2025届高三生物一轮复习课件 基因工程

高三一轮复习 选择性必修三 第三章 基因工程 基因工程的基本工具 和基本操作程序 高三一轮复习 选择性必修三 知 识 点 考点一　　基因工程的基本工具 考点二　　基因工程的基本操作程序 考点一　　基因工程的基本工具 知识点一、基因工程的概念 DNA分子 转基因 遗传特性 生物类型 基因重组 DNA 重组技术 克服远缘杂交不亲和，定向改变生物的性状 优点： 考点一　　基因工程的基本工具 知识点一、基因工程的概念 问题:不同生物的基因为什么能拼接？为什么一种生物的基因可以在另一种生物细胞内表达? 拼接的基础 ①DNA的基本组成单位相同（四种脱氧核苷酸） ②都遵循碱基互补配对原则 ③DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构 表达的基础 ①基因是控制生物性状的结构与功能单位 ②遗传信息的传递都遵循中心法则 ③生物界几乎共用一套遗传密码 考点一　　基因工程的基本工具 知识点二、重组DNA技术的基本工具 “分子手术刀” “分子缝合针” “分子运输车” 剪 接 运 准确切割DNA分子 将DNA片段连接起来 将体外重组好的DNA分子导入受体细胞 考点一　　基因工程的基本工具 知识点二、重组DNA技术的基本工具 (1)限制性内切核酸酶(简称“限制酶”) 原核生物 数千 特定核苷酸序列 磷酸二酯键 磷酸二酯键 思考1：原核生物中存在限制酶的意义是什么？ 原核生物中限制酶的作用是 切割外源DNA以保证自身安全，防止外来病原物的危害。 思考2：限制酶来源于原核生物，为什么不能切割自己的DNA分子？ 因为原核生物DNA分子中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。 考点一　　基因工程的基本工具 知识点二、重组DNA技术的基本工具 (1)限制性内切核酸酶(简称“限制酶”) 结果： 形成黏性末端或平末端 AATTC— G— AATT— 黏性末端的写法: 考点一　　基因工程的基本工具 知识点二、重组DNA技术的基本工具 (1)限制性内切核酸酶(简称“限制酶”) 【归纳总结】限制酶的选择技巧 图甲　　 　　　　　图乙 技巧一： 根据目的基因来选择限制酶 ①应选择切割位点位于目的基因两端的限制酶 ②不能选择切割位点位于目的基因内部的限制酶 ③为避免目的基因的自身环化和反向连接，使用双酶切 →根据甲图选择PstⅠ和EcoRⅠ 考点一　　基因工程的基本工具 知识点二、重组DNA技术的基本工具 (1)限制性内切核酸酶(简称“限制酶”) 【归纳总结】限制酶的选择技巧 图甲　　 　　　　　图乙 技巧二： 根据质粒来选择限制酶 ①所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致，以确保产生相同的黏性末端 ②质粒作为载体必须具备标记基因、启动子、终止子、 复制原点等，所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构 →根据甲、乙图 选择PstⅠ和EcoRⅠ 考点一　　基因工程的基本工具 知识点二、重组DNA技术的基本工具 磷酸二酯键 大肠杆菌 黏性末端 黏性末端和平末端 (2)DNA连接酶 考点一　　基因工程的基本工具 知识点二、重组DNA技术的基本工具 (2)DNA连接酶 DNA聚合酶 DNA连接酶 相同点 作用 位点 不同点 作用 对象 模板 作用 结果 磷酸二酯键 单个脱氧核苷酸 两个DNA片段 不需要 需要DNA的一条链作模板 形成DNA的一条链 形成完整的 重组DNA分子 考点一　　基因工程的基本工具 知识点二、重组DNA技术的基本工具 环状双链DNA分子 噬菌体 有一个至多个 自我复制 受体DNA 标记 (3)载体 必须是安全的 ，对受体细胞无害 考点一　　基因工程的基本工具 知识点二、重组DNA技术的基本工具 例题1：第三代疫苗——DNA疫苗是指将编码保护性抗原蛋白的基因(如图甲)插入到适宜的质粒(如图乙)中得到的重组DNA分子，将其导入人体内，在人体细胞内表达的产物可直接诱导机体免疫应答，且可持续一段时间。限制性内切核酸酶的切点分别是BglⅡ、EcoRⅠ和Sau3AⅠ。下列分析错误的是( ) A.构建DNA疫苗时，可用BglⅡ和 　Sau3AⅠ切割目的基因和质粒 B.图乙中只用EcoRⅠ切割后的质粒， 含有2个游离的磷酸基团 C.用EcoRⅠ切割目的基因和质粒，再用DNA连接酶连接，只产生1种连接产物 D.抗原基因在体内表达时不需要解旋酶 考点一　　基因工程的基本工具 知识点二、重组DNA技术的基本工具 例题2：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，由此推断，下列说法错误的是(　　) 注：Y为C或T，R为A或G。 A．HindⅡ、SmaⅠ两种限制酶切割后形成平末端 B．Sau3AⅠ限制酶的切割位点在识别序列的外部 C．BamHⅠ和Sau3AⅠ两种限制酶切割后形成相同的黏性末端 D．一种限制酶一定只能识别一种核苷酸序列 限制酶名称　 识别序列和切割位点 限制酶名称 识别序列和切割位点 BamHⅠ G↓GATCC KpnⅠ GGTAC↓C EcoRⅠ C↓AATTC Sau3AⅠ ↓GATC HindⅡ GTY↓RAC SmaⅠ CCC↓GGG 考点一　　基因工程的基本工具 知识点二、重组DNA技术的基本工具 例题3：质粒是基因工程中最常用的目的基因运载工具。下列有关叙述正确的是(　　) A．质粒是只存在于细菌细胞质中能自主复制的小型环状双链DNA分子 B．在所有的质粒上都能找到一个或多个限制酶切割位点 C．携带目的基因的重组质粒只有整合到宿主细胞的染色体DNA上才会随后者的复制而复制 D．质粒上的抗性基因常作为标记基因供重组DNA的鉴定和选择 考点二　　基因工程的基本操作程序 1.目的基因的 筛选与获取 2.基因表达载体的构建 （核心） 3.将目的基因导入受体细胞 4.目的基因的检测与鉴定 考点二　　基因工程的基本操作程序 (1)目的基因：在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞 或获得预期 等的基因。 (2)筛选合适的目的基因 ①从相关的已知 的基因中进行筛选是较为有效的方法之一。 ②利用 和序列比对工具进行筛选。 (3)目的基因的获取 ①人工合成目的基因。 ②PCR 和扩增目的基因。 性状 表达产物 结构和功能清晰 序列数据库 1.目的基因的筛选与获取 获取 考点二　　基因工程的基本操作程序 1.目的基因的筛选与获取 原理 操作环境 目的 优点 全称 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。 PCR 聚合酶链式反应 DNA半保留复制 体外 (PCR扩增仪/PCR仪) 对目的基因的核苷酸序列进行大量复制 可在短时间内大量 扩增目的基因 PCR 考点二　　基因工程的基本操作程序 1.目的基因的筛选与获取 PCR 体内DNA复制所需的基本条件 参与的组分 在DNA复制中的作用 解旋酶 DNA母链 4种脱氧核苷酸 DNA聚合酶 引物 打开DNA双链 提供DNA复制的模板 合成DNA子链的原料 催化合成DNA子链 使DNA聚合酶能够从引物的3’端开始连接脱氧核苷酸 体外PCR所需的基本条件 体外用高温代替 体外需用耐高温的DNA聚合酶 一定的缓冲溶液(Mg2＋): 激活DNA聚合酶 考点二　　基因工程的基本操作程序 1.目的基因的筛选与获取 PCR 引物是一小段能与__________的一段碱基序列_________的______________ DNA母链 互补配对 短单链核酸 5’- -3’ 5’ -3’ -5’ 3’- 引物 引物 3’- -5’ 子链延伸 子链延伸 需要2种引物，且引物1和引物2之间不能互补配对 考点二　　基因工程的基本操作程序 1.目的基因的筛选与获取 PCR 90 单链 50 引物 72 耐高温的DNA聚合酶 考点二　　基因工程的基本操作程序 1.目的基因的筛选与获取 PCR 90 50 72 ℃ 变性1 3` 5` 5` 3` 考点二　　基因工程的基本操作程序 1.目的基因的筛选与获取 PCR 90 50 72 ℃ 复性1 考点二　　基因工程的基本操作程序 1.目的基因的筛选与获取 PCR 90 50 72 ℃ 延伸1 考点二　　基因工程的基本操作程序 1.目的基因的筛选与获取 PCR 90 50 72 ℃ 变性2 考点二　　基因工程的基本操作程序 1.目的基因的筛选与获取 PCR 90 50 72 ℃ 复性2 考点二　　基因工程的基本操作程序 1.目的基因的筛选与获取 PCR 90 50 72 ℃ 延伸2 考点二　　基因工程的基本操作程序 1.目的基因的筛选与获取 PCR 90 50 72 ℃ 变性3 考点二　　基因工程的基本操作程序 1.目的基因的筛选与获取 PCR 90 50 72 ℃ 复性3 考点二　　基因工程的基本操作程序 1.目的基因的筛选与获取 PCR 90 50 72 ℃ 延伸3 考点二　　基因工程的基本操作程序 1.目的基因的筛选与获取 PCR 即成 形式扩增（约为 ，其中n为扩增循环的次数） 指数 2n 由于上一个循环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。 PCR产物的鉴定：常采用 来鉴定。 琼脂糖凝胶电泳 考点二　　基因工程的基本操作程序 2.基因表达载体的构建（核心） (1)目的：使目的基因 ，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。 在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代 (2)组成： 质粒 ①启动子 基因的前端，RNA聚合酶识别和结合的部位；驱动基因转录出mRNA ②终止子： 基因的尾端，能终止mRNA的转录 限制酶切割位点 ④复制原点 ③目的基因 ⑤标记基因 作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将有目的基因的细胞筛选出来 考点二　　基因工程的基本操作程序 2.基因表达载体的构建（核心） (3)构建过程： 同种限制酶或产生相同黏性末端的限制酶切割 DNA 连接酶 目的基因 限制酶切割位点 获取目的基因 限制酶切割位点 质粒 重组 DNA分子 限制酶 限制酶 考点二　　基因工程的基本操作程序 2.基因表达载体的构建（核心） 问题: 如果使用一种限制酶对质粒和目的基因进行切割，会出现什么？有什么缺点？ 载体 目的基因 自连 片段间的连接 目的基因自连 质粒自连 目的基因与质粒连接 目的基因与目的基因连接 质粒与质粒连接 正向连接 反向连接 1 1’ 2 2’ 1 2 2’ 1’ 2 2’ 1’ 1 考点二　　基因工程的基本操作程序 2.基因表达载体的构建（核心） 改进：双酶切 限制酶a切割 a b DNA连接酶 连接 限制酶b切割 限制酶a切割 限制酶b切割 a b ①防止质粒、目的基因自身环化 ②防止质粒与目的基因反向连接 考点二　　基因工程的基本操作程序 3.将目的基因导入受体细胞 生物种类 植物 动物 微生物 常用方法 受体细胞 转化过程 ①花粉管通道法 ②农杆菌转化法 Ca2＋处理法 显微注射法 体细胞或受精卵 受精卵 原核细胞 目的基因插入Ti质粒T­DNA上 →构建基因表达载体 →农杆菌转化 →目的基因进入植物细胞 →整合到受体细胞的染色体DNA中 →表达 ①体积大，易操作； ②全能性高，易培养成完整个体 构建基因表达载体并提纯 →注入受精卵、发育 →胚胎移植 →获得新性状的动物 常用大肠杆菌：繁殖快、遗传物质少、易培养 Ca2＋处理细胞 →能吸收周围环境中DNA分子的生理状态 →吸收基因表达载体 考点二　　基因工程的基本操作程序 3.将目的基因导入受体细胞 (1)转化： 目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。 农杆菌转化法的“转化”与肺炎链球菌转化实验中的“转化”含义相同，实质都是基因重组。 (2)农杆菌转化法中的两次拼接和两次导入 ①第一次拼接___________________________ ②第二次拼接___________________________ ③第一次导入___________________________ ④第二次导入___________________________ 将目的基因拼接到Ti质粒的T-DNA上 插入目的基因的T-DNA拼接到受体细胞染色体的DNA上（非人工操作） 将含目的基因的重组Ti质粒导入农杆菌 含目的基因的T-DNA导入受体细胞（非人工操作） 考点二　　基因工程的基本操作程序 4.目的基因的检测与鉴定 考点二　　基因工程的基本操作程序 4.目的基因的检测与鉴定 （1）目的基因是否插入染色体DNA 转基因生物 提取DNA DNA作为模板 PCR操作 是否扩增出目的基因 电泳操作 M：marker；1-阳性质粒； 2：原始品系；3-9转Bt品系； 转Bt基因品系PCR琼脂糖凝胶电泳检测结果 大量DNA 考点二　　基因工程的基本操作程序 4.目的基因的检测与鉴定 （2）目的基因是否转录出了mRNA 转基因生物 PCR操作 是否扩增出目的基因 逆转录 cDNA 提取RNA mRNA作为模板 考点二　　基因工程的基本操作程序 4.目的基因的检测与鉴定 （3）目的基因是否翻译成蛋白质 抗原-抗体杂交技术 苏云金芽孢杆菌 提取 Bt毒蛋白 注射小鼠体内 抗体 标记抗体 提取蛋白 电泳分离 抗原 抗体 杂交 考点二　　基因工程的基本操作程序 4.目的基因的检测与鉴定 （4）检测个体是否表现出相应的性状 转基因生物 鉴定方法 成功标志 抗虫植物 抗病毒（菌）植物 抗盐植物 抗除草剂植物 获取目的基因产物的转基因生物 饲喂害虫（抗虫接种实验） 害虫死亡 病毒（菌）接种实验 未染病 盐水浇灌 正常生长 喷洒除草剂 正常生长 提取细胞产物与天然产品进行功能活性比较 功能、 活性正常 考点二　　基因工程的基本操作程序 例题：下图表示培育转基因抗植物病毒番茄的过程示意图。下列叙述正确的是( ) A.过程A需要限制酶和DNA聚合酶的参与 B.过程B需要用CaCl2处理，以提高番茄细胞细胞壁的通透性 C.抗植物病毒基因一旦整合到番茄细胞的染色体上，就能正常表达 D.转基因抗植物病毒番茄是否培育成功可通过抗病毒接种实验进行鉴定 基因工程的应用、蛋白质工程、DNA的粗提取与鉴定 高三一轮复习 选择性必修三 知 识 点 考点一　　基因工程的应用 考点二　　蛋白质工程的原理和应用 考点三　　DNA的粗提取与鉴定 考点一　　基因工程的应用 知识点一、基因工程在农牧业方面的应用 抗病基因 降解或抵抗 抗虫功能的基因 考点一　　基因工程的应用 知识点一、基因工程在农牧业方面的应用 蛋白 质编码基因 花青素代谢相关的 考点一　　基因工程的应用 知识点一、基因工程在农牧业方面的应用 外源生长激素 肠乳糖酶基因 乳汁 考点一　　基因工程的应用 知识点二、基因工程在医药卫生领域的应用 基因改造 乳腺 中特异表达 显 微注射 考点一　　基因工程的应用 知识点二、基因工程在医药卫生领域的应用 乳腺生物反应器的生产过程 人生长激素基因 （目的基因） 提供受精卵 导入受精卵 代孕 转基因牛 生长激素 牛奶 构建基因表达载体：将目的基因与乳腺中特异表达的基因的启动子重组 利用分泌的乳汁生产所需的药物 考点一　　基因工程的应用 知识点二、基因工程在医药卫生领域的应用 膀胱生物反应器 构建膀胱生物反应器是将目的基因插入含将目的基因与膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子重组，从而指导目的基因表达产物分泌在尿中，其原理是根据膀胱尿乳头顶端表面可表达一组称之为尿血小板溶素的膜蛋白。 具有周期短、不受性别和年龄的限制，易收集和提纯更高。 优点： 考点一　　基因工程的应用 知识点二、基因工程在医药卫生领域的应用 抗原决定基因 克隆 免疫排斥 问题1：器官移植面临的两个主要难题? 器官短缺 免疫排斥 问题2：哪种动物适合作为器官供体？为什么？ 猪 ①猪的内脏构造、大小、血管分布与人的极为相似 ②与灵长类动物相比，猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒要少得多 考点一　　基因工程的应用 知识点三、基因工程在食品工业方面的应用 工程菌 牛凝乳酶的基因 基因工程菌 考点二　　蛋白质工程的原理和应用 知识点四、蛋白质工程崛起的缘由 1.基因工程的实质和不足： 将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新性状 基因工程的缺陷 原则上只能产生自然界已存在的蛋白质(天然蛋白) 天然蛋白的缺陷 有时不完全符合人类生产和生活需要 蛋白质工程 对天然蛋白进行改造，产生更符合人类需要的蛋白质 考点二　　蛋白质工程的原理和应用 知识点四、蛋白质工程崛起的缘由 蛋白质分子 的结构规律 以满足人类生产和 生活的需求 2.蛋白质工程的概念： 实质：通过改造或合成基因，来定向改造现有蛋白质或制造新的蛋白质 结果：生产出自然界没有的蛋白质 考点二　　蛋白质工程的原理和应用 知识点四、蛋白质工程崛起的缘由 2.蛋白质工程的概念： 问题:为什么蛋白质工程改造基因而不是直接改造蛋白质？ （1）蛋白质的高级结构十分复杂，直接改造难度大 （2）蛋白质是由基因编码的，改造了基因可以间接改造蛋白质（3）基因可以遗传，蛋白质无法遗传 考点二　　蛋白质工程的原理和应用 知识点五、蛋白质工程的基本原理 1.天然蛋白质合成过程： 基因 表达 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 转录 翻译 按照中心法则进行 考点二　　蛋白质工程的原理和应用 知识点五、蛋白质工程的基本原理 2.蛋白质工程的基本设计思路： ①预期的蛋白质功能 ②设计预期的蛋白质结构 ③推测应有的氨基酸序列 ④找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因 ⑤获得所需蛋白质 逆中心法则，与天然蛋白质合成的过程相反 考点二　　蛋白质工程的原理和应用 知识点六、蛋白质工程与基因工程的异同 项目 蛋白质工程 基因工程 过程 从预期的蛋白质功能出发 →设计预期的___________ →推测应有的___________ →找到并改变相对应的_______________(基因)或合成新的基因 →获得所需要的蛋白质 目的基因的筛选与获取 →基因表达载体的构建 →将目的基因导入受体细胞 →目的基因的检测与鉴定 蛋白质结构 氨基酸序列 脱氧核苷酸序列 考点二　　蛋白质工程的原理和应用 知识点六、蛋白质工程与基因工程的异同 项目 蛋白质工程 基因工程 实质 定向改造或生产人类所需要的蛋白质 定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品 结果 可生产_______________________ 只能生产__________________ _______ 联系 蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程 自然界中不存在的蛋白质 自然界中已存在的 蛋白质 考点二　　蛋白质工程的原理和应用 知识点七、巧辨基因工程与蛋白质工程 是否合成新的基因 蛋白质工程 是否对原有基因进行改造 是 否 是 否 蛋白质工程 基因工程 二看蛋白质 一看基因 是否为天然蛋白质 是 否 蛋白质工程 基因工程 方法 考点二　　蛋白质工程的原理和应用 知识点八、蛋白质工程的应用 (1)在医药方面 ①利用蛋白质工程研发 。 ②实例：如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成 ，在一定条件下，可以延长保存时间。 药物 丝氨酸 考点二　　蛋白质工程的原理和应用 知识点八、蛋白质工程的应用 (2)在工业方面 ①蛋白质工程被广泛用于改进 或开发新的工业用酶。 ②实例：枯草杆菌蛋白酶具有水解蛋白质的作用，因此常被用于洗涤剂工业、丝绸工业等。 (3)在农业方面 科学家正在尝试改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物________ 的效率，增加粮食的产量。 酶的性能 光合作用 考点二　　蛋白质工程的原理和应用 例题1：干扰素是治疗癌症的重要药物，它必须从血液中提取，每升人血中只能提取0.5 μg，所以价格昂贵。某生物制品公司用如下方法(如图所示)生产干扰素。从图中可以看出，该公司生产干扰素运用的方法是( ) A.个体间的杂交 B.基因工程 C.蛋白质工程 D.器官移植 考点二　　蛋白质工程的原理和应用 例题2：β-葡聚糖酶是一种在酒类、饲料等行业中具有重要用途的工业用酶。为提高β-葡聚糖酶的催化活性，科学家将其第20位、117位和165位赖氨酸突变为丝氨酸。下列有关叙述错误的是（ ） A.改造后的β-葡聚糖酶的耐酸碱能力增强 B.改造后的β-葡聚糖酶空间结构发生了改变 C.对β-葡聚糖酶结构的改造属于蛋白质工程 D.可通过DNA分子测序法检测突变是否成功 考点三　　DNA的粗提取与鉴定 (1)基本原理 不溶于 2 mol/L 二苯胺 考点三　　DNA的粗提取与鉴定 (2)实验材料 新鲜洋葱（要求：富含DNA） 不能用哺乳动物成熟的红细胞（如猪血细胞），因为无细胞核和各种细胞器 可以用鸡血细胞，需加入柠檬酸钠，防止血液凝固 考点三　　DNA的粗提取与鉴定 (3)操作流程 （洋葱做材料）破坏细胞壁，裂解细胞， 释放DNA DNA会吸附在滤纸上, 用纱布可减少DNA的损失 ①低温抑制核酸水解酶的活性，进而抑制DNA降解 ②抑制DNA分子运动，使DNA易形成析出 方法1 方法2 考点三　　DNA的粗提取与鉴定 (3)操作流程 95% 方法1 方法2 减少DNA断裂，以便获得较完整的DNA分子 考点三　　DNA的粗提取与鉴定 (3)操作流程 沸水 现配现用 （易被空气氧化） 变成蓝色 考点三　　DNA的粗提取与鉴定 例题：下图是“DNA的粗提取与鉴定”实验中的两个操作步骤示意图。下列相关叙述正确的是( ) A.将研磨液加入切碎的洋葱， 充分研磨后过滤，要弃去上清液 B.图2所示实验操作中有一处明显错误， 可能导致试管2中蓝色变化不明显 C.图1所示操作的原理是DNA能溶于酒精，而蛋白质等杂质不溶 D.图2试管1的作用是证明2 mol/L的NaCl溶液遇二苯胺试剂出现蓝色 本 课 结 束 本课件只整理了相关考点内容和部分例题，可自行添加相关课后习题 $$