因為無水乙醇是有機物，可溶解各種色素，不屬于特異性結合，B項錯誤；C項是用基因探針法，利用已知基因的堿基序列可與另一基因上的堿基進行互補配對的性質來進行基因定位，C項正確；D項中提到一種mRNA和另一種mRNA的互補，這種互補也遵循堿基互補配對原則，屬于特異性結合?！敬鸢浮?(1)磷酸二酯　肽　(2)專一性　(3)限制性核酸內切　(4)啟動子(或轉錄起始區(qū))　(5)A、C、D