2022屆高考生物備考：基因工程專題復習教案

專題一：基因工程和蛋白質工程專題復習教案考綱：基因工程的誕生Ⅰ

⑵基因工程的原理及技術、應用Ⅱ⑶蛋白質工程Ⅰ2.考情分析(1)復習要點：基因工程基本工具的種類及作用，基因工程操作的基本環(huán)節(jié)，轉基因技術的應用等。復習時不僅要加強對有關原理、基本過程、意義等的理解記憶，更要注意知識的遷移和應用。(2)考點總結：《基因工程》專題作為高中生物的核心內容，試題類型多，能較好地體現(xiàn)高考的各項能力要求。根據(jù)近5年全國1卷的考情來看，有關《基因工程》的考查主要有以下特點:1.不回避對主干知識的重復考查;2.題型多樣，實驗設計、圖表、曲線，綜合考查考生知識綜合理解能力、圖文轉換能力、獲取信息能力、遷移應用能力等。因此，在本專題復習中要重視以下兩個方面:1.著眼于專題知識網(wǎng)絡構建，使知識由點到線到面，建立知識內在的多維聯(lián)系，達到融會貫通。2.立足于應用，提高分析問題、解決問題的能力，達到觸類旁通。3.教學方法：引導、啟發(fā)、探究、練習4.知識網(wǎng)絡構建5.核心突破：基因工程的原理及技術●原理:基因重組技術●基因工程的基本工具限制酶DNA連接酶載體作用切割目的基因和載體連接DNA片段,形成重組DNA攜帶目的基因進入受體細胞作用部位兩核苷酸的脫氧核糖與磷酸間形成的磷酸二酯鍵作用特點(條件)(1)識別特定的核苷酸序列;(2)在特定位點上切割(1)E·coliDNA連接酶只連接黏性末端:(2)T4DNA連接酶連接黏性末端和平末端（1）能在宿王細胞內穩(wěn)定存在并大量復制;(2)有多個限制酶切割位點;(3)具有特殊的標記基因常用類型ECORI限制酶Sma1限制酶E.coliDNA連接酶T4DNA連接酶質粒、噬菌體、動植物病毒1.“分子手術刀”—限制性核酸內切酶(限制酶)(1)來源:主要是從原核生物中分離純化出來的(2)結果:經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式:黏性末端和平末端2.“分子縫合針”—DNA連接酶與DNA聚合酶作用的異同:DNA聚合酶只能將單個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DNA片段的末端,形成磷酸二酯鍵。3.“分子運輸車—載體最常用的載體是質粒。它是種裸露的、結構簡單的、獨立于細菌擬核之外,并具有自我復制能力的雙鏈環(huán)狀DNA分子?！窕蚬こ痰幕静僮鞒绦虻谝徊?目的基因的獲取1目的基因是指:編碼蛋白質的結構基因。2原核基因采取直接分離獲得,真核基因是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有反轉錄法和化學合成法3PCR技術擴增目的基因(1)原理:DNA雙鏈復制(2過程:①加熱至90~95°CDNA解鏈②冷卻到55~60°,引物結合到互補DNA鏈;③加熱至70~75°C,熱穩(wěn)定DNA聚合酶從引物起始互補鏈的合成第二步:基因表達載體的構建1目的:使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在,并且可以遺傳至下一代,使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用2組成:目的基因+啟動子+終止子+標記基因(1)啟動子:是一段有特殊結構的DNA片段,位于基因的首端,是RNA聚臺酶識別和結合的部位,能驅動基因轉錄出mRNA,最終獲得所需的蛋白質。(2)終止子:也是一段有特殊結構的DNA片段,位于基因的尾端。(3)標記基因的作用:是為了鑒定受體細胞中是否含有目的基因,從而將含有目的基因的細胞篩選出來。常用的標記基因是抗生素基因。第三步:將目的基因導入受體細胞1轉化的概念:是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2常用的轉化方法:生物種類植物細胞動物細胞微生物細胞常用方法農桿菌轉化法顯微注射技術Ca2+處理法受體細胞體細胞受精卵原核細胞轉化過程將目的基因插入Ti質粒T-DNA上→農桿菌→導入植物細胞→整合到受體細胞的DNA→表達將含有目的基因的表達載體提純→取卵(受精卵)→顯微注射→受精卵發(fā)育→獲得具有新性狀的動物ca2+處理細胞→微生物細胞壁的通透性增加→重組質粒與感受態(tài)細胞混合一感受態(tài)細胞吸收DNA分子（1）將目的基因導入植物細胞:采用最多的方法是農桿菌轉化法,其次還有基因槍法和花粉管通道法等（2）重組細胞導入受體細胞后,篩選含有基因表達載體受體細胞的依據(jù)是標記基因是否表達。第四步:目的基因的檢測和表達類型步驟檢測內容方法結果分子檢測第一步目的基因是否進入受體細胞DNA分子雜交(DNA和DNA之間)是否成功顯示出雜交帶第二步目的基因是否轉錄出信使RNA分子雜交技術(DNA和RNA之間)第三步目的基因是否翻譯出蛋白質抗原一抗體雜交方法個體水平檢測包括抗蟲、抗病的接種實驗,以確定是否有抗性以及抗性的程度:基因工程產(chǎn)品與天然產(chǎn)品的活性比較,以確定功能是否相同等●基因工程的應用1植物基因工程:抗蟲、抗病、抗逆轉基因植物,利用轉基因改良植物的品質。2動物基因工程:提高動物生長速度、改善畜產(chǎn)品品質、用轉基因動物生產(chǎn)藥物3基因藥品的生產(chǎn)：工程菌4基因治療:把正常的外源基因導入病人體內,使該基因表達產(chǎn)物發(fā)揮作用?！竦鞍踪|工程蛋白質工程的概念是指以蛋白質分子的結構規(guī)律及其生物功能的關系作為基礎,通過基因修飾或基因合成,對現(xiàn)有蛋白質進行改造,或制造一種新的蛋白質,以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。(基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質)(1)蛋白質工程崛起的緣由:基因工程只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(2)蛋白質工程的基本原理:它可以根據(jù)人的需求來設計蛋白質的結構,又稱為第二代的基因工程(3)基本途徑:從預期的蛋白質功能出發(fā),設計預期的蛋白質結構,推測應有的氨基酸序列,找到相對應的脫氧核苷酸序列(基因)以上是蛋白質工程特有的途徑;以下按照基因工程的一般步驟進行。(4)設計中的困難:如何推測非編碼區(qū)以及內含子的脫氧核苷酸序列自然界已存在的蛋白質)6.易錯警示(1)使用限制酶的注意點①一般用同種限制酶切割載體和目的基因。②不同的限制酶也能切割出相同的黏性末端。③)雙酶法可以使目的基因與載體定向連接，防止目的基因和載體的自身環(huán)化以及二者反向連接。(2)有關標記基因的易錯點①一股將一些抗性基因作為標記基因。②標記基因的主要作用是鑒定和篩選含有目的基因的受體細胞③標記基因表達產(chǎn)物對什么物質有抗性，在篩選培養(yǎng)時則在培養(yǎng)基中加入什么物質。④標記基因若被插入了外源DNA片段，則該標記基因會被破壞。(3)基因工程產(chǎn)物不同，選擇的受體細胞類型也不相同①培育轉基因植物:受體細胞可以是受精卵、體細胞(需經(jīng)植物組織培養(yǎng)成為完整植株)。②培育轉基因動物:受體細胞為受精卵，若用體細胞作為受體細胞，則需經(jīng)核移植技術培養(yǎng)成轉基因動物。③生產(chǎn)蛋白質產(chǎn)品:一般選用大腸桿菌等原核生物的細胞作為受體細胞，因為原核生物具有一些其他生物沒有的特點，如繁殖快、多為單細胞、遺傳物質相對較少等。若要合成糖蛋白、有生物活性的胰島素(需內質網(wǎng)、高爾基體的加工)則必須用真核生物，如酵母菌。7.真題再做1.(2017?全國卷)幾丁質是許多真菌細胞壁的重要成分，幾丁質酶可催化幾丁質水解。通過基因工程將幾丁質酶基因轉入植物體內，可增強其抗真菌病的能力。回答下列問題:(1)在進行基因工程操作時，若要從植物體中提取幾丁質酶的mRNA，常選用嫩葉而不選用老葉作為實驗材料，原因是。提取RNA時，提取液中需添加RNA酶抑制劑，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胞中表達，需要通過質粒載體而不能直接將目的基因導入受體細胞，原因是(答出兩點即可)(4)當幾丁質酶基因和質粒載體連接時，DNA連接酶催化形成的化學鍵是(5)若獲得的轉基因植株(幾丁質酶基因己經(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2.(2019?全國卷1)基因工程中可以通過PCR技術擴増目的基因?；卮鹣铝袉栴}。(1)基因工程中所用的目的基因可以人工合成，也可以從基因文庫中獲得?；蛭膸彀ê?。(2)生物體細胞內的DNA復制開始時，解開DNA雙鏈的酶是。在體外利用PCR技術擴增目的基因時，使反應體系中的模板DNA解鏈為單鏈的條件是。上述兩個解鏈過程的共同點是破壞了DNA雙鏈分子中的。(3)目前在PCR反應中使用Tag酶而不使用大腸桿菌DNA聚合酶的主要原因是。3.(2017?全國卷1)真核生物基因中通常有內含子，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含子對應的RNA序列的機制。已知在人體中基因A(有內含子)可以表達出某種特定蛋白(簡稱蛋白A)?；卮鹣铝袉栴}:(1)某同學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胞卻未得到蛋白A，其原因是(2)若用家蠶作為表達基因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)若要高效地獲得蛋自A，可選用大腸桿菌作為受體。因為與家蠶相比，大腸桿菌具有(答出兩點即可)等優(yōu)點。(4)若要檢測基因A是否翻譯出蛋白A，可用的檢測物質是(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化實驗為證明DNA是遺傳物質做出了重要貢獻，也可以說是基因工程的先導，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.(2015?全國卷1)已知生物體內有一種蛋白質(P)，該蛋白質是一種轉運蛋白，由305個氨基酸組成。如果將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸，240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸，改變后的蛋白質(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列問題(1)從上述資料可知，若要改變蛋白質的功能，可以考慮對蛋白質的進行改造(2)以P基因序列為基礎，獲得P基因的途徑有修飾基因或合成基因。所獲得的基因表達時是遵循中心法則的，中心法則的全部內容包括的復制，以及遺傳信息在不同分子之間的流動，即:(3)蛋白質工程也被稱為第二代基因工程，其基本途徑是從預期級蛋白質功能出發(fā)，通過和進而確定相對應的脫氧核苷酸序列，據(jù)此獲得基因，再經(jīng)表達、純化獲得蛋白質，之后還需要對蛋白質的生物進行鑒定5.(2018?全國卷1)回答下列問題(1)博耶(H.Bover)和科恩(S.Cohen)將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質粒重組后導入大腸桿菌細胞中進行了表達。該研究除證明了質?？梢宰鳛檩d體外，還證明了(答出兩點即可)。(2)體外重組的質?？赏ㄟ^Ca2+參與的方法導入大腸桿菌細胞:而體外重組的噬菌體DNA通常需與組裝成完整菌體后，才能通過侵染的方法將重組的噬菌體DNA導入宿主細胞。在細菌、心肌細胞、葉肉細胞中，可作為重組噬菌體宿主細胞的是。(3)真核生物基因(目的基因)在大腸桿