專題一基因工程一【高考目的定位】1、專題重點:DNＡ重組技術所需的三種基本工具；基因工程的基本操作程序四個環(huán)節(jié);基因工程在農(nóng)業(yè)和醫(yī)療等方面的應用；蛋白質工程的原理。2、專題難點：基因工程載體需要具有的條件;從基因文庫中獲取目的基因；運用PCR技術擴增目的基因；基因治療；蛋白質工程的原理。二【課時安排】2課時三【考綱知識梳理】DNA重組技術的基本工具教材梳理：知識點一基因工程的概念:基因工程是指按照人們的愿望，進行嚴格的設計,并通過體外DNＡ重組和轉基因等技術,賦予生物以新的遺傳特性,從而發(fā)明出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是在DNA分子水平上進行設計和施工的，因此又叫做DNＡ重組技術。注意：對本概念應從以下幾個方面理解:操作環(huán)境生物體外操作對象基因操作水平ＤNA分子水平基本過程剪切→拼接→導入→表達結果人類需要的基因產(chǎn)物知識點二基因工程的基本工具1．限制性核酸內切酶——“分子手術刀”（1）限制性內切酶的來源:重要是從原核生物中分離純化來的。（2)限制性內切酶的作用:可以辨認雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列,并能將每一條鏈上特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵切開。（3)限制性內切酶的切割方式及結果:①在中心軸線兩側將ＤＮA切開，切口是黏性末端。②沿著中心軸線切開DNA，切口是平末端。2.ＤNA連接酶——“分子縫合針”(1）來源:大腸桿菌、T4噬菌體（2)ＤＮＡ連接酶的種類:E.coliＤNA連接酶和T4DＮA連接酶。(3）作用及作用部位:E.cｏlｉDNA連接酶作用于黏性末端被切開的磷酸二酯鍵,T4DNＡ連接酶作用于黏性末端和平末端被切開的磷酸二酯鍵。注意：比較有關的DＮA酶(1)DNA水解酶:可以將ＤNA水解成四種脫氧核苷酸，徹底水解成膦酸、脫氧核糖和含氮堿基(２)DＮＡ解旋酶：可以將DＮＡ或DＮA的某一段解成兩條長鏈,作用的部位是堿基和堿基之間的氫鍵。注意:使DＮA解成兩條長鏈的方法除用解旋酶以外，在適當?shù)母邷?如９4℃)、重金屬鹽的作用下，也可使DNA解旋。(3）ＤNA聚合酶:能將單個的核苷酸通過磷酸二酯鍵連接成DＮＡ長鏈。(4)DNＡ連接酶:是通過磷酸二酯鍵連接雙鏈DNA的缺口。注意比較DNA聚合酶和DNＡ連接酶的異同點。3．基因進入受體細胞的載體——“分子運送車”（1)分子運載車的種類:①質粒：常存在于原核細胞和酵母菌中，是一種分子質量較小的環(huán)狀的裸露的DＮA分子,獨立于擬核之外。②病毒:常用的病毒有噬菌體、動植物病毒等。(2)運載體作用：①是用它做運載工具，將目的基因轉運到宿主細胞中去。②是運用它在受體細胞內對目的基因進行大量復制。（３)作為運載體必須具有的條件:①在宿主細胞中保存下來并大量復制②有多個限制性內切酶切點③有一定的標記基因，便于篩選。思維探究:知識點3、4、５重要是介紹ＤNA重組技術的三種基本工具及其作用。限制酶──“分子手術刀”，重要是介紹限制酶的作用，切割后產(chǎn)生的結果。在這部分內容學習時，應關心的問題之一是：限制酶從哪里尋找?我們可以聯(lián)想從前學過的內容──噬菌體侵染細菌的實驗，進而結識細菌等單細胞生物容易受到自然界外源DNA的入侵。那么這類原核生物之所以長期進化而不絕滅,有何保護機制？進而聯(lián)想到也許是有什么酶來切割外源DNＡ,而使之失效，達成保護自身的目的”。這樣就對“限制酶重要是從原核生物中分離純化出來”的結識提高了一個層次?；蜻M入受體細胞的載體──“分子運送車”的學習內容，不能僅僅著眼于記住這幾個條件，而應當進一步思考每一個條件的內涵,通過深思熟慮,才干真正明確為什么要有這些條件才干充當載體。教材拓展:拓展點一限制酶所辨認序列的特點限制酶所辨認的序列的特點是:呈現(xiàn)堿基互補對稱，無論是奇數(shù)個堿基還是偶數(shù)個堿基，都可以找到一條中心軸線，如圖,中軸線兩側的雙鏈DNA上的堿基是反向對稱反復排列的。如:以中心線為軸，兩側堿基互補對稱；以為軸,兩側堿基互補對稱。拓展點二DＮＡ連接酶連接的是什么部位？ＤＮA連接酶是將一段DNＡ片段3′端的羥基與另一DNＡ片段5′端磷酸基團上的羥基連接起來形成酯鍵,而不是連接互補堿基之間的氫鍵?；蚬こ痰幕静僮鞒绦蚪滩氖崂恚夯蚬こ痰幕静僮鳝h(huán)節(jié)為四步曲：目的基因的獲取;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。一.目的基因的獲取1.目的基因:重要是指編碼蛋白質的結構基因。２.目的基因的獲取方法：基因組文庫從基因文庫中獲取cDNＡ文庫人工合成逆轉錄法、根據(jù)已知的氨基酸序列推測脫氧核苷(真核生物）序列、PCＲ技術擴增目的基因、ＤNA合成儀合成等。注:需要重點復習的內容有：a基因組文庫與部分基因文庫的含義及區(qū)別（教材P１０表格）,建立基因文庫的目的?如何從基因文庫中獲取目的基因？b逆轉錄法的過程ｃPCR技術（原理、場合、條件、過程、特點)DNA復制與PCR技術列表比較。如下所示：（1)從基因文庫中獲取基因文庫:將具有某種生物不同基因的許多ＤＮA片段，導入受體菌的群體儲存,各個受體菌分別具有這種生物的不同的基因。構建基因文庫的目的：為了在不知目的基因序列的情況下,便于獲得所需的目的基因?；蚪M文庫:具有一種生物的所有基因。部分基因文庫(如cDNA文庫):含部分基因,可由mRNA反轉錄而來。(2）運用PCR技術擴增目的基因PCＲ:是一項在生物體外復制特定DNA片段的核酸合成技術。原理：DＮA雙鏈復制原料：模板DNA;ＲNＡ引物；四種脫氧核苷酸;熱穩(wěn)定ＤNＡ聚合酶(Taq酶)；方法:DNA受熱變性解旋為單鏈、冷卻后ＲNA引物與單鏈相應互補序列結合、DＮA聚合酶作用下延伸合成互補鏈。過程:熱變性(90-95)、退火（５5-60)、延伸(70-75）。特點：指數(shù)形式擴增二.基因表達載體的構建（基因工程的核心—體外進行）1.目的：使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在;可以遺傳給下一代;使目的基因可以表達和發(fā)揮作用。目的基因:根據(jù)需要來選擇。2．基因表達啟動子:位于基因首端,RNA聚合酶辨認和結合的部位,驅動轉錄基因。載體的組成終止子:位于基因尾端,使轉錄在所需要的地方停下來。標記基因：鑒別受體細胞中是否具有目的基因。3.方法:同種限制酶分別切割載體和目的基因,再用DNA連接酶把兩者連接。目的基因與運載體結合(以質粒為運載體）4.條件：同種限制酶、DNA連接酶、（目的基因、啟動子、終止子、標記基因）三.將目的基因導入受體細胞轉化：目的基因進入受體細胞內,并且在受體細胞內維持穩(wěn)定和表達的過程。導入植物細胞:常用農(nóng)桿菌轉化法（將構建的載體導入農(nóng)桿菌，再讓農(nóng)桿菌感染植物細胞）,基因槍法、花粉管通道法。(過程重點介紹）②導入動物細胞:顯微注射法（將基因表達載體提純，用顯微儀注射到受精卵中）（過程重點介紹)③導入微生物細胞:Cａ2+解決受體細胞成為感受態(tài)細胞,再進行混合。提醒:農(nóng)桿菌轉化法的原理是運用農(nóng)桿菌(胞內寄生菌)對植物的感染而把目的基因導入受體細胞。四．目的基因的檢測和鑒定分子檢測:導入檢測+表達檢測①導入檢測:運用DＮA分子雜交技術，目的基因DNA一條鏈（作探針）與受體細胞中提取的DNA雜交，看是否有雜交帶。②表達檢測:目的為了檢測是否轉錄出了ｍＲＮA,運用ＤＮＡ－mRNＡ分子雜交技術,目的基因DNA一條鏈(作探針)與受體細胞中提取的mRNA雜交，看是否有雜交帶。③表達檢測：目的為了檢測目的基因是否翻譯成蛋白質?？贵w與蛋白質進行抗原－抗體雜交,看是否有雜交帶。個體水平的鑒定：進行抗蟲、抗病的接種實驗,根據(jù)其性狀判斷是否表達。提醒:①DＮA分子雜交技術一方面提取受體細胞中的DNA,然后高溫解成單鏈，再與同位素標記的DＮA探針雜交；②抗原-抗體雜交所用到的抗體是用表達出的蛋白質注射動物進行免疫,產(chǎn)生相應的抗體，并提取出而來的第3節(jié)基因工程的應用教材梳理：知識點一植物基因工程的應用植物基因工程技術重要用于提高農(nóng)作物的抗逆能力(如抗除草劑、抗蟲、抗病、抗干旱和抗鹽堿等)以及改良農(nóng)作物的品質和運用植物生產(chǎn)藥物等方面。1．提高抗逆性（1）常用抗蟲基因：用于抗蟲(殺蟲）的基因重要是Ｂt毒蛋白基因、蛋白酶克制劑基因、淀粉酶克制劑基因、植物凝集素基因等。(2）常用抗病基因:a.抗病毒基因有:病毒外殼蛋白基因和病毒的復制酶基因;ｂ.抗真菌基因有：幾丁質酶基因和抗毒素合成基因（3)其他抗逆基因:環(huán)境條件對農(nóng)作物的生產(chǎn)會導致很大影響,并且這些影響是多方面的，因此,抗逆性基因也有多種多樣，如:抗鹽堿和干旱的調節(jié)細胞滲透壓基因、抗凍基因、抗除草劑基因等等。2.改良植物品質由于人們的食品具有的營養(yǎng)不平衡,不能滿足人們對食品的規(guī)定,這樣，可以通過轉基因技術，使植物可以合成某些本來不能合成的物質。如科學家將必需氨基酸含量多的蛋白質編碼基因導入植物中,或者改變這些氨基酸合成途徑中某種關鍵酶的活性，以提高氨基酸的含量。知識點二動物基因工程的應用1.用于提高動物生長速度：由于外援生長激素基因的表達可以使轉基因動物生長得更快，將這類基因導入動物體內,以提高動物的生長速率。如:轉基因綿羊和轉基因鯉魚。2.用于改善畜產(chǎn)品的品質：基因工程可用于改善畜產(chǎn)品的品質。如：有些人對牛奶中的乳糖不能完全消化或食用后會出現(xiàn)過敏、腹瀉、惡心等不適癥狀,科學家將腸乳糖酶基因導入奶?；蚪M，這樣所獲得的牛奶其成分不受影響,但乳糖的含量大大減低。3．生產(chǎn)藥物基因工程不僅促進了傳統(tǒng)技術的變革，也為人類提供了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)難以得到的許多昂貴藥品，并已形成基因工程制藥業(yè)的雛形。目前諸如人胰島素、人生長激素、人腦激素、α－干擾素、乙肝疫苗、蛋白C、組織血纖維蛋白溶酶原激活劑等數(shù)十種基因工程藥物已實現(xiàn)商品化。此外,尚有促紅細胞生成素、白細胞介素－2、腎素、心鈉素等一大批珍貴藥品正處在試用或臨床實驗階段。4.用轉基因動物做器官移植的供體：目前，人體移植器官短缺是一個世界性的難題,用其它動物的器官替代，又會出現(xiàn)免疫排斥現(xiàn)象,現(xiàn)在,科學家正試圖運用基因工程方法對一些動物的器官進行改造，哺育出沒有免疫排斥反映的轉基因克隆器官。知識點三基因治療1.概念:基因治療是把正?；驅氩∪梭w內,使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達成治療疾病的目的，這是治療遺傳病的最有效的手段。2.方法:體外基因治療和體內基因治療體外基因治療：先從病人體內獲得某種相關細胞，進行培養(yǎng),然后在體外完畢基因轉移,再篩選成功轉移的細胞擴增培養(yǎng),最后重新輸入患者體內,這種方法叫做體外基因治療。體內基因治療：直接向人體組織細胞中轉移基因的治療方法叫做體內基因治療。說明：對于遺傳病的治療最主線的方法是進行基因替換或修復。基因治療的最佳時期理論上是受精卵時期,這樣可以使個體的每個細胞都具有正?；?但在現(xiàn)實生活中是不也許的，由于不也許人人在受精卵時期進行基因檢查。另一方面是對患者進行相關細胞的基因替換,如:對于遺傳性糖尿病患者，只對胰腺的Ｂ細胞進行基因替換,該個體就能正常分泌胰島素,糖尿病得以治療;但這種局部細胞的基因替換,并沒有改變其它部位細胞的基因,如精原細胞,其后代很大也許還會患遺傳性糖尿病。教材拓展拓展點一該節(jié)內容是對第2節(jié)知識的綜合運用，是近幾年及此后幾年高考的主考點。在學習這部分知識時,要注意以下幾點:1.純熟、靈活掌握第2節(jié)的基礎知識,形成系統(tǒng)的、完善的知識體系２.目的基因來自其他生物,目的基因和受體細胞的基因構成基因重組，這是基因工程的原理。3.常考知識為基因操作的基本環(huán)節(jié)４.相關知識為DＮA的結構和復制、基因控制蛋白質的合成及對性狀的控制、基因突變、酶的性質和作用、其他生物工程等5.解決的方法是學好相關知識，達成靈活運用限度，進行知識遷移。拓展點二基因治療的過程（以鐮刀形細胞貧血癥的治療為例)環(huán)節(jié)過程獲取正常的血紅蛋白基因用限制性核酸內切酶從人的DＮA分子中切取血紅蛋白基因形成重組載體用同一種限制性核酸內切酶在載體ＤNA上切開一個切口，用ＤＮA連接酶將正常血紅蛋白基因連接在載體DNＡ上，形成重組載體重組載體的轉化與篩選將攜帶正常血紅蛋白基因的重組載體導入患者的造血干細胞中,并將重組載體插入到染色體。用選擇培養(yǎng)基篩選出含重組質粒的造血干細胞。將含正常血紅蛋白基因的造血干細胞回輸給患者骨髓將攜帶正常血紅蛋白基因的造血干細胞輸入患者骨髓中,此造血干細胞產(chǎn)生含正常血紅蛋白的紅細胞,以根治鐮刀形細胞貧血癥拓展點三運用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性所謂運用微生物生產(chǎn)蛋白質類藥物，是指將人們需要的某種蛋白質的編碼基因，構建成表達載體后導入微生物,然后運用微生物發(fā)酵來生產(chǎn)蛋白質類藥物。與傳統(tǒng)的制藥相比有以下優(yōu)越性：1.運用活細胞作為表達系統(tǒng),表達效率高，無需大型裝置和大面積廠房就可以生產(chǎn)出大量藥品。2.可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來源的局限性。例如,胰島素是治療糖尿病患者的藥物,一名糖尿病患者每年需用的胰島素需要從4０頭牛或50頭豬的胰臟中才干提取到。19７8年科學家用200０Ｌ大腸桿菌發(fā)酵液得到100ｇ胰島素，相稱于從1000ｋg豬胰臟中提取的量。又如，生長素是治療侏儒癥患者的藥物，治療一名侏儒癥患者每年需要從8０具尸體的腦下垂體中提取生長素。運用基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn)就不需要從動物或人體上獲取原料。3.減少生產(chǎn)成本,減少生產(chǎn)人員和管理人員。第4節(jié)蛋白質工程的崛起教材梳理：知識點一:蛋白質工程崛起的緣由基因工程生產(chǎn)的自然界已有的蛋白質已經(jīng)不能滿足人類生產(chǎn)和生活的需求。應當在基因工程的基礎上按照人們意愿對基因進行操作，從而生產(chǎn)出人們所需要的蛋白質。知識點二: