(高三生物核心素养教案)第十单元 第33讲 基因工程

1、第 33 讲基因工程一、考纲要求：1.基因工程的诞生()。2.基因工程的原理及技术(含 PCR 技术)()。3.基因工程的应用()。4.蛋白质工程()。5.实验：DNA 的粗提取和鉴定。二、教学目标：1.能简述基因工程的原理及技术；2.能说出基因工程的基本工具；3.能简述基因工程的操作步骤。4.举例说出基因工程在农业、医疗、环境保护等方面的广泛应用及其发展前景。5.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。简述蛋白质工程的原理。素养培养目标：1生命观念：理解基因的结构与功能。2科学思维：建立基因工程的操作流程模型。3科学探究：理解基因工程的应用和蛋白质工程

2、。三、教学重、难点：教学重点：基因工程的基本原理，基因操作的工具，基本步骤及其应用。蛋白质工程的原理及蛋白质工程的应用实例。2.教学难点：基因工程的基本原理，基因工程的应用及其安全性。蛋白质工程的原理。四、课时安排：3 课时五、教学过程：考点一基因工程的操作工具（一）知识梳理：（学生自主看书填空、课堂学生间交流反馈纠正）1基因工程的概念(1)供体：提供目的基因。(2)操作环境：体外。(3)操作水平：分子水平。(4)原理：基因重组。(5)受体：表达目的基因。(6)本质：性状在受体体内的表达。(7)优点：克服远缘杂交不亲和的障碍，定向改造生物的遗传性状。2DNA 重组技术的基本

3、工具(1)限制性核酸内切酶(简称：限制酶)来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。作用：识别特定的核苷酸序列并切开特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。结果：产生黏性末端或平末端。(2)DNA 连接酶作用：将限制酶切割下来的 DNA 片段拼接成 DNA 分子。类型常用类型来源功能E·coli DNA 连接酶大肠杆菌只缝合黏性末端T4 DNA 连接酶T4 噬菌体缝合黏性末端和平末端结果DNA 连接酶和限制酶的关系恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键归纳提升与 

4、DNA 相关的五种酶的比较名称限制酶DNA 连接酶DNA 聚合酶DNA (水解)酶作用部位磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键作用结果将 DNA 切成两个片段将两个 DNA 片段连接为一个 DNA 分子将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端将 DNA 片段水解为单个脱氧核苷酸解旋酶碱基对之间的氢键  将双链 DNA 分子局部解旋为单链，形成两条长链(3)载体种类：质粒、 噬菌体的衍生物、动植物病毒等。ìï能

5、自我复制质粒的特点í有一个至多个限制酶切割位点ïî有特殊的标记基因深化拓展载体上标记基因的作用载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后，抗性基因在受体细胞内表达，使受体细胞能够抵抗相应抗生素，所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以只保留转入载体的受体细胞，原理如下图所示：（二）基础训练（课前完成，课上提问）：讲义 P257（三）拓展（教师精讲）下图中的图 1 和图 2 分别表示的是 EcoR限制酶和

6、60;Sma限制酶的作用示意图，据图分析：(1)请说出 EcoR限制酶和 Sma限制酶识别的碱基序列及切割的位点。提示EcoR限制酶识别的碱基序列是 GAATTC，切割位点在 G 和 A 之间；Sma限制酶识别的碱基序列是CCCGGG，切割位点在 G 和 C 之间。(2)以上实例说明限制酶有何特性？提示说明限制酶具有专一性。四、课堂精练：学生当堂完成，互评，教师协助精练一工具酶的应用分析1下图是表达新基因用的质粒的示意图，若要将目的基因插入到质粒上的 A 处，则切割

7、基因时可用的是(C)AHindBEcoRCEcoBDPst精练二载体的应用分析质粒是基因工程中最常用的载体，它存在于许多细菌体内。质粒上有标记基因如图所示，通过标记基因可以推知外源基因(目的基因)是否转移成功。外源基因插入的位置不同，细菌在培养基上的生长情况不同，如图表示外源基因插入位置(插入点有 a、b、c)，请根据表中提供细菌的生长情况，推测三种重组后细菌的外源基因插入点，正确的一组是(A)细菌在含氨苄青霉素培养基上生长情况能生长能生长不能生长细菌在含四环素培养基上生长情况能生长不能生长能生长A是 c；是 b；是 aB是 a 和&

8、#160;b；是 a；是 bC是 a 和 b；是 b；是 aD是 c；是 a；是 b考点二基因工程的操作过程与应用（一）知识梳理：（学生自主看书填空、课堂学生间交流反馈纠正）1信息的概念：是指日常生活中，可以传播的消息、情报、指令、数据与信号等。2信息的种类、特点、来源及实例(连线)1基因工程的基本操作过程(1)目的基因的获取目的基因：主要是指编码蛋白质的基因。获取目的基因的方法a直接分离法：从自然界已有的物种中分离，如从基因组文库或 cDNA 中获取。b人工合成：如果基因比

9、较小，核苷酸序列又已知，可以通过 DNA 合成仪用化学方法直接人工合成；以 RNA为模板，在逆转录酶的作用下人工合成。扩增目的基因：利用 PCR 技术扩增目的基因。(2)基因表达载体的构建基因工程的核心目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。基因表达载体的组成小贴士启动子起始密码子，终止子终止密码子(1)启动子：一段有特殊结构的 DNA 片段，位于基因的首端。它是 RNA 聚合酶识别、结合的部位。(2)终止子：一段有特殊结构的 DNA

10、60;短片段，位于基因的尾端。作用是使转录过程停止。(3)起始密码子和终止密码子位于 mRNA 上，分别控制翻译过程的启动和终止。构建过程(3)将目的基因导入受体细胞生物种类常用方法受体细胞植物农杆菌转化法体细胞或受精卵动物显微注射技术受精卵微生物感受态细胞法原核细胞将目的基因插入到 Ti 质粒的 TDNA 上农杆菌转化过程导入植物细胞整合将含有目的基因的表达载体提纯取卵(受精卵)Ca2处理细胞感受态细胞重组表达载体 DNA分子与感受态细胞混合到受体细胞染色体的 DNA显微注射受精卵发感受态细胞吸收 DN

11、A上表达育获得具有新性状的分子动物(4)目的基因的检测与鉴定2基因工程的应用(1)动物基因工程：用于提高动物生长速度从而提高产品产量；用于改善畜产品品质；用转基因动物生产药物；用转基因动物作器官移植的供体等。(2)植物基因工程：培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和抗逆转基因植物；利用转基因改良植物的品质。(3)比较基因治疗与基因诊断原理操作过程利用正常基因导入有基因缺陷的细胞进展基因治疗基因表达临床实验中，以表达出正常性状来治疗(疾病)制作特定 DNA 探针与病人样品 DNA 混基因诊断碱基互补配对临床应用合，分析杂交带情况3.蛋白质工程(1)流程图A转

12、录，B.翻译，C.分子设计，D.多肽链，E.预期功能。(2)结果：改造了现有蛋白质或制造出新的蛋白质。(3)应用：主要集中应用于对现有蛋白质进行改造，改良生物性状。（二）基础训练（课前完成，课上提问）：讲义 P259（三）拓展（教师精讲）据图分析抗虫棉的培育过程(1)该基因工程中的目的基因和载体分别是什么？一般情况下，为什么要用同一种限制酶处理目的基因和载体？提示目的基因是 Bt 毒蛋白基因，载体是 Ti 质粒。用同一种限制酶处理目的基因和载体，可以获得相同的黏性末端，便于构建基因表达载体。(2)该实例中，采用何种方法导入目的基因？为什么目的基

13、因可以整合到染色体的DNA 上？提示采用的方法是农杆菌转化法，由于 Ti 质粒上的 TDNA 可转移到受体细胞且能整合到受体细胞的染色体 DNA 上，而目的基因又插入到了 TDNA 上，所以目的基因可以整合到受体细胞的染色体 DNA 上。(3)该实例中，检测目的基因是否成功表达的常见方法有哪两种？提示抗原抗体杂交法、用棉叶饲喂棉铃虫。四、课堂精练：学生当堂完成，互评，教师协助精练一基因工程操作程序的分析真核生物基因中通常有内含子，而原核生物基因中没有，原核生物没有真核生物所具有的切除内

14、含子对应的 RNA 序列的机制。已知在人体中基因 A(有内含子)可以表达出某种特定蛋白(简称蛋白 A)。回答下列问题：(1) 某同学从人的基因组文库中获得了基因A，以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A ，其原因是_。(2)若用家蚕作为表达基因 A 的受体，在噬菌体和昆虫病毒两种载体中，不选用_作为载体，其原因是_。(3) 若 要 高 效 地 获 得 蛋 白 A ， 可 选 用&

15、#160;大 肠 杆 菌 作 为 受 体 。 因 为 与 家 蚕 相 比 ， 大 肠 杆 菌 具 有_(答出两点即可)等优点。(4)若要检测基因 A 是否翻译出蛋白 A，可用的检测物质是_(填“蛋白 A 的基因”或“蛋白A 的抗体”)。(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA 是遗传物质做出了重要贡献

16、，也可以说是基因工程的先导，如 果 说 他 们 的 工 作 为 基 因 工 程 理 论 的 建 立 提 供 了 启 示 ， 那 么 ， 这 一 启 示 是_。答案(1)基因 A 有内含子，在大肠杆菌中，其初始转录产物中与内含子对应的RNA 序列不能被切除，无法

17、表达出蛋白 A(2)噬菌体噬菌体的宿主是细菌，而不是家蚕(3)繁殖快、容易培养(4)蛋白 A 的抗体(5)DNA 可以从一种生物个体转移到另一种生物个体考点三DNA 的粗提取与鉴定（一）知识梳理：（学生自主看书填空、课堂学生间交流反馈纠正）1实验原理2操作流程（二）基础训练（课前完成，课上提问）：讲义 P262（三）拓展（教师精讲）下图为“DNA 粗提取和鉴定”实验的相关操作，请仔细观察并分析：(1)操作和都是加入蒸馏水，其目的一样吗？提示不一样。是使鸡血细胞吸水涨破释放出核物质；是稀释 NaCl 溶液使其浓度接近 0.14 mol·L1，去除溶于低浓度 NaCl 溶液的杂质。(2)操作中加入酒精的目的是什么？此时搅拌要注意什么？提示中加入酒精的目的是析出 DNA，去除其中溶于酒精的杂质，这时候搅拌要沿一个方向，轻缓的进行。(3)操作中的粘稠物是如何获取的？加入 2 mol/L NaCl 的目的是什么？提示黏稠物是经过单层纱布过滤获得的； 加入 2 mol/L NaCl 的目的是使 DNA 再次溶解。四、课堂精练：学生当堂完