【知識(shí)梳理】基因工程1、 概念 2.誕生歷程 3.基本工具 4.操作程序應(yīng)用【重點(diǎn)解析】考點(diǎn)一 基因工程的工具及其操作程序1基因工程的基本工具 2基因工程的基本操作程序 (1)目的基因的獲取 從基因文庫(kù)中獲取目的基因 優(yōu)點(diǎn)：有了基因文庫(kù)，就可以隨時(shí)從中提取所需要的目的基因，引入受體細(xì)胞使之表達(dá)。 人工合成目的基因 利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因 aPCR：是一項(xiàng)在生物體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。PCR擴(kuò)增是獲取目的基因的一種非常有用的方法，也是進(jìn)行分子鑒定和檢測(cè)的一種很靈敏的方法。 b目的：通過(guò)指數(shù)式擴(kuò)增獲取大量的目的基因。 (2)基因表達(dá)載體的構(gòu)建 目的：使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并可以遺傳給下一代，并使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。 基因表達(dá)載體的組成：目的基因+啟動(dòng)子+終止子+標(biāo)記基因。 a啟動(dòng)子：一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因的首端。它是RNA聚合酶識(shí)別、結(jié)合的部位。 b終止子：一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA短片段，位于基因的尾端。作用是使轉(zhuǎn)錄過(guò)程停止。 C標(biāo)記基因：一般為抗生素抗性基因或熒光基因等，其作用是鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因(目的基因是否導(dǎo)人成功)。 基因表達(dá)載體的構(gòu)建方法 (3)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 目的：目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)并在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過(guò)程。受體細(xì)胞種類不同，導(dǎo)入方法不同受體生物不同，所用的受體細(xì)胞種類也不相同 a植物：可以是卵細(xì)胞(受精卵)、體細(xì)胞(可經(jīng)組織培養(yǎng)成為完整植株)。 b動(dòng)物：受精卵(因?yàn)轶w細(xì)胞的全能性受到嚴(yán)格限制)。 轉(zhuǎn)化實(shí)質(zhì)：目的基因整合到受體細(xì)胞染色體基因組中。 (4)目的基因的檢測(cè)與鑒定考點(diǎn)二、基因工程的應(yīng)用1基因工程的應(yīng)用 (1)植物基因工程成果 抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因植物(抗蟲(chóng)棉是轉(zhuǎn)入Bt毒蛋白基因培育的)。 抗病轉(zhuǎn)基因植物(病毒外殼蛋白基因、病毒復(fù)制酶基因)。 抗逆轉(zhuǎn)基因植物(生物的抗性基因)。 轉(zhuǎn)基因改良植物(營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、實(shí)用價(jià)值、觀賞價(jià)值)。 (2)動(dòng)物基因工程成果 提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度(外源生長(zhǎng)激素基因)。 改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)。 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物(牛、山羊等動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器中表達(dá)出了抗凝血酶、血清白蛋白、生長(zhǎng)激素、a一抗胰蛋白酶)。 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植的供體(導(dǎo)入調(diào)節(jié)因子抑制抗原決定基因表達(dá)或除去抗原決定基因，培育沒(méi)有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆器官)。 (3)基因工程藥物 來(lái)源：主要來(lái)自轉(zhuǎn)基因工程菌。 成果：細(xì)胞因子、抗體、疫苗、激素等。作用：預(yù)防和治療人類腫瘤、心血管疾病、遺傳病、各種傳染病、糖尿病、類風(fēng)濕等疾病。 (4)基因治療 概念：是把正?；?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達(dá)到治療疾病的目的，是目前治療遺傳病最有效的手段。 成果：將腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入患者淋巴細(xì)胞中，治療復(fù)合型免疫缺陷癥。 方法 a體外基因治療：先從病人體內(nèi)獲得某種細(xì)胞，如T淋巴細(xì)胞，進(jìn)行培養(yǎng)。然后，在體外完成基因轉(zhuǎn)移，再篩選成功轉(zhuǎn)移的細(xì)胞擴(kuò)增培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內(nèi)。 b體內(nèi)基因治療：直接向人體組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因的治病方法。如1994年美國(guó)科學(xué)家利用經(jīng)過(guò)修飾的腺病毒作載體，成功地將治療遺傳性囊性纖維化病的正?；蜣D(zhuǎn)入患者肺組織中?！久麕燑c(diǎn)撥】DNA聚合酶和DNA連接酶的比較 比較項(xiàng)目 DNA聚合酶 DNA連接酶形成磷酸二酯鍵的方式只能將單個(gè)脫氧核苷酸連接起來(lái)，形成磷酸二酯鍵是在兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵，不是在單個(gè)脫氧核苷酸與DNA片段之間形成磷酸二酯鍵不同點(diǎn)是否需要模板以一條DNA鏈為模板，將單個(gè)核苷酸通過(guò)磷酸二酯鍵形成一條與模板鏈互補(bǔ)的DNA鏈?zhǔn)菍NA雙鏈上的兩個(gè)缺VI同時(shí)連接起來(lái)，因此DNA連接酶不需要模板是否參與基因工程沒(méi)有參與在基因工程中，DNA連接酶可以作為連接運(yùn)載體和目的基因的“針線”兩者化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì)。兩者均屬于酶，具有酶的基本屬性和特點(diǎn)。相同點(diǎn)兩者都能形成磷酸二酯鍵，即在相鄰核苷酸的3位碳原子的羥基與5位碳原子上所連接的磷酸基團(tuán)的羥基之間形成。兩者均參與DNA的復(fù)制、逆轉(zhuǎn)錄等過(guò)程。一、導(dǎo)入新課    眾所周知，對(duì)于大多數(shù)生物而言， DNA是主要的遺傳物質(zhì)，有遺傳效應(yīng)的DNA片段叫基因，生物之所以體現(xiàn)出各種形態(tài)是基因表達(dá)的結(jié)果。但是各種生物間的性狀千差萬(wàn)別這是為什么呢？    提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生回答：生物體的不同性狀是基因特異性表達(dá)的結(jié)果。   列舉幾種生物的不同性狀，如下：1青霉菌能產(chǎn)生對(duì)人類有用的抗生素青霉素。2豆科植物的根瘤菌能夠固定空氣中的氮?dú)狻?人的胰島日細(xì)胞能分泌胰島素調(diào)節(jié)血糖的濃度。    以上幾種生物各自有其特定的性狀，這些性狀都是基因特異性表達(dá)的結(jié)果，但是人類能不能改造基因呢？能不能使本身沒(méi)有某個(gè)性狀的生物具有某個(gè)特定性狀呢？例如，讓禾本科植物能夠固定空氣中的氮?dú)?；讓微生物生產(chǎn)出人的胰島素、干擾素等藥物。這樣既節(jié)省了人力，又簡(jiǎn)化了生產(chǎn)，同時(shí)還不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。這種設(shè)想能實(shí)現(xiàn)嗎？回答是可以的。通過(guò)科學(xué)家們的不斷努力，在20世紀(jì)70年代終于創(chuàng)立了一種能定向改造生物的新技術(shù)基因工程。    二、講授新課    1基因工程的概念    對(duì)于基因工程的概念，教師應(yīng)在指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生理解基因工程概念的兩種不同的表述方式（標(biāo)準(zhǔn)概念和通俗概念），并通過(guò)提問(wèn)的方式指導(dǎo)學(xué)生找出概念中的關(guān)鍵詞語(yǔ)，便于學(xué)生的記憶，最后由教師歸納列表，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成。 基因工程的別名操作環(huán)境操作對(duì)象操作水平基本過(guò)程結(jié)果基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)生物體外基因DNA分子水平剪切拼接導(dǎo)入表達(dá)人類需要的基因產(chǎn)物2基因操作的工具    思考題：在以上的基因工程培育抗蟲(chóng)棉的過(guò)程中，關(guān)鍵步驟或難點(diǎn)是什么？   關(guān)鍵步驟一：抗蟲(chóng)基因從蘇云金芽孢桿菌細(xì)胞內(nèi)提取。關(guān)鍵步驟二：抗蟲(chóng)基因與運(yùn)載體DNA連接。關(guān)鍵步驟三：抗蟲(chóng)基因進(jìn)入棉細(xì)胞。   關(guān)鍵步驟一的工具：基因的剪刀限制性內(nèi)切酶。關(guān)鍵步驟二的工具：基因的針線DNA連接酶。 關(guān)鍵步驟三的工具：基因的運(yùn)輸工具運(yùn)載體。    （1）基因的剪刀限制性內(nèi)切酶（簡(jiǎn)稱限制酶）。 分布：主要在微生物中。 作用特點(diǎn)：特異性，即識(shí)別特定核苷酸序列，切割特定切點(diǎn)。 結(jié)果：產(chǎn)生黏性未端（堿基互補(bǔ)配對(duì)）。 舉例：大腸桿菌的一種限制酶能識(shí)別GAATTC序列，并在G和A之間切開(kāi)。    思考題：要想獲得某個(gè)特定性狀的基因必須要用限制酶切幾個(gè)切口？可產(chǎn)生幾個(gè)黏性未端？    （2）基因的針線DNA連接酶。 連接的部位：磷酸二酯鍵（梯子的扶手），不是氫鍵（梯子的踏板）。 結(jié)果：兩個(gè)相同的黏性未端的連接。    思考題：用DNA連接酶連接兩個(gè)相同的黏性未端要連接幾個(gè)磷酸二酯鍵？用限制酶切一個(gè)特定基因要切斷幾個(gè)磷酸二酯鍵？（3）基因的運(yùn)輸工具運(yùn)載體 作用：將外源基因送入受體細(xì)胞。具備的條件：能在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定地保存。具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)。具有某些標(biāo)記基因。 種類：質(zhì)粒、噬菌體和動(dòng)植物病毒。    思考題：質(zhì)粒上會(huì)存在某些標(biāo)記基因，這些標(biāo)記基因有什么用途？要想將某個(gè)特定基因與質(zhì)粒相連，需要用幾種限制性內(nèi)切酶和幾種DNA連接酶處理？   3基因操作的基本步驟。（1）提取目的基因（2）目的基因與運(yùn)載體結(jié)合（DNA連接酶）。    思考題：目的基因與運(yùn)載體結(jié)合的結(jié)果可能有幾種情況？   有三種情況：目的基因與目的基因結(jié)合，質(zhì)粒與質(zhì)粒結(jié)合，目的基因與質(zhì)粒結(jié)合。     （3）將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞。    導(dǎo)入方法：借鑒細(xì)菌或病毒侵染細(xì)胞的途徑。導(dǎo)入過(guò)程：（運(yùn)載體為質(zhì)粒，受體細(xì)胞為細(xì)菌）    （4）的目的基因的檢測(cè)和表達(dá)檢測(cè)：通過(guò)檢測(cè)標(biāo)記基因的有無(wú)，來(lái)判斷目的基因是否導(dǎo)入。表達(dá)：通過(guò)特定性狀的產(chǎn)生與否來(lái)確定目的基因是否表達(dá)?？键c(diǎn)解讀：基因工程是選修3中的一個(gè)重要命題領(lǐng)域?？v觀近幾年高考中，命題主要集中在“基因工程的原理、技術(shù)和應(yīng)用”，賦分比重較大。本課的重點(diǎn)就是基因工程的原理,這是高考的重點(diǎn)、熱點(diǎn)，也是我們學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。教后反思：- 6 -