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1总第节选修三现代生物技术专题1《基因工程》第一课时【考纲要求】(1)基因工程的诞生(Ⅰ)(2)基因工程的原理及技术和PCR技术(Ⅱ)【教学目标】1．知识与技能（1）识记基因工程的诞生(Ⅰ)（2）理解基因工程的原理及技术和PCR技术(Ⅱ)2．过程与方法通过指导学生归纳基因工程原理及应用，培养学生分析和推理能力。3．情感态度与价值观通过理解基因工程原理及应用，培养学生的科学素养。【教学重点】（1）理解基因工程的原理及技术和PCR技术(Ⅱ)（2）理解基因工程的应用(Ⅱ)【教学难点】（1）理解基因工程的原理及技术和PCR技术(Ⅱ)（2）理解基因工程的应用(Ⅱ【教学过程】一，基础知识回顾1基因工程（概念）2．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拼接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连接酶只能连接黏性末端；(2)T4DNA连接酶能连接黏性末端和平末端(1)能在宿主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2.基因工程的操作程序(1)目的基因的获取①从基因文库中获取。②利用PCR技术扩增：其实质是在体外对目的基因进行大量复制。③用化学方法人工合成：a．对于已知的核苷酸序列直接人工合成。b．可通过反转录法获取，即mRNA――→逆转录酶单链DNA――→DNA聚合酶双链DNA。(2)基因表达载体的构建2①基因表达载体的组成：目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因。②基因表达载体的构建方法(3)将目的基因导入受体细胞植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法显微注射技术感受态细胞法(Ca2＋处理)受体细胞受精卵、体细胞受精卵原核细胞(4)目的基因的检测和鉴定类型步骤检测内容方法结果显示分子检测第一步目的基因是否整合到受体细胞染色体的DNA上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mRNA分子杂交技术(DNA和mRNA之间)第三步目的基因是否翻译成蛋白质抗原—抗体杂交个体水平鉴定根据目的基因表达出的性状判断，包括做抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性以及抗性的程度；对基因工程产品与天然产品的功能进行活性比较，以确定功能是否相同二，要点讲析基因工程的基本工具及操作程序分析策略(1)限制酶及其切点的分析①一个至多个限制酶切点：作为载体必须具有一个至多个限制酶切点，以便与外源基因连接。②每种酶一个切点：每种酶的切点最好只有一个。因为某种限制酶只能识别单一切点，若载体上有一个以上的酶切点，则切割重组后可能丢失某些片段，若丢失的片段含复制起点区，则进入受体细胞后便不能自主复制。一个载体若只有某种限制酶的一个切点，则酶切后既能把环打开接纳外源DNA片段，又不会丢失自己的片段。(2)从“基因表达”层面分析基因表达载体的必需条件①基因表达载体的组成：目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因＋复制原点。②启动子和终止子：启动子是RNA聚合酶结合位点，启动转录；终止子是终止转录的位点。插入的目的基因只是结构基因部分，其表达需要调控序列，因而用作载体的质粒插入部位前需要有启动子，后需要有终止子。(3)根据受体种类确定基因工程受体细胞分析3受体种类不同，所用的受体细胞种类也不相同。①植物：由于植物细胞有全能性，植物体细胞经过植物组织培养能够形成生物体，所以植物的受体细胞一般是体细胞。②动物：由于动物细胞没有全能性，不能由一个体细胞培养成一个个体，所以动物基因工程的受体细胞不是体细胞，而是受精卵。③微生物：多用原核生物细胞，因为原核生物繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对较少。三，例题及练习【例题1】基因工程又叫做基因拼接技术。该技术能够通过对生物的基因进行改造和重新组合，产生出人类所需要的基因产物。自20世纪70年代基因工程发展起来以后，人们开始采用高新技术生产各种基因产品。下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点，图1和图2示基因工程部分操作过程：(1)从表中四种酶的切割位点看，可以切出平末端的酶是________。(2)将目的基因与质粒DNA缝合时，两条链上的磷酸、脱氧核糖在__________酶的作用下连接起来，形成磷酸二酯键；两条链间的碱基对通过__________连接起来。(3)图2中的质粒分子可被表中__________酶切割，切割后的质粒含有________个游离的磷酸基团。(4)若对图中质粒进行改造，插入的SmaⅠ酶切位点越多，质粒的热稳定性越________。(5)在相关酶的作用下，甲与乙能否拼接起来？并说明理由：______________________________。答案：(1)SmaⅠ酶(2)DNA连接氢键(3)EcoRⅠ2(4)高(5)能。二者具有相同的黏性末端【例题2】大豆花叶病毒(RNA病毒)是世界性大豆病害，是造成大豆减产的重要原因。某科研小组制备了大豆花叶病毒的空衣壳蛋白(CP蛋白)，生产过程大致如下，请回答问题：(1)图中的①是指________。4(2)过程Ⅱ中应用的酶是________________________________________________________________________。此过程中，先要在大豆花叶病毒的基因文库中查找______________的核苷酸序列，以便合成特异性引物。(3)在上述生产流程中，________________(填序号)是基因工程生产CP衣壳蛋白的核心步骤。为检测样液中是否含有有效成分，在Ⅶ可使用__________________________________进行检测。答案：(1)RNA(2)热稳定DNA聚合酶(Taq酶)CP蛋白基因(控制CP蛋白合成的RNA片段)(3)ⅢCP蛋白的抗体【针对练习】1．基因工程中，需使用特定的限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。根据图判断下列操作正确的是()A．目的基因和质粒均用限制酶Ⅱ切割B．目的基因和质粒均用限制酶Ⅰ切割C．质粒用限制酶Ⅱ切割，目的基因用限制酶Ⅰ切割D．质粒用限制酶Ⅰ切割，目的基因用限制酶Ⅱ切割答案D2．下列关于基因工程中有关酶的叙述不正确的是()A．限制酶水解相邻核苷酸间的化学键打断DNAB．DNA连接酶可将末端碱基互补的两个DNA片段连接C．DNA聚合酶能够从引物末端延伸DNA或RNAD．逆转录酶以一条RNA为模板合成互补的DNA答案C3．如图是利用基因工程技术培育转基因植物，生产可食用疫苗的部分过程示意图，其中PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、ApaⅠ为四种限制性核酸内切酶。下列说法错误的是A．图示过程是基因工程的核心步骤B．表达载体构建时需要用到限制酶SmaⅠC．抗卡那霉素基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来D．除图示组成外，表达载体中还应该含有启动子和终止子等结构答案B4．下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点，图1、图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。请回答下列问题：限制酶BamHⅠHindⅢEcoRⅠSmaⅠ5识别序列及切割位点↓GGATCCCCTAGG↑↓AAGCTTTTCGAA↑↓GAATTCCTTAAG↑↓CCCGGGGGGCCC↑(1)一个图1所示的质粒分子经SmaⅠ切割前后，分别含有__________个游离的磷酸基团。(2)若对图中质粒进行改造，插入的SmaⅠ酶切位点越多，质粒的热稳定性越_________________________________________________________________。(3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是________________________________________________________________。(4)与只使用EcoRⅠ相比较，使用BamHⅠ和HindⅢ两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以防止________________________________。(5)为了获取重组质粒，将切割后的质粒与目的基因片段混合，并加入__________酶。(6)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了__________________________________________________________________________________________。(7)为了从cDNA文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因，将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体，然后在____________的培养基中培养，以完成目的基因表达的初步检测。答案(1)0、2(2)高(3)SmaⅠ会破坏质粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因(4)质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化(5)DNA连接(6)鉴别和筛选含有目的基因的细胞(7)蔗糖为唯一含碳营养物质【作业】【教学反思】6总第节选修三现代生物技术专题1《基因工程》第二课时【考纲要求】(3)基因工程的应用(Ⅱ)(4)蛋白质工程(Ⅱ(5)DNA的粗提取与鉴定(实验)【教学目标】1．知识与技能（1）理解基因工程的应用(Ⅱ)（2）理解蛋白质工程(Ⅱ)(3)掌握DNA的粗提取与鉴定(实验)2．过程与方法通过指导学生归纳基因工程原理及应用，培养学生分析和推理能力。3．情感态度与价值观通过理解基因工程原理及应用，培养学生的科学素养。【教学重点】（1）理解基因工程的原理及技术和PCR技术(Ⅱ)（2）理解基因工程的应用(Ⅱ)(3)蛋白质工程(Ⅱ【教学难点】（1）理解基因工程的原理及技术和PCR技术(Ⅱ)（2）理解基因工程的应用(Ⅱ)(3)蛋白质工程(Ⅱ【教学过程】考点三蛋白质工程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。探究蛋白质工程与基因工程的区别和联系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7实质定向改造或生产人类所需要的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来实现【例题】1．干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染和癌症，但体外保存相当困难，如果将其分子中的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可以在－70℃条件下保存半年，给广大患者带来了福音。(1)蛋白质的合成是受基因控制的，因此获得能够控制合成“可以保存的干扰素”的基因是生产的关键，依据蛋白质工程原理，设计实验流程，让动物生产“可以保存的干扰素”：(2)基因工程和蛋白质工程相比较，基因工程在原则上只能生产_____________________的蛋白质，不一定符合__________________________的需要。而蛋白质工程是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础，通过__________________________________或__________________________________，对现有蛋白质进行________________________________________________，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活需要。(3)蛋白质工程实施的难度很