昔阳中学高三复习基因工程学案.doc

幻想是科学进步的源泉 创新是科学进步的动力专题1基因工程学习目的 1）简述基因工程的诞生2）简述基因工程的原理和技术3）举例说出基因工程的应用4）简述蛋白质工程学海导航：基因工程：是按照 的愿望，进行严格的设计，并通过 和 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 和 。由于基因工程师在 分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做 练一练：基因工程基因工程的别名基因拼接技术或DNA重组技术操作环境操作对象操作水平基本过程结果基础理论和技术的发展催生了基因工程思考：1、哪些生物学科的哪些理论催生了基因工程？2、哪些技术的使用使得基因工程实施成为可能？1.1 DNA重组技术的基本工具基因的剪刀（分子手术刀） 基因的针线（分子缝合针） 基因的运输工具（分子运输车） 一限制酶（1）分布：主要在 生物中。（2）作用特点: 性，识别特定 ，切割特定切点。并且使每一条链中的特定的部位的两个核苷酸之间的 断开。（3）结果：产生 和 端 （4）举例：EcoR1限制酶、Sma1限制酶（5）限制酶的识别特点 （6）粘性末端： 被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的 ，他们之间正好 配对，这样的切口叫黏性末端思考：1、要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？2、如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？3、大多数限制酶识别的序列由几个核苷酸组成？4、平末端是从识别序列的什么部位切开？二、DNA连接酶（1）连接的部位：磷酸和脱氧核糖之间的键： （梯子的扶手）（2）结果：将两个相同的 的连接。（3）分类：Ecoli DNA连接酶 T4 DNA连接酶 思考：1、Ecoli DNA连接酶 T4 DNA连接酶在缝合的时候有什么不同？2、DNA连接酶和DNA聚合酶是一回事吗？3、DNA水解酶和DNA解旋酶的作用和上面两种酶有什么不同？三、运载体 （1）作用：将 基因送入 细胞。 （2）具备的条件： 能在宿主细胞内 ，并稳定地 有 个限制酶切点， 具有某些 基因， 对受体细胞无 （3）举例：质粒（常用）、噬菌体 和动植物病毒思考：1、真正用作运载体的质粒都是人工改造过的吗?2、质粒有哪些特点？3、作为运载体必须具备哪些条件？练一练：1、以下说法正确的是 （ ）A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列B、质粒是基因工程中唯一的运载体 C、运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接D、基因控制的性状都能在后代表现出来2、不属于质粒被选为基因运载体的理由是 A、能复制 （ ） B、有多个限制酶切点 C、具有标记基因 D、它是环状DNA3、有关基因工程的叙述中，错误的（ ）A、DNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来 B、 限制性内切酶用于目的基因的获得C、目的基因须由运载体导入受体细胞D、 人工合成目的基因不用限制性内切酶4下列关于基因工程的叙述，不正确的是（ ）A、基因工程的原理是基因重组B、运用基因工程技术，可使生物发生定向变异C、一种生物的基因转接到另一种生物的DNA分子上D、是非同源染色体上非等位基因的自由组合5有关基因工程的叙述正确的是 （ ） A、限制酶只在获得目的基因时才用 B、重组质粒的形成在细胞内完成 C、质粒都可作为运载体 D、蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料6基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是 （ ） A、人工合成目的基因 B、目的基因与运载体结合 C、将目的基因导入受体细胞 D、目的基因的检测和表达【自主整理知识网络】1、2基因工程的基本操作程序学习目标：简述基因工程原理及基本操作程序。学海导航：基因工程的基本操作程序主要包括4个步骤：的获取、基因表达的构建、将细胞、的检测与鉴定。一、目的基因：主要指的是编码蛋白质的 基因，也可以是一些具有 作用的因子二、基本程序：（一）目的基因的获取1、常用方法（1）从基因文库中获取基因文库概念：将含有 生物不同基因的许多 片断，导入到受体 的群体中，各个受体菌分别含有这种生物的不同 ，称为基因文库种类：基因组文库含有一种生物的。cDNA文库含有一种生物的 。基因文库的构建方法【动手写出构建流程】1）直接分离法：2）反转录法：3）根据已知的氨基酸序列合成DNA法 （2）利用PCR技术扩增目的基因：PCR是聚合酶链式反应.是以 变性、 的某些特性为原理设计的. 前提条件是必须对目的基因有一定的了解，需要设计 物。 PCR技术概念：PCR全称为_，是一项 在生物_复制_的核酸合成技术 原理：_条件：条件：_、_、_ 、 _.前提条件： 过程：目的基因DNA 变性形成DNA单链，与结合，然后在的作用下延伸形成DNA。方式：扩增，即2n(n为扩增循环次数)。（3）人工合成当基因较小，核苷酸序列已知时，可以用人工方法合成（例如，通过直接合成）。结果：使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增（二）基因表达载体的构建（核心）过程：1、用一定的_切割 质粒，使其出现一个切口，露出_。2.用_切断目 的基因，使其产生_ _。3.将切下的目的基因片段插入质粒的_处， 再加入适量_，形成了一个重组 DNA分子（重组质粒）基因表达载体的组成：复制原点+启动子+目的基因+终止子+标记基因思考：1、上面个组成部分他们的作用分别是什么？表达载体：目的基因、标记基因。启动子：它是一段有，位于基因的首端，它是的识别和结合部位，起动转录mRNA。终止子：位于基因的尾端，终止过程。标记基因：用于受体细胞是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。【绘一个基因表达载体示意图：】2、构建表达载体的目的是什么？（三）将目的基因导入植物细胞（1）农杆菌转化法：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，称为。农杆菌特点：在自然条件下能感染植物和植物，对植物没有感染力；Ti质粒的可以转移至受体细胞，并整合到受体细胞的上。（2）基因枪法又叫。（3）花粉管通道法：利用花粉管通道使目的基因进入，然后进入。2、将目的基因导入动物细胞（1）方法：。（2）操作程序：目的基因的提纯取卵（受精卵）移植子宫内发育新性状动物3、将目的基因导入微生物细胞（1）原核生物的特点：，。（2）常用的受体细胞：。（3）转化：处理细胞细胞表达载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收分子，完成转化。（四）目的基因的检测与测定1、检测：（1）方法：。（2）原理： 互补配对（3）内容：检测转基因生物的染色体DNA上的，原理是技术。检测目的基因是否转录出，原理是技术。检测目的基因是否翻译成蛋白质，原理是。2、鉴定：个体生物学水平鉴定，如抗虫、抗病鉴定等。练一练：1.下表关于基因工程中有关基因操作的名词及对应的内容，正确的组合是2、下列属于获取目的基因的方法的是( )利用mRNA反转录形成从基因组文库中提取从受体细胞中提取 利用PCR技术 利用DNA转录 人工合成A. B. C. D.3.细菌的质粒分子带有一个抗菌素抗性基因，该抗性基因在基因工程中的主要作用是 A提高受体细胞在自然环境中的耐药性 B有利于对目的基因是否导入进行检测C增加质粒分子的分子量D便于与外源基因连接4. 有关基因工程的叙述正确的是A限制酶只在获得目的基因时才用B重组质粒的形成是在细胞内完成的C质粒都可作为运载体 D蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料5.哪项不是基因表达载体的组成部分( ) A.启动子 B.终止密码 C.标记基因 D.目的基因6.下列哪项不是将目的基因导入植物细胞的方法( ) A基因枪法 B显微注射法C.农杆菌转化法 D花粉管通道法7、（2008年江苏卷第32题）将动物致病菌的抗原基因导入马铃薯制成植物疫苗，饲喂转基因马铃薯可使动物获得免疫力。以下是与植物疫苗制备过程相关的图和表。请根据以上图表回答下列问题。（1）在采用常规PCR方法扩增目的基因的过程中，使用的DNA聚合酶不同于一般生物体内的DNA聚合酶，其最主要的特点是 。（2）PCR过程中退火（复性）温度必须根据引物的碱基数量和种类来设定。表1为根据模板设计的两对引物序列，图2为引物对与模板结合示意图。请判断哪一对引物可采用较高的退火温度？ 。（3）图1步骤所用的DNA连接酶对所连接的DNA两端碱基序列是否有专一性要求？ 。（4）为将外源基因转入马铃薯，图1步骤转基因所用的细菌B通常为 。（5）对符合设计要求的重组质粒T进行酶切。假设所用的酶均可将识别位点完全切开，请根据图1中标示的酶切位点和表2所列的识别序列，对以下酶切结果作出判断。采用EcoR和Pst酶切，得到 种DNA片断。采用EcoR和Sma酶切，得到 种DNA片断。【自主整理知识网络】1、3基因工程的应用学习目标：举例说出基因工程应用及取得的丰硕成果。学海导航：一、植物基因工程硕果累累植物转基因工程技术主要用于提高农作物的 能力,以及改良农作物的 和利用植物生产 等方面.思考：转基因种植面积最大的四个国家是哪些国家？（一） 抗虫转基因植物：思考：1、大量使用化学农药有什么危害？2、目前已问世的转基因抗虫作物有哪些？3、用于杀虫的基因主要是什么基因？4、我国拥有知识产权的转基因植物是什么？实例：基因工程培育抗虫棉苏云金杆菌（抗虫特性）大肠杆菌普通棉花（无抗虫性）提取取出重组质粒棉花细胞（含）棉花植株（含抗病特性）请写出标号所代表的工具或者步骤的名称：工具为，本质为，工具为，步骤为，为细胞，为目的基因的。（二） 抗病转基因植物：思考：1、什么叫病原微生物？包括哪些生物？2、目前哪些作物已经获得抗病毒基因？3、抗病转基因植物所采用的基因最多的是什么基因？（三）抗逆转基因植物思考：1、抗逆的内涵是什么？2、目前全球的盐碱和干旱地区分别占陆地面积多少？它们对作物的危害和什么有关?3说出几种抗逆基因？（三） 利用转基因改良植物的品质思考：1、豆类植物那种氨基酸少？2、含赖氨酸少的植物有哪些？3、我国科学家在哪些植物哪些品质改良上有很大的成果二、动物基因工程的前景广阔转基因动物：是指把人或哺乳动物的某种基因导入到哺乳动物(如鼠、兔、羊和猪)的 里，目的基因若与受精卵染色体DNA整合，细胞分裂时，该基因随染色体的倍增而倍增，使每个细胞中都带有目的基因，使性状得以表达，并稳定地遗传给后代，从而获得基因产品。这样一种新的个体，称为转基因动物。 （一）用于提高动物生长速度思考:什么基因可以让动物的生长的更快？（二）用于改善畜产品的品质例如将 导入奶牛基因组，使转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大 。（三）用转基因的动物生产药物思考：1、就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？2、为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？（四） 用转基因的动物作器官移植的供体思考：目前科学家是如何培育转基因克隆猪器官的？三基因工程药品异军突起思考：1、在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素直接生物体的哪些结构中提取？ 2、传统生产方法的缺点？3、可利用什么方法来解决上述问题？完成下列表格药物成分用途传统方法基因工程胰岛素干扰素乙型肝炎疫苗4、受体细胞一般是什么生物？四、基因治疗曙光初照基因治疗:是向目标细胞中引入正常功能的基因，以纠正或补偿基因的缺陷，达到治疗的目的。 思考：复合型免疫缺陷症病理是什么？什么叫体外基因治疗？什么叫体内基因治疗？什么叫基因芯片?基因诊断：也称为DNA诊断或基因探针技术，即在DNA水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。 探针制备：放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子； 原 理：利用DNA分子杂交原理；练一练：1、基因工程可以用于治疗动物及人的单基因遗传病，从基因治疗的概念分析，它治疗的遗传病主要是 （ ） A.伴性遗传病 B.常染色体遗传病 C.显性遗传病 D.隐性遗传病 2、0、切取动物控制合成生长激素的基因，注入鲇鱼受精卵中，与其DNA整合后产生生长激素，从而使鲇鱼比同种正常鱼增大34倍。此项研究遵循的原理和这项技术分别是（ ）ADNARNA蛋白质和转基因技术BRNADNA蛋白质和DNA重组技术CDNA蛋白质RNA和转基因技术DRNA蛋白质RNA和细胞核移植技术3、将人的胰岛素基因，通过基因工程的方法转入大肠杆菌细胞内，结果在大肠杆菌细胞内表达而产生胰岛素，说明不同种生物共用一套（ ）A遗传信息 B遗传密码CDNA DRNA4、不属于基因工程操作工具的是 （ ）A、目的基因 B、运载体 C、DNA连接酶 D、限制性内切酶5、质粒之所以能做基因工程的运载体，是由于它 （ ）A含蛋白质从而能完成生命活动 B能够自我复制而保持连续性 C是RNA能够指导蛋白质的合成 D具有环状结构能够携带目的基因6当前生物化学的研究方法和技术在工农业生产上被广泛应用的一项新技术是（ ）A酶工程B遗传工程C发酵工程D细胞工程7英国克隆羊“多利”的产生、“抗虫棉”的培育、“番茄马铃薯”的创造、单克隆抗体的制备、抗生素的生产依次是下列哪项生物技术取得的成果（ ） 基因工程 细胞工程 发酵工程 酶工程ABCD8、21世纪被认为是生物的世纪，目前基因芯片可以在很短时间内观察病变细胞，并分析出数种由于基因变异而引起的疾病。以下与基因芯片有关的叙述中，不正确的是A.利用基因芯片可以进行基因鉴定 B.基因芯片可以检测变异基因C.基因芯片可以改造变异基因 D.基因芯片技术能识别碱基序列1、4蛋白质工程的崛起学习目标：1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。2.简述蛋白质工程的原理。3.尝试运用逆向思维分析和解决问题。学海导航：一、蛋白质工程的崛起的缘由实例1：干扰素的保存天然的干扰素在体 保存相当困难。如果将其分子上的一个 变成 ，那么在 的条件下，可以保存半年。实例2：玉米中赖氨酸的含量比较低原因：赖氨酸合成过程中两个关键酶 酶和 合成酶的活性，受细胞内赖氨酸浓度的影响。当赖氨酸浓度达到一定量时，就会抑制这两种酶的活性。如果对赖氨酸合成过程中的两个关键 进行改造,可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸分别提高5倍和2倍。实例3:工业用酶许多工业用酶是在 天然酶的特性后，才使之适应生产和使用需要的。在已研究过的几千种酶中，只有极少数可以应用于工业生产，绝大多数酶都不能应用于工业生产，这些酶虽然在自然状态下有活性，但在工业生产中没有活性或活性很低。这是因为工业生产中每一步的反应体系中常常会有酸、碱或有机溶剂存在，反应温度较高，在这种条件下，大多数酶会很快变性失活。提高蛋白质的稳定性是工业生产中一个非常重要的课题。一般来说，提高蛋白质的稳定性包括：延长酶的半衰期，提高酶的热稳定性，延长药用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失等。1、基因工程产物 基因工程在原则上只能生产自然界已 的蛋白质。这些天然蛋白质是生物在长期 过程中形成的,它们的结构和功能符合特定物种生存的需要,却不一定完全符合 生产和生活的需要。2、蛋白质工程产物：是自然界原本 的新的蛋白质。思考：1、你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家承担了什么任务？2、对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？二、蛋白质工程的基本原理1、蛋白质工程的目标 根据人们对蛋白质 的特定需求，对蛋白质的 进行分子设计。2、天然蛋白质的合成过程基因表达（转录和翻译）形成氨基酸序列的多肽链形成具有高级结构的蛋白质行使生物功能【动手画一画】、蛋白质工程的基本途径【动手画一画】思考：1、某多肽链的一段氨基酸序列是：丙氨酸色氨酸赖氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸（1）怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。（2）确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因（DNA）？4、蛋白质工程的概念是指以蛋白质分子的 规律及其生物 的关系作为基础，通过基因 或基因 ，对现有蛋白质进行 ，或制造一种 的蛋白质，以 人类的生产和生活的需求。异想天开:能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入合适的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋白质食品呢？ 5、蛋白质工程与基因工程的关系蛋白质工程是在 工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程，是包含多学科的综合科技工程领域。基因工程是通过基因操作把 转入适当的生物体内，并在其中进行表达，它的产品是该基因编码的 的蛋白质。蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构与功能之间的关系，利用 工程的手段，按照人类自身的需要，定向地 天然的蛋白质，甚至创造 的、自然界本不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。蛋白质工程自诞生之日起，就与基因工程密不可分。蛋白质工程根据对分子预先设计的方案，通过对天然蛋白质的基因进行改造，来实现对它所编码的蛋白质进行改造。因此，它的产品已不再是天然的蛋白质，而是经过改造的、具有了人类所需要的优点的蛋白质三、蛋白质工程的进展和前景1、科学家通过对 的改造，已使其成为速效型药品。2、生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于 方面。3、蛋白质工程目前成功的例子不多,原因是对蛋白质的 了解不够。但随着科学技术的深入发展，它将会给人类带来更多的福音。思考与探究 ：P281、蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要。结构生物学对大量蛋白质分子的精确立体结构及其复杂的生物功能的分析结果，为设计改造天然蛋白质提供了蓝图。分子遗传学的以定点突变为中心的基因操作技术为蛋白质工程提供了手段。在已研究过的几千种酶中，只有极少数可以应用于工业生产，绝大多数酶都不能应用于工业生产，这些酶虽然在自然状态下有活性，但在工业生产中没有活性或活性很低。这是因为工业生产中每一步的反应体系中常常会有酸、碱或有机溶剂存在，反应温度较高，在这种条件下，大多数酶会很快变性失活。提高蛋白质的稳定性是工业生产中一个非常重要的课题。一般来说，提高蛋白质的稳定性包括：延长酶的半衰期，提高酶的热稳定性，延长药用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失等。2.基因工程是遵循中心法则，从DNAmRNA蛋白质折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能蛋白质应有的高级结构蛋白质应具备的折叠状态应有的氨基酸序列应有的碱基排列，可以创造自然界不存在的蛋白质。3.酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。概括地说，酶工程是由酶制剂的生产和应用两方面组成的。酶工程的应用主要集中于食品工业、轻工业以及医药工业中。-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和葡萄糖异构酶这三个酶连续作用于淀粉，就可以代替蔗糖生产出高果糖浆；蛋白酶用于皮革脱毛胶以及洗涤剂工业；固定化酶还可以治疗先天性缺酶病或是器官缺损引起的某些功能的衰竭等。至于我们日常生活中所见到的加酶洗衣粉、嫩肉粉等，就更是酶工程最直接的体现了。通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂，而没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构，然后由酶的分子结构来确定相应基因的碱基序列等步骤。因此，酶工程的重点在于对已存酶的合理充分利用，而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造。当然，随着蛋白质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中，使酶工程成为蛋白质工程的一部分。 练一练：1、蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是（ ）A、氨基酸结构 B、蛋白质空间结构 C、肽链结构 D、基因结构2、科学家将干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达，使干扰素第17位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高-干扰素的抗病性活性，并且提高了储存稳定性，该生物技术为（ ）A、基因工程 B、蛋白质工程 C、基因突变 D、细胞工程3、蛋白质工程的实质是 （ ）A、改变氨基酸结构 B、改造蛋白质结构 C、改变肽链结构D、改造基因结构4、基因工程的实质是 （ ）A、基因重组 B、基因突变 C、产生新的蛋白质 D、产生新的基因5、干扰素经过改造可长期储存，从蛋白质水平上应改变的是 （ ）A、光氨酸 B、精氨酸 C、谷氨酸 D、半光氨酸6、蛋白质工程制造的蛋白质是 （ ）A、天然蛋白质 B、稀有蛋白质 C、自然界中不存在的蛋白质 D、血红蛋白质7、蛋白质工程的基础是 （ ）A、基因工程 B、细胞工程 C、酶工程 D、发酵工程8、玉米是生产赖氨酸的好材料，可是产量低，需要改变什么结构就能提高产量？ （ ）A、天冬氨酸激酶 B、二氢吡啶二羧合成酶 C、肽酶D、A、B都是9、天然蛋白质合成遵循的法则是 （ ）A、中心法则 B、转录 C、翻译 D、复制10、关于蛋白质工程的说法错误的是 （ ）A、蛋白质工程能定向改造蛋白质的分子结构，使之更加符合人类的需要B、蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子结构C、蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子D、蛋白质工程又称为第二代基因工程11、蛋白质工程的基本操作程序正确是 （ ）蛋白质分子结构合成 DNA合成 mRNA合成 蛋白质的预期功能根据氨基酸的序列推出脱氧核苷酸的序列A、 B、C、 D、 12、下列各项与蛋白质结构多样性无关的是 （ ）A、氨基酸的种类、数目、排列顺序 B、构成蛋白质的多肽链的数目 C、构成蛋白质的肽链的空间结构 D、氨基酸至少含一个氨基和一个羧基13、蛋白质工程中直接操作的对象是 （ ）A、氨基酸的结构 B、蛋白质空间结构 C、肽链结构 D、