新教材人教版生物选择性学案第3章　基因工程课前自主预习案

第3章基因工程第1节重组DNA技术的基本工具课前自主预习案知识点一基因工程及其诞生与发展1．基因工程的概念(1)操作场所：________。(2)操作技术：________等技术。(3)操作结果：赋予生物新的________，创造出更符合人们需要的新的________和生物产品。(4)操作水平：________水平。2．基因工程的诞生和发展(1)基因工程的诞生①1944年，艾弗里等人通过肺炎链球菌转化实验证明了________________，还证明了________________________________。②1953年，沃森和克里克建立了________________模型并提出了________________的假说。③1961年，尼伦伯格和马太破译了________________。④20世纪70年代初，__________酶、__________酶和__________酶被相继发现，为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件。⑤1973年，科学家证明________可以作为基因工程的载体，构建________，使外源基因在原核细胞中成功表达，并实现物种间的基因交流。(2)基因工程的发展①1982年，第一个基因工程药物——____________被批准上市。②1984年，我国科学家朱作言领导的团队培育出________________。③1985年，穆里斯等人发明________，为获取目的基因提供了有效手段。④1990年，________计划启动。2003年，该计划的测序任务顺利完成。⑤21世纪以来，科学家发明了多种____________，可以实现低成本测定大量核酸序列，加速了人们对基因组序列的了解。⑥2013年，华人科学家张锋及其团队首次报道利用最新的____________技术编辑了哺乳动物基因组。知识点二DNA重组技术的基本工具1．限制性内切核酸酶(又称限制酶)—“分子手术刀”(1)来源：主要来自________。(2)功能：能够识别双链DNA分子的某种特定____________，并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的____________断开。(3)结果：产生________和________。(4)应用：已知限制酶EcoRⅠ和SmaⅠ识别的碱基序列和酶切位点分别为eq\o(GA,\s\up6(↓))ATTC和CCeq\o(CG,\s\up6(↓))GG，在图中写出两种限制酶切割DNA后产生的末端并写出末端的种类。EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶识别的________不同，切割位点________(填“相同”或“不同”)，说明限制酶具有________。2．DNA连接酶—“分子缝合针”(1)作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的________。(2)种类[填表]种类比较E.coliDNA连接酶T4DNA连接酶来源________________特点只能连接________既可以连接黏性末端，又可以连接________3.基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”(1)质粒①质粒的本质：是一种裸露的、结构简单，独立于________________或________________之外，并具有__________能力的环状双链DNA分子。②质粒适于作基因运载体的特点Ⅰ.质粒分子上有一个至多个________位点，供外源DNA片段插入其中。Ⅱ.携带外源DNA片段的质粒进入受体细胞后，能在细胞中________________，或__________________，随__________________同步复制。Ⅲ.人工改造的质粒常带有______________，便于__________________。(2)噬菌体、动植物病毒等。知识点三重组DNA分子的模拟操作1．材料用具：剪刀代表________________，透明胶条代表______________。2．切割位点(1)分别从两块硬纸板上的一条DNA链上找出________________序列，并选________之间作切口进行“切割”。(2)再从另一条链上________之间寻找EcoRⅠ相应的切口剪开。3．操作结果：若操作正确，不同颜色的黏性末端应能________；否则，说明操作有误。知识点四DNA的粗提取与鉴定1．实验原理(1)________不溶于酒精，________溶于酒精。(2)DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同，它能溶于____________溶液。(3)在一定温度下，DNA遇________试剂会呈现蓝色。2．实验步骤(1)称取30g洋葱，切碎，加入10mL研磨液，充分研磨。↓(2)漏斗中垫________，将研磨液过滤到烧杯中，____℃处理，取上清液。↓(3)在上清液中加入体积相等的、预冷的________溶液，静置2～3min，用玻璃棒沿同一方向搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸去水分。↓(4)取两支20mL的试管编号A、B，各加入2mol/L的________溶液5mL，将丝状物溶于B试管的NaCl溶液中。然后向两支试管中各加入4mL的__________。混匀后，将试管置于________中加热5min。↓(5)结果观察：A试管________，B试管________。判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)1．基因工程的原理是基因重组，不过在这里这种变异是定向的。()2．DNA聚合酶也可以用作DNA重组技术的工具。()3．限制酶在原来的原核细胞内对细胞自身有害。()4．不同DNA分子用同一种限制酶切割形成的黏性末端相同。()5．DNA连接酶既能连接黏性末端，又能连接平末端。()6．载体的种类有质粒、噬菌体、动植物病毒等，其中动植物病毒必须是DNA病毒。()7．重组DNA技术所需要的工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体。()8．不同限制酶切割后一定形成不同的黏性末端。()9．限制酶和DNA连接酶的作用部位一致，但作用相反。()10．DNA连接酶能连接互补的黏性末端或平末端，故该酶没有专一性。()11．用兔的成熟红细胞可提取DNA。()12．进行DNA粗提取和鉴定实验时，加入酒精溶液后用力进行快速、充分的搅拌。()13．在溶有DNA的NaCl溶液中，加入二苯胺试剂即呈蓝色。()第2节基因工程的基本操作程序课前自主预习案知识点一目的基因的筛选与获取1．目的基因(1)概念：用于改变____________或获得____________等的基因。(2)实例：培养转基因抗虫棉用到的目的基因是________________。2．筛选合适的目的基因(1)较为有效的方法：从相关的________和________的基因中进行筛选。(2)实例：在培育转基因抗虫棉之前，科学家不仅掌握了Bt基因的________，也对Bt基因的表达产物——____________有了较为深入的了解。(3)认识基因结构和功能的技术方法：________技术、________数据库、________工具。3．利用PCR获取和扩增目的基因(1)PCR的含义：PCR是________________的缩写，它是一项根据____________的原理，在体外提供____________的各种组分与反应条件，对________________进行大量复制的技术。(2)条件：DNA模板、分别与两条模板链结合的2种________、4种________、________________。(3)过程：①变性：温度上升到90℃以上，目的基因DNA________________。②复性：温度下降到50℃左右时，________通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。③延伸：温度上升到72℃左右时，溶液中的________________在耐高温的____________的作用下加到引物的____________端合成子链。④重复循环多次。(4)结果：每次循环后目的基因的量增加一倍，即成________形式扩增(约为2n)。知识点二基因表达载体的构建1．构建基因表达载体的目的(1)使目的基因在受体细胞中________，并且可以________给下一代。(2)使目的基因能够________和发挥作用。2．基因表达载体的组成3．基因表达载体的构建首先用一定的________切割载体，使它出现一个切口，然后用________限制酶或____________的限制酶切割含有目的基因的DNA片段，再利用________将目的基因片段拼接到载体的切口处。知识点三将目的基因导入受体细胞1．转化：目的基因进入受体细胞内，并在受体细胞内________和________的过程。2．目的基因导入受体细胞的方法(1)目的基因导入植物细胞①花粉管通道法Ⅰ.用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注入________中。Ⅱ.在植物受粉后的一定时间内，剪去柱头，将DNA溶液滴加在花柱切面上，使目的基因借____________进入________。②农杆菌转化法Ⅰ.农杆菌的特点：农杆菌自然条件下侵染________植物和________植物；农杆菌的Ti质粒上的________能够整合到所侵染细胞的________上。Ⅱ.转化方法：将目的基因插入农杆菌______________中，让农杆菌侵染植物细胞。(2)目的基因导入动物细胞①常用方法：________法。②常用受体细胞：________。(3)目的基因导入微生物细胞①方法：用________处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，然后将重组表达载体导入其中。②常用受体细胞：原核细胞(使用最广泛的是大肠杆菌)。知识点四目的基因的检测与鉴定1．分子水平检测(1)通过________等技术检测受体细胞染色体DNA上是否插入了目的基因或检测目的基因是否转录出mRNA。(2)从转基因生物中提取蛋白质用相应的抗体进行________杂交，检测目的基因是否翻译成了蛋白质。2．个体水平鉴定包括抗虫、抗病的________实验，以确定是否有抗性及抗性程度。基因工程产品需要与天然产品活性进行比较等。判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)1．如果某种生物的cDNA文库中的某个基因与该生物的基因组文库中的某个基因控制的性状相同，则这两个基因的结构也完全相同。()2．Taq酶是用PCR仪对DNA分子扩增过程中常用的一种耐高温的DNA连接酶。()3．启动子和终止密码子均在胰岛素基因的转录中起作用。()4．利用DNA分子杂交鉴定目的基因是否已导入受体细胞。()5．转基因抗虫棉植株抗虫效果的鉴定必须通过分子检测才能达到目的。()6．表达载体中的胰岛素基因可通过人肝细胞mRNA反转录获得。()7．将重组表达载体导入动物受精卵常用显微注射法。()8．从大肠杆菌细胞中获得人胰岛素基因的mRNA，说明目的基因完成了表达。()第3节基因工程的应用课前自主预习案知识点一基因工程在农牧业方面的应用1．转基因抗虫植物(1)技术方法：从某些生物中分离出具有________的基因，将它导入作物中，培育出具有抗虫性的作物。(2)实例：抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。2．转基因抗病植物(1)技术方法：将来源于____________的抗病基因导入植物中，培育出转基因抗病植物。(2)实例：转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。3．转基因抗除草剂植物(1)技术方法：将________________________的基因导入作物，可培育抗除草剂的作物品种。(2)实例：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。4．改良植物的品质(1)技术方法：将________________________编码基因导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量。(2)实例：转基因玉米中赖氨酸的含量比对照高30%。5．提高动物的生长速率(1)技术方法：将________________基因导入动物体内，提高动物的生长速率。(2)实例：转基因鲤鱼。6．改善畜产品的品质(1)技术方法：将________________基因导入奶牛基因组。(2)实例：乳汁中乳糖含量大大降低的转基因奶牛。知识点二基因工程在医药卫生领域的应用(1)技术方法①对微生物或动植物的细胞进行________，使它们能够生产药物。②利用乳腺生物反应器生产药物：将________基因与乳腺中特异表达的基因的________等调控元件重组在一起，通过________导入哺乳动物的受精卵中，培育出的转基因动物通过________生产所需要的药物。③培育移植器官：在器官供体的基因组中导入某种________抑制________基因的表达或设法除去________基因，然后再结合__________技术，培育出不会引起__________反应的转基因克隆器官。(2)实例：重组人干扰素、促红细胞生成素、抗凝血酶、血清白蛋白等。知识点三基因工程在食品工业方面的应用(1)技术方法：利用基因工程菌生产食品工业用________、________和________等。例如将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，再通过________生产凝乳酶。(2)实例：淀粉酶、脂酶、天冬氨酸和苯丙氨酸。判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)1．农业害虫不会对转基因抗虫作物产生抗性。()2．培育转基因抗病植物的目的基因主要来源于病毒、真菌。()3．“转基因植物”是指植物体细胞中出现了新基因的植物。()4．基因工程中，要培育转基因植物和动物，选用的受体细胞都是受精卵。()5．利用工程菌可生产人的胰岛素等某些激素。()6．乳腺反应器就是把药用蛋白基因导入动物的乳腺细胞中。()7．基因工程药物生产效率高、针对性强、成本低、价格便宜。()8．动物和微生物可以生产基因工程药物，植物不能。()第4节蛋白质工程的原理和应用课前自主预习案知识点一蛋白质工程1．概念(1)基础：蛋白质分子的________及其与________的关系。(2)手段：通过________或________，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。(3)目的：获得满足人类的生产和生活需求的________。2．理论和技术条件：__________、________以及________技术的迅猛发展。知识点二蛋白质工程崛起的缘由1．基因工程的实质：将一种生物的________转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的________，进而表现出________。2．基因工程的不足：基因工程在原则上只能产生自然界中________的蛋白质。3．天然蛋白质的不足：天然蛋白质的结构和功能符合________生存的需要，却不一定完全符合________________的需要。4．实例：玉米中赖氨酸的含量比较低，赖氨酸合成中两种酶的________被替换，就可以使玉米叶片和种子中游离赖氨酸分别提高5倍和2倍。知识点三蛋白质工程的基本原理1．目标：根据人们对________功能的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。2．方法：________或________。3．流程：预期蛋白质功能→设计预期的____________→推测应有的________序列→找到并改变相对应的________序列(基因)或合成新的________→获得所需要的蛋白质。知识点四蛋白质工程的应用1．在医药工业方面的应用(1)研发速效胰岛素类似物：科学家通过改造________使B链28位脯氨酸替换为天冬氨酸或者将它与29位的赖氨酸交换位置，从而有效抑制了____________，研发出速效胰岛素类似物。(2)提高干扰素的保存期：将干扰素分子上的一个________变成________，提高了干扰素的保存时间。(3)改造抗体：将小鼠单克隆抗体上________________“嫁接”到人的抗体上，降低了诱发人体免疫反应的强度。2．在工业和农业方面的应用(1)改进酶的性能或开发新的工业用酶：利用蛋白质工程获得蛋白酶的多种________。(2)改造某些重要的酶：利用蛋白质工程改造参与________________的酶，以提高植物光合作用的效率。判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)1．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构。()2．蛋白质工程能产生自然界中不存在的新型蛋白质分子。()3．实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质结构和功能的关系。()4．基因工程遵循中心法则，而蛋白质工程不遵循。()5．根据某多肽链的一段氨基酸序列，可以很容易地确定控制该肽链合成的基因的脱氧核苷酸序列。()6．蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要是因为人们对蛋白质复杂的高级结构没有完全认识。()7．通过蛋白质工程改造后的蛋白质仍然是天然蛋白质。()8．蛋白质工程是通过基因的修饰和合成来实现对蛋白质的改造。()第1节重组DNA技术的基本工具自主·预习·先知知识点一1．(1)生物体外(2)转基因(3)遗传特性生物类型(4)DNA分子2．(1)遗传物质是DNADNA可以在同种生物的不同个体之间转移DNA双螺旋结构遗传物质自我复制第一个编码氨基酸的密码子多种限制DNA连接逆转录质粒重组DNA(2)重组人胰岛素世界上第一条转基因鱼PCR人类基因组高通量测序技术基因组编辑知识点二1．(1)原核生物(2)核苷酸序列磷酸二酯键(3)黏性末端平末端(4)黏性末端平末端碱基序列不同专一性2．(1)磷酸二酯键(2)大肠杆菌T4噬菌体黏性末端平末端3．(1)真核细胞的细胞核原核细胞拟核DNA自我复制限制酶切割进行自我复制整合到受体DNA上受体细胞DNA标记基因重组DNA分子的筛选知识点三1．EcoRⅠDNA连接酶2．(1)G—A—A—T—T—CG—A(2)互补的碱基3．互补配对知识点四1．(1)DNA蛋白质(2)2mol/L的NaCl(3)二苯胺2．(2)纱布4(3)酒精(4)NaCl二苯胺试剂沸水(5)不变蓝变蓝色效果·检测·定向1．√2．×提示：DNA重组技术的工具有限制酶、DNA连接酶和载体，没有DNA聚合酶。3．×提示：限制酶在原来的原核细胞内用于切割外源DNA，使之失效，从而保护自身。4．√5．×提示：E.coliDNA连接酶不能连接平末端。6．√7.×8.×9.√10.×11．×提示：哺乳动物成熟的红细胞无细胞核。可选用鸡血细胞作提取DNA的材料。12．×提示：加入酒精用玻璃棒搅拌时，动作要轻缓，以免加剧DNA分子的断裂。13．×提示：在溶有DNA的NaCl溶液中，加入二苯胺试剂，沸水浴加热5min，冷却后观察溶液的颜色，呈现蓝色。第2节基因工程的基本操作程序自主·预习·先知知识点一1．(1)受体细胞性状预期表达产物(2)Bt抗虫蛋白基因2．(1)已知结构功能清晰(2)序列信息Bt抗虫蛋白(3)测序序列序列比对3．(1)聚合酶链式反应DNA半保留复制参与DNA复制目的基因的核苷酸序列(2)引物脱氧核苷酸耐高温的DNA聚合酶(3)受热变性后解为单链两种引物4种脱氧核苷酸DNA聚合酶3′(4)指数知识点二1．(1)稳定存在遗传(2)表达2．上游RNA聚合酶转录目的基因下游标记基因3．限制酶同种能产生相同末端DNA连接酶知识点三1．维持稳定表达2．(1)子房花粉管通道胚囊双子叶裸子T­DNA染色体DNATi质粒的T­DNA(2)显微注射受精卵(3)Ca2＋知识点四1．(1)PCR抗原—抗体2．接种效果·检测·定向1．×提示：cDNA文库中的基因一般没有启动子和内含子序列，而基因组文库含有。2．×