专题一基因工程知识点归纳.pdf

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1、专题一 基 因 工 程一【高考目标定位】1,专题重点：D N A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：基因工程载体须要具备的条件；从基因文库中获得目的基因；利用P C R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：基因工程是指依据人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外D N A重组和转基因等技术，给予生物以新的遗传特性，从而创建出更符合人们须要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是

2、在D N A分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做D N A重组技术。留意：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D N A 分子水平基本过程剪切f拼接一导入f表达结果人类须要的基因产物知识点基因工程的基本工具1 .限制性核酸内切酶一 一“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别纯化来的。(2)限制性内切酶的作用：能够识别双链D N A 分子的某种特定的核甘酸序列，并能将每一条链上特定部位的两个核昔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：在中心轴线两侧将D N A 切开，切口是黏性末端。沿着中心轴线切开D N A,切口是平末端。

3、2 .D N A 连接酶“分子缝合针”(1)来源：大肠杆菌，T 4 噬菌体(2)D N A 连接酶的种类：E.c o l i D N A 连接酶和T D N A连接酶。(3)作用及作用部位：E.c o l i D N A 连接酶作用于黏性末端被切开的磷酸二酯键，D N A 连接酶作用于黏性末端和平末端被切开的磷酸二酯键。留意：比较有关的D N A 酶(l)D N A 水解酶：能够将D N A 水解成四种脱氧核甘酸，彻底水解成瞬酸，脱氧核糖和含氮碱基(2)D N A 解旋酶：能够将D N A 或 D N A 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。留意：使 D N A 解成两条长

4、链的方法除用解旋酶以外,在适当的高温(如9 4),重金属盐的作用下，也可使D N A 解旋。(3)D N A 聚合酶：能将单个的核昔酸通过磷酸二酯键连接成D N A 长链。(4)D N A 连接酶：是通过磷酸二酯键连接双链D N A的缺口。留意比较D N A 聚合酶和D N A 连接酶的异同点。3.基因进入受体细胞的载体一 一“分子运输车”(1)分子运载车的种类：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 D N A 分子，独立于拟核之外。病毒：常用的病毒有噬菌体，动植物病毒等。(2)运载体作用：是用它做运载工具，将目的基因转运到宿主细胞中去。是利用它在受体细胞内对目的

5、基因进行大量复制。(3)作为运载体必需具备的条件：在宿主细胞中保存下来并大量复制有多个限制性内切酶切点有肯定的标记基因，便于筛选。思维探究：知识点3,4,5主要是介绍D N A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，应关切的问题之一是：限制酶从哪里找寻？我们可以联想从前学过的内容噬菌体侵染细菌的试验，进而相识细菌等单细胞生物简单受到自然界外源DNA的入侵。那么这类原核生物之所以长期进化而不绝灭，有何爱护机制？进而联想到可能是有什么酶来切割外源DNA,而使之失效，达到爱护自身的目的”。这样就对“限制酶主要是从原核生物中分

6、别纯化出来”的相识提高了一个层次。基 因 进 入 受 体 细 胞 的 载 体 一“分子运输车”的学习内容，不能仅仅着眼于记住这几个条件，而应当深化思索每一个条件的内涵，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：CGIC G以中心线为轴，两侧碱基互补对称；GGKC以日为轴，两侧碱基互补对称。拓 展 点 二 D N A 连接酶连接的是什么部位?D N A 连接酶是将一段D N A

7、片段3端的羟基及另一 D N A 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：目的基因的获得；基因表达载体的构建；将目的基因导入受体细胞；目的基因的检测及鉴定。一.目的基因的获得1 .目的基因：主要是指编码蛋白质的结构基因。2 .目的基因的获得方法：r 基因组文库C从基因文库中木得 r c D N A 文库人 工 合,逆 转 录 法，依据已知的氨基酸I 序列推想脱氧核昔（真核生物）序列，P C R 技术扩增目的基因,D N A 合成仪合成等。注:须要重点复习的内容有：a基因组文库及部分基因文库

8、的含义及区分（教 材 P 1 0 表格），建立基因文库的目的？如何从基因文库中获得目的基 因？b 逆转录法的过程 c P C R 技术（原理，场所，条件，过程，特点）D N A 复制及P C R 技术列表比较。如下所示：（1）从基因文库中获得基因文库：将含有某种生物不同基因的很多D N A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状况下，便于获得所需的目的基因。基因组文库：含有一种生物的全部基因。部分基因文库（如 c D N A 文库）：含部分基因，可由mR N A 反转录而来。（2）利用P C R 技术扩增目的基因P C

9、R：是一项在生物体外复制特定D N A 片段的核酸合成技术。原理：D N A 双链复制原料：模板D N A；R N A 引物；四种脱氧核甘酸;热稳定D N A 聚合酶(T a q 酶)；方法：D N A 受热变性解旋为单链，冷却后R N A引物及单链相应互补序列结合，D N A 聚合酶作用下延长合成互补链。过程：热变性(90-95),退火(5 5-6 0),延长(7 0-7 5)o特点：指数形式扩增二.基因表达载体的构建(基因工程的核心一体外进行)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：依据须要来选择。2 .基因，达 启动子：位于基

10、因首端，R N A 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，使转录在所须要的地方停下来。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。目的基因及运载体结合（以质粒为运载体）质粒 DNA分子、-、种限制酶处理一 4 、一个切口 两个切口两个就性末端 获得目的基因JDNA连 接.重组DNA分子O组质粒）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。导入植物细胞：常用农杆菌转化法（

11、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）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）导入微生物细胞：C a 2+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+表达检测导入检测：利用D N A 分子杂交技术，目的基因 D N A 一条链（作探针）及受体细胞中提取的D N A杂交，看是否有杂交带。表达检测：目的为了检测是否转录出了 m R N A,利用D N A-m R N A 分子

12、杂交技术，目的基因D N A 一条链（作探针）及受体细胞中提取的m R N A 杂交，看是否有杂交带。表达检测：目的为了检测目的基因是否翻译成蛋白质。抗体及蛋白质进行抗原一抗体杂交，看是否有杂交带。个体水平的鉴定：进行抗虫，抗病的接种试验，依据其性状推断是否表达。提示：D N A 分子杂交技术首先提取受体细胞中的D N A,然后高温解成单链，再及同位素标记的D N A 探针杂交；抗原一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实力（如抗除草剂，抗虫，抗

13、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B t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：抗盐碱和干旱的调整细胞渗透压基因，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养分不平衡，不能满意人们对食品的要求，这样，可以通过转基因技术，

14、使植物能够合成某些原来不能合成的物质。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

15、术的变革，也为人类供应了传统产业难以得到的很多昂贵药品，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，a 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，白细胞介素一2,肾素，心钠素等一大批宝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L 概念：基因治疗是把正常基因导入病人体内，使该基因

16、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，进行培育，然后在体外完成基因转移，再筛选胜利转移的细胞扩增培育，最终重新输入患者体内，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

17、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。在学习这部分知识时，要留意以下几点：1.娴熟，敏捷驾驭第2节的基础知识，形成系统的,完善的知识体系2 .目的基因来自其他生物，目的基因和受体细胞的基因构成基因重组，这是基因工程的原理。3 .常考知识为基因操作的基本步骤4 .相关知识为D N A 的结构和复制，基因限制蛋白质的合成及对性状的限制，基因突变，酶的性质和作用，其他生物工程等5 .解决

18、的方法是学好相关知识，达到敏捷运用程度,进行知识迁移。拓展点二基因治疗的过程（以镰刀形细胞贫血症的治疗为例）步骤过程获得正常的血红蛋白基因用限制性核酸内切酶从人的D N A 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D N A 上切开一个切口，用 D N A 连接酶将正常血红蛋白基因连接在载体D N A 上，形成重组载体拓展 点 三 利用微生物生产药物的优越性重组载体的转化及筛选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中，并将重组载体插入到染色体。用选择培育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

19、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所谓利用微生物生产蛋白质类药物，是指将人们须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物。及传统的制药相比有以下优越性：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以生产出大量药品。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须要从4 0 头牛或50头猪的胰脏中才能提取到。1978年科学家用2 000 L 大肠杆菌发酵液得到100 g 胰岛素，相当于从1 000 kg猪胰脏中提取的

20、量。又如，生长素是治疗侏儒症患者的药物，治疗一名侏儒症患者每年须要从80具尸体的脑下垂体中提取生长素。利用基因工程菌发酵生产就不须要从动物或人体上获得原料。3.降低生产成本，减少生产人员和管理人员。第 4 节蛋白质工程的崛起教材梳理：知识点一：蛋白质工程崛起的缘由基因工程生产的自然界已有的蛋白质已经不能满意人类生产和生活的需求。应当在基因工程的基础上依据人们意愿对基因进行操作，从而生产出人们所须要的蛋白质。知识点二：蛋白质工程的基本原理概念：以蛋白质分的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满意人类生产和生活的需求。目的：依据人们对蛋白质功能的特定需求对蛋白质的结构进行分子设计最终通过基因来实现。原理：从预料蛋白质功能一设计预期的蛋白质结构一推想应有的氨基酸序列一找到相对应的脱氧核糖核甘酸序列一合成D N A一表达出蛋白质。（及基因工程的过程相反）知识点三：蛋白质工程的进展和前景在食品工业，日用品工业方面有着广泛的应用前景，目前来看胜利的例子很少。拓展内容：一，蛋白质工程及基因工程的比较二，蛋白质组安排及基因组安排的比较