基因工程教案

教師姓名鄭遠(yuǎn)懷學(xué)生姓名梁偉鋒填寫時間2011-學(xué)科生物年級高二教材版本人教版階段第（1）周觀察期：□維護(hù)期：□上課時間課題名稱基因工程課時計劃第（）次課共（）次課教學(xué)目標(biāo)掌握基因工程的原理和技術(shù)掌握基因工程的應(yīng)用教學(xué)重點難點基因工程技術(shù)的操作原理教學(xué)過程基因工程及其應(yīng)用1.概念：按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。原理基因重組3．工具：A．基因的“剪刀”：限制性內(nèi)切酶①分布：主要在微生物中。②作用特點：特異性，即識別特定核苷酸序列，切割特定切點。③結(jié)果：產(chǎn)生黏性未端（堿基互補配對）。B．基因的“針線”：DNA連接酶①連接的部位：磷酸二酯鍵，不是氫鍵。②結(jié)果：兩個相同的黏性未端的連接。C．基因的“運載工具”：運載體①作用：將外源基因送入受體細(xì)胞。②具備的條件：a、能在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定地保存。b、具有多個限制酶切點。c、有某些標(biāo)記基因。③種類：質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒。④質(zhì)粒的特點：質(zhì)粒是基因工程中最常用的運載體。4．基因操作的基本步驟：①提取目的基因：人們所需要的特定基因，如人的胰島素基因、抗蟲基因、抗病基因、干擾素基因等②目的基因與運載體結(jié)合（以質(zhì)粒為運載體）：用同一種限制酶分別切割目的基因和質(zhì)粒DNA（運載體），使其產(chǎn)生相同的黏性末端，將切割下的目的基因與切割后的質(zhì)?；旌?，并加入適量的DNA連接酶，使之形成重組DNA分子（重組質(zhì)粒）③將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞常用的受體細(xì)胞：大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農(nóng)桿菌、酵母菌、動植物細(xì)胞④目的基因檢測與表達(dá)檢測方法如：質(zhì)粒中有抗菌素抗性基因的大腸桿菌細(xì)胞放入到相應(yīng)的抗菌素中，如果正常生長，說明細(xì)胞中含有重組質(zhì)粒。表達(dá)：受體細(xì)胞表現(xiàn)出特定性狀，說明目的基因完成了表達(dá)過程。如：抗蟲棉基因?qū)朊藜?xì)胞后，棉鈴蟲食用棉的葉片時被殺死；胰島素基因?qū)氪竽c桿菌后能合成出胰島素等。5．轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性一．知識網(wǎng)絡(luò)概念：又叫DNA重組技術(shù)，是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計，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，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品基因工程工具來源：主要從原核生物分離純化基因工程工具（“分子手術(shù)刀（“分子手術(shù)刀”）結(jié)果：產(chǎn)生黏性末端或平末端E·coliDNA連接酶DNA連接酶E·coliDNA連接酶DNA連接酶“分子縫合針”本作用：連接黏性末端T4DNA連接酶工來源：T4噬菌體T4DNA連接酶具作用：可連接兩種末端常用載體：質(zhì)粒能在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體必備條件具有一至多個限制酶切點（“分子運輸車”）具有標(biāo)記基因其他載體：噬菌體的衍生物、動植物病毒啟動子就是RNA聚合酶識別和結(jié)合的位點，沒有它沒法子轉(zhuǎn)錄啦終止子即RNA聚合酶停止轉(zhuǎn)錄的位點，相當(dāng)于閘門標(biāo)記基因，當(dāng)目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞后需要鑒定是否成功進(jìn)入受體細(xì)胞并穩(wěn)定存在，就將該細(xì)胞放入含有某些特異性成分的培養(yǎng)液中，如果不含有標(biāo)記基因，就無法存活。這樣就鑒別出來啦，標(biāo)記基因其實就是抗性基因，如抗四環(huán)素基因等，此時就可以用含四環(huán)素的培養(yǎng)液鑒別啦1.已知某種限制性核酸內(nèi)切酶在一線性DNA分子上有3個酶切位點，如圖中箭頭所指。如果該線性DNA分子在3個酶切位點上都被該酶切斷，則會產(chǎn)生a、b、c、d四種不同長度的DNA片段。現(xiàn)有多個上述線性DNA分子，若在每個DNA分子上至少有1個酶切位點被該酶切斷，則從理論上講，經(jīng)該酶切割后，這些線性DNA分子最多能產(chǎn)生長度不同的DNA片段種類數(shù)是A．3B．4C．9D．122．如圖所示的四條DNA分子中，彼此間具有相同黏性末端的一組是A．①②Ｂ．②③C．③④D．②④目的基因：主要指編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因目的基因：主要指編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因從基文庫中獲取目的基因方法利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因用化學(xué)方法直接人工合成基因組文庫部分基因文庫（cDNA文庫）目的基因的獲取目的：使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳至下一代，目的：使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳至下一代，使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用組成：目的基因+啟動子+終止子+標(biāo)記基因基因工程的操作程序基因表達(dá)載體基因工程的操作程序的構(gòu)建將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞：農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法、花粉管通道法將目的基因?qū)雱游锛?xì)胞：顯微注射法將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞：農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法、花粉管通道法將目的基因?qū)雱游锛?xì)胞：顯微注射法Ca2+含重組DNA分將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞：受體細(xì)胞↓感受態(tài)子的緩沖液感受態(tài)細(xì)胞吸細(xì)胞收DNA分子的基因?qū)胧荏w細(xì)胞檢測轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA是否插入了目的基因（DNA分子雜交法）檢測轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA是否插入了目的基因（DNA分子雜交法）↓檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA（RNA分子雜交法）↓檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)（抗原—抗體雜交法）目的基因的檢測與鑒定基因組文庫是指含有某種生物全部基因隨機(jī)片段的重組DNA克隆群體.構(gòu)建文庫時,先提純?nèi)旧wDNA,通過機(jī)械剪切或酶切使之成為一定大小的片段,然后與適當(dāng)?shù)妮d體(如λ噬菌體)DNA連接,經(jīng)體外包裝后轉(zhuǎn)染宿主菌,得到一組含有不同DNA片段的重組噬菌體顆粒,含有目的基因片段的重組子可經(jīng)帶標(biāo)記的探針與基因組文庫雜交而篩選出來,用于進(jìn)一步的研究cDNA文庫是以特定的組織或細(xì)胞mRNA為模板，逆轉(zhuǎn)錄形成的互補DNA（cDNA）與適當(dāng)?shù)妮d體（常用噬菌體或質(zhì)粒載體）連接后轉(zhuǎn)化受體菌形成重組DNA克隆群，這樣包含著細(xì)胞全部mRNA信息的cDNA克隆集合稱為該組織或細(xì)胞的cDNA文庫。cDNA文庫特異地反映某種組織或細(xì)胞中，在特定發(fā)育階段表達(dá)的蛋白質(zhì)的編碼基因，因此cDNA文庫具有組織或細(xì)胞特異性抗蟲轉(zhuǎn)基因植物抗蟲轉(zhuǎn)基因植物—減輕農(nóng)藥對環(huán)境的污染植物基因工程抗病轉(zhuǎn)基因植物抗逆轉(zhuǎn)基因植物利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)提高動物生長速度改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)提高動物生長速度改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)動物基因工程用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體基因工程藥品的生產(chǎn)應(yīng)用把正常基因?qū)塍w內(nèi)，使該基因表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮作用把正常基因?qū)塍w內(nèi)，使該基因表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮作用基因治療體外基因治療方法體內(nèi)基因治療20．下列有關(guān)基因治療的敘述中正確的是A．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)到治療疾病的目的B．對有缺陷的細(xì)胞進(jìn)行修復(fù)，從而使其恢復(fù)正常，達(dá)到治療疾病的目的C．運用人工誘變的方法，使有基因缺陷的細(xì)胞發(fā)生基因突變，恢復(fù)正常D．由于基因治療能夠很好地達(dá)到治療各種疾病的目的，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用基因工程操作中的幾個問題DNA連接酶、DNA聚合酶等的理解5．與“限制性核酸內(nèi)切酶”作用部位完全相同的酶是A．逆轉(zhuǎn)錄酶B．RNA聚合酶C．DNA連接酶D．解旋酶蛋白質(zhì)工程與基因工程比較項目蛋白質(zhì)工程基因工程區(qū)別過程預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測氨基酸序列→推測脫氧核苷酸序列→合成DNA→表達(dá)出蛋白質(zhì)獲取目的基因→構(gòu)建表達(dá)載體→導(dǎo)入受體細(xì)胞→目的基因的檢測與鑒定實質(zhì)定向改造或生產(chǎn)人類所需蛋白質(zhì)定向地改造生物的遺傳性狀，以獲得人類所需的生物類型或生物產(chǎn)品（基因的異體表達(dá)）結(jié)果生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì)生產(chǎn)自然界中已有的蛋白質(zhì)聯(lián)系蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代基因工程。因為對現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新的蛋白質(zhì)，必須通過基因修飾或基因合成實現(xiàn)例題：下列有關(guān)PCR技術(shù)的說法不正確的是A．PCR技術(shù)是在細(xì)胞內(nèi)完成的B．PCR技術(shù)是一項在生物體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)C．PCR技術(shù)的原理與DNA復(fù)制的原理相同D．PCR技術(shù)的前提是有一段已知目的基因的核苷酸序列例題：21.下圖是培育表達(dá)人乳鐵蛋白的乳腺生物反應(yīng)器的技術(shù)路線。圖中tetR表示四環(huán)素抗性基因，ampR表示氨芐青霉素抗性基因，BamHI、HindIII、SmaI直線所示為三種限制酶的酶切位點。據(jù)圖回答：（1）圖中將人乳鐵蛋白基因插入載體，需用限制酶同時酶切載體和人乳鐵蛋白基因。篩選含有重組載體的大腸桿菌首先需要在含的培養(yǎng)基上進(jìn)行。（2）能使人乳鐵蛋白基因在乳腺細(xì)胞中特異性表達(dá)的調(diào)控序列是（填字母代號）。A.啟動子B.tetRC.復(fù)制原點D.ampR（3）過程①可采用的操作方法是（填字母代號）。A.農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化B.大腸桿菌轉(zhuǎn)化C.顯微注射D.細(xì)胞融合（4）為檢測人乳鐵蛋白是否成功表達(dá)，可采用（填字母代號）技術(shù)。A.核酸分子雜交B.基因序列分析C.抗原—抗體雜交D.PCR二、非選擇題1．科學(xué)家將動物體內(nèi)的能夠合成胰島素的基因與大腸桿菌的DNA分子重組，并且在大腸桿菌體內(nèi)表達(dá)成功。請根據(jù)圖回答問題：（1）此圖表示的是采取合成基因的方法獲取基因的過程。（2）圖中①DNA是以為模板，形成單鏈DNA，在酶的作用下合成雙鏈DNA，從而獲得了所需要的基因。（3）圖中③代表DNA含基因。（4）圖中④表示。2．如圖是利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)人白細(xì)胞干擾素的基本過程圖，據(jù)圖回答：（1）①過程需要（酶）的參與。（2）②物質(zhì)是從大腸桿菌分離出的其化學(xué)本質(zhì)是，它必須能在宿主細(xì)胞中。（3）將目的基因?qū)氪竽c桿菌時，用處理細(xì)胞，使細(xì)胞容易吸收DNA分子。（4）③過程表明目的基因。3．如圖所示，科學(xué)家將動物體內(nèi)的能夠合成胰島素的基因與大腸桿菌的DNA分子重組，并且在大腸桿菌中表達(dá)成功。請據(jù)圖回答問題：（1）為了增加目的基因的數(shù)量，可以利用技術(shù)進(jìn)行快速復(fù)制，其過程是：目的基因DNA受熱變性后解旋為單鏈；引物與單鏈相應(yīng)互補序列結(jié)合，然后在酶的作用下進(jìn)行延伸，如此循環(huán)。（2）圖中③代表基因表達(dá)載體，一個完整的基因表達(dá)載體一般應(yīng)包括啟動子、、目的基