选修三基因工程教案

星火教育一对一辅导教案学生姓名性别年级学科授课教师上课时间年月日第（）次课共（）次课课时：课时教学课题1.基因工程教学目标掌握基因工程知识点教学重点与难点专题重点：DNA重组技术所需的三种基本工具；基因工程的基本操作程序四个步骤；基因工程在农业和医疗等方面的应用；蛋白质工程的原理。专题难点：基因工程载体需要具备的条件；从基因文库中获取目的基因；利用PCR技术扩增目的基因；基因治疗；蛋白质工程的原理。第1节DNA重组技术的基本工具教材梳理：知识点一基因工程的概念：基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNA重组技术。注意：对本概念应从以下几个方面理解：知识点二基因工程的基本工具1.限制性核酸内切酶——“分子手术刀”（1）限制性内切酶的来源：主要是从原核生物中分离纯化来的。（2）限制性内切酶的作用：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并能将每一条链上特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键切开。（3）限制性内切酶的切割方式及结果：①在中心轴线两侧将DNA切开，切口是黏性末端。②沿着中心轴线切开DNA，切口是平末端。2.DNA连接酶——“分子缝合针”（1）来源：大肠杆菌、T4噬菌体（2）DNA连接酶的种类：E.coliDNA连接酶和T4DNA连接酶。（3）作用及作用部位：E.coliDNA连接酶作用于黏性末端被切开的磷酸二酯键，T4DNA连接酶作用于黏性末端和平末端被切开的磷酸二酯键。注意：比较有关的DNA酶（1）DNA水解酶：能够将DNA水解成四种脱氧核苷酸，彻底水解成膦酸、脱氧核糖和含氮碱基（2）DNA解旋酶：能够将DNA或DNA的某一段解成两条长链，作用的部位是碱基和碱基之间的氢键。注意：使DNA解成两条长链的方法除用解旋酶以外，在适当的高温（如94℃）、重金属盐的作用下，也可使DNA解旋。操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本过程剪切→拼接→导入→表达结果人类需要的基因产物（3）DNA聚合酶：能将单个的核苷酸通过磷酸二酯键连接成DNA长链。（4）DNA连接酶：是通过磷酸二酯键连接双链DNA的缺口。注意比较DNA聚合酶和DNA连接酶的异同点。例题测试：1.下列关于基因工程中有关酶的叙述不．正确的是()A．限制酶水解相邻核苷酸间的化学键打断DNAB．DNA连接酶可将末端碱基互补的两个DNA片段连接C．DNA聚合酶能够从引物末端延伸DNA或RNAD．逆转录酶以一条RNA为模板合成互补的DNA3.基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”（1）分子运载车的种类：①质粒：常存在于原核细胞和酵母菌中，是一种分子质量较小的环状的裸露的DNA分子，独立于拟核之外。②病毒：常用的病毒有噬菌体、动植物病毒等。（2）运载体作用：①是用它做运载工具，将目的基因转运到宿主细胞中去。②是利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。（3）作为运载体必须具备的条件：①在宿主细胞中保存下来并大量复制②有多个限制性内切酶切点③有一定的标记基因，便于筛选。思维探究：知识点3、4、5主要是介绍DNA重组技术的三种基本工具及其作用。限制酶──“分子手术刀”，主要是介绍限制酶的作用，切割后产生的结果。在这部分内容学习时，应关心的问题之一是：限制酶从哪里寻找？我们可以联想从前学过的内容──噬菌体侵染细菌的实验，进而认识细菌等单细胞生物容易受到自然界外源DNA的入侵。那么这类原核生物之所以长期进化而不绝灭，有何保护机制？进而联想到可能是有什么酶来切割外源DNA，而使之失效，达到保护自身的目的”。这样就对“限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来”的认识提高了一个层次。基因进入受体细胞的载体──“分子运输车”的学习内容，不能仅仅着眼于记住这几个条件，而应该深入思考每一个条件的内涵，通过深思熟虑，才能真正明确为什么要有这些条件才能充当载体。教材拓展：拓展点一限制酶所识别序列的特点限制酶所识别的序列的特点是：呈现碱基互补对称，无论是奇数个碱基还是偶数个碱基，都可以找到一条中心轴线，如图，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。如：以中心线为轴，两侧碱基互补对称；以为轴，两侧碱基互补对称。拓展点二DNA连接酶连接的是什么部位？DNA连接酶是将一段DNA片段3′端的羟基与另一DNA片段5′端磷酸基团上的羟基连接起来形成酯键，而不是连接互补碱基之间的氢键。例题测试：1．据下图分析，下列有关基因工程的说法不．正确的是()A．为防止目的基因与质粒任意结合而影响基因的表达，应用限制酶Ⅰ、Ⅱ同时切割二者B．限制酶、DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键C．与启动子结合的应该是RNA聚合酶D．能够检测到标记基因表达产物的受体细胞中，也一定会有目的基因的表达产物2．（双选）ch1L基因是蓝细菌拟核DNA上控制叶绿素合成的基因。为研究该基因对叶绿素合成的控制，基因的变异株细胞。技术路线如下图所示，对此描述错误的是()A．ch1L基因的基本组成单位是核糖核苷酸B．①②过程中使用限制酶的作用是将DNA分子的磷酸二酯键打开C．①②过程都要使用DNA聚合酶D．若操作成功，可用含红霉素的培养基筛选出该变异株3．(15分)人外周血单核细胞能合成白介素2(IL­2)。该蛋白可增强机体免疫功能，但在体内易被降解。研究人员将IL­2基因与人血清白蛋白(HSA)基因拼接成一个融合基因，并在酵母菌中表达，获得具有IL­2生理功能、且不易降解的IL­2­HSA融合蛋白。其技术流程如下图。请回答：(1)培养人外周血单核细胞的适宜温度为________℃；图中②表示________过程。[来源:Zxxk.Com](2)表达载体1中的位点________应为限制酶BglⅡ的识别位点，才能成功构建表达载体2。(3)表达载体2导入酵母菌后，融合基因转录出的mRNA中，与IL­2蛋白对应的碱基序列不能含有________(起始、终止)密码子，才能成功表达出IL­2­HSA融合蛋白。(4)应用________杂交技术可检测酵母菌是否表达出IL­2­HSA融合蛋白。第2节基因工程的基本操作程序教材梳理：基因工程的基本操作步骤为四步曲：目的基因的获取；基因表达载体的构建；将目的基因导入受体细胞；目的基因的检测与鉴定。一．目的基因的获取1．目的基因：主要是指编码蛋白质的结构基因。2．目的基因的获取方法：基因组文库文库人工合成逆转录法、根据已知的氨基酸序列推测脱氧核苷（真核生物）序列、PCR技术扩增目的基因、DNA合成仪合成等。注:需要重点复习的内容有：a基因组文库与部分基因文库的含义及区别（教材P10表格），建立基因文库的目的？如何从基因文库中获取目的基因？b逆转录法的过程cPCR技术（原理、场所、条件、过程、特点）DNA复制与PCR技术列表比较。（1）从基因文库中获取基因文库：将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因。构建基因文库的目的：为了在不知目的基因序列的情况下，便于获得所需的目的基因。基因组文库：含有一种生物的所有基因。部分基因文库（如cDNA文库）：含部分基因，可由mRNA反转录而来。（2）利用PCR技术扩增目的基因PCR：是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。原理：DNA双链复制原料：模板DNA；RNA引物；四种脱氧核苷酸；热稳定DNA聚合酶（Taq酶）；方法：DNA受热变性解旋为单链、冷却后RNA引物与单链相应互补序列结合、DNA聚合酶作用下延伸合成互补链。过程：热变性（90-95）、退火（55-60）、延伸（70-75）。特点：指数形式扩增二．基因表达载体的构建（基因工程的核心—体外进行）1．目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在；可以遗传给下一代；使目的基因能够表达和发挥作用。目的基因：根据需要来选择。2．基因表达载体的组成启动子：位于基因首端，RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动转录基因。终止子：位于基因尾端，使转录在所需要的地方停下来。标记基因：鉴别受体细胞中是否含有目的基因。3．方法：同种限制酶分别切割载体和目的基因，再用DNA连接酶把两者连接。目的基因与运载体结合（以质粒为运载体）4．条件：同种限制酶、DNA连接酶、（目的基因、启动子、终止子、标记基因）三．将目的基因导入受体细胞转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。①导入植物细胞：常用农杆菌转化法（将构建的载体导入农杆菌，再让农杆菌感染植物细胞），基因枪法、花粉管通道法。（过程重点介绍）②导入动物细胞：显微注射法（将基因表达载体提纯，用显微仪注射到受精卵中）（过程重点介绍）③导入微生物细胞：Ca2＋处理受体细胞成为感受态细胞，再进行混合。提示：农杆菌转化法的原理是利用农杆菌（胞内寄生菌）对植物的感染而把目的基因导入受体细胞。四．目的基因的检测和鉴定分子检测：导入检测+表达检测①导入检测：利用DNA分子杂交技术，目的基因DNA一条链（作探针）与受体细胞中提取的DNA杂交，看是否有杂交带。②表达检测：目的为了检测是否转录出了mRNA，利用DNA-mRNA分子杂交技术，目的基因DNA一条链（作探针）与受体细胞中提取的mRNA杂交，看是否有杂交带。③表达检测：目的为了检测目的基因是否翻译成蛋白质。抗体与蛋白质进行抗原－抗体杂交，看是否有杂交带。个体水平的鉴定：进行抗虫、抗病的接种实验，根据其性状判断是否表达。提示：①DNA分子杂交技术首先提取受体细胞中的DNA，然后高温解成单链，再与同位素标记的DNA探针杂交；②抗原－抗体杂交所用到的抗体是用表达出的蛋白质注射动物进行免疫，产生相应的抗体，并提取出而来的例题测试：1．用某人的胰岛素基因制成的DNA探针检测下列物质，能形成杂交分子的是()①该人胰岛A细胞中的DNA②该人胰岛B细胞中的mRNA③该人胰岛A细胞中的mRNA④该人肝细胞中的DNAA．①②③④B．①②③C．①②④D．②2．美国科学家将萤火虫的荧光素基因转入烟草植物细胞，获得高水平的表达，长成的植物通体光亮，堪称①人胰岛素人胰岛素大量的A重复进行③④②⑤⑥⑦⑧⑨⑩BCD奇迹。下列有关发光烟草培育的叙述正确的是()A．在培育过程中需用同一种限制酶分别切割荧光素基因和质粒B．将目的基因直接导入烟草细胞常用的方法是显微注射法C．受体细胞只能用烟草的受精卵，因为受精卵的全能性最大D．导入目的基因的烟草细胞不需进行植物组织培养就能发育成一个完整的植株3．基因芯片技术是近几年发展起来的新技术，将待测DNA分子用放射性同位素或荧光物质标记，如果能与芯片上的单链DNA探针配对，它们就会结合起来，并出现“反应信号”。下列说法中不．正确的是()A．基因芯片的工作原理是碱基互补配对B．待测的DNA分子首先要解旋变为单链，才可用基因芯片测序C．“反应信号”是由待测DNA分子与基因芯片上的放射性探针结合产生的D．由于基因芯片技术可以检测待测DNA分子，因而具有广泛的应用前景4．科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。下列有关叙述不．正确的是()A．通常用小鼠受精卵作为受体细胞B．通常用农秆菌转化法将含有人生长激素基因的表达载体导入受体细胞C．采用DNA分子杂交技术可以检测人的生长激素基因是否表达D．构建含有人生长激素基因的表达载体需要用到DNA连接酶5.下图是利用基因工程