1、第3章基因工程第1节重组DNA技术的基本工具课前自主预习案知识点一基因工程及其诞生与发展1基因工程的概念(1)操作场所：_。(2)操作技术：_等技术。(3)操作结果：赋予生物新的_，创造出更符合人们需要的新的_和生物产品。(4)操作水平：_水平。2基因工程的诞生和发展(1)基因工程的诞生1944年，艾弗里等人通过肺炎链球菌转化实验证明了_，还证明了_。1953年，沃森和克里克建立了_模型并提出了_的假说。1961年，尼伦伯格和马太破译了_。20世纪70年代初，_酶、_酶和_酶被相继发现，为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件。1973年，科学家证明_可以作为基因工程的载体，构建_，使
2、外源基因在原核细胞中成功表达，并实现物种间的基因交流。(2)基因工程的发展1982年，第一个基因工程药物_被批准上市。1984年，我国科学家朱作言领导的团队培育出_。1985年，穆里斯等人发明_，为获取目的基因提供了有效手段。1990年，_计划启动。2003年，该计划的测序任务顺利完成。21世纪以来，科学家发明了多种_，可以实现低成本测定大量核酸序列，加速了人们对基因组序列的了解。2013年，华人科学家张锋及其团队首次报道利用最新的_技术编辑了哺乳动物基因组。知识点二DNA重组技术的基本工具1限制性内切核酸酶(又称限制酶)“分子手术刀”(1)来源：主要来自_。(2)功能：能够识别双链DNA分子
3、的某种特定_，并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的_断开。(3)结果：产生_和_。(4)应用：已知限制酶EcoR 和Sma 识别的碱基序列和酶切位点分别为ATTC和CCGG，在图中写出两种限制酶切割DNA后产生的末端并写出末端的种类。EcoR 限制酶和Sma 限制酶识别的_不同，切割位点_(填“相同”或“不同”)，说明限制酶具有_。2DNA连接酶“分子缝合针”(1)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_。(2)种类填表种类比较E.coli DNA连接酶T4 DNA连接酶来源_特点只能连接_既可以连接黏性末端，又可以连接_3.基因进入受体细胞的载体“分子运输
4、车”(1)质粒质粒的本质：是一种裸露的、结构简单，独立于_或_之外，并具有_能力的环状双链DNA分子。质粒适于作基因运载体的特点.质粒分子上有一个至多个_位点，供外源DNA片段插入其中。.携带外源DNA片段的质粒进入受体细胞后，能在细胞中_，或_，随_同步复制。.人工改造的质粒常带有_，便于_。(2)噬菌体、动植物病毒等。知识点三重组DNA分子的模拟操作1材料用具：剪刀代表_，透明胶条代表_。2切割位点(1)分别从两块硬纸板上的一条DNA链上找出_序列，并选_之间作切口进行“切割”。(2)再从另一条链上_之间寻找EcoR 相应的切口剪开。3操作结果：若操作正确，不同颜色的黏性末端应能_；否则，
5、说明操作有误。知识点四DNA的粗提取与鉴定1实验原理(1)_不溶于酒精，_溶于酒精。(2)DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同，它能溶于_溶液。(3)在一定温度下，DNA遇_试剂会呈现蓝色。2实验步骤(1)称取30 g洋葱，切碎，加入10 mL研磨液，充分研磨。(2)漏斗中垫_，将研磨液过滤到烧杯中，_ 处理，取上清液。(3)在上清液中加入体积相等的、预冷的_溶液，静置23 min，用玻璃棒沿同一方向搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸去水分。(4)取两支20 mL的试管编号A、B，各加入2 mol/L的_溶液5 mL，将丝状物溶于B试管的NaCl溶液中。然后向两支试管中各加入4 mL的_。混
6、匀后，将试管置于_中加热5 min。(5)结果观察：A试管_，B试管_。判断对错(正确的打“”，错误的打“”)1基因工程的原理是基因重组，不过在这里这种变异是定向的。()2DNA聚合酶也可以用作DNA重组技术的工具。()3限制酶在原来的原核细胞内对细胞自身有害。()4不同DNA分子用同一种限制酶切割形成的黏性末端相同。()5DNA连接酶既能连接黏性末端，又能连接平末端。()6载体的种类有质粒、噬菌体、动植物病毒等，其中动植物病毒必须是DNA病毒。()7重组DNA技术所需要的工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体。()8不同限制酶切割后一定形成不同的黏性末端。()9限制酶和DNA连接酶的作用部位一致
7、，但作用相反。()10DNA连接酶能连接互补的黏性末端或平末端，故该酶没有专一性。()11用兔的成熟红细胞可提取DNA。()12进行DNA粗提取和鉴定实验时，加入酒精溶液后用力进行快速、充分的搅拌。()13在溶有DNA的 NaCl溶液中，加入二苯胺试剂即呈蓝色。()第2节基因工程的基本操作程序课前自主预习案知识点一目的基因的筛选与获取1目的基因(1)概念：用于改变_或获得_等的基因。(2)实例：培养转基因抗虫棉用到的目的基因是_。2筛选合适的目的基因(1)较为有效的方法：从相关的_和_的基因中进行筛选。(2)实例：在培育转基因抗虫棉之前，科学家不仅掌握了Bt基因的_，也对Bt基因的表达产物_有
8、了较为深入的了解。(3)认识基因结构和功能的技术方法：_技术、_数据库、_工具。3利用PCR获取和扩增目的基因(1)PCR的含义：PCR是_的缩写，它是一项根据_的原理，在体外提供_的各种组分与反应条件，对_进行大量复制的技术。(2)条件：DNA模板、分别与两条模板链结合的2种_、4种_、_。(3)过程：变性：温度上升到90 以上，目的基因DNA_。复性：温度下降到50 左右时，_通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。延伸：温度上升到72 左右时，溶液中的_在耐高温的_的作用下加到引物的_端合成子链。重复循环多次。(4)结果：每次循环后目的基因的量增加一倍，即成_形式扩增(约为2n)。知识点二
9、基因表达载体的构建1构建基因表达载体的目的(1)使目的基因在受体细胞中_，并且可以_给下一代。(2)使目的基因能够_和发挥作用。2基因表达载体的组成3基因表达载体的构建首先用一定的_切割载体，使它出现一个切口，然后用_限制酶或_的限制酶切割含有目的基因的DNA片段，再利用_将目的基因片段拼接到载体的切口处。知识点三将目的基因导入受体细胞1转化：目的基因进入受体细胞内，并在受体细胞内_和_的过程。2目的基因导入受体细胞的方法(1)目的基因导入植物细胞花粉管通道法.用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注入_中。.在植物受粉后的一定时间内，剪去柱头，将DNA溶液滴加在花柱切面上，使目的基因借_进
10、入_。农杆菌转化法.农杆菌的特点：农杆菌自然条件下侵染_植物和_植物；农杆菌的Ti质粒上的_能够整合到所侵染细胞的_上。.转化方法：将目的基因插入农杆菌_中，让农杆菌侵染植物细胞。(2)目的基因导入动物细胞常用方法：_法。常用受体细胞：_。(3)目的基因导入微生物细胞方法：用_处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，然后将重组表达载体导入其中。常用受体细胞：原核细胞(使用最广泛的是大肠杆菌)。知识点四目的基因的检测与鉴定1分子水平检测(1)通过_等技术检测受体细胞染色体DNA上是否插入了目的基因或检测目的基因是否转录出mRNA。(2)从转基因生物中提取蛋白质用相应的抗体进
11、行_杂交，检测目的基因是否翻译成了蛋白质。2个体水平鉴定包括抗虫、抗病的_实验，以确定是否有抗性及抗性程度。基因工程产品需要与天然产品活性进行比较等。判断对错(正确的打“”，错误的打“”)1如果某种生物的cDNA文库中的某个基因与该生物的基因组文库中的某个基因控制的性状相同，则这两个基因的结构也完全相同。()2Taq酶是用PCR仪对DNA分子扩增过程中常用的一种耐高温的DNA连接酶。()3启动子和终止密码子均在胰岛素基因的转录中起作用。()4利用DNA分子杂交鉴定目的基因是否已导入受体细胞。()5转基因抗虫棉植株抗虫效果的鉴定必须通过分子检测才能达到目的。()6表达载体中的胰岛素基因可通过人肝
12、细胞mRNA反转录获得。()7将重组表达载体导入动物受精卵常用显微注射法。()8从大肠杆菌细胞中获得人胰岛素基因的mRNA，说明目的基因完成了表达。()第3节基因工程的应用课前自主预习案知识点一基因工程在农牧业方面的应用1转基因抗虫植物(1)技术方法：从某些生物中分离出具有_的基因，将它导入作物中，培育出具有抗虫性的作物。(2)实例：抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。2转基因抗病植物(1)技术方法：将来源于_的抗病基因导入植物中，培育出转基因抗病植物。(2)实例：转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。3转基因抗除草剂植物(1)技术方法：将_的基因导入作物，可培育抗除草剂的作物品种。(2)实例：
13、转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。4改良植物的品质(1)技术方法：将_编码基因导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量。(2)实例：转基因玉米中赖氨酸的含量比对照高30%。5提高动物的生长速率(1)技术方法：将_基因导入动物体内，提高动物的生长速率。(2)实例：转基因鲤鱼。6改善畜产品的品质(1)技术方法：将_基因导入奶牛基因组。(2)实例：乳汁中乳糖含量大大降低的转基因奶牛。知识点二基因工程在医药卫生领域的应用(1)技术方法对微生物或动植物的细胞进行_，使它们能够生产药物。利用乳腺生物反应器生产药物：将_基因与乳腺中特异表达的基因的_等调控元件重组在一起，通过_导入哺乳动物的受精卵中，培育
14、出的转基因动物通过_生产所需要的药物。培育移植器官：在器官供体的基因组中导入某种_抑制_基因的表达或设法除去_基因，然后再结合_技术，培育出不会引起_反应的转基因克隆器官。(2)实例：重组人干扰素、促红细胞生成素、抗凝血酶、血清白蛋白等。知识点三基因工程在食品工业方面的应用(1)技术方法：利用基因工程菌生产食品工业用_、_和_等。例如将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，再通过_生产凝乳酶。(2)实例：淀粉酶、脂酶、天冬氨酸和苯丙氨酸。判断对错(正确的打“”，错误的打“”)1农业害虫不会对转基因抗虫作物产生抗性。()2培育转基因抗病植物的目的基因主要来源于病毒、真菌。()
15、3“转基因植物”是指植物体细胞中出现了新基因的植物。()4基因工程中，要培育转基因植物和动物，选用的受体细胞都是受精卵。()5利用工程菌可生产人的胰岛素等某些激素。()6乳腺反应器就是把药用蛋白基因导入动物的乳腺细胞中。()7基因工程药物生产效率高、针对性强、成本低、价格便宜。()8动物和微生物可以生产基因工程药物，植物不能。()第4节蛋白质工程的原理和应用课前自主预习案知识点一蛋白质工程1概念(1)基础：蛋白质分子的_及其与_的关系。(2)手段：通过_或_，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。(3)目的：获得满足人类的生产和生活需求的_。2理论和技术条件：_、_以及_技术的迅猛发展。
16、知识点二蛋白质工程崛起的缘由1基因工程的实质：将一种生物的_转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的_，进而表现出_。2基因工程的不足：基因工程在原则上只能产生自然界中_的蛋白质。3天然蛋白质的不足：天然蛋白质的结构和功能符合_生存的需要，却不一定完全符合_的需要。4实例：玉米中赖氨酸的含量比较低，赖氨酸合成中两种酶的_被替换，就可以使玉米叶片和种子中游离赖氨酸分别提高5倍和2倍。知识点三蛋白质工程的基本原理1目标：根据人们对_功能的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。2方法：_或_。3流程：预期蛋白质功能设计预期的_推测应有的_序列找到并改变相对应的_序列(基因)或合成新的_获得所
17、需要的蛋白质。知识点四蛋白质工程的应用1在医药工业方面的应用(1)研发速效胰岛素类似物：科学家通过改造_使B链28位脯氨酸替换为天冬氨酸或者将它与29位的赖氨酸交换位置，从而有效抑制了_，研发出速效胰岛素类似物。(2)提高干扰素的保存期：将干扰素分子上的一个_变成_，提高了干扰素的保存时间。(3)改造抗体：将小鼠单克隆抗体上_“嫁接”到人的抗体上，降低了诱发人体免疫反应的强度。2在工业和农业方面的应用(1)改进酶的性能或开发新的工业用酶：利用蛋白质工程获得蛋白酶的多种_。(2)改造某些重要的酶：利用蛋白质工程改造参与_的酶，以提高植物光合作用的效率。判断对错(正确的打“”，错误的打“”)1蛋白
18、质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构。()2蛋白质工程能产生自然界中不存在的新型蛋白质分子。()3实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质结构和功能的关系。()4基因工程遵循中心法则，而蛋白质工程不遵循。()5根据某多肽链的一段氨基酸序列，可以很容易地确定控制该肽链合成的基因的脱氧核苷酸序列。()6蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要是因为人们对蛋白质复杂的高级结构没有完全认识。()7通过蛋白质工程改造后的蛋白质仍然是天然蛋白质。()8蛋白质工程是通过基因的修饰和合成来实现对蛋白质的改造。 ()第1节重组DNA技术的基本工具自主预习先知知识点一1(1)生物体外(2)转基
19、因(3)遗传特性生物类型(4)DNA分子2(1)遗传物质是DNADNA可以在同种生物的不同个体之间转移DNA双螺旋结构遗传物质自我复制第一个编码氨基酸的密码子多种限制DNA连接逆转录质粒重组DNA(2)重组人胰岛素世界上第一条转基因鱼PCR人类基因组高通量测序技术基因组编辑知识点二1(1)原核生物(2)核苷酸序列磷酸二酯键(3)黏性末端平末端(4)黏性末端平末端碱基序列不同专一性2(1)磷酸二酯键(2)大肠杆菌T4噬菌体黏性末端平末端3(1)真核细胞的细胞核原核细胞拟核DNA自我复制限制酶切割进行自我复制整合到受体DNA上受体细胞DNA标记基因重组DNA分子的筛选知识点三1EcoRDNA连接酶
20、2(1)GAATTCGA(2)互补的碱基3互补配对知识点四1(1)DNA蛋白质(2)2 mol/L的NaCl(3)二苯胺2(2)纱布4(3)酒精(4)NaCl二苯胺试剂沸水(5)不变蓝变蓝色效果检测定向12提示：DNA重组技术的工具有限制酶、DNA连接酶和载体，没有DNA聚合酶。3提示：限制酶在原来的原核细胞内用于切割外源DNA，使之失效，从而保护自身。45提示：E.coli DNA连接酶不能连接平末端。67.8.9.10.11提示：哺乳动物成熟的红细胞无细胞核。可选用鸡血细胞作提取DNA的材料。12提示：加入酒精用玻璃棒搅拌时，动作要轻缓，以免加剧DNA分子的断裂。13提示：在溶有DNA的
21、NaCl溶液中，加入二苯胺试剂，沸水浴加热5 min，冷却后观察溶液的颜色，呈现蓝色。 第2节基因工程的基本操作程序自主预习先知知识点一1(1)受体细胞性状预期表达产物(2)Bt抗虫蛋白基因2(1)已知结构功能清晰(2)序列信息Bt抗虫蛋白(3)测序序列序列比对3(1)聚合酶链式反应DNA半保留复制参与DNA复制目的基因的核苷酸序列(2)引物脱氧核苷酸耐高温的DNA聚合酶(3)受热变性后解为单链两种引物4种脱氧核苷酸DNA聚合酶3(4)指数知识点二1(1)稳定存在遗传(2)表达2上游RNA聚合酶转录目的基因下游标记基因3限制酶同种能产生相同末端DNA连接酶知识点三1维持稳定表达2(1)子房花粉
22、管通道胚囊双子叶裸子TDNA染色体DNATi质粒的TDNA(2)显微注射受精卵(3)Ca2知识点四1(1)PCR抗原抗体2接种效果检测定向1提示：cDNA文库中的基因一般没有启动子和内含子序列，而基因组文库含有。2提示：Taq酶是热稳定DNA聚合酶。3提示：终止密码子位于mRNA上，在翻译过程中起作用。4提示：利用DNA分子杂交的目的是检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因。5提示：抗虫效果的鉴定要在个体生物学水平上做抗虫接种实验来鉴定。6提示：人肝细胞中不含胰岛素基因的mRNA。78提示：获得人胰岛素基因的mRNA，只能说明目的基因完成了转录。第3节基因工程的应用自主预习先知知识点一1(
23、1)抗虫功能2(1)病毒、真菌等3(1)降解或抵抗某种除草剂4(1)必需氨基酸含量多的蛋白质5(1)外源生长激素6(1)肠乳糖酶知识点二(1)基因改造药用蛋白启动子显微注射分泌乳汁调节因子抗原决定抗原决定克隆免疫排斥知识点三(1)酶氨基酸维生素工业发酵效果检测定向1提示：害虫仍会对抗虫作物产生抗性。23.4提示：培育转基因动物时，所选用的受体细胞一般是受精卵；培育转基因植物时，所选用的受体细胞可以是受精卵，也可以是体细胞。56提示：应是把药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，通过显微注射法导入哺乳动物的受精卵中。78.第4节蛋白质工程的原理和应用自主预习先知知识点一1
24、(1)结构规律生物功能(2)基因改造基因合成(3)蛋白质2分子生物学晶体学计算机知识点二1基因蛋白质新的性状2已存在3特定物种人类生产和生活4氨基酸知识点三1蛋白质2改造基因合成基因3蛋白质结构氨基酸脱氧核苷酸基因知识点四1(1)胰岛素基因胰岛素的聚合(2)半胱氨酸丝氨酸(3)结合抗原的区域2(1)突变体(2)调控光合作用效果检测定向1提示：蛋白质工程中直接改造的是基因，不是蛋白质。23.4提示：蛋白质工程的基本思路是按照中心法则相反的过程进行的。5提示：由于密码子的简并性，根据某多肽链的一段氨基酸序列确定基因的脱氧核苷酸序列并不容易。67提示：蛋白质工程实现了对现有蛋白质的改造，或制造一种新的蛋白质，不再是天然蛋白质。8