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选修3现代生物科技专题第一单元基因工程（一）基因工程的诞生:（Ⅰ）1.基础理论（1）DNA是遗传物质的证明：1944年艾弗里等人不仅证明了，还证明了DNA可从（2）的确立。（3）的破译：1963年由尼伦伯格和马太破译，1966年被实验证实。遗传密码DNA是生物的遗传物质DNA双螺旋结构和中心法则2.技术发明使基因工程的实施成为可能（1）基因转移载体的发现：1967年罗思和海林斯基发现了细菌染色体（拟核）DNA外的（2）工具酶的发明：1970年科学家在细菌中发现了第一种.（3）DNA（4）DNA体外重组的实现：1972年成功地构建了第一个。（5）重组DNA（6）第一例转基因动物问世：1980年，科学家首次用显微注射技术培育出第一个转基因小鼠，1983年，又用农杆菌转化法获第一例转基因烟草。（7）的发明：1988年由美国科学家穆里斯（K.Mullis）发明。PCR技术质粒限制性核酸内切酶体外重组DNA分子3.基因工程概念：又叫，指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外和等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。其操作水平是在上进行设计和施工，操作环境是在。生物体外DNA重组技术DNA重组转基因DNA分子水平（二）DNA重组技术的基本工具（Ⅱ）“分子手术刀”：..（约4000种）主要来源：生物。特点：能够识别DNA特定的，切开每条链中的两个之间的。大多能识别由DNA片段末端：两种形式和。：DNA连接酶作用：将双链“缝合”起来，恢复被限制酶切开的。种类E·coliDNA连接酶：只能“缝合”DNA片段的T4DNA连接酶：既可“缝合”双链DNA的,又能“缝合”双链DNA。限制性核酸内切酶（又称限制酶）原核核苷酸序列核苷酸磷酸二酯键6个核苷酸黏性末端平末端“分子缝合针”DNA片段两个核苷酸之间的磷酸二酯键黏性末端黏性末端平末端质粒：是一种裸露的、结构简单、独立于细菌染色体（即拟核DNA能力的。病毒和λ噬菌体的衍生物等。“分子运输车”：载体种类质粒特点能够在细菌内；具有一个至多个，供外源DNA插入；具有特殊的，供重组DNA的鉴定和选择。质粒载体的处理：都是在天然质粒的基础上进行过。自我复制双链环状DNA分子自我复制限制酶切点遗传标记基因人工改造的（三）基因工程的基本操作程序（Ⅱ1.（1）目的基因：指编码蛋白质的。（2）获取目的基因的方法从基因文库中获取目的基因含义：将含有某种生物的许多，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的，称为基因文库。种类基因组文库：含有一种生物的基因。部分基因文库：含有一种生物的基因，如cDNA文库。目的基因的获取依据基因的基因的转录产物是基因的产物是蛋白质。结构基因不同基因DNA片段不同基因全部部分核苷酸mRNA翻译（2）获取目的基因的方法利用PCR技术扩增目的基因PCR的含义：是的缩写，是一项在生物体外特定DNA片段的核酸合成技术，由等人于1988年发明。前提：已知目的基因的，以便合成。原理：利用.。过程：目的基因DNA受热变性后解旋为，与相应互补序列结合，然后在作用方式：指数扩增≈2n（n为扩增循环的次数）。人工合成法：若基因较小，又已知，可以通过DNA合成仪直接合成。聚合酶链式反应复制穆里斯核苷酸序列引物DNA双链复制的原理（即碱基互补配对和DNA半保留复制原理）单链引物DNA聚合酶2.基因表达载体的构建表达载体的功能（目的）：使目的基因在中稳定存在，并且可以。表达载体的主要组成是一段有特殊结构的DNA片段，位于，它是识别和结合的部位，驱动基因转录；终止子：位于，终止；标记基因：是为鉴别受体细胞中是否含有。受体细胞遗传表达和发挥作用基因的首端RNA聚合酶mRNA基因的尾端目的基因3.将目的基因导入受体细胞转化：目的基因进入受体细胞体内，并且在细胞体内维持的过程。目的基因导入受体细胞的常用方法导入植物细胞方法a.农杆菌的特点，能在自然条件下感染和植物，而对大多数植物没有感染能力；感染植物细胞时，细菌中的Ti质粒上的可转移至受体细胞并整合到受体细胞的。b.转化过程：目的基因插入→植物细胞→插入到植物细胞中其他：基因枪法和花粉管通道法。基本的操作程序：目的基因表达载体的.→取卵（受精卵）→→目的基因受精卵移植→发育导入微生物细胞方法：氯化钙法。早期的基因工程操作都用生物作为受体细胞。（注意：该生物的特点和转化过程须进行认真识记）稳定和表达双子叶植物裸子单子叶T-DNA（可转移的DNA）染色体的DNATi质粒的T-DNA上染色体的DNA提纯（保持在1～3μg/mL）显微注射原核4.目的基因的检测与鉴定分子水平的检测DNA分子杂交：检测转基因生物的DNA上是否插入了，这是能否在真核生物中稳定遗传的关键。DNA-mRNA分子杂交：检测目的基因是否转录出，这是检测是否成—抗体杂交：检测目的基因是否。个体生物学水平的鉴定：是否有所需遗传特性的表现。翻译成蛋白质染色体目的基因目的基因mRNA目的基因（四）基因工程的应用（Ⅱ）植物基因工程：抗虫转基因植物；抗病转基因植物；抗动物基因工程：提高动物生长速度；改善畜产品的品质；作器官移植的供体。基因工程药物：用转基因的工程菌生产，包括细胞因子、境等方面。（五）蛋白质工程的崛起（Ⅰ）蛋白质工程崛起的缘由：基因工程在原则上是生产自然界蛋白质，这些蛋白质的结构和功能符合特定物种生存的需要，却完全符合人类生蛋白质工程的基本原理：预期的蛋白质功能→.→推测应有的氨基酸序列→.。蛋白质工程的概念：又称。是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能进行改造，或制造一种新的蛋白质，蛋白质工程的进展和前景：（略）已存在的不一定的蛋白质结构设计预期找到相对应的脱氧核苷酸序列第二代基因工程现有蛋白质（六）实验：DNA1.（1）DNA在NaCl溶液中的溶解度，是随着NaCl的浓度的变化而改变的。当NaCl的物质的量浓度为0.14mol/L时,DNA的溶解度最低。利用这一原理，可以使溶解在NaCl溶液中的DNA（2）DNA不溶于酒精溶液，但是细胞中的某些物质则可以溶于酒精溶液。利用这一原理，可以进一步提取出含杂质较少的DNA（3）蛋白酶能水解蛋白质，但是对DNA没有影响；大多数蛋白质不能忍受60～80℃的高温，而DNA在80℃以上才会变性；洗涤剂能够瓦解细胞膜，但是对DNA没有影响。这些方法也可用以提取细胞内的DNA（4）DNA遇二苯胺（沸水浴）会染成蓝色，因此，二苯胺可以作为鉴定DNA2.提取细胞核物质：顺时针方向搅拌，稍快，稍重，5min→溶解DNA→析出含DNA的黏稠物：蒸馏水300mL，逆时针方向搅拌，缓慢→过滤：取黏稠物→再溶解：顺时针方向搅拌，较慢，3min→过滤：取滤液→提取出含杂质较少的DNA，逆时针方向搅拌，稍慢，5min→DNA的鉴定：沸水浴5min3.（1）步骤3析出含DNA的黏稠物中，蒸馏水要沿烧杯内壁缓缓加入，不能一次（2）实验中有多个步骤都要用玻璃棒进行搅拌，但是在不同的步骤中玻璃棒的用法不同。考点一限制酶所识别的序列，无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线（下图），中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。考点二限制酶在DNA的任何部位都能将DNA切开吗？任何一种限制酶都只识别和切断特定的核苷酸序列，这是由限制酶的性质考点三DNA连接酶连接的是什么部位？DNA连接酶是将一段DNA片段3′端的羟基与另一DNA片段5′端磷酸基团上的羟基连接起来形成酯键，而不是连接互补碱基之间的氢键。考点四3,5磷酸二酯键是核酸中核苷酸的连接方式，组成了核酸的一级结构。在核酸中一个核苷酸核糖上第3位的羟基与下一个核苷酸核糖上第5位的磷酸羟基脱水缩合成酯键，该酯键称3，5磷酸二酯键。若干个核苷酸间以3′，5′磷酸二酯键连接成的多核苷酸链为核酸。考点五基因工程的基本操作流程图：（注意识别图中每个小框内的内容，见图）考点六（1）基因的特点：如果一个来自动物的目的基因含有内含子，就不能用于转基因植物，因为动物中内含子的剪接系统与植物的不同，植物不能将动物基因的内含子剪切掉，只能用该基因的cDNA。基因的产物如果是一个糖蛋白，那么该基因在原核生物细菌中表达出来的蛋白就可能不具备天然状态下的活性，因为糖蛋白上的糖链是在内质网和高尔基体上加上的，而细菌无这些细胞器。（2）要选择强启动子或组织特异性启动子。启动子有强有弱，选择强启动子可以增加转录活性，使基因产物量增多。如果希望基因在生物的某个组织表达，（3）要有选择标记基因，如抗生素基因，以便选择出真正的转基因生物。考点七DNA①1个目的：在体验科学思维的过程中提取和鉴定DNA②2次用蒸馏水：蒸馏水破膜提取核物质和蒸馏水稀释析出DNA③3次过滤：过滤核外物质，过滤DNA核蛋白，过滤DNA④4个关键词：DNA粗提取，设计思路，科学思维和研究性学习。通过研究性学习，学生在发现问题、分析问题、处理问题的过程中，能不断领悟科学思想⑤5次搅拌：第1步同方向加力搅拌，第3、5步同方向轻缓搅拌，第7步同方向缓慢搅拌，第8⑥6种溶液：主要有柠檬酸钠液、酒精液、二苯胺液、甲基绿液、0.015mol/L和2mol/L⑦7种探究模式：本实验可尝试性拓展为探究性实验，改型后主要参考课题有——（a）探究使用鸡的不同组织材料进行实验时的实验效果。（b）探究蒸馏水量引起的鸡血细胞在不同低渗状态下的破裂程度。（c）探究DNA在不同质量分数氯化钠溶液中的溶解度并绘出曲线图。（d）探究DNA鉴定过程中不同水浴温度对显色的影响。（e）探究沉淀DNA时不同温度的酒精对沉淀量的影响。（f）探究过滤过程中纱布层数对最终提取物量的影响。（g）探究使用玻璃烧杯、试管与使用塑料制品对DNA⑧8个步骤：提取→过滤→溶解→过滤→再溶解→再过滤→提纯→鉴定考点八利用微生物生产药物的优越性何在?所谓利用微生物生产蛋白质类药物，是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因，构建成表达载体后导入微生物，然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药（1）利用活细胞作为表达系统，表达效率高，无需大型装置和大面积厂房就可（2）可以解决传统制药中原料来源的不足。例如，胰岛素是治疗糖尿病患者的药物，一名糖尿病患者每年需用的胰岛素需要从40头牛或50头猪的胰脏中才能提取到。1978年科学家用2000L大肠杆菌发酵液得到100g胰岛素，相当于从1000kg猪胰脏中提取的量。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上（3）降低生产成本，减少生产人员和管理人员。1考点基因工程的诞生【例1】切取某种生物合成生长激素的基因，用某种方法将此基因转移到鲇鱼的受精卵中，而使鲇鱼比同种个体大3～4倍，此研究遵循的原理是（A．基因突变，DNA→RNA→RNA→B．基因工程，RNA→DNA→C．细胞工程，DNA→RNA→D．基因重组，DNA→DNA→RNA→蛋白质【解析】本题考查的是基因工程的概念和原理，能力要求Ⅱ。目的基因进入鲇鱼体内通过DNA复制、DNA转录并合成蛋白质，表现出一定的性状，基因工程的原理为基因重组。【答案】D解题技巧：本题根据题干分析可知，某种方法为转基因技术，属于基因工程的范畴，由此排除了A、C选项，比较B、D选项很容易得出答案为D。【跟踪训练1】“将人的生长抑制素释放因子的基因转入大肠杆菌体内，并获得表达，这是人类第一次获得转基因生物。”此话中“表达”的标志是指该基因在大肠杆菌体内（A．能进行DNABCD【解析】解答本题应扣紧题意，否则易错选B，基因的表达是通过控制蛋白质的合成而实现的，题中的蛋白质是人的生长抑制素释放因子。【答案】C2考点DNA重组技术的基本工具【例2】作为基因的运输工具——载体，必须具备的条件之一及理由是（）ABCD．能够在宿主细胞中复制并稳定保存，以便于进行筛选【解析】本题考查载体必须具备的条件，能力要求Ⅰ。作为载体要携带目的基因进入受体细胞并使之表达，必须能够在宿主细胞中稳定地保存并大量复制，以便通过复制提供大量目的基因；同时要具有标记基因，以便通过检测标记基因是否表达来判断目的基因是否进入了受体细胞，便于筛选；载体要具有一至多个限制酶切点