1、课题：基因工程简介 课时：4教学目的：1理解基因工程的含义。2识记和理解基因操作工具的作用。3掌握基因工程的大致步骤。4知道基因工程的成果和发展前景。教学重点：1识记和理解基因操作工具的作用。2掌握基因工程的大致步骤。教学过程：复习旧课1.人的血红蛋白中，有一种蛋白质叫做珠蛋白，它的基因有1700个碱基对，其中有3个外显子和2个内含子，能够编码146个氨基酸，其外显子的碱基对在整个基因碱基对中所占的比例是多少 ? 2.人的一种凝血因子的基因，在它的186000个碱基对中，有26个外显子和25个内含子，能够编码2552个氨基酸，其外显子的碱基对在整个基因碱基对中所占的比例是多少? 3.原核细胞与
2、真核细胞的基因结构比较：相同点不同点真核细胞原核细胞、人类基因组研究有什么意义:新授课 听课记录一 基因工程的基本内容（一）基因工程的概念1什么叫基因工程？ 基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。该技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。作如下理解：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 实质 2基因工程培育抗虫棉的简要过程： 3上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？关键步骤一： 关键步骤二： 关键步骤三： （二）基因操作的工具1解决
3、培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？关键步骤一的工具：基因的剪刀 关键步骤二的工具：基因的针线 关键步骤三的工具：基因的运载工具 基因的剪刀限制性内切酶（简称 ） 限制酶是在生物体(主要是 )内的一种酶，能将 切断，由于这种切割作用是在 内部进行的，故名限制性内切酶。特点： 性。 即一种限制酶只能识别一种 ，并且能在特定 的切点上切割DNA分子。大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识别 序列，并在 之间切开。 限制酶 什么叫黏性末端？ 被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。强调说明：要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切 个切
4、口？可产生 个黏性末端？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？会产生 ，然后让两者的黏性末端黏合起来，就似乎可以合成 分子了。基因的针线DNA连接酶DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。外源基因(如抗虫基因)怎样才能导入受体细胞(如棉花细胞)？导入过程需要运输工具运载体。运载体的作用有哪些？作用一：作为运载工具，将 中去。作用二：利用运载体在受体细胞内，对 (抗虫基因)进行 。作为运载体必须具备哪些条件？1）能够 。2）具 点，以便与外源基因连接。3）具有 ，便于进行筛选。 如抗菌素的抗性基因、产物
5、具有颜色反应的基因等。基因的运载工具运载体：常用的运载体主要有两类： 1）细菌细胞质的 2） 关于质粒：质粒是 外能够进行 的遗传单位，包括真核生物的 和细菌细胞中 外的DNA分子。现在习惯上用来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中核以外的DNA分子。 是基因工程最常用的运载体。绝大多数细菌质粒都是 DNA分子。有的一个细菌中有一个，有的一个细菌中有多个。大肠杆菌的质粒：最常用的质粒是 ，其中常含有 基因，如四环素的标记基因。质粒的存在与否对宿主细胞生存 决定性作用，但复制只能在宿主细胞内完成。（三）基因操作的基本步骤四个基本步骤： 1） 2）目的基因与运载体结合3） 4）目的基因的检测和表达目的
6、基因目的基因是人们所需要转移或改造的基因。如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因，还有植物的抗病（抗病毒、抗细菌）基因、种子贮藏蛋白的基因，以及人的胰岛素基因、干扰素基因等。目的基因的提取方法 直接分离基因 鸟枪法 反转录法人工合成基因 根据已知的氨基酸序列合成DNA步骤一：目的基因的提取1）鸟枪法（散弹射击法）：用 将 切成许多片段，将这些片段分别载入运载体，然后通过运载体分别转入不同的 ，让供体细胞提供的外源DNA的所有片段分别在各个 中大量复制（即扩增），从中找出含有 的细胞，再利用一定发方法将 分离出来。2）反转录法：以 为模板，反转录成互补的 ，然后在 的作用下合成 ，从而获得所需的基因。 目的
7、基因的mRNA 单链DNA(cDNA) 双链DNA(即目的基因)3）根据已知的氨基酸序列合成DNA法 ： 根据已知 ，推测出相应的 ，然后按照 原则，推测出它的 ，再通过 ，以 为原料合成目的基因。 蛋白质的氨基酸序列 mRNA的核苷酸序列 结构基因的核苷酸序列 目的基因上述三种目的基因提取的方法有何优缺点？优点缺点鸟枪法反转录法根据已知氨基酸合成DNA法哪些新技术能大大简化基因工程的操作技术？1）DNA序列 ：对提取出来的基因进行核苷酸序列分析。2）PCR技术：使目的基因的片段在短时间内成百万倍 地 。步骤二：目的基因与运载体重组1）用 切割质粒，使其出现一个切口，露出 。2）用 切断目的基
8、因，使其产生 。3）将切下的目的基因片段插入质粒的切口处，再加入适量 酶，形成了一个重组DNA分子（ ）目的基因与运载体的结合过程，实际上是 的过程。步骤三：目的基因导入受体细胞常用的受体细胞：有 等。将目的基因导入受体细胞的原理借鉴 的途径。1）将细菌用CaCl2处理，以增大 性。2）使含有目的基因的 进入 。3）目的基因在受体细胞内，随其 而 ，由于细菌 ，在 内就能获得 的目的基因。步骤四：目的基因的检测和表达氨苄青霉素抗性基因四环素抗性基因受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因完成了表达吗？若不能表达，怎么办？ 若不能表达，要对抗虫基因再进行修饰。二、基因工程的成果与发展前景主要内容：
9、1） 2） 3） （一）基因工程与医药卫生基因工程在医药卫生领域的应用1）生产基因药品 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？药品直接从生物的组织、细胞或血液中提取。传统生产方法的缺点： 由于 。可利用什么方法来解决上述问题？利用 方法制造“工程菌”可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。l 基因工程药品 胰岛素胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的 中提取，每100kg胰腺只能提取45g胰岛素。用该方法生产的胰岛素 ， ，远不能满足社会需要。1979年，科学家将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌DNA分子重组，并在大肠杆菌内实现
10、了表达。1982年，美国一家基因公司用 方法生产的胰岛素投入市场，售价降低了30%50%。 ll 基因工程药品 干扰素干扰素是病毒侵入细胞后产生的一种 。干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一种 的特效药。此外干扰素对治疗某些癌症和白血病也有一定疗效。传统的干扰素生产方法是从人 内提取，每300L血液只能提取出1mg干扰素。19801982年，科学家用 方法在 细胞内获得了干扰素，是传统的生产量的12万倍。1987年上述干扰素大量投放市场。 l 基因工程药品 生长激素治疗 症的唯一方法，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘取 ，并从中
11、提取 。 现可利用 方法，将人的 导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人们从 450 L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于6万具尸体的全部产量。 就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？ 转基因动 。为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？1）乳腺是一个 器官，乳汁不进入 ， 影响转基因动物本身的生理代谢反应。2）从乳汁中获取目的基因产物， ，表达的蛋白质已经过充分的修饰加工，具有 性。3）从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时，转基因动物又可 。2）基因诊断与基因治疗什么叫转基因动物？ 基因诊断与基因治疗是指把人或哺乳动物的 导入到哺乳动物(如鼠、兔、羊和猪)的 里，目的基因若与受精
12、卵 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。ll 基因诊断：l 也称为 技术，即在 水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。基因探针就是一段 。它包括整个基因，或基因的一部分；可以是DNA本身，也可以是由之转录而来的RNA。说明：探针制备： 的DNA分子；原 理：利用 原理；DNA分子杂交是 最基本的方法之一。其基本原理是：互补的DNA单链能够在一定条件下结合成双链，即能够 。这种结合是特异的，即严格按照 进行。因此，当用一段 作为探针，与被测基因进行接触，若两者的
13、碱基完全配对成双链，则表明被测基因中含有已知的基因序列。基因诊断技术在什么方面发展迅速？ 。目前已经可以对几十种遗传病进行产前诊断。强调说明：1） 镰刀状细胞贫血症 2） 苯丙酮尿症 3）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的DNA探针 l 基因治疗 患半乳糖血症的患者，由于细胞内 基因缺陷而缺少半乳糖苷转移酶，使过多的 在体内积聚，引起肝、脑等功能受损。1971年，美国科学家在体外做了试验，用带有 基因的噬菌体 患者的离体组织细胞，结果发现这些组织细胞能够利用半乳糖了。这表明，用 的方法治疗这种遗传病是可能的。（二）基因工程与农牧业基因工程在农业上的应用：1）获得 的品种 用基因工程的方法可以
14、改善粮食作物的蛋白质含量。如“向日葵豆”植株。 2）获得 品种将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作物体内，将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。 基因工程在畜牧养殖业上的应用主要是什么？ 繁殖具有 等优良品质的 动物。该过程的重要步骤是通过感染或显微注射技术将 转移到动物受精卵中。将人的 和牛的 分别注射到小白鼠受精卵中，得到的“超级小鼠”。 什么叫显微注射技术？ 用口径为1m的DNA注射器，将大量的 注入到 内，然后把经过注射的 移植到另一只雌性动物的 内，使受精卵发育为 动物。基因工程为食品工业中提供了什么前景？ 基因工程为人类 来源。1）鸡蛋白基因
15、在大肠杆菌和酵母菌中表达获得成功。这表明，未来能用发酵罐培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需要的 。 2）用基因工程的方法从微生物中获得人们所需要的 等产品。（三）基因工程与环境保护基因工程在环保方面有什么应用？1）用于环境监测。2）用于被污染环境的净化。通过基因工程方法怎样进行环境监测？ 例如：用DNA探针可以检测饮用水中病毒的含量。此方法的特点是 ，1吨水中有10个病毒也能检测出来。 通过基因工程方法怎样净化被污染的环境？1）用基因工程产物“超级细菌”分解石油，可以大大提高细菌分解石油的效率。具体方法：将能分解 种烃类的假单孢杆菌的基因都转移到能分解 种烃类的假单孢杆菌内，创造出了能同时分
16、解 种烃类的“超级细菌”。2）用基因工程培养出“吞噬”汞和降解土壤中DDT的细菌，以及能够净化镉污染的植物。3）通过基因重组构建新的杀虫剂，取代生产过程中耗能多、易造成环境污染的农药课堂练习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，错误的是 （ ） A、DNA连接酶将黏性末端的碱
17、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）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5）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6）5溴尿嘧啶（Bu）是胸腺嘧啶（T）的结构类似物，在含有Bu的培养基上培养大肠杆菌，得到少数突
18、变型大肠杆菌，突变型大肠杆菌中的碱基数目不变，但（A+T）/（C+G）的碱基比例略小于原大肠杆菌，这表明Bu诱发突变的机制是（ ）A阻止碱基正常配对 B断裂DNA链中脱氧核糖与磷酸基C诱发DNA链发生碱基种类置换 D诱发DNA链发生碱基序列变化7）在下列关于基因结构中与“RNA聚合酶结合位点”的叙述，错误的是 （ ） A是起始密码 B是转录RNA时与RNA聚合酶的结合点C调控mRNA的转录 D准确识别转录的起始位点并开始转录8）若利用基因工程技术培育能固氮的水稻新品种，其在环境保护上的重要意义是（ ）A减少氮肥使用量，降低生产成本B减少氮肥生产量，节约能源C避免使用氮肥过多引起的水体富营养化D
19、改良土壤的群落结构9）下列实例中，涉及基因重组的是 （ ） A我国著名育种专家袁隆平利用杂交技术培育出的超级水稻品种B英国科学家利用细胞核移植技术克隆出小绵羊C荷兰科学家将人乳高铁蛋白基因移植到牛体内并获得成功D乘宇宙飞船上过太空的辣椒种子结出的果实较平常的大一倍以上 课堂变式训练10一般情况下，同一生物个体不同部位的细胞中，转录出的mRNA （ ） A种类和数量都相同 B种类相同，数量不同 C种类和数量都不同 D种类不同，数量相同11基因治疗是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。从变异角度分析这属于（ ） A基因突变 B染色体结构变异 C基因重组 D染色体数目变异12
20、人工诱变方法使黄色短杆菌的质粒中脱氧核苷酸序列发生如下变化：CCGCTAACGCCGCGAACG，那么黄色短杆菌将发生的变化和结果是 （ ）（可能相关的密码子为：脯氨酸CCG、CCA；甘氨酸GGC、GGU；天冬氨酸GAU、GAC；丙氨酸GCA、GCU、GCC、GCG；半胱氨酸UGU、UGC）A基因突变，性状改变 B基因突变，性状没有改变C基因和性状均没有改变 D基因没变，性状改变13豇豆对多种害虫具有抗虫能力，根本原因是豇豆体内具有胰蛋白酶抑制剂基因（CpTI基因）。科学家将其转移到水稻体内后，却发现效果不理想，主要原因是CpTI蛋白质的积累量不足。经过在体外对CpTI基因进行了修饰后，CpT
21、I蛋白质在水稻中的积累量就得到了提高。修饰和表达过程如下图所示：请根据以上材料，回答下列问题：CpTI基因是基因工程中的 基因，“信号肽”序列及“内质网滞留信号”序列的基本组成单位是 ，在过程中，首先要用 酶切开，暴露出 ，再用 酶连接。在转基因过程中，供体细胞是 ，受体细胞是 。过程称为 。检测修饰后的CpTI基因是否表达的最好方法是 。14茶花是中国特有的观赏品种，但易得枯萎病，降低观赏价值。科学家在某种植物中找到了抗枯萎病的基因，用转基因方法培育出了抗枯萎病的新品种。请据图回答：（1）将连接到上并形成，常用到的酶有 。（2）与上的某种抗药性基因在结构上的最大区别是 。（3）经检测，被侵染
22、的茶花叶片具备了抗病性，这说明已经 。欲快速培育大量该抗病新品种，应该采用的技术是 ，依据的理论基础是 。（4）通过转基因方法获得的抗病金茶花，将来产生的配子中是否一定含有抗病基因？ 15下图是人体内抗原抗体反应的示意图，请据图回答下列问题。AB（1）A的特异性从根本上由 决定，B主要分布在人体的 中。淋巴细胞不攻击自身正常细胞而发生免疫反应的原因是：同一个体的全部正常细胞具有相同的 。（2）在抗禽流感病毒的机体内，A与B结合后将使A失去 的能力。（3）B类物质可应用于检测是否为吸毒者等方面的主要原因是 。（4）切除新生小鼠的胸腺导致细胞免疫消失，为何体液免疫也会随之减弱？ 。（5）一种效应淋
23、巴细胞只能识别众多抗原中的一种。这是天生决定的，还是后天在抗原刺激下由其它淋巴细胞再转化形成的？为探究之，科学家在短时间内连续做了几个实验：先给动物以高剂量的同位素标记的抗原X（与之结合的细胞被强射线全部杀死），小鼠不发生相应的免疫反应；再给未标记的抗原X，不再发生免疫反应；最后给其它抗原Y等，机体能对其它抗原正常免疫。上述实验的结论是 。16阅读以下内容并回答问题：(1)现已查明，引起人类SARS(非典型性肺炎)的病原体是一种烈性冠状病毒。这种病毒侵染人体后有214天的潜伏期，而后可使感染者出现发热(体温高于38)，多有干咳，可有胸闷，严重者呼吸窘迫；胸部X检查有不同程度片状、斑片状浸润性阴
24、影或网状改变，白细胞无明显升高，有5左右的死亡率。我国和世界各国科学和医务工作者全力抗争以抑制该病蔓延。请回答有关问题： 冠状病毒侵入人体后，人体内的蛋白质种类会增多，增多的蛋白质主要来自 。 科学工作者经研究，发现了数种快速检验SARS病原体的方法，以正确诊断SARS。以下与诊断无关的是 ( )APCR技术：体外基因复制技术，可在几十分钟内把病毒基因扩展到数百万倍B免疫荧光技术：用荧光物质特异性地标记病毒或与病毒有关的物质C酶联法：用特殊制备的病毒蛋白质与病人血清中的与病毒相关的抗体特异性结合，通过“酶联”反应，使试剂发生颜色变化D镜检法：用光学显微镜直接观察病人痰液、唾液或漱口液，以发现病毒战胜SARS，最关键的是应研制出相关的 ( )A消毒剂 B疫苗 C抗多种病毒的药物 D天敌(2)有专家发现，SARS病毒在复制其核酸时，每1万个碱基就可能出现一个差错；并预测，SARS病毒有可能在未来的进化过程中毒性逐渐减弱。试根据遗传和进化的原理，回答以下问题： 病毒在复制核酸时，碱基出现差错，是否一定意味着其翻译产生的蛋白质出现变化？为什么？ SRAS病毒如何在未来的进化过程中毒性逐渐减弱，试作出合理的解释。