2012高三生物总复习 第46讲 基因工程教案

【知识梳理】基因工程1、 概念 2.诞生历程 3.基本工具 4.操作程序应用【重点解析】考点一 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)目的基因的获取 从基因文库中获取目的基因 优点：有了基因文库，就可以随时从中提取所需要的目的基因，引入受体细胞使之表达。 人工合成目的基因 利用PCR技术扩增目的基因 aPCR：是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。PCR扩增是获取目的基因的一种非常有用的方法，也是进行分子鉴定和检测的一种很灵敏的方法。 b目的：通过指数式扩增获取大量的目的基因。 (2)基因表达载体的构建 目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并可以遗传给下一代，并使目的基因能够表达和发挥作用。 基因表达载体的组成：目的基因+启动子+终止子+标记基因。 a启动子：一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端。它是RNA聚合酶识别、结合的部位。 b终止子：一段有特殊结构的DNA短片段，位于基因的尾端。作用是使转录过程停止。 C标记基因：一般为抗生素抗性基因或荧光基因等，其作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因(目的基因是否导人成功)。 基因表达载体的构建方法 (3)将目的基因导入受体细胞 目的：目的基因进入受体细胞内并在受体细胞内维持稳定和表达的过程。受体细胞种类不同，导入方法不同受体生物不同，所用的受体细胞种类也不相同 a植物：可以是卵细胞(受精卵)、体细胞(可经组织培养成为完整植株)。 b动物：受精卵(因为体细胞的全能性受到严格限制)。 转化实质：目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。 (4)目的基因的检测与鉴定考点二、基因工程的应用1基因工程的应用 (1)植物基因工程成果 抗虫转基因植物(抗虫棉是转入Bt毒蛋白基因培育的)。 抗病转基因植物(病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因)。 抗逆转基因植物(生物的抗性基因)。 转基因改良植物(营养价值、实用价值、观赏价值)。 (2)动物基因工程成果 提高动物生长速度(外源生长激素基因)。 改善畜产品的品质。 转基因动物生产药物(牛、山羊等动物乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、a一抗胰蛋白酶)。 转基因动物作器官移植的供体(导入调节因子抑制抗原决定基因表达或除去抗原决定基因，培育没有免疫排斥反应的转基因克隆器官)。 (3)基因工程药物 来源：主要来自转基因工程菌。 成果：细胞因子、抗体、疫苗、激素等。作用：预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、遗传病、各种传染病、糖尿病、类风湿等疾病。 (4)基因治疗 概念：是把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，是目前治疗遗传病最有效的手段。 成果：将腺苷酸脱氨酶基因转入患者淋巴细胞中，治疗复合型免疫缺陷症。 方法 a体外基因治疗：先从病人体内获得某种细胞，如T淋巴细胞，进行培养。然后，在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。 b体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。如1994年美国科学家利用经过修饰的腺病毒作载体，成功地将治疗遗传性囊性纤维化病的正常基因转入患者肺组织中。【名师点拨】DNA聚合酶和DNA连接酶的比较 比较项目 DNA聚合酶 DNA连接酶形成磷酸二酯键的方式只能将单个脱氧核苷酸连接起来，形成磷酸二酯键是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，不是在单个脱氧核苷酸与DNA片段之间形成磷酸二酯键不同点是否需要模板以一条DNA链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的DNA链是将DNA双链上的两个缺VI同时连接起来，因此DNA连接酶不需要模板是否参与基因工程没有参与在基因工程中，DNA连接酶可以作为连接运载体和目的基因的“针线”两者化学本质都是蛋白质。两者均属于酶，具有酶的基本属性和特点。相同点两者都能形成磷酸二酯键，即在相邻核苷酸的3位碳原子的羟基与5位碳原子上所连接的磷酸基团的羟基之间形成。两者均参与DNA的复制、逆转录等过程。一、导入新课 众所周知，对于大多数生物而言， DNA是主要的遗传物质，有遗传效应的DNA片段叫基因，生物之所以体现出各种形态是基因表达的结果。但是各种生物间的性状千差万别这是为什么呢？ 提出问题，引导学生回答：生物体的不同性状是基因特异性表达的结果。列举几种生物的不同性状，如下：1青霉菌能产生对人类有用的抗生素青霉素。2豆科植物的根瘤菌能够固定空气中的氮气。3人的胰岛日细胞能分泌胰岛素调节血糖的浓度。 以上几种生物各自有其特定的性状，这些性状都是基因特异性表达的结果，但是人类能不能改造基因呢？能不能使本身没有某个性状的生物具有某个特定性状呢？例如，让禾本科植物能够固定空气中的氮气；让微生物生产出人的胰岛素、干扰素等药物。这样既节省了人力，又简化了生产，同时还不会对环境造成污染。这种设想能实现吗？回答是可以的。通过科学家们的不断努力，在20世纪70年代终于创立了一种能定向改造生物的新技术基因工程。 二、讲授新课 1基因工程的概念 对于基因工程的概念，教师应在指导学生阅读教材的基础上，让学生理解基因工程概念的两种不同的表述方式（标准概念和通俗概念），并通过提问的方式指导学生找出概念中的关键词语，便于学生的记忆，最后由教师归纳列表，引导学生独立完成。 基因工程的别名操作环境操作对象操作水平基本过程结果基因拼接技术或DNA重组技术生物体外基因DNA分子水平剪切拼接导入表达人类需要的基因产物2基因操作的工具 思考题：在以上的基因工程培育抗虫棉的过程中，关键步骤或难点是什么？关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取。关键步骤二：抗虫基因与运载体DNA连接。关键步骤三：抗虫基因进入棉细胞。关键步骤一的工具：基因的剪刀限制性内切酶。关键步骤二的工具：基因的针线DNA连接酶。 关键步骤三的工具：基因的运输工具运载体。 （1）基因的剪刀限制性内切酶（简称限制酶）。 分布：主要在微生物中。 作用特点：特异性，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。 结果：产生黏性未端（碱基互补配对）。 举例：大肠杆菌的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。 思考题：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？可产生几个黏性未端？ （2）基因的针线DNA连接酶。 连接的部位：磷酸二酯键（梯子的扶手），不是氢键（梯子的踏板）。 结果：两个相同的黏性未端的连接。 思考题：用DNA连接酶连接两个相同的黏性未端要连接几个磷酸二酯键？用限制酶切一个特定基因要切断几个磷酸二酯键？（3）基因的运输工具运载体 作用：将外源基因送入受体细胞。具备的条件：能在宿主细胞内复制并稳定地保存。具有多个限制酶切点。具有某些标记基因。 种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。 思考题：质粒上会存在某些标记基因，这些标记基因有什么用途？要想将某个特定基因与质粒相连，需要用几种限制性内切酶和几种DNA连接酶处理？3基因操作的基本步骤。（1）提取目的基因（2）目的基因与运载体结合（DNA连接酶）。 思考题：目的基因与运载体结合的结果可能有几种情况？ 有三种情况：目的基因与目的基因结合，质粒与质粒结合，目的基因与质粒结合。 （3）将目的基因导入受体细胞。 导入方法：借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。导入过程：（运载体为质粒，受体细胞为细菌） （4）的目的基因的检测和表达检测：通过检测标记基因的有无，来判断目的基因是否导入。表达：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达。考点解读：基因工程是选修3中的一个重要命题领域。纵观近几年高考中，命题主要集中在“基因工程的原理、技术和应用”，赋分比重较大。本课的重点就是基因工程的原理,这是高考的重点、热点，也是我们学习的重点。教后反思：- 6 -