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1、
【知識梳理】
基因工程
1、 概念 2.誕生歷程 3.基本工具 4.操作程序應用
【重點解析】
考點一 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
①從基因文庫中獲取目的基因
優(yōu)點:有了基因文庫,就可以隨時從中提取所需要的目的基因,引入受體細胞使之表達。
②人工合成目的基因
③利用PCR技術擴增目的基因
a.PCR:是一項在生物體外復制特定DNA片段的核酸合成技術。PCR擴增是獲取目的基因的一種非常有用的方法,也是進行分子鑒定和檢測的一種
2、很靈敏的方法。
b.目的:通過指數(shù)式擴增獲取大量的目的基因。
(2)基因表達載體的構建
①目的’:使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在,并可以遺傳給下一代,并使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。
②基因表達載體的組成:目的基因+啟動子+終止子+標記基因。
a.啟動子:一段有特殊結構的DNA片段,位于基因的首端。它是RNA聚合酶識別、結合的部位。
b.終止子:一段有特殊結構的DNA短片段,位于基因的尾端。作用是使轉錄過程停止。
C.標記基因: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胞中是否含有目的基因(目的基因是否導人成功
3、)。
③基因表達載體的構建方法
(3)將目的基因?qū)胧荏w細胞
①目的:目的基因進入受體細胞內(nèi)并在受體細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達的過程。
②受體細胞種類不同,導入方法不同
③受體生物不同,所用的受體細胞種類也不相同
a.植物:可以是卵細胞(受精卵)、體細胞(可經(jīng)組織培養(yǎng)成為完整植株)。
b.動物:受精卵(因為體細胞的全能性受到嚴格限制)。
④轉化實質(zhì):目的基因整合到受體細胞染色體基因組中。
(4)目的基因的檢測與鑒定
考點二、基因工程的應用
1.基因工程的應用
(1)植物基因工程成果
①抗蟲轉基因
4、植物(抗蟲棉是轉入Bt毒蛋白基因培育的)。
②抗病轉基因植物(病毒外殼蛋白基因、病毒復制酶基因)。
③抗逆轉基因植物(生物的抗性基因)。
④轉基因改良植物(營養(yǎng)價值、實用價值、觀賞價值)。
(2)動物基因工程成果
①提高動物生長速度(外源生長激素基因)。
②改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)。
③轉基因動物生產(chǎn)藥物(牛、山羊等動物乳腺生物反應器中表達出了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素、a一抗胰蛋白酶)。
④轉基因動物作器官移植的供體(導入調(diào)節(jié)因子抑制抗原決定基因表達或除去抗原決定基因,培育沒有免疫排斥反應的轉基因克隆器官)。
5、 (3)基因工程藥物
①來源:主要來自轉基因工程菌。
②成果:細胞因子、抗體、疫苗、激素等。
③作用:預防和治療人類腫瘤、心血管疾病、遺傳病、各種傳染病、糖尿病、類風濕等疾病。
(4)基因治療
①概念:是把正?;?qū)氩∪梭w內(nèi),使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能,從而達到治療疾病的目的,是目前治療遺傳病最有效的手段。
②成果:將腺苷酸脫氨酶基因轉入患者淋巴細胞中,治療復合型免疫缺陷癥。
③方法
a.體外基因治療:先從病人體內(nèi)獲得某種細胞,如T淋巴細胞,進行培養(yǎng)。然后,在體外完成基因轉移,再篩選成功轉移的細胞擴增培養(yǎng),最后重新輸入
6、患者體內(nèi)。
b.體內(nèi)基因治療:直接向人體組織細胞中轉移基因的治病方法。如1994年美國科學家利用經(jīng)過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入患者肺組織中。
【名師點撥】
DNA聚合酶和DNA連接酶的比較
比較項目
DNA聚合酶
DNA連接酶
形成磷酸二酯鍵的方式
只能將單個脫氧核苷酸連接起來,形成磷酸二酯鍵
是在兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵,不是在單個脫氧核苷酸與DNA片段之間形成磷酸二酯鍵
不
同
點
是否需要模板
以一條DNA鏈為模板,將單個核苷酸通過磷酸二酯鍵形成一條與模板鏈互
7、補的DNA鏈
是將DNA雙鏈上的兩個缺VI同時連接起來,因此DNA連接酶不需要模板
是否參與基因工程
沒有參與
在基因工程中,DNA連接酶可以作為連接運載體和目的基因的“針線”
①兩者化學本質(zhì)都是蛋白質(zhì)。
②兩者均屬于酶,具有酶的基本屬性和特點。
相
同
點
③兩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的羥基之間形成。
④兩者均參與DNA的復制、逆轉錄等過程。
一、導入新課
??? 眾所周知,對于大多數(shù)生物而言, DNA是主要的遺傳物質(zhì),有遺傳效應的DNA片段叫基因,生物之所以體現(xiàn)出各種形態(tài)是基因表達的結果。但是各種
8、生物間的性狀千差萬別這是為什么呢?
??? 提出問題,引導學生回答:生物體的不同性狀是基因特異性表達的結果。
???列舉幾種生物的不同性狀,如下:1.青霉菌能產(chǎn)生對人類有用的抗生素——青霉素。2.豆科植物的根瘤菌能夠固定空氣中的氮氣。3.人的胰島日細胞能分泌胰島素調(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的結果,但是人類能不能改造基因呢?能不能使本身沒有某個性狀的生物具有某個特定性狀呢?例如,讓禾本科植物能夠固定空氣中的氮氣;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,又簡化了生產(chǎn),同時還不會對環(huán)境造成污染。這種設想能實現(xiàn)嗎?回答是
9、可以的。通過科學家們的不斷努力,在20世紀70年代終于創(chuàng)立了一種能定向改造生物的新技術——基因工程。
??? 二、講授新課
??? 1.基因工程的概念
??? 對于基因工程的概念,教師應在指導學生閱讀教材的基礎上,讓學生理解基因工程概念的兩種不同的表述方式(標準概念和通俗概念),并通過提問的方式指導學生找出概念中的關鍵詞語,便于學生的記憶,最后由教師歸納列表,引導學生獨立完成。
基因工程的別名
操作環(huán)境
操作對象
操作水平
基本過程
結果
基因拼接技術或DNA重組技術
生物體外
基因
DNA分子水平
剪切→拼接→導入→表達
人類需要的基因產(chǎn)物
2.基因操作的工
10、具
??? 思考題:在以上的基因工程培育抗蟲棉的過程中,關鍵步驟或難點是什么?
???關鍵步驟一:抗蟲基因從蘇云金芽孢桿菌細胞內(nèi)提取。關鍵步驟二:抗蟲基因與運載體DNA連接。關鍵步驟三:抗蟲基因進入棉細胞。
???關鍵步驟一的工具:基因的剪刀——限制性內(nèi)切酶。關鍵步驟二的工具:基因的針線——DNA連接酶。 關鍵步驟三的工具:基因的運輸工具——運載體。
??? (1)基因的剪刀——限制性內(nèi)切酶(簡稱限制酶)。
① 分布:主要在微生物中。
② 作用特點:特異性,即識別特定核苷酸序列,切割特定切點。
③ 結果:產(chǎn)生黏性未端(堿基互補配對)。
④ 舉例:大腸桿菌的一種限制酶能識別GAA
11、TTC序列,并在G和A之間切開。
??? 思考題:要想獲得某個特定性狀的基因必須要用限制酶切幾個切口?可產(chǎn)生幾個黏性未端?
??? (2)基因的針線——DNA連接酶。
① 連接的部位:磷酸二酯鍵(梯子的扶手),不是氫鍵(梯子的踏板)。
② 結果:兩個相同的黏性未端的連接。
??? 思考題:用DNA連接酶連接兩個相同的黏性未端要連接幾個磷酸二酯鍵?用限制酶切一個特定基因要切斷幾個磷酸二酯鍵?
(3)基因的運輸工具——運載體
①作用:將外源基因送入受體細胞。
②具備的條件:能在宿主細胞內(nèi)復制并穩(wěn)定地保存?! 【哂卸鄠€限制酶切點。具有某些標記基因。
③ 種類:質(zhì)粒、噬菌體
12、和動植物病毒。
??? 思考題:質(zhì)粒上會存在某些標記基因,這些標記基因有什么用途?要想將某個特定基因與質(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)目的基因與運載體結合(DNA連接酶)。
??? 思考題:目的基因與運載體結合的結果可能有幾種情況?
?? 有三種情況:目的基因與目的基因結合,質(zhì)粒與質(zhì)粒結合,目的基因與質(zhì)粒結合。?
??? (3)將目的基因?qū)胧荏w細胞。
??? 導入方法:借鑒細菌或病毒侵染細胞的途徑。導入過程:(運載體為質(zhì)粒,受體細胞為細菌)
??? (4)的目的基因的檢測和表達
檢測:通過檢測標記基因的有無,來判斷目的基因是否導入。表達:通過特定性狀的產(chǎn)生與否來確定目的基因是否表達。
考點解讀:
基因工程是選修3中的一個重要命題領域??v觀近幾年高考中,命題主要集中在“基因工程的原理、技術和應用”,賦分比重較大。本課的重點就是基因工程的原理,這是高考的重點、熱點,也是我們學習的重點。
教后反思:
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