基因工程导学案

基因工程导学案基因工程导学案基因工程导学案资料仅供参考文件编号：2022年4月基因工程导学案版本号：A修改号：1页次：1.0审核：批准:发布日期：专题五遗传的分子基础时间2018-2-24第二部分基因工程一、考纲要求：1、基因工程的诞生（Ⅰ）2、基因工程的原理及技术（含PCR技术）（Ⅱ）3、基因工程的应用（Ⅱ）4、蛋白质工程（Ⅰ）二、知识网络：三、课本填空：【基因工程的概念】基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，又叫做DNA重组技术。基因工程的原理是（一）基因工程的基本工具：限制酶、DNA连接酶、载体1.“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（简称为限制酶）（1）来源：主要是从中分离纯化出来的。（真核生物中也有，如：酵母菌）（2）功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的断开，因此具有专一性。大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成，少数也有4、5、8个组成。（3）结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：和。2.“分子缝合针”——DNA连接酶(1)两种DNA连接酶（DNA连接酶和DNA连接酶）的比较：①相同点：都缝合磷酸二酯键。②不同点：E·coliDNA连接酶来源于大肠杆菌，只能将双链DNA片段互补的末端之间的磷酸二酯键连接起来；而T4DNA连接酶来源于T4噬菌体，能缝合两种末端，但连接平末端的之间的效率较低。(2)与DNA聚合酶作用的异同:DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键。DNA连接酶是连接两个DNA片段的末端，形成磷酸二酯键。3.“分子运输车”——载体（1）载体具备的条件：①能在受体细胞中，或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制。②具有一至多个，供外源DNA片段插入。③具有，供重组DNA的鉴定和选择。（注意：标记基因不一定都是抗性基因）（2）最常用的载体是,它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的双链状DNA分子。（天然质粒常需进行人工改造）（3）其它载体：、(二)基因工程的基本操作程序：基因工程的操作程序主要包括四个步骤：、、、第一步：目的基因的获取1.目的基因主要是指：编码的结构基因。也可以是一些具有。2.目的基因可以从已有的物种中分离出来，也可以用人工的方法合成。原核基因常采取直接分离获得，真核基因常采用人工合成。3.目前常用的获取目的基因的方法有以下几种：⑴从基因文库中获取目的基因：基因文库分为文库（含一种生物的所有基因）和文库（含一种生物的一部分基因，如：cDNA文库）⑵PCR技术扩增目的基因①原理：②过程：第一步：加热至90～95℃DNA解链；（高温变性）第二步：冷却到55～60℃，引物结合到互补DNA链；（低温退火）第三步：加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。（室温延伸）⑶此外，如果基因比较小，核苷酸序列又已知，也可以通过DNA合成仪用方法直接人工合成。第二步：基因表达载体的构建1.目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传至下一代，使目的基因能够表达和发挥作用。2.组成：五部分（1）启动子：是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，是识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需的蛋白质。（2）终止子：也是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的尾端。使转录在所需要的地方停止下来。（3）标记基因的作用：是为了鉴定受体细胞中是否含有，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。常用的标记基因是抗生素抗性基因。第三步：将目的基因导入受体细胞1.转化的概念：是目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。2.常用的转化方法：⑴将目的基因导入植物细胞：采用最多的方法是，其次还有和等。总结：农杆菌转化法中常考点：①农杆菌在自然条件下感染双子叶植物和裸子植物，对大多数单子叶植物没有感染能力，如：不能感染玉米、小麦、水稻等单子叶植物。②当植物体受到损伤时，伤口处的细胞分泌，吸引土壤农杆菌。③农杆菌中的Ti质粒上可转移至受体细胞，并整合到受体细胞染色体的DNA上，因此通过转化作用，目的基因就可以进入植物细胞，并整合到染色体DNA上。⑵将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是。此方法的受体细胞多是。⑶将目的基因导入微生物细胞：原核生物作为受体细胞的原因是繁殖、多为单细胞、遗传物质相对，最常用的原核细胞是大肠杆菌，其转化方法是：先用处理细胞，使其成为细胞，再将重组表达载体DNA分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子，完成过程。第四步：目的基因的检测和表达1.首先要检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因，方法是采用技术。2.其次还要检测目的基因是否转录出了mRNA，方法是采用技术（即用标记的目的基因作探针与mRNA杂交，如果显示出杂交带，就表明目的基因转录出了mRNA）。3.最后检测目的基因是否翻译成蛋白质，方法是。（即从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原抗体杂交）。4.除了上述的分子检测外，有时还需进行水平的鉴定。（如转基因抗虫植物是否出现抗虫性状，需要做实验）。（三）基因工程的应用1.植物基因工程：抗虫、抗病、抗逆转基因植物，利用转基因改良植物的品质。2.动物基因工程：3.基因工程的药物异军突起：抗体、疫苗、激素、淋巴因子等4.基因治疗：把正常的外源基因导入病人体内，使该基因表达产物发挥作用。注意：①基因治疗并非把健康的外源基因导入患者的所有细胞中，而只是导入某些功能细胞中，且是体细胞。②基因治疗分为体内基因治疗和体外基因治疗。（四）蛋白质工程的概念1.蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过，对进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。（因此蛋白质工程又称为第二代基因工程）2.基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质；蛋白质工程可以生产出自然界中不存在的蛋白质。3.蛋白质工程的基本途径：从出发，设计预期的，推测应有的序列，找到相应的（基因）如下图：举例:如，速效型胰岛素的生产四、经典高考：1．（2017年北京卷，5）为了增加菊花花色类型，研究者从其他植物中克隆出花色基因C（图1），拟将其与质粒（图2）重组，再借助农杆菌导入菊花中。下列操作与实验目的不符的是（）A．用限制性核酸内切酶EcoRI和连接酶构建重组质粒B．用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织，将C基因导入细胞C．在培养基中添加卡那霉素，筛选被转化的菊花细胞D．用分子杂交方法检测C基因是否整合到菊花染色体上2．（2017年新课标Ⅱ卷，38）几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分，几丁质酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内，可增强其抗真菌病的能力。回答下列问题：（1）在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA，常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料，原因是__________________________。提取RNA时，提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目的是__________________________。（2）以mRNA为材料可以获得cDNA，其原理是__________________________。（3）若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞，原因是__________________________（答出两点即可）。（4）当几丁质酶基因和质粒载体连接时，DNA连接酶催化形成的化学键是__________________________。（5）若获得的转基因植株（几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中）抗真菌病的能力没有提高，根据中心法则分析，其可能的原因是__________________________。3．（2017年新课标Ⅰ卷，38）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，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_________________________。4．（2017年新课标Ⅲ卷，38）编码蛋白甲的DNA序列（序列甲）由A、B、C、D、E五个片段组成，编码蛋白乙和丙的序列由序列甲的部分片段组成，如图1所示。回答下列问题：（1）现要通过基因工程的方法获得蛋白乙，若在启动子的下游直接接上编码蛋白乙的DNA序列（TTCGCTTCT……CAGGAAGGA），则所构建的表达载体转入宿主细胞后不能翻译出蛋白乙，原因是_____________________________________。（2）某同学在用PCR技术获取DNA片段B或D的过程中，在PCR反应体系中加入了DNA聚合酶、引物等，还加入了序列甲作为_____________________，加入了________________作为合成DNA的原料。（3）现通过基因工程方法获得了甲、乙、丙三种蛋白，要鉴定这三种蛋白是否具有刺激T淋巴细胞增殖的作用，某同学做了如下实验：将一定量的含T淋巴细胞的培养液平均分成四组，其中三