2022届高考生物备考：基因工程专题复习教案

专题一：基因工程和蛋白质工程专题复习教案考纲：基因工程的诞生Ⅰ

⑵基因工程的原理及技术、应用Ⅱ⑶蛋白质工程Ⅰ2.考情分析(1)复习要点：基因工程基本工具的种类及作用，基因工程操作的基本环节，转基因技术的应用等。复习时不仅要加强对有关原理、基本过程、意义等的理解记忆，更要注意知识的迁移和应用。(2)考点总结：《基因工程》专题作为高中生物的核心内容，试题类型多，能较好地体现高考的各项能力要求。根据近5年全国1卷的考情来看，有关《基因工程》的考查主要有以下特点:1.不回避对主干知识的重复考查;2.题型多样，实验设计、图表、曲线，综合考查考生知识综合理解能力、图文转换能力、获取信息能力、迁移应用能力等。因此，在本专题复习中要重视以下两个方面:1.着眼于专题知识网络构建，使知识由点到线到面，建立知识内在的多维联系，达到融会贯通。2.立足于应用，提高分析问题、解决问题的能力，达到触类旁通。3.教学方法：引导、启发、探究、练习4.知识网络构建5.核心突破：基因工程的原理及技术●原理:基因重组技术●基因工程的基本工具限制酶DNA连接酶载体作用切割目的基因和载体连接DNA片段,形成重组DNA携带目的基因进入受体细胞作用部位两核苷酸的脱氧核糖与磷酸间形成的磷酸二酯键作用特点(条件)(1)识别特定的核苷酸序列;(2)在特定位点上切割(1)E·coliDNA连接酶只连接黏性末端:(2)T4DNA连接酶连接黏性末端和平末端（1）能在宿王细胞内稳定存在并大量复制;(2)有多个限制酶切割位点;(3)具有特殊的标记基因常用类型ECORI限制酶Sma1限制酶E.coliDNA连接酶T4DNA连接酶质粒、噬菌体、动植物病毒1.“分子手术刀”—限制性核酸内切酶(限制酶)(1)来源:主要是从原核生物中分离纯化出来的(2)结果:经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式:黏性末端和平末端2.“分子缝合针”—DNA连接酶与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—载体最常用的载体是质粒。它是种裸露的、结构简单的、独立于细菌拟核之外,并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。●基因工程的基本操作程序第一步:目的基因的获取1目的基因是指:编码蛋白质的结构基因。2原核基因采取直接分离获得,真核基因是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有反转录法和化学合成法3PCR技术扩增目的基因(1)原理:DNA双链复制(2过程:①加热至90~95°CDNA解链②冷却到55~60°,引物结合到互补DNA链;③加热至70~75°C,热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成第二步: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:目的基因+启动子+终止子+标记基因(1)启动子:是一段有特殊结构的DNA片段,位于基因的首端,是RNA聚台酶识别和结合的部位,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。(3)标记基因的作用:是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因,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內,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:生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法农杆菌转化法显微注射技术Ca2+处理法受体细胞体细胞受精卵原核细胞转化过程将目的基因插入Ti质粒T-DNA上→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的DNA→表达将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物ca2+处理细胞→微生物细胞壁的通透性增加→重组质粒与感受态细胞混合一感受态细胞吸收DNA分子（1）将目的基因导入植物细胞:采用最多的方法是农杆菌转化法,其次还有基因枪法和花粉管通道法等（2）重组细胞导入受体细胞后,筛选含有基因表达载体受体细胞的依据是标记基因是否表达。第四步:目的基因的检测和表达类型步骤检测内容方法结果分子检测第一步目的基因是否进入受体细胞DNA分子杂交(DNA和DNA之间)是否成功显示出杂交带第二步目的基因是否转录出信使RNA分子杂交技术(DNA和RNA之间)第三步目的基因是否翻译出蛋白质抗原一抗体杂交方法个体水平检测包括抗虫、抗病的接种实验,以确定是否有抗性以及抗性的程度:基因工程产品与天然产品的活性比较,以确定功能是否相同等●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:提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物3基因药品的生产：工程菌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。●蛋白质工程蛋白质工程的概念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,通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质,以满足人类的生产和生活的需求。(基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质)(1)蛋白质工程崛起的缘由:基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质(2)蛋白质工程的基本原理:它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构,又称为第二代的基因工程(3)基本途径:从预期的蛋白质功能出发,设计预期的蛋白质结构,推测应有的氨基酸序列,找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)以上是蛋白质工程特有的途径;以下按照基因工程的一般步骤进行。(4)设计中的困难:如何推测非编码区以及内含子的脱氧核苷酸序列自然界已存在的蛋白质)6.易错警示(1)使用限制酶的注意点①一般用同种限制酶切割载体和目的基因。②不同的限制酶也能切割出相同的黏性末端。③)双酶法可以使目的基因与载体定向连接，防止目的基因和载体的自身环化以及二者反向连接。(2)有关标记基因的易错点①一股将一些抗性基因作为标记基因。②标记基因的主要作用是鉴定和筛选含有目的基因的受体细胞③标记基因表达产物对什么物质有抗性，在筛选培养时则在培养基中加入什么物质。④标记基因若被插入了外源DNA片段，则该标记基因会被破坏。(3)基因工程产物不同，选择的受体细胞类型也不相同①培育转基因植物:受体细胞可以是受精卵、体细胞(需经植物组织培养成为完整植株)。②培育转基因动物:受体细胞为受精卵，若用体细胞作为受体细胞，则需经核移植技术培养成转基因动物。③生产蛋白质产品:一般选用大肠杆菌等原核生物的细胞作为受体细胞，因为原核生物具有一些其他生物没有的特点，如繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等。若要合成糖蛋白、有生物活性的胰岛素(需内质网、高尔基体的加工)则必须用真核生物，如酵母菌。7.真题再做1.(2017・全国卷)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(几丁质酶基因己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2.(2019・全国卷1)基因工程中可以通过PCR技术扩増目的基因。回答下列问题。(1)基因工程中所用的目的基因可以人工合成，也可以从基因文库中获得。基因文库包括和。(2)生物体细胞内的DNA复制开始时，解开DNA双链的酶是。在体外利用PCR技术扩增目的基因时，使反应体系中的模板DNA解链为单链的条件是。上述两个解链过程的共同点是破坏了DNA双链分子中的。(3)目前在PCR反应中使用Tag酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是。3.(2017・全国卷1)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)若要高效地获得蛋自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.(2015・全国卷1)已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题(1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的进行改造(2)以P基因序列为基础，获得P基因的途径有修饰基因或合成基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括的复制，以及遗传信息在不同分子之间的流动，即:(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期级蛋白质功能出发，通过和进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物进行鉴定5.(2018・全国卷1)回答下列问题(1)博耶(H.Bover)和科恩(S.Cohen)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞中进行了表达。该研究除证明了质粒可以作为载体外，还证明了(答出两点即可)。(2)体外重组的质粒可通过Ca2+参与的方法导入大肠杆菌细胞:而体外重组的噬菌体DNA通常需与组装成完整菌体后，才能通过侵染的方法将重组的噬菌体DNA导入宿主细胞。在细菌、心肌细胞、叶肉细胞中，可作为重组噬菌体宿主细胞的是。(3)真核生物基因(目的基因)在大肠杆