2010高考生物专题10基因工程

taoti.tl100.com你的首选资源互助社区2010高考生物专题10基因工程【教法指引】遗传工程在内容上和必修2教材中的基因工程相似，但是必修2中的基因工程主要侧重于基本原理的阐述，而本专题主要侧重于基因工程基本技术及应用前景的介绍，4个考点中有2个要求为Ⅱ，是选修3中的一重要命题领域。纵观近几年高考中，命题主要集中在“基因工程的原理、技术和应用”，赋分比重较大。【专题要点】本专题的重点就是基因工程的原理、技术及其应用，这是高考的重点、热点，也是我们复习的重点。本专题的知识可归纳如下：一、基因工程的概念1.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。2.理论基础DNA是遗传物质的证明DNA双螺旋结构和中心法则的确立遗传密码的破译3.技术支持基因转移载体的发现工具酶的发现[来源:学,科,网Z,X,X,K]DNA合成和测序技术的发现DNA体外重组的实现重组DNA表达实验的成功第一例转基因动物的问世PCR技术的发明二、基因工程的基本工具1.“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（限制酶）（1）来源：主要是从微生物中分离纯化出来的（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磷酸二酯键断开，因此具有专一性。（3）结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式即黏性末端和平末端。2.“分子缝合针”——DNA连接酶(1)两种DNA连接酶（E·coliDNA连接酶和T4-DNA连接酶）的比较：①相同点：都缝合磷酸二酯键。[来源:学&科&网]②区别：E·coliDNA连接酶来源于T4噬菌体，只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来；而T4DNA连接酶能缝合两种末端，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。taoti.tl100.com你的首选资源互助社区3.“分子运输车”——载体（1）载体具备的条件：①能在受体细胞中复制并稳定保存；②具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入；③具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。（2）最常用的载体是质粒,它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外，并具有自我复制能力的环状DNA分子。[来源:Z§xx§k.Com]（3）其它载体：噬菌体、动植物病毒三、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.目的基因的获取方法：从供体细胞直接提取——主要是原核生生物基因从基因文库中获取利用mRNA反转录形成利用PCR扩增技术人工化学法合成3PCR技术扩增目的基因（1）原理：DNA复制taoti.tl100.com你的首选资源互助社区（2）过程：加热至90～95℃DNA解链→冷却到55～60℃，引物结合到互补DNA链→加热至70～75℃，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.构成：目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因[来源:学科网ZXXK]（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聚合酶识别和结合的部位，能启动基因转录出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，终止基因的转录。[来源:Zxxk.Com]（3）标记基因：一段特殊的基因序列，主要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。2.构建：以质粒作载体为例taoti.tl100.com你的首选资源互助社区第三步：将目的基因导入受体细胞1.转化：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：受体细胞不同导入方法有所不同植物细胞：最常用的是农杆菌转化法，其次还有基因枪法和花粉管通道法等，受体细胞可以是植物体细胞动物细胞：最常用的是显微注射技术，受体细胞多是受精卵微生物细胞：先用Ca2+处理细胞，使其成为感受态细胞，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，完成转化过程，受体细胞多为大肠杆菌第四步：目的基因的检测和表达检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因——DNA分子杂交检测目的基因是否转录出了mRNA——用标记的目的基因作探针与mRNA杂交检测目的基因是否翻译成蛋白质——从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原－抗体杂交有时还需进行个体生物学水平的鉴定，如转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。特别提醒：在基因工程操作步骤中，只有第三步将目的基因导入受体细胞不需要碱基互补配对，其余三个步骤都涉及碱基互补配对。四、基因工程的应用1.植物基因工程的应用植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力（如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等）以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。[来源:学科网]⑴提高抗逆性①常用抗虫基因：用于抗虫（杀虫）的基因主要是Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等。②常用抗病基因：抗病毒基因——病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因抗真菌基因——几丁质酶基因和抗毒素合成基因③其他抗逆基因：环境条件对农作物的生产会造成很大影响，并且这些影响是多方面的，因此，抗逆性基因也有多种多样，如抗盐碱和干旱的调节细胞渗透压基因、抗冻基因、抗除草剂基因等等。taoti.tl100.com你的首选资源互助社区⑵改良植物品质由于人们的食品含有的营养不平衡，不能满足人们对食品的要求，可以通过转基因技术，使植物能够合成某些本来不能合成的物质。如科学家将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，或者改变这些氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量。⑶生产药物基因工程不但促进了传统技术的变革，也为人类提供了传统产业难以得到的许多昂贵药品，并已形成基因工程制药业的雏形。目前诸如人胰岛素、人生长激素、人脑激素、α－干扰素、乙肝疫苗、蛋白C、组织血纤维蛋白溶酶原激活剂等数十种基因工程药物已实现商品化。此外，还有促红细胞生成素、白细胞介素－2、肾素、心钠素等一大批珍贵药品正处于试用或临床试验阶段。[来源:学*科*网]⒉动物基因工程的应用⑴用于提高动物生长速度：由于外援生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快，将这类基因导入动物体内，以提高动物的生长速率，如转基因绵羊和转基因鲤鱼。⑵用于改善畜产品的品质：基因工程可用于改善畜产品的品质。如有些人对牛奶中的乳糖不能完全消化或食用后会出现过敏、腹泻、恶心等不适症状，科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，这样所获得的牛奶其它成分不受影响，但乳糖的含量大大减低。⑵用转基因动物做器官移植的供体：目前，人体移植器官短缺是一个世界性的难题，用其它动物的器官替代，又会出现免疫排斥现象，现在，科学家正试图利用基因工程方法对一些动物的器官进行改造，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆器官。⒊基因治疗⑴概念：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，是治疗遗传病的最有效的手段。⑵方法：体外基因治疗和体内基因治疗体外基因治疗：先从病人体内获得某种相关细胞，进行培养，然后在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内，这种方法叫做体外基因治疗。体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移基因的治疗方法叫做体内基因治疗。特别说明：对于遗传病的治疗最根本的方法是进行基因替换或修复。基因治疗的最佳时期理论上是受精卵时期，这样可以使个体的每个细胞都含有正常基因，但在现实生活中是不可能的，因为不可能每个人都在受精卵时期进行基因检查；其次是对患者进行相关细胞的基因替换，如对于遗传性糖尿病患者，只对胰腺的B细胞进行基因替换，该个体就能正常分泌胰岛素，糖尿病得以治疗，但这种局部细胞的基因替换，并没有改变其它部位细胞的基因，如精原细胞，其后代很大可能还会患遗传性糖尿病。⑶过程（以镰刀形细胞贫血症的治疗为例）步骤过程[来源:Zxxk.Com]获取正常的血红蛋白基因用限制性核酸内切酶从人的DNA分子中切取血红蛋白基因形成重组载体用同一种限制性核酸内切酶在载体DNA上切开一个切口，用DNA连接酶将正常血红蛋白基因连接在载体DNA上，形成重组载体[来源:学+科+网]重组载体的转化与筛将携带正常血红蛋白基因的重组载体导入患者的造血干细胞taoti.tl100.com你的首选资源互助社区选中，并将重组载体插入到染色体。用选择培养基筛选出含重组质粒的造血干细胞。将含正常血红蛋白基因的造血干细胞回输给患者骨髓将携带正常血红蛋白基因的造血干细胞输入患者骨髓中，此造血干细胞产生含正常血红蛋白的红细胞，以根治镰刀形细胞贫血症五、蛋白质工程1.实质：根据蛋白质的结构与功能之间的关系，通过改造基因，以定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的、具有优良特性的蛋白质。2.基本原理预期蛋白质功能→测定蛋白质三维空间结构→推测应有的氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因）→合成具有预期功能的蛋白质3.应用通过改造酶的结构，有目的地提高蛋白质的热稳定性合成嵌合抗体改变蛋白质的活性4.蛋白质工程与基因工程区别蛋白质工程基因工程实质通过改造基因，以定向改造或生产人来需要的蛋白质，甚至是自然界不存在的蛋白质定向改造生物的遗传特性，以获得符合人类需要的生物类型会生物产品结果可以合成自然界不存在的蛋白质只能生产自然界已存在的蛋白质联系[来源:学科网]蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出的第二代基因工程