專題基因工程知識點歸納

1、專題一 基因工程高考目標(biāo)定位】1、專題重點 ：DNA重組技術(shù)所需的三種基本工具；基因工程的基本操作程序四個步驟； 基因工程在農(nóng)業(yè)和醫(yī)療等方面的應(yīng)用； 蛋白質(zhì)工程的原理。2、專題難點 ：基因工程載體需要具備的條件； 從基因文庫中獲取目的基因；利用 PCR技術(shù)擴增目的基因；基因治療；蛋白質(zhì)工程的原理。二【課時安排】 2 課時三【考綱知識梳理】第 1節(jié)DNA重組技術(shù)的基本工具教材梳理：知識點一 基因工程的概念 ：基因工程是指按照人們的愿望，進行嚴(yán)格的 設(shè)計，并通過體外 DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性， 從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是 在 DNA分子

2、水平上進行設(shè)計和施工的，因此又叫做DNA重組技術(shù)。注意：對本概念應(yīng)從以下幾個方面理解：操作環(huán)境生物體外操作對象基因操作水平DNA分子水平基本過程剪切拼接導(dǎo)入表達結(jié)果人類需要的基因產(chǎn)物知識點二 基因工程的基本工具1. 限制性核酸內(nèi)切酶“分子手術(shù)刀”（ 1）限制性內(nèi)切酶的 來源 ：主要是從原核生物中分離純化來的。（2）限制性內(nèi)切酶的 作用 ：能夠識別雙鏈 DNA分子的某種特定的核苷酸序 列，并能將每一條鏈上特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵切開。（ 3）限制性內(nèi)切酶的切割 方式及結(jié)果 ：在中心軸線兩側(cè)將 DNA切開，切 口是黏性末端。沿著中心軸線切開DNA，切口是平末端。2.DNA連接酶“分子縫

3、合針”（ 1）來源：大腸桿菌、 T4 噬菌體（2）DNA連接酶的 種類 ： E.coliDNA 連接酶和 T4DNA連接酶。（3）作用 及作用部位： E.coliDNA 連接酶作用于黏性末端被切開的磷酸二酯鍵， T4DNA連接酶作用于黏性末端和平末端被切開的磷酸二酯鍵。注意：比較有關(guān)的 DNA酶（ 1）DNA水解酶：能夠?qū)?DNA水解成四種脫氧核苷酸，徹底水解成膦酸、 脫氧核糖和含氮堿基（ 2）DNA解旋酶：能夠?qū)?DNA或 DNA的某一段解成兩條長鏈，作用的部位 是堿基和堿基之間的氫鍵。注意：使DNA解成兩條長鏈的方法除用解旋酶以外，在適當(dāng)?shù)母邷兀ㄈ?94）、重金屬鹽的作用下，也可使DNA解

4、旋。（ 3）DNA聚合酶 ：能將單個的核苷酸通過磷酸二酯鍵連接成DNA長鏈。（ 4）DNA連接酶 ：是通過磷酸二酯鍵連接雙鏈DNA的缺口。注意比較 DNA聚合酶和 DNA連接酶的異同點。3. 基因進入受體細胞的載體“分子運輸車”（1）分子運載車的 種類：質(zhì)粒： 常存在于原核細胞和酵母菌中， 是一種 分子質(zhì)量較小的環(huán)狀的裸露的 DNA分子，獨立于擬核之外。病毒：常用 的病毒有噬菌體、動植物病毒等。（2）運載體 作用：是用它做運載工具， 將目的基因轉(zhuǎn)運到宿主細胞中去。 是利用它在受體細胞內(nèi)對目的基因進行大量復(fù)制。（ 3）作為運載體必須 具備的條件 ：在宿主細胞中保存下來并大量復(fù)制 有多個限制性內(nèi)切

5、酶切點 有一定的標(biāo)記基因，便于篩選。思維探究：知識點 3、 4、5 主要是介紹 DNA重組技術(shù)的三種基本工具 及其作用。限制酶“分子手術(shù)刀”，主要是介紹限制酶的作用，切割 后產(chǎn)生的結(jié)果。在這部分內(nèi)容學(xué)習(xí)時，應(yīng)關(guān)心的問題之一是：限制酶從哪 里尋找？我們可以聯(lián)想從前學(xué)過的內(nèi)容噬菌體侵染細菌的實驗，進而 認(rèn)識細菌等單細胞生物容易受到自然界外源DNA的入侵。那么這類原核生物之所以長期進化而不絕滅，有何保護機制？進而聯(lián)想到可能是有什么酶 來切割外源 DNA，而使之失效，達到保護自身的目的”。這樣就對“限制 酶主要是從原核生物中分離純化出來”的認(rèn)識提高了一個層次。基因進入受體細胞的載體“分子運 輸車”的學(xué)

6、習(xí)內(nèi)容， 不能僅僅著眼于記住這幾 個條件，而應(yīng)該深入思考每一個條件的內(nèi)涵， 通過深思熟慮， 才能真正明確為什么要有這些 條件才能充當(dāng)載體。教材拓展：拓展點一 限制酶所識別序列的特點限制酶所識別的序列的特點是：呈現(xiàn)堿基互補對稱，無論是奇數(shù)個堿 基還是偶數(shù)個堿基，都可以找到一條中心軸線，如圖，中軸線兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基是反向?qū)ΨQ重復(fù)排列的。如：以中心線為軸，兩側(cè)堿基互補對稱；以 為軸，兩側(cè)堿基互補對稱。拓展點二 DNA 連接酶連接的是什么部位？DNA連接酶是將一段 DNA片段 3端的羥基與另一 DNA片段 5端磷酸 基團上的羥基連接起來形成酯鍵，而不是連接互補堿基之間的氫鍵。第 2節(jié)基因工程的

7、基本操作程序教材梳理： 基因工程的基本操作步驟為四步曲：目的基因的獲?。换虮磉_載體 的構(gòu)建；將目的基因?qū)胧荏w細胞；目的基因的檢測與鑒定。一目的基因的獲取 1目的基因：主要是指編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因。2目的基因的獲取方法：基因組文庫 從基因文庫中獲取cDNA 文庫人工合成 逆轉(zhuǎn)錄法、根據(jù)已知的氨基酸序列推測脫氧核苷 （真核生物） 序列、 PCR技術(shù)擴增目的基因、 DNA合成儀合成等。注 : 需要重點復(fù)習(xí)的內(nèi)容有： a 基因組文庫與部分基因文庫的含義及區(qū)別 （教材 P10 表格），建立基因文庫的目的？如何從基因文庫中獲取目的基 因？ b 逆轉(zhuǎn)錄法的過程 cPCR 技術(shù)（原理、場所、條件、過程、特

8、點） DNA復(fù)制與 PCR技術(shù)列表比較。如下所示：（ 1）從基因文庫中獲取 基因文庫：將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導(dǎo)入受體菌的群體儲存，各個受體菌分別含有這種生物的不同的基因。構(gòu)建基因文庫的目的：為了在不知目的基因序列的情況下，便于獲得 所需的目的基因?；蚪M文庫：含有一種生物的所有基因。部分基因文庫 （如 cDNA文庫）：含部分基因， 可由 mRNA反轉(zhuǎn)錄而來。（ 2）利用 PCR技術(shù)擴增目的基因PCR：是一項在生物體外復(fù)制特定 DNA片段的核酸合成技術(shù)。原理： DNA雙鏈復(fù)制原料：模板 DNA；RNA引物；四種脫氧核苷酸； 熱穩(wěn)定 DNA聚合酶（Taq 酶）；方法： DNA受熱

9、變性解旋為單鏈、 冷卻后 RNA引物與單鏈相應(yīng)互補序 列結(jié)合、 DNA聚合酶作用下延伸合成互補鏈。過程：熱變性（ 90-95 ）、退火（ 55-60 ）、延伸（ 70-75 ）。 特點：指數(shù)形式擴增二基因表達載體的構(gòu)建（基因工程的核心體外進行） 1目的：使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在；可以遺傳給下一代；使 目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。目的基因：根據(jù)需要來選擇。2基因表達啟動子：位于基因首端， RNA 聚合酶識別和結(jié)合的部位，驅(qū)動轉(zhuǎn)錄基因。載體的組成 終止子：位于基因尾端，使轉(zhuǎn)錄在所需要的地方停下 來。標(biāo)記基因：鑒別受體細胞中是否含有目的基因。3方法： 同種限制酶分別切割載體和目的基因， 再用

10、DNA連接酶把兩 者連接。4條件：目的基因與運載體結(jié)合 （以質(zhì)粒為運載體 ）同種限制酶、 DNA 連接酶、（目的基因、啟動子、終止子、 標(biāo)記基因）三將目的基因?qū)胧荏w細胞 轉(zhuǎn)化：目的基因進入受體細胞內(nèi)，并且在受體細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達的過程。 導(dǎo)入植物細胞：常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法（將構(gòu)建的載體導(dǎo)入農(nóng)桿菌， 再讓農(nóng)桿菌感染植物細胞） ，基因槍法、花粉管通道法。 （ 過程重 點介紹 ） 導(dǎo)入動物細胞： 顯微注射法 （將基因表達載體提純， 用顯微儀注射 到受精卵中） （ 過程重點介紹 ） 導(dǎo)入微生物細胞： Ca2處理受體細胞成為感受態(tài)細胞， 再進行混合。 提示： 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法的原理是利用農(nóng)桿菌（胞內(nèi)寄生菌）

11、對植物的感 染而把目的基因?qū)胧荏w細胞。四目的基因的檢測和鑒定分子檢測：導(dǎo)入檢測 +表達檢測導(dǎo)入檢測：利用 DNA分子雜交技術(shù) ，目的基因 DNA一條鏈（作探 針）與受體細胞中提取的 DNA雜交，看是否有雜交帶。表達檢測：目的為了檢測是否轉(zhuǎn)錄出了mRN，A 利用 DNA-mRNA分子雜交技術(shù) ，目的基因 DNA一條鏈（作探針） 與受體細胞中提取的 mRNA雜交， 看是否有雜交帶。 表達檢測：目的為了檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)?？贵w與蛋白 質(zhì)進行 抗原抗體雜交 ，看是否有雜交帶。個體水平的鑒定：進行抗蟲、抗病的接種實驗，根據(jù)其性狀判斷是否表 達。提示： DNA分子雜交技術(shù)首先提取受體細胞中的D

12、NA，然后高溫解成單鏈，再與同位素標(biāo)記的 DNA探針雜交；抗原抗體雜交所用到的抗體是用表 達出的蛋白質(zhì)注射動物進行免疫，產(chǎn)生相應(yīng)的抗體，并提取出而來的第 3 節(jié) 基因工程的應(yīng)用教材梳理 ：知識點一 植物基因工程的應(yīng)用 植物基因工程技術(shù)主要用于提高農(nóng)作物的抗逆能力（如抗除草劑、抗蟲、 抗病、抗干旱和抗鹽堿等）以及改良農(nóng)作物的品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物等 方面。1. 提高抗逆性（ 1）常用抗蟲基因：用于抗蟲（殺蟲）的基因主要是Bt 毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等。（ 2 ）常用抗病基因： a. 抗病毒基因有： 病毒外殼蛋白基因和病毒的復(fù)制酶 基因； b. 抗真菌基因有

13、：幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因（ 3）其他抗逆基因： 環(huán)境條件對農(nóng)作物的生產(chǎn)會造成很大影響， 并且這些 影響是多方面的，因此，抗逆性基因也有多種多樣，如：抗鹽堿和干旱的 調(diào)節(jié)細胞滲透壓基因、抗凍基因、抗除草劑基因等等。2. 改良植物品質(zhì) 由于人們的食品含有的營養(yǎng)不平衡，不能滿足人們對食品的要求，這樣， 可以通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)，使植物能夠合成某些本來不能合成的物質(zhì)。如科學(xué) 家將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参镏?，或者改變這些氨基 酸合成途徑中某種關(guān)鍵酶的活性，以提高氨基酸的含量。知識點二 動物基因工程的應(yīng)用1. 用于提高動物生長速度 ：由于外援生長激素基因的表達可以使轉(zhuǎn)基因動 物生長得更快，

14、將這類基因?qū)雱游矬w內(nèi)，以提高動物的生長速率。如： 轉(zhuǎn)基因綿羊和轉(zhuǎn)基因鯉魚。2. 用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì) ：基因工程可用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)。如：有些 人對牛奶中的乳糖不能完全消化或食用后會出現(xiàn)過敏、腹瀉、惡心等不適 癥狀，科學(xué)家將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，這樣所獲得的牛奶其成分 不受影響，但乳糖的含量大大減低。3. 生產(chǎn)藥物 基因工程不但促進了傳統(tǒng)技術(shù)的變革，也為人類提供了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)難以得到 的許多昂貴藥品，并已形成基因工程制藥業(yè)的雛形。目前諸如人胰島素、 人生長激素、人腦激素、 干擾素、乙肝疫苗、蛋白 C、組織血纖維蛋 白溶酶原激活劑等數(shù)十種基因工程藥物已實現(xiàn)商品化。此外，還有促紅細 胞生成素

15、、 白細胞介素 2、腎素、 心鈉素等一大批珍貴藥品正處于試用或 臨床試驗階段。4. 用轉(zhuǎn)基因動物做器官移植的供體： 目前，人體移植器官短缺是一個世界 性的難題，用其它動物的器官替代，又會出現(xiàn)免疫排斥現(xiàn)象，現(xiàn)在，科學(xué) 家正試圖利用基因工程方法對一些動物的器官進行改造，培育出沒有免疫 排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆器官。知識點三 基因治療1.概念 ：基因治療是把正?；?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮 功能，從而達到治療疾病的目的，這是治療遺傳病的最有效的手 段。2.方法 ：體外基因治療和體內(nèi)基因治療 體外基因治療：先從病人體內(nèi)獲得某種相關(guān)細胞，進行培養(yǎng)，然后在體外 完成基因轉(zhuǎn)移，再篩選成功轉(zhuǎn)移的細胞擴

16、增培養(yǎng)，最后重 新輸入患者體內(nèi)，這種方法叫做體外基因治療。體內(nèi)基因治療：直接向人體組織細胞中轉(zhuǎn)移基因的治療方法叫做體內(nèi)基因 治療。說明：對于遺傳病的治療最根本的方法是進行基因替換或修復(fù)?；?治療的最佳時期理論上是受精卵時期，這樣可以使個體的每個細胞都含有 正常基因，但在現(xiàn)實生活中是不可能的，因為不可能人人在受精卵時期進 行基因檢查。其次是對患者進行相關(guān)細胞的基因替換，如：對于遺傳性糖 尿病患者， 只對胰腺的 B 細胞進行基因替換， 該個體就能正常分泌胰島素， 糖尿病得以治療；但這種局部細胞的基因替換，并沒有改變其它部位細胞 的基因，如精原細胞，其后代很大可能還會患遺傳性糖尿病。教材拓展拓展點

17、一 該節(jié)內(nèi)容是對第 2 節(jié)知識的綜合運用，是近幾年及今后幾年高 考的主考點。在學(xué)習(xí)這部分知識時，要注意以下幾點：1. 熟練、靈活掌握第 2 節(jié)的基礎(chǔ)知識，形成系統(tǒng)的、完善的知識體系2. 目的基因來自其他生物，目的基因和受體細胞的基因構(gòu)成基因重組，這 是基因工程的原理。3. ?？贾R為基因操作的基本步驟4. 相關(guān)知識為 DNA的結(jié)構(gòu)和復(fù)制、 基因控制蛋白質(zhì)的合成及對性狀的控制、 基因突變、酶的性質(zhì)和作用、其他生物工程等5. 解決的方法是學(xué)好相關(guān)知識，達到靈活運用程度，進行知識遷移。拓展點二 基因治療的過程（以鐮刀形細胞貧血癥的治療為例）步驟過程獲 取 正常 的血 紅 蛋白基因用限制性核酸內(nèi)切酶從

18、人的 DNA分子中切取血紅蛋 白基因形成重組載體用同一種限制性核酸內(nèi)切酶在載體DNA上切開一個切口，用 DNA連接酶將正常血紅蛋白基因連接在載 體 DNA上，形成重組載體重 組 載體 的轉(zhuǎn) 化 與篩選將攜帶正常血紅蛋白基因的重組載體導(dǎo)入患者的 造血干細胞中，并將重組載體插入到染色體。用選 擇培養(yǎng)基篩選出含重組質(zhì)粒的造血干細胞。將 含 正常 血紅 蛋 白 基 因的 造血 干 細 胞 回輸 給患 者 骨髓將攜帶正常血紅蛋白基因的造血干細胞輸入患者 骨髓中， 此造血干細胞產(chǎn)生含正常血紅蛋白的紅細 胞，以根治鐮刀形細胞貧血癥拓展點三 利用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性所謂利用微生物生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物，是指將人們需要的某種蛋白質(zhì)的 編碼基因，構(gòu)建成表達載體后導(dǎo)入微生物，然后利用微生物發(fā)酵來生產(chǎn)蛋 白質(zhì)類藥物。與傳統(tǒng)的制藥相比有以下優(yōu)越性：1. 利用活細胞作為表達系統(tǒng)，表達效率高，無需大型裝置和大面積廠 房就可以生產(chǎn)出大量藥品。2. 可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來源的不足。例如，胰島素是治療糖尿病 患者的藥物，