專題一、基因工程知識點歸納

專題一基因工程一【高考目標(biāo)定位】1、 專題重點：DNA重組技術(shù)所需的三種基本工具；基因工程的基本操作程序四個步驟；基因工程在農(nóng)業(yè)和醫(yī)療等方面的應(yīng)用；蛋白質(zhì)工程的原理。2、 專題難點：基因工程載體需要具備的條件；從基因文庫中獲取目的基因；利用PCR技術(shù)擴增目的基因；基因治療；蛋白質(zhì)工程的原理。二【課時安排】2課時三【考綱知識梳理】第1節(jié) DNA重組技術(shù)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(yán)格的設(shè)計，并通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，從而創(chuàng)造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(shè)計和施工的，因此又叫做DNA重組技術(shù)。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f拼接f導(dǎo)入f表達結(jié)果人類需要的基因產(chǎn)物注意：對本概念應(yīng)從以下幾個方面理解：知識點二基因工程的基本工具限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術(shù)刀”（1）限制性內(nèi)切酶的來源：主要是從原核生物中分離純化來的。（2） 限制性內(nèi)切酶的作用：能夠識別雙鏈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(nèi)切酶的切害方式及結(jié)果：①在中心軸線兩側(cè)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。DNA連接酶一一“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TDNA連接酶。4（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，TDNA連接酶作用于黏性末端和平末端被切開的磷酸二酯鍵。4注意：比較有關(guān)的DNA酶（1） DNA水解酶：能夠?qū)NA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：能夠?qū)NA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(dāng)?shù)母邷兀ㄈ?4°C）、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?；蜻M入受體細(xì)胞的載體——“分子運輸車”（1） 分子運載車的種類：①質(zhì)粒：常存在于原核細(xì)胞和酵母菌中，是一種分子質(zhì)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(zhuǎn)運到宿主細(xì)胞中去。②是利用它在受體細(xì)胞內(nèi)對目的基因進行大量復(fù)制。（3） 作為運載體必須具備的條件：①在宿主細(xì)胞中保存下來并大量復(fù)制②有多個限制性內(nèi)切酶切點③有一定的標(biāo)記基因，便于篩選。思維探究：知識點3、4、5主要是介紹DNA重組技術(shù)的三種基本工具及其作用。限制酶——“分子手術(shù)刀”，主要是介紹限制酶的作用，切割后產(chǎn)生的結(jié)果。在這部分內(nèi)容學(xué)習(xí)時，應(yīng)關(guān)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(xué)過的內(nèi)容——噬菌體侵染細(xì)菌的實驗，進而認(rèn)識細(xì)菌等單細(xì)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)想到可能是有什么酶來切割外源DNA,而使之失效，達到保護自身的目的”。這樣就對“限制酶主要是從原核生物中分離純化出來”的認(rèn)識提高了一個層次?；蜻M入受體細(xì)胞的載體——“分子運輸車”的學(xué)習(xí)內(nèi)容，不能僅僅著眼于記住這幾個條件，而應(yīng)該深入思考每一個條件的內(nèi)涵，通過深思熟慮，才能真正明確為< ”什么要有這些條件才能充當(dāng)載體。 Y 中軸銭教材拓展：拓展點一限制酶所識別序列的特點限制酶所識別的序列的特點是：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(cè)的雙鏈GCGCDNA上的堿基是反向?qū)ΨQ重復(fù)排列的。如:匚GS以中心線為軸，兩側(cè)堿CCAGGA基互補對稱；GGTH以T為軸，兩側(cè)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。第2節(jié) 基因工程的基本操作程序教材梳理:基因工程的基本操作步驟為四步曲:目的基因的獲??；基因表達載體的構(gòu)建；將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞；目的基因的檢測與鑒定。一．目的基因的獲取1．目的基因:主要是指編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因。2．目的基因的獲取方法:基甲組文庫從基因文庫中獲取v{cDNA文庫逆轉(zhuǎn)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(shù)擴增目的基因、DNA合成儀合成等。注:需要重點復(fù)習(xí)的內(nèi)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(zhuǎn)錄法的過程CPCR技術(shù)（原理、場所、條件、過程、特點）DNA復(fù)制與PCR技術(shù)列表比較。如下所示：■:耳宦EM：. 片/錄心 圈匸T即弐縣隹昌II合穴Th◎超占占能:決： 藥茸啖過程： &施凹氨基產(chǎn)旳蘭燦寂:決:（1）從基因文庫中獲取基因文庫：將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導(dǎo)入受體菌的群體儲存，各個受體菌分別含有這種生物的不同的基因。構(gòu)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。彳基因組文庫：含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(zhuǎn)錄而來。（2）利用PCR技術(shù)擴增目的基因PCR:是一項在生物體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。原理：DNA雙鏈復(fù)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(yīng)互補序列結(jié)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(gòu)建（基因工程的核心—體外進行）1．目的：使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在；可以遺傳給下一代；使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。目的基因：根據(jù)需要來選擇?；虮磉_啟動子：位于基因首端，RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，€驅(qū)動轉(zhuǎn)錄基因。載體的組成"一終止子：位于基因尾端，使轉(zhuǎn)錄在所需要的地方停下來。標(biāo)記基因：鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因。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(jié)合（以質(zhì)粒為運載體）V 1種限制酶處理?r”耐連接醜重組D1U分子O組質(zhì)粒）條件：同種限制酶、DNA連接酶、（目的基因、啟動子、終止子、標(biāo)記基因）三．將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞轉(zhuǎn)化：目的基因進入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達的過程。導(dǎo)入植物細(xì)胞：常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法（將構(gòu)建的載體導(dǎo)入農(nóng)桿菌，再讓農(nóng)桿菌感染植物細(xì)胞），基因槍法、花粉管通道法。（過程重點介紹）導(dǎo)入動物細(xì)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）導(dǎo)入微生物細(xì)胞：Ca?+處理受體細(xì)胞成為感受態(tài)細(xì)胞，再進行混合。提示：農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法的原理是利用農(nóng)桿菌（胞內(nèi)寄生菌）對植物的感染而把目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞。四．目的基因的檢測和鑒定分子檢測：導(dǎo)入檢測+表達檢測①導(dǎo)入檢測：利用DNA分子雜交技術(shù)，目的基因DNA一條鏈（作探針）與受體細(xì)胞中提取的DNA雜交，看是否有雜交帶。表達檢測：目的為了檢測是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA,利用DNA-mRNA分子雜交技術(shù)，目的基因DNA一條鏈（作探針）與受體細(xì)胞中提取的mRNA雜交，看是否有雜交帶。表達檢測：目的為了檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)?？贵w與蛋白質(zhì)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。提示:①DNA分子雜交技術(shù)首先提取受體細(xì)胞中的DNA，然后高溫解成單鏈，再與同位素標(biāo)記的DNA探針雜交；②抗原一抗體雜交所用到的抗體是用表達出的蛋白質(zhì)注射動物進行免疫，產(chǎn)生相應(yīng)的抗體，并提取出而來的第3節(jié)基因工程的應(yīng)用教材梳理：知識點一植物基因工程的應(yīng)用植物基因工程技術(shù)主要用于提高農(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(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物等1?提高抗逆性（1） 常用抗蟲基因：用于抗蟲（殺蟲）的基因主要是Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、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(fù)制酶基因；b.抗真菌基因有：幾丁質(zhì)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)會造成很大影響，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(diào)節(jié)細(xì)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(zhì)由于人們的食品含有的營養(yǎng)不平衡，不能滿足人們對食品的要求，這樣，可以通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)，使植物能夠合成某些本來不能合成的物質(zhì)。如科學(xué)家將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参镏?，或者改變這些氨基酸合成途徑中某種關(guān)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(yīng)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(zhuǎn)基因動物生長得更快，將這類基因?qū)雱游矬w內(nèi)，以提高動物的生長速率。如：轉(zhuǎn)基因綿羊和轉(zhuǎn)基因鯉魚。2?用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)：基因工程可用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)。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(xué)家將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；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。生產(chǎn)藥物基因工程不但促進了傳統(tǒng)技術(shù)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、a—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，還有促紅細(xì)胞生成素、白細(xì)胞介素—2、腎素、心鈉素等一大批珍貴藥品正處于試用或臨床試驗階段。4.用轉(zhuǎn)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(xué)家正試圖利用基因工程方法對一些動物的器官進行改造，培育出沒有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆器官。知識點三基因治療概念：基因治療是把正常基因?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達到治療疾病的目的，這是治療遺傳病的最有效的手段。方法：體外基因治療和體內(nèi)基因治療體外基因治療：先從病人體內(nèi)獲得某種相關(guān)細(xì)胞，進行培養(yǎng)，然后在體外完成基因轉(zhuǎn)移，再篩選成功轉(zhuǎn)移的細(xì)胞擴增培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內(nèi)，這種方法叫做體外基因治療。體內(nèi)基因治療：直接向人體組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因的治療方法叫做體內(nèi)基因治療。說明：對于遺傳病的治療最根本的方法是進行基因替換或修復(fù)?；蛑委煹淖罴褧r期理論上是受精卵時期，這樣可以使個體的每個細(xì)胞都含有正?；颍诂F(xiàn)實生活中是不可能的，因為不可能人人在受精卵時期進行基因檢查。其次是對患者進行相關(guān)細(xì)胞的基因替換，如：對于遺傳性糖尿病患者，只對胰腺的B細(xì)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(xì)胞的基因替換，并沒有改變其它部位細(xì)胞的基因，如精原細(xì)胞，其后代很大可能還會患遺傳性糖尿病。教材拓展拓展點一該節(jié)內(nèi)容是對第2節(jié)知識的綜合運用，是近幾年及今后幾年高考的主考點。在學(xué)習(xí)這部分知識時，要注意以下幾點：1?熟練、靈活掌握第2節(jié)的基礎(chǔ)知識，形成系統(tǒng)的、完善的知識體系目的基因來自其他生物，目的基因和受體細(xì)胞的基因構(gòu)成基因重組，這是基因工程的原理。?？贾R為基因操作的基本步驟相關(guān)知識為DNA的結(jié)構(gòu)和復(fù)制、基因控制蛋白質(zhì)的合成及對性狀的控制、基因突變、酶的性質(zhì)和作用、其他生物工程等5?解決的方法是學(xué)好相關(guān)知識，達到靈活運用程度，進行知識遷移。拓展點二基因治療的過程（以鐮刀形細(xì)胞貧血癥的治療為例）步驟過程獲取正常的血紅蛋白基因用限制性核酸內(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)化與篩選將攜帶正常血紅蛋白基因的重組載體導(dǎo)入患者的造血干細(xì)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(zhì)粒的造血干細(xì)胞。將含正常血紅蛋將攜帶正常血紅蛋白基因的造血干細(xì)胞輸入患者白基因的造血干細(xì)胞回輸給患者骨髓骨髓中，此造血干細(xì)胞產(chǎn)生含正常血紅蛋白的紅細(xì)胞，以根治鐮刀形細(xì)胞貧血癥拓展點三利用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性所謂利用微生物生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物，是指將人們需要的某種蛋白質(zhì)的編碼基因，構(gòu)建成表達載體后導(dǎo)入微生物，然后利用微生物發(fā)酵來生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物。與傳統(tǒng)的制藥相比有以下優(yōu)越性：利用活細(xì)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?？梢越鉀Q傳統(tǒng)制藥中原料來源的不足。例如，胰島素是治療糖尿病患