專題一、基因工程知識(shí)點(diǎn)歸納

1、專題一 基因工程【高考目標(biāo)定位】1、專題重點(diǎn)：DNA重組技術(shù)所需的三種基本工具；基因工程的基本操作程序四個(gè)步驟；基因工程在農(nóng)業(yè)和醫(yī)療等方面的應(yīng)用；蛋白質(zhì)工程的原理。2、 專題難點(diǎn)：基因工程載體需要具備的條件；從基因文庫中獲取目的基因；利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因；基因治療；蛋白質(zhì)工程的原理。二【課時(shí)安排】 2課時(shí)三【考綱知識(shí)梳理】第1節(jié)DNA重組技術(shù)的基本工具教材梳理：知識(shí)點(diǎn)一 基因工程的概念：基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的 設(shè)計(jì)，并通過體外 DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性， 從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是 在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和

2、施工的，因此又叫做DNA重組技術(shù)。注意：對(duì)本概念應(yīng)從以下幾個(gè)方面理解：操作環(huán)境生物體外操作對(duì)象基因操作水平DNA分子水平基本過程剪切t拼接t導(dǎo)入t表達(dá):結(jié)果人類需要的基因產(chǎn)物知識(shí)點(diǎn)二基因工程的基本工具1限制性核酸內(nèi)切酶一一“分子手術(shù)刀”（1 ）限制性內(nèi)切酶的 來源：主要是從原核生物中分離純化來的。（2）限制性內(nèi)切酶的 作用：能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序 列，并能將每一條鏈上特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵切開。（3） 限制性內(nèi)切酶的切割 方式及結(jié)果：在中心軸線兩側(cè)將 DNA切開，切 口是黏性末端。沿著中心軸線切開DNA切口是平末端。2. DNA連接酶一一“分子縫合針”（1）來

3、源：大腸桿菌、T4噬菌體（2）DNA連接酶的種類：E.coliDNA 連接酶和T4DNA連接酶。（3）作用及作用部位：E.coliDNA連接酶作用于黏性末端被切開的磷酸二酯鍵，T4DNA1接酶作用于黏性末端和平末端被切開的磷酸二酯鍵。注意：比較有關(guān)的 DNA酶(1) DNA水解酶：能夠?qū)?DNA水解成四種脫氧核苷酸，徹底水解成膦酸、 脫氧核糖和含氮堿基(2) DNA軍旋酶：能夠?qū)?DNA或 DNA的某一段解成兩條長鏈，作用的部位是堿基和堿基之間的氫鍵。注意：使DNA解成兩條長鏈的方法除用解旋酶以外，在適當(dāng)?shù)母邷?如 94C)、重金屬鹽的作用下，也可使DNA解旋。(3) DNA聚合酶：能將單個(gè)的

4、核苷酸通過磷酸二酯鍵連接成DNA長鏈。(4) DNA連接酶：是通過磷酸二酯鍵連接雙鏈DNA的缺口。注意比較 DNA 聚合酶和DNA連接酶的異同點(diǎn)。3. 基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體一一“分子運(yùn)輸車”(1) 分子運(yùn)載車的 種類：質(zhì)粒：常存在于原核細(xì)胞和酵母菌中，是一種分子質(zhì)量較小的環(huán)狀的裸露的DNA分子，獨(dú)立于擬核之外。病毒：常用的病毒有噬菌體、動(dòng)植物病毒等。(2) 運(yùn)載體作用：是用它做運(yùn)載工具， 將目的基因轉(zhuǎn)運(yùn)到宿主細(xì)胞中去。 是利用它在受體細(xì)胞內(nèi)對(duì)目的基因進(jìn)行大量復(fù)制。(3) 作為運(yùn)載體必須 具備的條件：在宿主細(xì)胞中保存下來并大量復(fù)制有多個(gè)限制性內(nèi)切酶切點(diǎn)有一定的標(biāo)記基因，便于篩選。思維探究：知識(shí)

5、點(diǎn) 3、4、5主要是介紹DNA重組技術(shù)的三種基本工具 及其作用。限制酶一一“分子手術(shù)刀”，主要是介紹限制酶的作用，切割后 產(chǎn)生的結(jié)果。在這部分內(nèi)容學(xué)習(xí)時(shí)，應(yīng)關(guān)心的問題之一是：限制酶從哪里 尋找？我們可以聯(lián)想從前學(xué)過的內(nèi)容一一噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而認(rèn) 識(shí)細(xì)菌等單細(xì)胞生物容易受到自然界外源DNA的入侵。那么這類原核生物之所以長期進(jìn)化而不絕滅，有何保護(hù)機(jī)制？進(jìn)而聯(lián)想到可能是有什么酶來 切割外源DNA而使之失效，達(dá)到保護(hù)自身的目的”。這樣就對(duì)“限制酶主要是從原核生物中分離純化出來”的認(rèn)識(shí)提高了一個(gè)層次?；蜻M(jìn)入受體細(xì)胞的載體一一 “分子運(yùn)輸 車”的學(xué)習(xí)內(nèi)容，不能僅僅著眼于記住這幾個(gè)<條件，而

6、應(yīng)該深入思考每一個(gè)條件的內(nèi)涵，通- 過深思熟慮，才能真正明確為什么要有這些條 件才能充當(dāng)載體。教材拓展：拓展點(diǎn)一限制酶所識(shí)別序列的特點(diǎn)限制酶所識(shí)別的序列的特點(diǎn)是：呈現(xiàn)堿基互補(bǔ)對(duì)稱，無論是奇數(shù)個(gè)堿 基還是偶數(shù)個(gè)堿基，都可以找到一條中心軸線，如圖，中軸線兩側(cè)的雙鏈Q(jìng)Q GQDNA上的堿基是反向?qū)ΨQ重復(fù)排列的。如： CGCG以中心線為軸，兩側(cè)堿CCAGG A基互補(bǔ)對(duì)稱； 以為軸，兩側(cè)堿基互補(bǔ)對(duì)稱。拓展點(diǎn)二 DNA連接酶連接的是什么部位？DNA連接酶是將一段 DNA片段3'端的羥基與另一 DNA片段5'端磷酸 基團(tuán)上的羥基連接起來形成酯鍵，而不是連接互補(bǔ)堿基之間的氫鍵。第2節(jié)基因工程的

7、基本操作程序教材梳理：基因工程的基本操作步驟為四步曲：目的基因的獲取；基因表達(dá)載體的構(gòu)建；將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞；目的基因的檢測與鑒定。一.目的基因的獲取1目的基因：主要是指編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因。2.目的基因的獲取方法：基因組文庫從基因文庫中獲取cDNA文庫人工合成y逆轉(zhuǎn)錄法、根據(jù)已知的氨基酸序列推測脫氧核苷（真核生物） 序列、PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因、DNA合成儀合成等。£注：需要重點(diǎn)復(fù)習(xí)的內(nèi)容有：a基因組文庫與部分基因文庫的含義及區(qū)別（教材P10表格），建立基因文庫的目的？如何從基因文庫中獲取目的基 因？ b逆轉(zhuǎn)錄法的過程 cPCR 技術(shù)（原理、場所、條件、過程、特點(diǎn)） DNA復(fù)制

8、與PCR技術(shù)列表比較。如下所示：提取目的基因的邇徑/從供慚碗軌舶中直接分離基首方法：烏般殛的過程;供體細(xì)胞中卿 J限制酶 許麹話段人工合成總因廩核劎胞）z、反轉(zhuǎn)駆*鱷出噴基嚴(yán)腫拾如A反碾法的過程；目的基因的訕入嚴(yán)錄單做砒瓏恥迅卩目的豳）睦居敢氮範(fàn)和洽成卿術(shù)魂:輩甘質(zhì)的氮基踐序列推測齬構(gòu)葛因也核播序列草學(xué)合成 目/基囲外逓瑚直増產(chǎn)生特定性狀目矗因（1）從基因文庫中獲取基因文庫：將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導(dǎo)入受體菌的群體儲(chǔ)存，各個(gè)受體菌分別含有這種生物的不同的基因。構(gòu)建基因文庫的目的：為了在不知目的基因序列的情況下，便于獲得 所需的目的基因。-基因組文庫：含有一種生物的所有基因。&#

9、39;-部分基因文庫（如cDNA文庫）：含部分基因，可由mRNA反轉(zhuǎn)錄而來。（2）利用PCF技術(shù)擴(kuò)增目的基因PCR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)。原理：DNA雙鏈復(fù)制原料：模板DNA RNA引物；四種脫氧核苷酸；熱穩(wěn)定DNA聚合酶（Taq 酶）；方法：DNA受熱變性解旋為單鏈、冷卻后RNA引物與單鏈相應(yīng)互補(bǔ)序 列結(jié)合、DNA聚合酶作用下延伸合成互補(bǔ)鏈。過程：熱變性（90-95 ）、退火（55-60 ）、延伸（70-75）。特點(diǎn)：指數(shù)形式擴(kuò)增二基因表達(dá)載體的構(gòu)建（基因工程的核心一體外進(jìn)行）1. 目的：使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在；可以遺傳給下一代；使 目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作

10、用。f目的基因：根據(jù)需要來選擇。2基因表達(dá)啟動(dòng)子：位于基因首端， RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)錄基因。載體的組成終止子：位于基因尾端，使轉(zhuǎn)錄在所需要的地方停下來。I標(biāo)記基因：鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因。3. 方法：同種限制酶分別切割載體和目的基因，再用DNA連接酶把兩者連接。目的基因與運(yùn)載體結(jié)合（以質(zhì)粒為運(yùn)載體）質(zhì)位D砒分子F種制酣處鋰一牛憂口兩個(gè)切口苗個(gè)端性束端疲悍目的基EIdhaS接歸重組D皿分子（SiSJSW4. 條件：同種限制酶、 DNA連接酶、（目的基因、啟動(dòng)子、終止子、 標(biāo)記基因）三. 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞轉(zhuǎn)化：目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)

11、的過程。 導(dǎo)入植物細(xì)胞：常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法（將構(gòu)建的載體導(dǎo)入農(nóng)桿菌， 再讓農(nóng)桿菌感染植物細(xì)胞），基因槍法、花粉管通道法。（過程重 點(diǎn)介紹） 導(dǎo)入動(dòng)物細(xì)胞：顯微注射法（將基因表達(dá)載體提純，用顯微儀注射 到受精卵中）（過程重點(diǎn)介紹） 導(dǎo)入微生物細(xì)胞：Ca2+處理受體細(xì)胞成為感受態(tài)細(xì)胞，再進(jìn)行混合。提示：農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法的原理是利用農(nóng)桿菌（胞內(nèi)寄生菌）對(duì)植物的感染而把目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞。四. 目的基因的檢測和鑒定分子檢測：導(dǎo)入檢測+表達(dá)檢測 導(dǎo)入檢測：利用 DNA分子雜交技術(shù)，目的基因DNA 一條鏈（作探 針）與受體細(xì)胞中提取的 DNA雜交，看是否有雜交帶。 表達(dá)檢測：目的為了檢測是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA利

12、用DNA-mRN分子雜交技術(shù)，目的基因DNA一條鏈（作探針）與受體細(xì)胞中提取的 mRNA雜交, 看是否有雜交帶。 表達(dá)檢測：目的為了檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)?？贵w與蛋白 質(zhì)進(jìn)行抗原-抗體雜交，看是否有雜交帶。個(gè)體水平的鑒定：進(jìn)行抗蟲、抗病的接種實(shí)驗(yàn)，根據(jù)其性狀判斷是否表達(dá)。提示：DNA分子雜交技術(shù)首先提取受體細(xì)胞中的DNA然后高溫解成單鏈，再與同位素標(biāo)記的 DNA探針雜交；抗原-抗體雜交所用到的抗體是用表 達(dá)出的蛋白質(zhì)注射動(dòng)物進(jìn)行免疫，產(chǎn)生相應(yīng)的抗體，并提取出而來的第3節(jié)基因工程的應(yīng)用教材梳理：知識(shí)點(diǎn)一植物基因工程的應(yīng)用植物基因工程技術(shù)主要用于提高農(nóng)作物的抗逆能力(如抗除草劑、抗蟲、 抗病

13、、抗干旱和抗鹽堿等)以及改良農(nóng)作物的品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物等 方面。1. 提高抗逆性(1) 常用抗蟲基因：用于抗蟲(殺蟲)的基因主要是Bt毒蛋白基因、蛋 白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等。(2) 常用抗病基因：a.抗病毒基因有：病毒外殼蛋白基因和病毒的復(fù)制酶 基因；b.抗真菌基因有：幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因(3) 其他抗逆基因：環(huán)境條件對(duì)農(nóng)作物的生產(chǎn)會(huì)造成很大影響，并且這些 影響是多方面的，因此，抗逆性基因也有多種多樣，如：抗鹽堿和干旱的 調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓基因、抗凍基因、抗除草劑基因等等。2. 改良植物品質(zhì)由于人們的食品含有的營養(yǎng)不平衡，不能滿足人們對(duì)食品的要求，這樣， 可

14、以通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)，使植物能夠合成某些本來不能合成的物質(zhì)。如科學(xué) 家將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参镏?，或者改變這些氨基 酸合成途徑中某種關(guān)鍵酶的活性，以提高氨基酸的含量。知識(shí)點(diǎn)二 動(dòng)物基因工程的應(yīng)用1. 用于提高動(dòng)物生長速度：由于外援生長激素基因的表達(dá)可以使轉(zhuǎn)基因動(dòng) 物生長得更快，將這類基因?qū)雱?dòng)物體內(nèi)，以提高動(dòng)物的生長速率。如： 轉(zhuǎn)基因綿羊和轉(zhuǎn)基因鯉魚。2. 用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)：基因工程可用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)。如：有些 人對(duì)牛奶中的乳糖不能完全消化或食用后會(huì)出現(xiàn)過敏、腹瀉、惡心等不適 癥狀，科學(xué)家將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，這樣所獲得的牛奶其成分 不受影響，但乳糖的含量大大減低

15、。3. 生產(chǎn)藥物基因工程不但促進(jìn)了傳統(tǒng)技術(shù)的變革，也為人類提供了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)難以得到 的許多昂貴藥品，并已形成基因工程制藥業(yè)的雛形。目前諸如人胰島素、 人生長激素、人腦激素、a-干擾素、乙肝疫苗、蛋白C、組織血纖維蛋白溶酶原激活劑等數(shù)十種基因工程藥物已實(shí)現(xiàn)商品化。此外，還有促紅細(xì) 胞生成素、白細(xì)胞介素一2、腎素、心鈉素等一大批珍貴藥品正處于試用或 臨床試驗(yàn)階段。4. 用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物做器官移植的供體：目前，人體移植器官短缺是一個(gè)世界性的難題，用其它動(dòng)物的器官替代，又會(huì)出現(xiàn)免疫排斥現(xiàn)象，現(xiàn)在，科學(xué) 家正試圖利用基因工程方法對(duì)一些動(dòng)物的器官進(jìn)行改造，培育出沒有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆器官。知識(shí)點(diǎn)三 基因治

16、療1. 概念：基因治療是把正?；?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，這是治療遺傳病的最有效的手 段。2. 方法：體外基因治療和體內(nèi)基因治療體外基因治療：先從病人體內(nèi)獲得某種相關(guān)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)，這種方法叫做體外基因治療。體內(nèi)基因治療：直接向人體組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因的治療方法叫做體內(nèi)基因 治療。說明：對(duì)于遺傳病的治療最根本的方法是進(jìn)行基因替換或修復(fù)。基因 治療的最佳時(shí)期理論上是受精卵時(shí)期，這樣可以使個(gè)體的每個(gè)細(xì)胞都含有 正?；?，但在現(xiàn)實(shí)生活中是不可能的，因?yàn)椴豢赡苋巳嗽谑芫褧r(shí)期進(jìn) 行基

17、因檢查。其次是對(duì)患者進(jìn)行相關(guān)細(xì)胞的基因替換，如：對(duì)于遺傳性糖 尿病患者，只對(duì)胰腺的B細(xì)胞進(jìn)行基因替換，該個(gè)體就能正常分泌胰島素， 糖尿病得以治療；但這種局部細(xì)胞的基因替換，并沒有改變其它部位細(xì)胞 的基因，如精原細(xì)胞，其后代很大可能還會(huì)患遺傳性糖尿病。教材拓展拓展點(diǎn)一該節(jié)內(nèi)容是對(duì)第2節(jié)知識(shí)的綜合運(yùn)用，是近幾年及今后幾年高 考的主考點(diǎn)。在學(xué)習(xí)這部分知識(shí)時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)：1. 熟練、靈活掌握第 2節(jié)的基礎(chǔ)知識(shí)，形成系統(tǒng)的、完善的知識(shí)體系2. 目的基因來自其他生物，目的基因和受體細(xì)胞的基因構(gòu)成基因重組，這 是基因工程的原理。3. ?？贾R(shí)為基因操作的基本步驟4. 相關(guān)知識(shí)為DNA的結(jié)構(gòu)和復(fù)制、基因控

18、制蛋白質(zhì)的合成及對(duì)性狀的控制、 基因突變、酶的性質(zhì)和作用、其他生物工程等5. 解決的方法是學(xué)好相關(guān)知識(shí)，達(dá)到靈活運(yùn)用程度，進(jìn)行知識(shí)遷移。拓展點(diǎn)二基因治療的過程（以鐮刀形細(xì)胞貧血癥的治療為例）步驟過程獲取正常的血紅 蛋白基因用限制性核酸內(nèi)切酶從人的DNA分子中切取血紅蛋白基因形成重組載體用冋一種限制性核酸內(nèi)切酶在載體DNA上切開一個(gè)切口，用DNA連接酶將正常血紅蛋白基因連接在載 體DNA上，形成重組載體重組載體的轉(zhuǎn)化 與篩選將攜帶正常血紅蛋白基因的重組載體導(dǎo)入患者的 造血干細(xì)胞中，并將重組載體插入到染色體。用選 擇培養(yǎng)基篩選出含重組質(zhì)粒的造血干細(xì)胞。將含正常血紅蛋 白基因的造血干 細(xì)胞回輸給患者 骨髓將攜帶正常血紅蛋白基因的造血干細(xì)胞輸入患者 骨髓中，此造血干細(xì)胞產(chǎn)生含正常血紅蛋白的紅細(xì) 胞，以根治鐮刀形細(xì)胞貧血癥拓展點(diǎn)三利用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性所謂利用微生物生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物，是指將人們需要的某種蛋白質(zhì)的 編碼基因，構(gòu)建成表達(dá)載體后導(dǎo)入微生物，然后利用微生物發(fā)酵來生產(chǎn)蛋 白質(zhì)類藥物。與傳統(tǒng)的制藥相比有以下優(yōu)越性：1. 利用活細(xì)胞作為表達(dá)系統(tǒng)，表達(dá)效率高，無需大型裝置和大面積廠 房就可以生產(chǎn)出大量藥品。2. 可以解決傳統(tǒng)制藥中原