2015基因工程.

2015备考·最新考纲：1．基因工程的诞生(Ⅰ)2.基因工程的原理及技术(Ⅱ)3.基因工程的应用(Ⅱ)4.蛋白质工程(Ⅰ)5.转基因生物的安全性(Ⅰ)6.生物武器对人类的威胁(Ⅰ)。第1讲基因工程选修三：现代生物科技专题1、原核细胞基因结构：DNA分子基因非编码区：调控序列非编码区：调控序列编码区：编码蛋白质启动子：启动转录终止子：终止转录RNA聚合酶结合识别位点结构基因mRNA翻译特定功能的蛋白质转录原核基因特点：编码区是连续的DNA分子2：真核细胞基因结构：DNA分子基因非编码区：调控序列非编码区：调控序列编码区：编码蛋白质启动子：启动转录终止子：终止转录RNA聚合酶结合识别位点结构基因前体mRNA翻译特定功能的蛋白质外显子和内含子都转录特点：编码区间隔不连续！分为内含子和外显子。编码蛋白质不编码蛋白质剪切掉内含子转录的部分拼接外显子转录的部分mRNADNA分子特别注意：1、从真核生物直接获取的基因不能直接导入原核生物细胞中的原因：真核基因含内含子，不能编码蛋白质，若直接用真核基因，由于受体细胞（原核细胞）中无有关剪切、拼接前体mRNA的酶，所以不能表达。（如科学家将人生长素基因导入大肠杆菌并表达一般导入的是CDNA)3、CDNA特点：无启动子、终止子等非编码区序列；无内含子序列；加上调控序列后可以转基因到原核生物并表达。2、CDNA----用某种生物发育的某个时期的mRNA反转录产生的多种互补DNA片段。提取mRNA反转录单链DNA复制双链DNA(CDNA)4、外源基因和受体DNA拼接的理论基础?外源基因在受体内表达的理论基础①基本组成单位都是四种脱氧核苷酸其空间结构都是规则的双螺旋结构②生物界共用一套遗传密码基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状（目的）。基因工程的概念原理：操作水平：结果：体外操作环境：基因重组DNA分子水平定向地改造生物的性状，获得人类所需要的品种。1.与杂交育种、诱变育种相比优点？2.该项技术所用到的工具有哪些？规律总结几种酶的比较种类项目限制酶DNA连接酶DNA聚合酶解旋酶作用底物DNA分子DNA片段脱氧核苷酸DNA分子作用部位磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键氢键作用特点切割目的基因及载体，能专一性识别双链DNA分子某种特定的核苷酸序列，且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键只能将单个脱氧核苷酸添加到脱氧核苷酸链上将DNA两条链之间的氢键打开作用结果形成黏性末端或平末端形成重组DNA分子形成新的DNA分子形成单链DNA分子1、目的基因的获取2、基因表达载体的构建3、将目的基因导入受体细胞4、目的基因的检测与鉴定第二节：基因工程的基本操作程序1、目的基因的获取基因工程的基本操作程序知识框架：2、基因表达载体的构建（核心）3、将目的基因导入受体细胞4、目的基因的检测与鉴定目的基因概念：方法：组成：目的：将目的基因导入植物细胞的方法：用DNA分子杂交法检测---转基因生物染色体上是否插入了目的基因，这是目的基因能否在真核生物中稳定遗传的关键。将目的基因导入动物细胞的方法：显微注射法将目的基因导入微生物细胞的方法：氯化钙处理受体细胞成“感受态”细胞用分子杂交法检测---目的基因是否转录出了mRNA，这是检测目的基因是否发挥作用的第一步。-用抗体抗原杂交法检测---目的基因是否翻译出蛋白质。个体生物学水平鉴定---抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定。①使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代②使目的基因能够表达和发挥作用主要指编码蛋白质的结构基因。基因文库获取：(定义、分类、构建方法、怎样获取？)人工合成：（反转录、化学合成）PCR：（聚合酶链式反应）（变性、复性、延伸）启动子+目的基因+终止子+标记基因农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法转化: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检测鉴定：利用标记基因筛选限制酶、DNA连接酶唯一不存在碱基互补配对原则第一步：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、方法：1)、人工合成2)、从基因文库中获取3)、利用PCR技术扩增(基因比较小，序列已知)基因文库基因组文库部分基因文库－－如：cDNA文库聚合酶链式反应反转录法获取目的基因的过程mRNARNA－DNA杂合双链单链DNA双链DNA逆转录酶DNA聚合酶１）人工合成目的基因化学法直接人工合成基因较小,序列已知蛋白质的氨基酸序列mRNA的核苷酸序列推测推测目的基因用DNA合成仪化学合成基因的脱氧核苷酸序列①概念：PCR全称为_______________，是一项在生物____复制________________的核酸合成技术③条件：_______________________、________、____________________、__________________.②原理：__________聚合酶链式反应体外特定DNA片段DNA复制已知基因的核苷酸序列四种脱氧核苷酸1对引物热稳定的DNA聚合酶(Taq酶)３）利用PCR技术扩增目的基因1.变性（90℃-95℃）双链DNA模板在热作用下，_____断裂，形成________氢键单链DNA2.复性(55℃-65℃)温度降低，与DNA模板结合，形成局部______。双链引物3.延伸（70℃-75℃）在的作用下，连接，合成与模板互补的DNA链。脱氧核苷酸Taq酶DNA复制PCR技术不同点解旋方式场所酶温度条件引物联系PCR技术与DNA复制的比较解旋酶催化高温变性解旋细胞内主要在细胞核内细胞外主要在PCR扩增仪内解旋酶、普通的DNA聚合酶等耐热的DNA聚合酶（Taq酶）细胞内温和条件需控制温度，在较高温度下进行需要（一对）不需要模板、原料均相同第二步：基因表达载体的构建（核心）2、基因表达载体的组成？①使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代②使目的基因能够表达和发挥作用1、基因表达载体构建的目的？（P162）目的基因必须在启动子与终止子之间第三步：将目的基因导入受体细胞转化——方法将目的基因导入植物细胞将目的基因导入动物细胞将目的基因导入微生物细胞农杆菌转化法基因枪法花粉管通道法——显微注射法目的基因进入_________内，并且在受体细胞内维持_____和_____的过程受体细胞稳定表达——Ca2+处理成感受态细胞1、将目的基因导入植物细胞：（1）农杆菌转化法80%的转基因植物是通过这种方法获得。特点:能感染双子叶植物和祼子植物,对单子叶植物无感染能力Ti质粒的T—DNA可转移至受体细胞并整合到其染色体的DNA上.转化过程:Ti质粒目的基因构建表达载体导入植物细胞插入植物细胞染色体DNA表达新性状转入农杆菌组织培养技术适用于双子叶植物和裸子植物。如果一定让你用农杆菌转化法将目的基因导入单子叶植物，你将如何做？1、农杆菌能够侵染双子叶植物和裸子植物的原因：p12页2、用酚类化合物涂抹受伤的单子叶植物。2、将目的基因导入动物细胞：方法:显微注射技术（是转基因动物中采用最多，也是最为有效的方法）操作程序:提纯含目的基因表达载体取受精卵显微注射胚胎移植到子宫受精卵发育新性状动物3、将目的基因导入微生物细胞：常用法：Ca2+处理（氯化钙），增加细胞壁的通透性常用菌：大肠杆菌微生物作受体细胞原因：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对少过程：Ca2+处理大肠杆菌感受态细胞表达载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA感受态细胞：Ca2+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，这种细胞成为感受态细胞。(四)目的基因的检测与鉴定——检查是否成功检测—鉴定——①检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因—这是目的基因能否在真核生物中稳定遗传的关键。②检测目的基因是否转录出了mRNA—这是检测目的基因是否发挥功能作用的第一步。③检测目的基因是否翻译成蛋白质抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等方法——方法——方法——DNA分子杂交（看是否出现杂交带）分子杂交（mRNA与DNA杂交）抗原-抗体杂交从个体生物学水平鉴定：基因工程成功的标志:是受体细胞必须表现出特定的性状！目的基因表达的标志：通过转录、翻译产生相应的蛋白质。判断正误(1)外源DNA必须位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行复制(2013·安徽卷，6B)()。(2)关于哺乳动物细胞体外培养的难易程度：乳腺癌细胞易于乳腺细胞；胚胎细胞易于脂肪细胞(2011·上海，15A)()。(3)将ada(腺苷酸脱氨酶基因)通过质粒pET28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个ada(2011·浙江理综，6C)()。(4)启动子也称起始密码子，终止子也称终止密码子()。(5)用氯化钙处理大肠杆菌可增加其细胞膜的通透性()。(6)利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品，如人的血清白蛋白，这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中()。(7)基因工程药物主要来源于转基因动物生产()。(8)为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体()。(9)由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用()。×√×××××××第三节：基因工程的应用一：植物基因工程定义：转基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力,以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。1、抗虫转基因植物2、抗病转基因植物3、抗逆转基因植物4、利用转基因改良植物的品质二、动物基因工程1、提高生长速度2、改善畜产品的品质3、生产药物（乳房或乳腺生物反应器；膀胱生物反应器）4、作为器官移植的供体（二）基因工程药物（转基因微生物）（三）基因诊断与基因治疗基因治疗：是指是把正常基因导入病人体内，使该基因表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。是治疗遗传病最有效的手段。①体外基因治疗：从病人体内获得某种细胞-培养-体外完成基因转移-筛选成功转移的细胞扩增培养-重新输入患者体内。举例：复合型免疫缺陷症的治疗。②体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移基因的治疗方法。举例：遗传性囊性纤维病的治疗。特别注意：无论哪一种基因治疗目前都处于初期的临床试验阶段。（一）动物基因工程前景广阔（应用）1．蛋白质工程的概念蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。特别提醒对蛋白质工程的概念应从以下几个方面理解：(1)蛋白质工程的基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系；(2)蛋白质工程的实质：改造控制该蛋白质合成的基因；(3)蛋白质工程的产物：产生新的蛋白质。2．蛋白质工程的过程和实例(1)蛋白质工程的过程：其基本途径是从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。其流程图如下：(2)蛋白质工程的实例：①通过蛋白质工程改造的干扰素可在－70℃条件下保存半年。②经过蛋白质工程改造天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶这两种酶后，使玉米体内赖氨酸的含量大大提高。3．与基因工程的关系(1)区别：基因工程是借助于另外一种生物生产自然界已有的蛋白质；而蛋白质工程生产自然界没有的新的蛋白质。(2)联系：蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现。第三节：蛋白质工程★转基因技术的安全性(1)安全性问题①_____安全：滞后效应、_______、营养成分改变等。②生物安全：对___________的影响等。③_____安全：对_______________的影响等。(2)理性看待转基因技术①需要正确的社会舆论导向：_________，不能因噎废食