山东省平邑县高中生物 第一章 基因工程学案新人教版选修3.doc

第一章 基因工程学习目标 1基因工程的诞生()。2.基因工程的原理及技术()。3.基因工程的应用()。4.蛋白质工程()。课前探究1.基因工程的概念(1)供体：提供 。 (2)操作环境： 。 (3)操作水平： 水平。(4)原理： 。 (5)受体：表达目的基因。 (6)本质：性状在受体体内的表达。(7)优点：克服 的障碍，定向改造生物的 。2.DNA重组技术的基本工具(1)限制性核酸内切酶(简称： )来源：主要是从 生物中分离纯化出来的。作用：识别特定的 并切开特定部位的两个核苷酸之间的 。结果：产生 或平末端。(2)DNA连接酶种类：按来源可分为Ecoli DNA连接酶和T4DNA连接酶。作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的 。DNA连接酶和限制酶的关系(3)载体种类： 、噬菌体的衍生物、动植物病毒等。质粒的特点： 2.基因工程的操作过程与应用1基因工程的基本操作步骤(1)获得目的基因目的基因：人们所需要的基因。如：人的胰岛素基因、白细胞介素基因、植物的抗病基因等。获取方法 (2)形成重组DNA分子一般用 分别切割含有 的供体DNA分子和载体DNA(如质粒)，使其产生相同的 ，然后用 将两者连接在一起，形成 。(3)将重组DNA分子导入受体细胞常用的受体细胞： 、枯草杆菌、酵母菌和动植物细胞等。导入方法举例：用质粒作为载体，宿主细胞应该选择 ，用 处理大肠杆菌，增加其 的通透性，使含有目的基因的 进入大肠杆菌宿主细胞。(4)筛选含有目的基因的受体细胞筛选原因：并不是所有的细胞都接纳了 。筛选方法举例：质粒上有抗生素如四环素的 ，所以含有这种重组质粒的受体细胞就能够在有 的培养基中生长，而没有接纳 的细胞则不能生长，这样就能筛选出含有 的受体细胞。(5)目的基因的表达：目的基因在 中表达，产生人们需要的 。3基因工程的应用(1)基因工程与遗传育种转基因植物：培育优点 转基因动物(2)基因工程与疾病治疗基因工程药物：如通过大肠杆菌生产胰岛素治疗糖尿病，通过酵母菌生产乙肝疫苗等。基因治疗指的是向目标细胞中引入 的基因，以 基因的缺陷，达到治疗的目的。3.蛋白质工程(1)流程图写出流程图中字母代表的含义：A. ，B. ，C. ，D. ，E. 。(2)结果：改造了现有蛋白质或制造出 。(3)应用：主要集中应用于对 进行改造，改良生物性状。【课堂探究】【探究点一】限制性核酸内切酶、DNA连接酶等酶的作用【典例1】如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是()A. B. C. D.【变式训练1】若要利用某目的基因(见图甲)和P1噬菌体载体(见图乙)构建重组DNA(见图丙)，限制性核酸内切酶的酶切位点分别是Bgl(AGATCT)、EcoR(GAATTC)和Sau3A(GATC)。下列分析合理的是()A.用EcoR切割目的基因和P1噬菌体载体B.用Bgl和EcoR切割目的基因和P1噬菌体载体C.用Bgl和Sau3A切割目的基因和P1噬菌体载体D.用EcoR和Sau3A切割目的基因和P1噬菌体载体【拓展提升】1.确定限制酶的种类(1)根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择 。不能选择切点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择 。为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选择用 两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。(2)根据质粒的特点确定限制酶的种类所选限制酶要与切割目的基因的限制酶相一致，以确保具有相同的 。质粒作为载体必须具备标记基因等，所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中限制酶 会破坏标记基因；如果所选酶的切点不止一个，则切割重组后可能会丢失某些片段，若丢失的片段含复制起点区，则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。【探究点二】目的基因的获取及基因表达载体的构建【典例2】下图是利用基因工程技术生产可食用疫苗的部分过程，其中Pst、Sma、EcoR、Apa为四种限制性核酸内切酶。下列有关说法中正确的是()A. 抗卡那霉素基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来B.图示中构建基因表达载体时，需用到一种限制性核酸内切酶C.一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核糖核苷酸序列D. 图示过程是基因工程的核心步骤，所需的限制性核酸内切酶均来自原核生物【拓展提升】如图为抗虫棉的培育过程，请据图回答下列问题：(1)该基因工程中的目的基因和载体分别是什么？一般情况下，为什么要用同一种限制酶处理目的基因和载体？ (2)该实例中，采用何种方法导入目的基因？为什么目的基因可以整合到染色体的DNA上？ (3)该实例中，检测目的基因是否表达常见的方法有哪两种？【变式训练2】如图表示用化学方法合成目的基因的过程。据图分析，下列叙述正确的是()A.过程需要DNA连接酶B.过程需要限制性核酸内切酶C.目的基因的碱基序列是已知的D.若某质粒能与目的基因重组，则该质粒和目的基因的碱基序列相同【探究点三】蛋白质工程概念和过程的辨析【典例3】现代生物技术并不是各自独立的，而是相互联系、相互渗透的。下图表示利用乳腺生物反应器生产某种动物蛋白的流程示意图，请分析回答下列问题：(1)该生产流程中应用到的现代生物技术有_、_(写出其中两种)。(2)图中A、B分别表示_、_。(3)为提高培育成功率，进行过程之前，对早期胚胎的处理是取其部分细胞用目的基因探针进行_检测，对受体动物的处理是用_进行同期发情处理。(4)蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改造，必须通过基因修饰或基因合成来完成，而不直接改造蛋白质，原因是_。当堂达标1.(2015全国，40)已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题：(1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的_进行改造。(2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰_基因或合成_基因，所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括_的复制，以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：_。(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过_和_，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物_进行鉴定。2.将苏云金杆菌Bt蛋白的基因导入棉花细胞中，可获得抗棉铃虫的转基因棉，其过程如下图所示：注：农杆菌中Ti质粒上只有TDNA片段能转移到植物细胞中。(1)过程需用同种_酶对含Bt基因的DNA和Ti质粒进行酶切。为将过程获得的含重组质粒的农杆菌筛选出来，应使用_培养基。(2)过程中将棉花细胞与农杆菌混合后共同培养，旨在让_进入棉花细胞；除尽农杆菌后，还须转接到含卡那霉素的培养基上继续培养，目的是_。(3)若过程仅获得大量的根，则应在培养基中增加_以获得芽；部分接种在无激素培养基上的芽也能长根，原因是_。(4)检验转基因棉的抗虫性状，常用方法是_。种植转基因抗虫棉能减少_的使用，以减轻环境污染。D.蛋白质工程中可能构建出一种全新的基因11.下图是某种动物蛋白质工程示意图，请据图回答下列问题：(1)目前，蛋白质工程中难度最大的是图中编号_所示的过程，实现过程的依据有_。(2)在过程中，_连接酶既可以“缝合”双链DNA片段互补的黏性末端，又可以“缝合”双链DNA片段的平末端。(3)为获得较多的受精卵进行研究，过程需用激素做_处理。若过程所得的卵母细胞是从屠宰母畜的卵巢中获得的，则体外受精前的过程表示在体外人工培养卵母细胞到_期。(4)为提高培育成功率，进行过程之前，需对胚胎进行质量检查，应取部分滋养层细胞，以_为探针进行DNA分子杂交检测。对受体动物需要用特定的激素进行_处理。