专题一、基因工程知识点归纳.doc

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专题一基因工程

一【高考目标定位】

1、专题重点：

DNA重组技术所需的三种基本工具；基因工程的基本操作程序四个步骤；基因工程在农业和医疗等方面的应用；蛋白质工程的原理。

2、专题难点：

基因工程载体需要具备的条件；从基因文库中获取目的基因；利用PCR技术扩增目的基因；基因治疗；蛋白质工程的原理。

二【课时安排】2课时

三【考纲知识梳理】

第1节DNA重组技术的基本工具

教材梳理：

知识点一基因工程的概念：

基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，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。

由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNA重组技术。

注意：

对本概念应从以下几个方面理解：

操作环境

生物体外

操作对象

基因

操作水平

DNA分子水平

基本过程

剪切→拼接→导入→表达

结果

人类需要的基因产物

知识点二基因工程的基本工具

1.限制性核酸内切酶——“分子手术刀”

（1）限制性内切酶的来源：

主要是从原核生物中分离纯化来的。

（2）限制性内切酶的作用：

能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并能将每一条链上特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键切开。

（3）限制性内切酶的切割方式及结果：

①在中心轴线两侧将DNA切开，切口是黏性末端。

②沿着中心轴线切开DNA，切口是平末端。

2.DNA连接酶——“分子缝合针”

（1）来源：

大肠杆菌、T4噬菌体

（2）DNA连接酶的种类：

E.coliDNA连接酶和T4DNA连接酶。

（3）作用及作用部位：

E.coliDNA连接酶作用于黏性末端被切开的磷酸二酯键，T4DNA连接酶作用于黏性末端和平末端被切开的磷酸二酯键。

注意：

比较有关的DNA酶

（1）DNA水解酶：

能够将DNA水解成四种脱氧核苷酸，彻底水解成膦酸、脱氧核糖和含氮碱基

（2）DNA解旋酶：

能够将DNA或DNA的某一段解成两条长链，作用的部位是碱基和碱基之间的氢键。

注意：

使DNA解成两条长链的方法除用解旋酶以外，在适当的高温（如94℃）、重金属盐的作用下，也可使DNA解旋。

（3）DNA聚合酶：

能将单个的核苷酸通过磷酸二酯键连接成DNA长链。

（4）DNA连接酶：

是通过磷酸二酯键连接双链DNA的缺口。

注意比较DNA聚合酶和DNA连接酶的异同点。

3.基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”

（1）分子运载车的种类：

①质粒：

常存在于原核细胞和酵母菌中，是一种分子质量较小的环状的裸露的DNA分子，独立于拟核之外。

②病毒：

常用的病毒有噬菌体、动植物病毒等。

（2）运载体作用：

①是用它做运载工具，将目的基因转运到宿主细胞中去。

②是利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。

（3）作为运载体必须具备的条件：

①在宿主细胞中保存下来并大量复制②有多个限制性内切酶切点③有一定的标记基因，便于筛选。

思维探究：

知识点3、4、5主要是介绍DNA重组技术的三种基本工具及其作用。

限制酶──“分子手术刀”，主要是介绍限制酶的作用，切割后产生的结果。

在这部分内容学习时，应关心的问题之一是：

限制酶从哪里寻找？

我们可以联想从前学过的内容──噬菌体侵染细菌的实验，进而认识细菌等单细胞生物容易受到自然界外源DNA的入侵。

那么这类原核生物之所以长期进化而不绝灭，有何保护机制？

进而联想到可能是有什么酶来切割外源DNA，而使之失效，达到保护自身的目的”。

这样就对“限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来”的认识提高了一个层次。

基因进入受体细胞的载体──“分子运输车”的学习内容，不能仅仅着眼于记住这几个条件，而应该深入思考每一个条件的内涵，通过深思熟虑，才能真正明确为什么要有这些条件才能充当载体。

教材拓展：

拓展点一限制酶所识别序列的特点

限制酶所识别的序列的特点是：

呈现碱基互补对称，无论是奇数个碱基还是偶数个碱基，都可以找到一条中心轴线，如图，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。

如：

以中心线为轴，两侧碱基互补对称；以为轴，两侧碱基互补对称。

拓展点二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。

第2节基因工程的基本操作程序

教材梳理：

基因工程的基本操作步骤为四步曲：

目的基因的获取；基因表达载体的构建；将目的基因导入受体细胞；目的基因的检测与鉴定。

一．目的基因的获取

1．目的基因：

主要是指编码蛋白质的结构基因。

2．目的基因的获取方法：

基因组文库

从基因文库中获取

cDNA文库

人工合成逆转录法、根据已知的氨基酸序列推测脱氧核苷

（真核生物）序列、PCR技术扩增目的基因、DNA合成仪合成等。

注:

需要重点复习的内容有：

a基因组文库与部分基因文库的含义及区别（教材P10表格），建立基因文库的目的？

如何从基因文库中获取目的基因？

b逆转录法的过程cPCR技术（原理、场所、条件、过程、特点）DNA复制与PCR技术列表比较。

如下所示：

（1）从基因文库中获取

基因文库：

将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因。

构建基因文库的目的：

为了在不知目的基因序列的情况下，便于获得所需的目的基因。

基因组文库：

含有一种生物的所有基因。

部分基因文库（如cDNA文库）：

含部分基因，可由mRNA反转录而来。

（2）利用PCR技术扩增目的基因

PCR：

是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。

原理：

DNA双链复制

原料：

模板DNA；RNA引物；四种脱氧核苷酸；热稳定DNA聚合酶（Taq酶）；

方法：

DNA受热变性解旋为单链、冷却后RNA引物与单链相应互补序列结合、DNA聚合酶作用下延伸合成互补链。

过程：

热变性（90-95）、退火（55-60）、延伸（70-75）。

特点：

指数形式扩增

二．基因表达载体的构建（基因工程的核心—体外进行）

1．目的：

使目的基因在受体细胞中稳定存在；可以遗传给下一代；使目的基因能够表达和发挥作用。

目的基因：

根据需要来选择。

2．基因表达启动子：

位于基因首端，RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动转录基因。

载体的组成终止子：

位于基因尾端，使转录在所需要的地方停下来。

标记基因：

鉴别受体细胞中是否含有目的基因。

3．方法：

同种限制酶分别切割载体和目的基因，再用DNA连接酶把两者连接。

目的基因与运载体结合（以质粒为运载体）

4．条件：

同种限制酶、DNA连接酶、（目的基因、启动子、终止子、标记基因）

三．将目的基因导入受体细胞

转化：

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。

①导入植物细胞：

常用农杆菌转化法（将构建的载体导入农杆菌，再让农杆菌感染植物细胞），基因枪法、花粉管通道法。

（过程重点介绍）

②导入动物细胞：

显微注射法（将基因表达载体提纯，用显微仪注射到受精卵中）（过程重点介绍）

③导入微生物细胞：

Ca2＋处理受体细胞成为感受态细胞，再进行混合。

提示：

农杆菌转化法的原理是利用农杆菌（胞内寄生菌）对植物的感染而把目的基因导入受体细胞。

四．目的基因的检测和鉴定

分子检测：

导入检测+表达检测

①导入检测：

利用DNA分子杂交技术，目的基因DNA一条链（作探针）与受体细胞中提取的DNA杂交，看是否有杂交带。

②表达检测：

目的为了检测是否转录出了mRNA，利用DNA-mRNA分子杂交技术，目的基因DNA一条链（作探针）与受体细胞中提取的mRNA杂交，看是否有杂交带。

③表达检测：

目的为了检测目的基因是否翻译成蛋白质。

抗体与蛋白质进行抗原－抗体杂交，看是否有杂交带。

个体水平的鉴定：

进行抗虫、抗病的接种实验，根据其性状判断是否表达。

提示：

①DNA分子杂交技术首先提取受体细胞中的DNA，然后高温解成单链，再与同位素标记的DNA探针杂交；②抗原－抗体杂交所用到的抗体是用表达出的蛋白质注射动物进行免疫，产生相应的抗体，并提取出而来的

第3节基因工程的应用

教材梳理：

知识点一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。

1.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：

a.抗病毒基因有：

病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因；b.抗真菌基因有：

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。

2.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，这样，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。

知识点二动物基因工程的应用

1.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。

2.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成分不受影响，但乳糖的含量大大减低。

3.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。

4.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。

知识点三基因治疗

1.概念：

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，这是治疗遗传病的最有效的手段。

2.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。

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，因为不可能人人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。

教材拓展

拓展点一该节内容是对第2节知识的综合运用，是近几年及今后几年高考的主考点。

在学习