2023年專題新版基因工程知識(shí)點(diǎn)歸納

專題一基因工程一【高考目的定位】1、專題重點(diǎn):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(gè)環(huán)節(jié);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(diǎn)：基因工程載體需要具有的條件;從基因文庫(kù)中獲取目的基因；運(yùn)用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因；基因治療；蛋白質(zhì)工程的原理。二【課時(shí)安排】2課時(shí)三【考綱知識(shí)梳理】DNA重組技術(shù)的基本工具教材梳理：知識(shí)點(diǎn)一基因工程的概念:基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì),并通過(guò)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,從而發(fā)明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分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，因此又叫做DNＡ重組技術(shù)。注意：對(duì)本概念應(yīng)從以下幾個(gè)方面理解:操作環(huán)境生物體外操作對(duì)象基因操作水平ＤNA分子水平基本過(guò)程剪切→拼接→導(dǎo)入→表達(dá)結(jié)果人類需要的基因產(chǎn)物知識(shí)點(diǎn)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(lái)源:重要是從原核生物中分離純化來(lái)的。（2)限制性內(nèi)切酶的作用:可以辨認(rèn)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(gè)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:①在中心軸線兩側(cè)將ＤＮA切開，切口是黏性末端。②沿著中心軸線切開DNA，切口是平末端。2.ＤNA連接酶——“分子縫合針”(1）來(lái)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:可以將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：可以將DＮＡ或DＮA的某一段解成兩條長(zhǎng)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(zhǎng)鏈的方法除用解旋酶以外，在適當(dāng)?shù)母邷?如９4℃)、重金屬鹽的作用下，也可使DNA解旋。(3）ＤNA聚合酶:能將單個(gè)的核苷酸通過(guò)磷酸二酯鍵連接成DＮＡ長(zhǎng)鏈。(4)DNＡ連接酶:是通過(guò)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(diǎn)。3．基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——“分子運(yùn)送車”（1)分子運(yùn)載車的種類:①質(zhì)粒：常存在于原核細(xì)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(dú)立于擬核之外。②病毒:常用的病毒有噬菌體、動(dòng)植物病毒等。(2)運(yùn)載體作用：①是用它做運(yùn)載工具，將目的基因轉(zhuǎn)運(yùn)到宿主細(xì)胞中去。②是運(yùn)用它在受體細(xì)胞內(nèi)對(duì)目的基因進(jìn)行大量復(fù)制。（３)作為運(yùn)載體必須具有的條件:①在宿主細(xì)胞中保存下來(lái)并大量復(fù)制②有多個(gè)限制性內(nèi)切酶切點(diǎn)③有一定的標(biāo)記基因，便于篩選。思維探究:知識(shí)點(diǎn)3、4、５重要是介紹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”，重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(shí)，應(yīng)關(guān)心的問(wèn)題之一是：限制酶從哪里尋找?我們可以聯(lián)想從前學(xué)過(guò)的內(nèi)容──噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而結(jié)識(shí)細(xì)菌等單細(xì)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(zhǎng)期進(jìn)化而不絕滅,有何保護(hù)機(jī)制？進(jìn)而聯(lián)想到也許是有什么酶來(lái)切割外源DNＡ,而使之失效，達(dá)成保護(hù)自身的目的”。這樣就對(duì)“限制酶重要是從原核生物中分離純化出來(lái)”的結(jié)識(shí)提高了一個(gè)層次。基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體──“分子運(yùn)送車”的學(xué)習(xí)內(nèi)容，不能僅僅著眼于記住這幾個(gè)條件，而應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步思考每一個(gè)條件的內(nèi)涵,通過(guò)深思熟慮,才干真正明確為什么要有這些條件才干充當(dāng)載體。教材拓展:拓展點(diǎn)一限制酶所辨認(rèn)序列的特點(diǎn)限制酶所辨認(rèn)的序列的特點(diǎn)是:呈現(xiàn)堿基互補(bǔ)對(duì)稱，無(wú)論是奇數(shù)個(gè)堿基還是偶數(shù)個(gè)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反復(fù)排列的。如:以中心線為軸，兩側(cè)堿基互補(bǔ)對(duì)稱；以為軸,兩側(cè)堿基互補(bǔ)對(duì)稱。拓展點(diǎn)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(tuán)上的羥基連接起來(lái)形成酯鍵,而不是連接互補(bǔ)堿基之間的氫鍵?；蚬こ痰幕静僮鞒绦蚪滩氖崂恚夯蚬こ痰幕静僮鳝h(huán)節(jié)為四步曲：目的基因的獲取;基因表達(dá)載體的構(gòu)建；將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞；目的基因的檢測(cè)與鑒定。一.目的基因的獲取1.目的基因:重要是指編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因。２.目的基因的獲取方法：基因組文庫(kù)從基因文庫(kù)中獲取cDNＡ文庫(kù)人工合成逆轉(zhuǎn)錄法、根據(jù)已知的氨基酸序列推測(cè)脫氧核苷(真核生物）序列、PCＲ技術(shù)擴(kuò)增目的基因、ＤNA合成儀合成等。注:需要重點(diǎn)復(fù)習(xí)的內(nèi)容有：a基因組文庫(kù)與部分基因文庫(kù)的含義及區(qū)別（教材P１０表格）,建立基因文庫(kù)的目的?如何從基因文庫(kù)中獲取目的基因？b逆轉(zhuǎn)錄法的過(guò)程ｃPCR技術(shù)（原理、場(chǎng)合、條件、過(guò)程、特點(diǎn))DNA復(fù)制與PCR技術(shù)列表比較。如下所示：（1)從基因文庫(kù)中獲取基因文庫(kù):將具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(chǔ)存,各個(gè)受體菌分別具有這種生物的不同的基因。構(gòu)建基因文庫(kù)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(kù):具有一種生物的所有基因。部分基因文庫(kù)(如cDNA文庫(kù)):含部分基因,可由mRNA反轉(zhuǎn)錄而來(lái)。(2）運(yùn)用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因PCＲ:是一項(xiàng)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受熱變性解旋為單鏈、冷卻后ＲNA引物與單鏈相應(yīng)互補(bǔ)序列結(jié)合、DＮA聚合酶作用下延伸合成互補(bǔ)鏈。過(guò)程:熱變性(90-95)、退火（５5-60)、延伸(70-75）。特點(diǎn)：指數(shù)形式擴(kuò)增二.基因表達(dá)載體的構(gòu)建（基因工程的核心—體外進(jìn)行）1.目的：使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在;可以遺傳給下一代;使目的基因可以表達(dá)和發(fā)揮作用。目的基因:根據(jù)需要來(lái)選擇。2．基因表達(dá)啟動(dòng)子:位于基因首端,RNA聚合酶辨認(rèn)和結(jié)合的部位,驅(qū)動(dòng)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(lái)。標(biāo)記基因：鑒別受體細(xì)胞中是否具有目的基因。3.方法:同種限制酶分別切割載體和目的基因,再用DNA連接酶把兩者連接。目的基因與運(yùn)載體結(jié)合(以質(zhì)粒為運(yùn)載體）4.條件：同種限制酶、DNA連接酶、（目的基因、啟動(dòng)子、終止子、標(biāo)記基因）三.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞轉(zhuǎn)化：目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi),并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過(guò)程。導(dǎo)入植物細(xì)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(xì)胞）,基因槍法、花粉管通道法。(過(guò)程重點(diǎn)介紹）②導(dǎo)入動(dòng)物細(xì)胞:顯微注射法（將基因表達(dá)載體提純，用顯微儀注射到受精卵中）（過(guò)程重點(diǎn)介紹)③導(dǎo)入微生物細(xì)胞:Cａ2+解決受體細(xì)胞成為感受態(tài)細(xì)胞,再進(jìn)行混合。提醒:農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法的原理是運(yùn)用農(nóng)桿菌(胞內(nèi)寄生菌)對(duì)植物的感染而把目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞。四．目的基因的檢測(cè)和鑒定分子檢測(cè):導(dǎo)入檢測(cè)+表達(dá)檢測(cè)①導(dǎo)入檢測(cè):運(yùn)用DＮA分子雜交技術(shù)，目的基因DNA一條鏈（作探針）與受體細(xì)胞中提取的DNA雜交，看是否有雜交帶。②表達(dá)檢測(cè):目的為了檢測(cè)是否轉(zhuǎn)錄出了ｍＲＮA,運(yùn)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(xì)胞中提取的mRNA雜交，看是否有雜交帶。③表達(dá)檢測(cè)：目的為了檢測(cè)目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)?？贵w與蛋白質(zhì)進(jìn)行抗原－抗體雜交,看是否有雜交帶。個(gè)體水平的鑒定：進(jìn)行抗蟲、抗病的接種實(shí)驗(yàn),根據(jù)其性狀判斷是否表達(dá)。提醒:①DＮA分子雜交技術(shù)一方面提取受體細(xì)胞中的DNA,然后高溫解成單鏈，再與同位素標(biāo)記的DＮA探針雜交；②抗原-抗體雜交所用到的抗體是用表達(dá)出的蛋白質(zhì)注射動(dòng)物進(jìn)行免疫,產(chǎn)生相應(yīng)的抗體，并提取出而來(lái)的第3節(jié)基因工程的應(yīng)用教材梳理：知識(shí)點(diǎn)一植物基因工程的應(yīng)用植物基因工程技術(shù)重要用于提高農(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)和運(yùn)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）的基因重要是Ｂt毒蛋白基因、蛋白酶克制劑基因、淀粉酶克制劑基因、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：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(duì)農(nóng)作物的生產(chǎn)會(huì)導(dǎo)致很大影響,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(xì)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)由于人們的食品具有的營(yíng)養(yǎng)不平衡,不能滿足人們對(duì)食品的規(guī)定,這樣，可以通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)，使植物可以合成某些本來(lái)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(shí)點(diǎn)二動(dòng)物基因工程的應(yīng)用1.用于提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度：由于外援生長(zhǎng)激素基因的表達(dá)可以使轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生長(zhǎng)得更快，將這類基因?qū)雱?dòng)物體內(nèi),以提高動(dòng)物的生長(zhǎng)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(duì)牛奶中的乳糖不能完全消化或食用后會(huì)出現(xiàn)過(guò)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)藥物基因工程不僅促進(jìn)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(zhǎng)激素、人腦激素、α－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(shí)現(xiàn)商品化。此外,尚有促紅細(xì)胞生成素、白細(xì)胞介素－2、腎素、心鈉素等一大批珍貴藥品正處在試用或臨床實(shí)驗(yàn)階段。4.用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物做器官移植的供體：目前，人體移植器官短缺是一個(gè)世界性的難題,用其它動(dòng)物的器官替代，又會(huì)出現(xiàn)免疫排斥現(xiàn)象,現(xiàn)在,科學(xué)家正試圖運(yùn)用基因工程方法對(duì)一些動(dòng)物的器官進(jìn)行改造，哺育出沒(méi)有免疫排斥反映的轉(zhuǎn)基因克隆器官。知識(shí)點(diǎn)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(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達(dá)成治療疾病的目的，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(xì)胞，進(jìn)行培養(yǎng),然后在體外完畢基因轉(zhuǎn)移,再篩選成功轉(zhuǎn)移的細(xì)胞擴(kuò)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(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因的治療方法叫做體內(nèi)基因治療。說(shuō)明：對(duì)于遺傳病的治療最主線的方法是進(jìn)行基因替換或修復(fù)。基因治療的最佳時(shí)期理論上是受精卵時(shí)期,這樣可以使個(gè)體的每個(gè)細(xì)胞都具有正?；?但在現(xiàn)實(shí)生活中是不也許的，由于不也許人人在受精卵時(shí)期進(jìn)行基因檢查。另一方面是對(duì)患者進(jìn)行相關(guān)細(xì)胞的基因替換,如:對(duì)于遺傳性糖尿病患者，只對(duì)胰腺的Ｂ細(xì)胞進(jìn)行基因替換,該個(gè)體就能正常分泌胰島素,糖尿病得以治療;但這種局部細(xì)胞的基因替換,并沒(méi)有改變其它部位細(xì)胞的基因,如精原細(xì)胞,其后代很大也許還會(huì)患遺傳性糖尿病。教材拓展拓展點(diǎn)一該節(jié)內(nèi)容是對(duì)第2節(jié)知識(shí)的綜合運(yùn)用，是近幾年及此后幾年高考的主考點(diǎn)。在學(xué)習(xí)這部分知識(shí)時(shí),要注意以下幾點(diǎn):1.純熟、靈活掌握第2節(jié)的基礎(chǔ)知識(shí),形成系統(tǒng)的、完善的知識(shí)體系２.目的基因來(lái)自其他生物,目的基因和受體細(xì)胞的基因構(gòu)成基因重組，這是基因工程的原理。3.?？贾R(shí)為基因操作的基本環(huán)節(jié)４.相關(guān)知識(shí)為DＮA的結(jié)構(gòu)和復(fù)制、基因控制蛋白質(zhì)的合成及對(duì)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(shí)，達(dá)成靈活運(yùn)用限度，進(jìn)行知識(shí)遷移。拓展點(diǎn)二基因治療的過(guò)程（以鐮刀形細(xì)胞貧血癥的治療為例)環(huán)節(jié)過(guò)程獲取正常的血紅蛋白基因用限制性核酸內(nèi)切酶從人的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(gè)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(xì)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(xì)胞。將含正常血紅蛋白基因的造血干細(xì)胞回輸給患者骨髓將攜帶正常血紅蛋白基因的造血干細(xì)胞輸入患者骨髓中,此造血干細(xì)胞產(chǎn)生含正常血紅蛋白的紅細(xì)胞,以根治鐮刀形細(xì)胞貧血癥拓展點(diǎn)三運(yùn)用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性所謂運(yùn)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(dá)載體后導(dǎo)入微生物,然后運(yùn)用微生物發(fā)酵來(lái)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.運(yùn)用活細(xì)胞作為表達(dá)系統(tǒng),表達(dá)效率高，無(wú)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(lái)源的局限性。例如,胰島素是治療糖尿病患者的藥物,一名糖尿病患者每年需用的胰島素需要從4０頭?；?0頭豬的胰臟中才干提取到。19７8年科學(xué)家用200０Ｌ大腸桿菌發(fā)酵液得到100ｇ胰島素，相稱于從1000ｋg豬胰臟中提取的量。又如，生長(zhǎng)素是治療侏儒癥患者的藥物，治療一名侏儒癥患者每年需要從8０具尸體的腦下垂體中提取生長(zhǎng)素。運(yùn)用基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn)就不需要從動(dòng)物或人體上獲取原料。3.減少生產(chǎn)成本,減少生產(chǎn)人員和管理人員。第4節(jié)蛋白質(zhì)工程的崛起教材梳理：知識(shí)點(diǎn)一:蛋白質(zhì)工程崛起的緣由基因工程生產(chǎn)的自然界已有的蛋白質(zhì)已經(jīng)不能滿足人類生產(chǎn)和生活的需求。應(yīng)當(dāng)在基因工程的基礎(chǔ)上按照人們意愿對(duì)基因進(jìn)行操作，從而生產(chǎn)出人們所需要的蛋白質(zhì)。知識(shí)點(diǎn)二: