基因工程導(dǎo)學(xué)案

1、專題五 遺傳的分子基礎(chǔ)時(shí)間 2018-2-24第二部分 基因工程一、考綱要求：1、基因工程的誕生（）2、基因工程的原理及技術(shù)（含PCR技術(shù)）（） 3、基因工程的應(yīng)用（）4、蛋白質(zhì)工程（） 二、知識(shí)網(wǎng)絡(luò)：三、課本填空：【基因工程的概念】基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品?；蚬こ淌窃贒NA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，又叫做DNA重組技術(shù)。基因工程的原理是 （一）基因工程的基本工具：限制酶、DNA連接酶、載體1.“分子手術(shù)刀”限制性核酸內(nèi)切酶（簡稱為限制酶）（1）來源：主要是從 中分離純化

2、出來的。（真核生物中也有，如：酵母菌）（2）功能：能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的 斷開，因此具有專一性。 大多數(shù)限制酶的識(shí)別序列由6個(gè)核苷酸組成，少數(shù)也有4、5、8個(gè)組成。（3）結(jié)果：經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式： 和 。2.“分子縫合針”DNA連接酶(1)兩種DNA連接酶（ DNA連接酶和 DNA連接酶）的比較：相同點(diǎn)：都縫合磷酸二酯鍵。不同點(diǎn)：E·coliDNA連接酶來源于大腸桿菌，只能將雙鏈DNA片段互補(bǔ)的 末端之間的磷酸二酯鍵連接起來；而T4DNA連接酶來源于T4噬菌體，能縫合兩種末端，但連接平末端的

3、之間的效率較低。(2)與DNA聚合酶作用的異同:DNA聚合酶只能將單個(gè)核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯鍵。DNA連接酶是連接兩個(gè)DNA片段的末端，形成磷酸二酯鍵。3.“分子運(yùn)輸車”載體（1）載體具備的條件：能在受體細(xì)胞中 ，或整合到染色體DNA上，隨染色體DNA進(jìn)行同步復(fù)制。具有一至多個(gè) ，供外源DNA片段插入。具有 ，供重組DNA的鑒定和選擇。（注意：標(biāo)記基因不一定都是抗性基因）（2）最常用的載體是 ,它是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單的、獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外，并具有自我復(fù)制能力的雙鏈 狀DNA分子。（天然質(zhì)粒常需進(jìn)行人工改造）（3）其它載體： 、 (二)基因工程的基本操作程序： 基

4、因工程的操作程序主要包括四個(gè)步驟： 、 、 、 第一步：目的基因的獲取1.目的基因主要是指： 編碼 的結(jié)構(gòu)基因 。也可以是一些具有 。2.目的基因可以從已有的物種中分離出來，也可以用人工的方法合成。原核基因常采取直接分離獲得，真核基因常采用人工合成。3.目前常用的獲取目的基因的方法有以下幾種：從基因文庫中獲取目的基因：基因文庫分為 文庫（含一種生物的所有基因）和 文庫（含一種生物的一部分基因，如：cDNA文庫）PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因原理： 過程：第一步：加熱至9095DNA解鏈；（高溫變性）第二步：冷卻到5560，引物結(jié)合到互補(bǔ)DNA鏈；（低溫退火）第三步：加熱至7075，熱穩(wěn)定DNA聚合酶從

5、引物起始互補(bǔ)鏈的合成。（室溫延伸） 此外，如果基因比較小，核苷酸序列又已知，也可以通過DNA合成儀用 方法直接人工合成。第二步：基因表達(dá)載體的構(gòu)建1.目的：使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳至下一代，使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。2.組成： 五部分（1）啟動(dòng)子：是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因的首端，是 識(shí)別和結(jié)合的部位，能驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄出mRNA，最終獲得所需的蛋白質(zhì)。（2）終止子：也是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段 ，位于基因的尾端。使轉(zhuǎn)錄在所需要的地方停止下來。（3）標(biāo)記基因的作用：是為了鑒定受體細(xì)胞中是否含有 ，從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來。常用的標(biāo)記基因是抗生素抗性基因

6、。第三步：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞1.轉(zhuǎn)化的概念：是目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過程。2.常用的轉(zhuǎn)化方法：將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞：采用最多的方法是 ，其次還有 和 等。 總結(jié)：農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法中?？键c(diǎn)： 農(nóng)桿菌在自然條件下感染雙子葉植物和裸子植物，對大多數(shù)單子葉植物沒有感染能力，如：不能感染玉米、小麥、水稻等單子葉植物。 當(dāng)植物體受到損傷時(shí)，傷口處的細(xì)胞分泌 ，吸引土壤農(nóng)桿菌。 農(nóng)桿菌中的Ti質(zhì)粒上 可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞，并整合到受體細(xì)胞染色體的DNA上，因此通過轉(zhuǎn)化作用，目的基因就可以進(jìn)入植物細(xì)胞，并整合到染色體DNA上。將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞：最常用的方法是 。此方法的受

7、體細(xì)胞多是 。將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞：原核生物作為受體細(xì)胞的原因是 繁殖 、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對 ，最常用的原核細(xì)胞是 大腸桿菌 ，其轉(zhuǎn)化方法是：先用 處理細(xì)胞，使其成為 細(xì)胞 ，再將 重組表達(dá)載體DNA分子 溶于緩沖液中與感受態(tài)細(xì)胞混合，在一定的溫度下促進(jìn)感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子，完成 過程。第四步：目的基因的檢測和表達(dá)1.首先要檢測 轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，方法是采用 技術(shù)。2.其次還要檢測 目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA，方法是采用 技術(shù) （即用標(biāo)記的目的基因作探針與 mRNA雜交，如果顯示出雜交帶，就表明目的基因轉(zhuǎn)錄出了mRNA）。3.最后檢測 目的基因是否翻

8、譯成蛋白質(zhì)，方法是 。（即從轉(zhuǎn)基因生物中提取 蛋白質(zhì)，用相應(yīng)的 抗體進(jìn)行抗原抗體雜交）。4.除了上述的分子檢測外，有時(shí)還需進(jìn)行 水平的鑒定。（如 轉(zhuǎn)基因抗蟲植物是否出現(xiàn)抗蟲性狀，需要做 實(shí)驗(yàn)）。（三）基因工程的應(yīng)用1.植物基因工程：抗蟲、抗病、抗逆轉(zhuǎn)基因植物，利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)。2.動(dòng)物基因工程：提高動(dòng)物生長速度、改善畜產(chǎn)品品質(zhì)、用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物（如：乳腺生物反應(yīng)器）、用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植的供體。3.基因工程的藥物異軍突起：抗體、疫苗、激素、淋巴因子等4.基因治療：把正常的外源基因?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮作用。 注意：基因治療并非把健康的外源基因?qū)牖颊叩乃屑?xì)胞中，而只

9、是導(dǎo)入某些功能細(xì)胞中，且是體細(xì)胞。 基因治療分為體內(nèi)基因治療和體外基因治療。（四）蛋白質(zhì)工程的概念1.蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過 ，對 進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。（因此蛋白質(zhì)工程又稱為第二代基因工程）2.基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)；蛋白質(zhì)工程可以生產(chǎn)出自然界中不存在的蛋白質(zhì)。3.蛋白質(zhì)工程的基本途徑：從 出發(fā)，設(shè)計(jì)預(yù)期的 ，推測應(yīng)有的 序列，找到相應(yīng)的 （基因）如下圖：舉例:如，速效型胰島素的生產(chǎn)四、經(jīng)典高考：1（2017年北京卷，5）為了增加菊花花色類型，研究者從其他植物中克隆出花色基因C （圖1

10、），擬將其與質(zhì)粒（圖2）重組，再借助農(nóng)桿菌導(dǎo)入菊花中。 下列操作與實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟环氖牵ǎ〢用限制性核酸內(nèi)切酶EcoRI和連接酶構(gòu)建重組質(zhì)粒B用含C基因的農(nóng)桿菌侵染菊花愈傷組織，將C基因?qū)爰?xì)胞C在培養(yǎng)基中添加卡那霉素，篩選被轉(zhuǎn)化的菊花細(xì)胞D用分子雜交方法檢測C基因是否整合到菊花染色體上2（2017年新課標(biāo)卷，38）幾丁質(zhì)是許多真菌細(xì)胞壁的重要成分，幾丁質(zhì)酶可催化幾丁質(zhì)水解。通過基因工程將幾丁質(zhì)酶基因轉(zhuǎn)入植物體內(nèi)，可增強(qiáng)其抗真菌病的能力。回答下列問題：（1）在進(jìn)行基因工程操作時(shí)，若要從植物體中提取幾丁質(zhì)酶的mRNA，常選用嫩葉而不選用老葉作為實(shí)驗(yàn)材料，原因是_。提取RNA時(shí)，提取液中需添加RNA酶

11、抑制劑，其目的是_。（2）以mRNA為材料可以獲得cDNA，其原理是_。（3）若要使目的基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，需要通過質(zhì)粒載體而不能直接將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，原因是_（答出兩點(diǎn)即可）。（4）當(dāng)幾丁質(zhì)酶基因和質(zhì)粒載體連接時(shí)，DNA連接酶催化形成的化學(xué)鍵是_。（5）若獲得的轉(zhuǎn)基因植株（幾丁質(zhì)酶基因已經(jīng)整合到植物的基因組中）抗真菌病的能力沒有提高，根據(jù)中心法則分析，其可能的原因是_。3（2017年新課標(biāo)卷，38）真核生物基因中通常有內(nèi)含子，而原核生物基因中沒有，原核生物沒有真核生物所具有的切除內(nèi)含子對應(yīng)的RNA序列的機(jī)制。已知在人體中基因A（有內(nèi)含子）可以表達(dá)出某種特定蛋白（簡稱蛋白A）?；卮鹣铝?/p>

12、問題：（1）某同學(xué)從人的基因組文庫中獲得了基因A，以大腸桿菌作為受體細(xì)胞卻未得到蛋白A，其原因是_。（2）若用家蠶作為表達(dá)基因A的受體，在噬菌體和昆蟲病毒兩種載體中，不選用_作為載體，其原因是_。（3）若要高效地獲得蛋白A，可選用大腸桿菌作為受體。因?yàn)榕c家蠶相比，大腸桿菌具有_（答出兩點(diǎn)即可）等優(yōu)點(diǎn)。（4）若要檢測基因A是否翻譯出蛋白A，可用的檢測物質(zhì)是_（填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗體”）。（5）艾弗里等人的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)為證明DNA是遺傳物質(zhì)做出了重要貢獻(xiàn)，也可以說是基因工程的先導(dǎo)，如果說他們的工作為基因工程理論的建立提供了啟示，那么，這一啟示是_。4（2017年新課標(biāo)卷，38）編

13、碼蛋白甲的DNA序列（序列甲）由A、B、C、D、E五個(gè)片段組成，編碼蛋白乙和丙的序列由序列甲的部分片段組成，如圖1所示。 回答下列問題：（1）現(xiàn)要通過基因工程的方法獲得蛋白乙，若在啟動(dòng)子的下游直接接上編碼蛋白乙的DNA序列（TTCGCTTCTCAGGAAGGA），則所構(gòu)建的表達(dá)載體轉(zhuǎn)入宿主細(xì)胞后不能翻譯出蛋白乙，原因是_。（2）某同學(xué)在用PCR技術(shù)獲取DNA片段B或D的過程中，在PCR反應(yīng)體系中加入了DNA聚合酶、引物等，還加入了序列甲作為_，加入了_作為合成DNA的原料。（3）現(xiàn)通過基因工程方法獲得了甲、乙、丙三種蛋白，要鑒定這三種蛋白是否具有刺激T淋巴細(xì)胞增殖的作用，某同學(xué)做了如下實(shí)驗(yàn)：將

14、一定量的含T淋巴細(xì)胞的培養(yǎng)液平均分成四組，其中三組分別加入等量的蛋白甲、乙、丙，另一組作為對照，培養(yǎng)并定期檢測T淋巴細(xì)胞濃度，結(jié)果如圖2。由圖2 可知，當(dāng)細(xì)胞濃度達(dá)到a時(shí)，添加蛋白乙的培養(yǎng)液中T淋巴細(xì)胞濃度不再增加，此時(shí)若要使T淋巴細(xì)胞繼續(xù)增殖，可采用的方法是_。細(xì)胞培養(yǎng)過程中，培養(yǎng)箱中通常要維持一定的CO2濃度，CO2的作用是_。僅根據(jù)圖、圖2可知，上述甲、乙、丙三種蛋白中，若缺少_（填“A”“B”“C”“D”或“E”）片段所編碼的肽段，則會(huì)降低其刺激T淋巴細(xì)胞增殖的效果?；蚬こ探?jīng)典高考題答案1、C2、（1）嫩葉組織細(xì)胞易破碎防止RNA降解（2）在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，以mRNA為模板按照堿基互補(bǔ)配對的原則可以合成cDNA（3）目的基因無復(fù)制原點(diǎn)；目的基因無