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高考总复习·生物考点1基因工程高考总复习·生物高考总复习·生物考纲解读•1.DNA重组技术的基本工具•2.基因工程的基本操作程序•3.基因工程的应用•4.基因工程的成果与发展前景•5.蛋白质工程的崛起考向指南•基因工程是生物工程的主要领域，常与其他技术组合运用而达到定向改造生物的目的。试题中一般以具体实例对基因工程的操作过程、基因工程的应用、当今基因工程的新进展等进行考查，如2008年高考就侧重于基因工程有关知识的考查。上海卷、江苏卷、全国I卷、广东卷等都有考题出现。高考总复习·生物一、基因工程的基本内容基因工程，确切地讲就是重组DNA技术，指在体外将不同来源的DNA进行剪切和重组，形成杂合DNA或称嵌合DNA分子，然后将其导入特定的宿主细胞，得到大量扩增和表达，使宿主细胞获得新的遗传特性，产生新的基因产物。基因工程，或称遗传工程，兴起于20世纪70年代。人类实现对基因进行自如地操作、转移和改造的理想，是在核酸限制性内切酶、载体质粒、连接酶和其它修饰酶被陆续发现以后。在此基础上，核酸和蛋白质序列测定、基因体外快速突变、DNA的人工合成等，则使得基因工程逐渐成熟和发展。高考总复习·生物基因决定性状青霉菌能产生对人类有用的抗生素——青霉素高考总复习·生物•家蚕能够吐出蚕丝为人类利用•豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮高考总复习·生物定向基因改造设想:设想一能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？能否让细菌“吐出”蚕丝？设想二能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？设想三经过多年的努力，科学家于20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术——基因工程。高考总复习·生物操作环境操作对象操作水平基本过程结果生物体外基因ＤＮＡ分子水平剪切拼接导入表达人类需要的基因产物基因拼接技术或DNA重组技术实质：基因重组高考总复习·生物将抗虫基因移植到棉花的细胞中，使棉花具有抗虫害的作用。假如你作为一名研究者来完成这一项工作，那么你会遇到哪些困难或需要解决哪些问题呢？1、如何将抗虫基因（目的基因）从某种生物的DNA上切割下来？2、如何使抗虫基因（目的基因）与棉花的DNA连接起来？高考总复习·生物基因工程培育抗虫棉的简要过程：苏云金芽孢杆菌(有抗虫特性)普通棉花(无抗虫特性)抗虫基因与运载体DNA拼接导入棉花细胞(含抗虫基因)棉花植株(有抗虫特性)提取通过观察抗虫棉的培育过程，你认为关键的步骤是什么？高考总复习·生物关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取。关键步骤二：抗虫基因与运载体DNA连接。关键步骤三：抗虫基因进入棉细胞。通过观察抗虫棉的培育过程，你认为关键的步骤是什么？关键步骤一的工具：基因的剪刀——限制性内切酶。关键步骤二的工具：基因的针线——DNA连接酶。关键步骤三的工具：基因的运输工具——运载体。高考总复习·生物二、基因操作的工具1、基因的剪刀——限制性内切酶2、基因的针线——DNA连接酶3、基因的运输工具——运载体高考总复习·生物分布作用特点结果种类举例主要在微生物中。特异性，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。产生黏性未端（碱基互补配对）。大肠杆菌的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。1、基因的剪刀——限制性内切酶200多种高考总复习·生物GAATTCGCTTAAAATTCG限制酶切割ＤＮＡ分子示意图CTTAAG高考总复习·生物思考要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？两个切口，四个黏性末端。2、基因的的针线——DNA连接酶连接的部位：磷酸二酯键（在“梯子”的扶手处），不是氢键（在“梯子”的踏板处）。结果：两个相同的黏性末端的连接。高考总复习·生物思考（１）用DNA连接酶连接两个相同的黏性末端要连接几个磷酸二酯键？（２）用限制酶切一个特定基因要切断几个磷酸二酯键？２个４个３、基因的运输工具——运载体作用：具备的条件种类：将外源基因送入受体细胞。能在宿主细胞内复制并稳定地保存具有多个限制酶切点具有某些标记基因质粒、噬菌体和动植物病毒。使用运载体的目的：用它作为运载工具，将目的基因送到宿主细胞中去。高考总复习·生物质粒高考总复习·生物质粒的特点1.1、质粒是基因工程中最常用的运载体；2、存在于许多细菌及酵母菌等生物中；3、细胞染色体外能自主复制的小型环状DNA分子；4、最常用的质粒是大肠杆菌的质粒；5、质粒的存在对宿主细胞无影响；6、质粒的复制只能在宿主细胞内完成。高考总复习·生物（１）质粒上会存在某些标记基因，标记基因有什么用途？（２）要想将某个特定基因与质粒相连，需要用几种限制性内切酶和几种DNA连接酶处理？思考三、基因操作的基本步骤1、提取目的基因2、目的基因与运载体结合3、将目的基因导入受体细胞4、目的基因的检测和表达高考总复习·生物1、提取目的基因取出DNA用限制酶切断DNA目前被较广泛提取使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、人干扰素基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等。(1)目的基因的概念：人们需要的特定基因。高考总复习·生物（2）提取目的基因的途径提取目的基因的途径人工合成基因（真核细胞）反转录法根据已知氨基酸序列合成DNA从供体细胞的DNA中直接分离基因方法：鸟枪法高考总复习·生物人工合成•以目的基因转录成的信使RNA作为模板，进行逆转录。逆转录成为互补的单链DNA。然后，在酶的作用下通过合成，合成双链的DNA。这样，能够提取目的基因。•从已知的基因所控制的蛋白质氨基酸序列，反推出信使RNA的核苷酸的序列，再反推基因当中的DNA序列，然后，再合成目的基因途径供体细胞中的DNA中直接分离基因人工合成基因（真核细胞）方法根据已知氨基酸序列合成DNA过程供体细胞中的DNA↓限制酶许多DNA片段↓载入运载体↓导入受体细胞↓外源DNA扩增,产生特定性状↓分离目的基因目的基因mRNA↓反转录单链DNA↓合成双链DNA(即目的基因)蛋白质的氨基酸序列↓推测mRNA的核苷酸序列↓推测结构基因的核苷酸序列↓化学合成目的基因鸟枪法反转录法高考总复习·生物途径供体细胞中的DNA中直接分离基因人工合成基因（真核细胞）方法鸟枪法反转录法根据已知氨基酸序列合成DNA优点操作简单专一性强专一性强，可产生自然界不存在的新基因。缺点工作量大，盲目性大，专一性差操作过程较麻烦，技术要求过高。适用范围狭小高考总复习·生物目的基因与运载体结合的结果可能有几种情况？1、目的基因与目的基因结合；2、质粒与质粒结合；3、目的基因与质粒结合。高考总复习·生物思考2、目的基因与运载体结合3、将目的基因导入受体细胞导入方法：借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径导入过程：受体细胞：细菌CaCL2细胞壁的通透性增大重组质粒进入受体细胞目的基因随受体细胞的繁殖而复制将目的基因导入受体细胞将受体细胞进行扩增高考总复习·生物4、目的基因的检测与表达检测：通过检测标记基因的有无来判断目的基因是否导入。通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达。高考总复习·生物表达：细菌的检测，将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。•多细胞生物的检测，将每个受体细胞单独培养并诱导发育成完整个体，检测这些个体是否摄入目的基因，摄入的基因是否表达（是否表现出相应的性状）。淘汰无变化的个体，保留有相应变化的个体进一步培养、研究。小结基因工程的基本内容基因操作的基本步骤基因操作的工具限制性内切酶DNA连接酶运载体目的基因与运载体结合目的基因的检测和表达将目的基因导入受体细胞目的基因的提取高考总复习·生物基因工程药品的生产基因诊断返回基因治疗（一）基因工程与医药卫生高考总复习·生物我国生产的部分基因工程疫苗和药物1、基因工程药品的生产许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。下页高考总复习·生物胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!下页高考总复习·生物2DNA质粒细菌细胞DNA人体细胞胰岛素基因限制酶限制酶胰岛素利用生物工程获得胰岛素1下页高考总复习·生物从人血中提取干扰素，300L血才提取1mg！通过基因工程的方式创造了能合成人干扰素的大肠杆菌，每1Kg的培养液可提取20—4mg干扰素人造血液及其生产返回高考总复习·生物2、基因诊断运用基因工程设计制造的“DNA探针”检测肝炎病毒等病毒感染及遗传缺陷，不但准确而且迅速。下页高考总复习·生物基因诊断的技术和方法1.核酸分子杂交实质上是用已知序列的DNA或RNA片段作为探针与待测样品的DNA或RNA序列进行核酸分子杂交。是基因诊断最基本的技术之一。2.PCR法3.分子探针：核酸分子探针是指特定的已知核酸片段，能与互补核酸序列退火杂交，用于对待测核酸样品中特定基因顺序的探测。满足：（1）必须是单链；（2）带有容易被检测出来的标记物。下页高考总复习·生物生物芯片从正常人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出标准图谱。从病人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出病变图谱。通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNA信息。基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。返回高考总复习·生物3基因治疗下页高考总复习·生物1990年9月14日，安德森对一例患ADA缺乏症的4岁女孩进行基因治疗。这个4岁女孩由于遗传基因有缺陷，自身不能生产ADA，先天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他们将含有这个女孩自己的白血球的溶液输入她左臂的一条静脉血管中，这种白血球都已经过改造，有缺陷的基因已经被健康的基因所替代。在以后的10个月内她又接受了7次这样的治疗，同时也接受酶治疗。1991年1月，另一名患同样病的女孩也接受了同样的治疗。两患儿经治疗后，免疫功能日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生活，并进入普通小学上学。下页高考总复习·生物取患者骨髓分离干细胞病毒正常基因并入正常基因的干细胞注入患者体内下页高考总复习·生物P53基因病毒P53蛋白膜瘤细胞变小返回高考总复习·生物（二）基因工程与农牧业、食品工业生长快、肉质好的转基因鱼(中国)乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷)下页高考总复习·生物转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基因的番茄返回高考总复习·生物（三）基因工程与环境保护⑴环境监测：基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来下页高考总复习·生物⑵环境污染治理：基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。高考总复习·生物转基因生物有利的方面转基因生物不利的方面高考总复习·生物转基因生物有利的一面⑴改变传统的育种方式缩短育种时间。培育出高产优质、抗病虫害、抗旱、抗盐碱，抗除草剂等特性的作物新品种。⑵克服异源、远源杂交障碍。如可以把动物的基因，甚至人的基因组合到植物里去。⑶生产有利于健康和抗病的食品。⑷培育出符合人们意愿的动物新品种。下页高考总复习·生物这种西红柿不易腐烂，不仅便于运输、贮藏，还可使其留在植株成长更长时间，充分吸收阳光，完全成熟后再运到市场销售，能保存良久并仍然具有“夏日成熟的滋味”。返回高考总复习·生物⑴有些转基因食物含的一些物质，可能会影响人体健康。⑵大量的转基因生物进入自然界后很可能会与野生物种进行杂交，产生一些超级生物，从而造成基因污染。⑶如有些作物插入抗虫基因，杀死环境中有益的生物