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高中生物教学案039基因工程[考纲要求]1.基因工程的诞生(Ⅰ)。2.基因工程的原理及技术(Ⅱ)。3.基因工程的应用(Ⅱ)。4.蛋白质工程(Ⅰ)。考点一聚焦基因工程的概念及基本工具1．分析基因工程的概念(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。2．基因工程的基本工具(判一判)(1)限制酶只能用于切割目的基因()(2)限制酶切割DNA分子具有特异性()(3)限制酶切割DNA分子后可产生黏性末端和平末端两种类型()(4)DNA连接酶能将两碱基间通过形成氢键连接起来()(5)E·coliDNA连接酶既可连接平末端，又可连接黏性末端()(6)质粒是小型环状DNA分子，是基因工程常用的载体()(7)载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中，使之稳定存在并表达()易错警示巧辨基因工程操作工具的8个易错点(1)限制酶是一类酶，而不是一种酶。(2)限制酶的成分为蛋白质，其作用的发挥需要适宜的理化条件，高温、强酸或强碱均易使之变性失活。(3)在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶，目的是产生相同的黏性末端。(4)将一个基因从DNA分子上切割下来，需要切两处，同时产生4个黏性末端。(5)不同DNA分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同，同一个DNA分子用不同的限制酶切割，产生的黏性末端一般不相同。(6)限制酶切割位点应位于标记基因之外，不能破坏标记基因，以便于进行检测。(7)基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同。基因工程中的载体是DNA分子，能将目的基因导入受体细胞内；膜载体是蛋白质，与细胞膜的通透性有关。(8)基因工程中有3种工具，但工具酶只有2种。1．如图所示为部分双链DNA片段，下列有关基因工程中工具酶功能的叙述错误的是(双选)()A．切断a处的酶为限制酶B．连接a处的酶为DNA连接酶C．切断b处的酶为限制酶D．连接b处的酶为RNA聚合酶2．限制酶MunⅠ和限制酶EcoRⅠ的识别序列及切割位点分别是—C↓AATTG—和—G↓AATTC—。如图表示四种质粒和目的基因，其中，箭头所指部位为限制酶的识别位点，质粒的阴影部分表示标记基因。适于作为图示目的基因载体的质粒是()1．与DNA有关的酶(1)五种相关酶的比较作用底物作用部位形成产物限制酶DNA分子磷酸二酯键黏性末端或平末端DNA连接酶DNA片段磷酸二酯键重组DNA分子DNA聚合酶脱氧核苷酸磷酸二酯键子代DNADNA解旋酶DNA分子碱基对间的氢键形成脱氧核苷酸单链DNA(水解)酶DNA分子磷酸二酯键游离的脱氧核苷酸(2)限制酶和DNA连接酶之间的关系图示2．对载体的分析条件目的稳定并能复制目的基因稳定存在且数量可扩大有一个至多个限制酶切割位点可携带多个或多种外源基因具有特殊的标记基因便于重组DNA的鉴定和选择考点二基因工程的操作步骤易错警示基因工程操作的8个易错点(1)目的基因的插入位点不是随意的基因表达需要启动子与终止子的调控，所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位。(2)基因工程操作过程中只有第三步(将目的基因导入受体细胞)没有碱基互补配对现象第一步存在逆转录法获得DNA，第二步存在黏性末端连接现象，第四步检测存在分子水平杂交方法。(3)原核生物作为受体细胞的优点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少。(4)一般情况下，用同一种限制酶切割质粒和含有目的基因的片段，但有时可用两种限制酶分别切割质粒和目的基因，这样可避免质粒和质粒之间、目的基因和目的基因之间的连接。(5)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，称为转化。转化的实质是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。(6)不熟悉标记基因的种类和作用：标记基因的作用——筛选、检测目的基因是否导入受体细胞，常见的有抗生素抗性基因、发光基因(表达产物为带颜色的物质)等。(7)对受体细胞模糊不清：受体细胞常用植物受精卵或体细胞(经组织培养)、动物受精卵(一般不用体细胞)、微生物(大肠杆菌、酵母菌)等。要合成糖蛋白、有生物活性的胰岛素则必须用真核生物酵母菌(需内质网、高尔基体的加工、分泌)；一般不用支原体，原因是它营寄生生活；一定不能用哺乳动物成熟的红细胞，原因是它无细胞核，不能合成蛋白质。(8)还应注意的问题有：①基因表达载体中，启动子(DNA片段)≠起始密码子(RNA)；终止子(DNA片段)≠终止密码子(RNA)。②基因表达载体的构建是最核心、最关键的一步，在体外进行。1．获取目的基因(1)直接分离从基因组文库中获取：即用限制酶进行切割、分离从cDNA文库中获取：即利用mRNA反转录形成利用PCR扩增技术：获取大量目的基因(2)人工化学合成：适用于分子较小的基因。2．基因表达载体的构建——基因工程的核心(1)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。(2)基因表达载体组成目的基因启动子：为RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动转录mRNA终止子：使转录终止的一段有特殊结构的DNA短片段标记基因：为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因(3)构建过程3．将目的基因导入受体细胞生物种类植物动物微生物常用方法农杆菌转化法显微注射技术感受态细胞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到Ti质粒的TDNA上→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的DNA上→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→感受态细胞→重组表达载体DNA分子与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子4．目的基因的检测与鉴定考点三关注基因工程的应用和蛋白质工程1．基因工程的应用(判一判)(1)我国的转基因抗虫棉转入的抗虫基因是Bt毒蛋白基因()(2)利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品，如人的血清白蛋白，这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中()(3)由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用()(4)为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体()(5)目前，植物基因工程技术主要应用于提高农作物的抗逆性、生产某些天然药物、改良农作物的品质、作器官移植的供体()(6)基因工程药物主要来源于转基因动物生产()(7)基因治疗是把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的()2．蛋白质工程(1)概念理解①基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。②操作：基因修饰或基因合成。③结果：改造了现有蛋白质或制造出新的蛋白质。④目的：满足人类的生产和生活的需求。(2)操作过程：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)→基因表达→产生需要的蛋白质。易错警示(1)有关基因工程应用的易错点：①动物基因工程主要是为了改善畜产品的品质，而不是为了产生体型巨大的个体。②DNA分子作探针进行检测时应检测单链，即将待测双链DNA分子打开。③Bt毒蛋白基因控制合成的Bt毒蛋白并无毒性，进入昆虫消化道被分解成多肽后产生毒性。④青霉素是青霉菌产生的，不是通过基因工程产生的。⑤并非所有个体都可作为乳腺生物反应器。操作成功的应该是雌性个体，个体本身的繁殖速度较高，泌乳量、蛋白含量等都是应该考虑的因素。⑥基因治疗后，缺陷基因没有改变。基因治疗是把正常基因导入受体细胞中，以表达正常产物从而治疗疾病，对原来细胞中存在缺陷的基因没有清除或改变。(2)有关蛋白质工程的易错点：①对蛋白质分子进行改造，其本质是改变其基因组成。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白质分子还是无法遗传。②蛋白质工程的实质是根据蛋白质的结构，创造新基因或者改造老基因，是基因工程的发展与延续。③蛋白质工程与DNA分子重组技术是分不开的，常用到基因工程工具酶，如限制酶和DNA连接酶。1．乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较比较项目乳腺生物反应器工程菌基因结构动物基因的结构与人类基因的结构基本相同细菌或酵母菌等生物基因的结构与人类基因的结构有较大差异基因表达合成的药物蛋白与天然蛋白质相同细菌细胞内没有内质网、高尔基体等，产生的药物蛋白可能没有活性受体细胞哺乳动物的受精卵微生物细胞生产条件不需严格灭菌，温度等条件对其影响不大需严格灭菌，需严格控制工程菌所需的外界条件药物提取从动物乳汁中提取从微生物细胞中提取2．基因治疗与基因诊断原理操作过程进展基因治疗基因表达把正常基因导入有基因缺陷的细胞中，以表达出正常性状来治疗临床实验基因诊断碱基互补配对制作特定DNA探针与病人样品DNA混合，分析杂交带情况临床应用3．基因工程与蛋白质工程的比较项目蛋白质工程基因工程区别过程预期蛋白质的功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→推测相对应的脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质获取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定实质定向改造或生产人类所需蛋白质定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品结果生产自然界中没有的蛋白质一般是生产自然界中已有的蛋白质联系蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程，因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，都必须通过基因修饰或基因合成实现