人教版高中生物选修三第一章基因工程学案

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人教版高中生物选修三第一章基因工程学案

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选修三 第一章 基因工程(学案27)
学习目标
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)。
课前探究
1.基因工程的概念
(1)供体:提供         。      (2)操作环境:        。      (3)操作水平:         水平。
(4)原理:        。           (5)受体:表达目的基因。      (6)本质:性状在受体体内的表达。
(7)优点:克服              的障碍,定向改造生物的           。
2.DNA重组技术的基本工具
(1)限制性核酸内切酶(简称:          )
①主要是从      生物中分离纯化出来的。
②作用:识别特定的           并切开特定部位的两个核苷酸之间的           。
③结果:产生          或平末端。
(2)DNA连接酶
①种类:按来源可分为E·coli DNA连接酶和T4DNA连接酶。
②作用:将双链DNA片段“缝合”起来,恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的              。
③DNA连接酶和限制酶的关系
 
(3)载体
①种类:        、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。
②质粒的特点:                                                                        
2.基因工程的操作过程与应用
1.基因工程的基本操作步骤
(1)获得目的基因
①目的基因:人们所需要的基因。如:人的胰岛素基因、白细胞介素基因、植物的抗病基因等。
②获取方法                          
(2)形成重组DNA分子
一般用                    分别切割含有          的供体DNA分子和载体DNA(如质粒),使其产生相同的          ,然后用             将两者连接在一起,形成            。
(3)将重组DNA分子导入受体细胞
①常用的受体细胞:         、枯草杆菌、酵母菌和动植物细胞等。
②导入方法举例:用质粒作为载体,宿主细胞应该选择             ,用               处理大肠杆菌,增加其          的通透性,使含有目的基因的           进入大肠杆菌宿主细胞。
(4)筛选含有目的基因的受体细胞
①筛选原因:并不是所有的细胞都接纳了          。
②筛选方法举例:质粒上有抗生素如四环素的           ,所以含有这种重组质粒的受体细胞就能够在有         的培养基中生长,而没有接纳          的细胞则不能生长,这样就能筛选出含有        的受体细胞。
(5)目的基因的表达:目的基因在            中表达,产生人们需要的         。
3.基因工程的应用
(1)基因工程与遗传育种
①转基因植物:培育优点                                                                
②转基因动物
(2)基因工程与疾病治疗
①基因工程药物:如通过大肠杆菌生产胰岛素治疗糖尿病,通过酵母菌生产乙肝疫苗等。
②基因治疗指的是向目标细胞中引入         的基因,以         基因的缺陷,达到治疗的目的。
3.蛋白质工程
(1)流程图
写出流程图中字母代表的含义:
A.       ,B.          ,C.           ,D.            ,E.              。
(2)结果:改造了现有蛋白质或制造出            。
(3)应用:主要集中应用于对               进行改造,改良生物性状。
【课堂探究】
【探究点一】 限制性核酸内切酶、DNA连接酶等酶的作用
【典例1】如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化,图中依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是(  )
A.①②③④       B.①②④③             
C.①④②③       D.①④③②
【变式训练1】若要利用某目的基因(见图甲)和P1噬菌体载体(见图乙)构建重组DNA(见图丙),限制性核酸内切酶的酶切位点分别是BglⅡ(A↓GATCT)、EcoRⅠ(G↓AATTC)和Sau3AⅠ(↓GATC)。下列分析合理的是(  )
A.用EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体
B.用BglⅡ和EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体
C.用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体
D.用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体
【拓展提升】1.确定限制酶的种类
(1)根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类
①应选择切点位于目的基因两端的限制酶,如图甲可选择           。
②不能选择切点位于目的基因内部的限制酶,如图甲不能选择            。
③为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接,也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒,如图甲也可选择用                两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。
(2)根据质粒的特点确定限制酶的种类
①所选限制酶要与切割目的基因的限制酶相一致,以确保具有相同的             。
②质粒作为载体必须具备标记基因等,所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构,如图乙中限制酶
        会破坏标记基因;如果所选酶的切点不止一个,则切割重组后可能会丢失某些片段,若丢失的片段含复制起点区,则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。
【探究点二】 目的基因的获取及基因表达载体的构建
【典例2】下图是利用基因工程技术生产可食用疫苗的部分过程,其中PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、ApaⅠ为四种限制性核酸内切酶。下列有关说法中正确的是(  )

A. 抗卡那霉素基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来
B.图示中构建基因表达载体时,需用到一种限制性核酸内切酶
C.一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核糖核苷酸序列
D. 图示过程是基因工程的核心步骤,所需的限制性核酸内切酶均来自原核生物
【拓展提升】如图为抗虫棉的培育过程,请据图回答下列问题:
(1)该基因工程中的目的基因和载体分别是什么?一般情况下,为什么要用同一种限制酶处理目的基因和载体?
                                             
(2)该实例中,采用何种方法导入目的基因?为什么目的基因可以整合到染色体的DNA上?
                                              
(3)该实例中,检测目的基因是否表达常见的方法有哪两种?
【变式训练2】如图表示用化学方法合成目的基因Ⅰ的过程。据图分析,下列叙述正确的是(  )
 
A.过程①需要DNA连接酶
B.过程②需要限制性核酸内切酶
C.目的基因Ⅰ的碱基序列是已知的
D.若某质粒能与目的基因Ⅰ重组,则该质粒和目的基因Ⅰ的碱基序列相同
【探究点三】 蛋白质工程概念和过程的辨析
【典例3】现代生物技术并不是各自独立的,而是相互联系、相互渗透的。下图表示利用乳腺生物反应器生产某种动物蛋白的流程示意图,请分析回答下列问题:


(1)该生产流程中应用到的现代生物技术有__________、______________(写出其中两种)。
(2)图中A、B分别表示____________________________、______________________。
(3)为提高培育成功率,进行②过程之前,对早期胚胎的处理是取其部分细胞用目的基因探针进行________检测,对受体动物的处理是用____________进行同期发情处理。
(4)蛋白质工程中,要对蛋白质结构进行设计改造,必须通过基因修饰或基因合成来完成,而不直接改造蛋白质,原因是___________________________________________________。
当堂达标
1.(2015·全国Ⅱ,40)已知生物体内有一种蛋白质(P),该蛋白质是一种转运蛋白,由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸,240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸,改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能,而且具有了酶的催化活性。回答下列问题:
(1)从上述资料可知,若要改变蛋白质的功能,可以考虑对蛋白质的____________________进行改造。
(2)以P基因序列为基础,获得P1基因的途径有修饰________基因或合成________基因,所获得的基因表达时是遵循中心法则的,中心法则的全部内容包括______________的复制,以及遗传信息在不同分子之间的流动,即:_______________________________________________________________。
(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程,其基本途径是从预期蛋白质功能出发,通过__________________和____________________,进而确定相对应的脱氧核苷酸序列,据此获得基因,再经表达、纯化获得蛋白质,之后还需要对蛋白质的生物________进行鉴定。
2.将苏云金杆菌Bt蛋白的基因导入棉花细胞中,可获得抗棉铃虫的转基因棉,其过程如下图所示:
 
注:农杆菌中Ti质粒上只有TDNA片段能转移到植物细胞中。
(1)过程①需用同种__________________酶对含Bt基因的DNA和Ti质粒进行酶切。为将过程②获得的含重组质粒的农杆菌筛选出来,应使用________培养基。
(2)过程③中将棉花细胞与农杆菌混合后共同培养,旨在让________进入棉花细胞;除尽农杆菌后,还须转接到含卡那霉素的培养基上继续培养,目的是_________________________________。
(3)若过程④仅获得大量的根,则应在培养基中增加__________________以获得芽;部分接种在无激素培养基上的芽也能长根,原因是_________________________________________。
(4)检验转基因棉的抗虫性状,常用方法是_____。种植转基因抗虫棉能减少_____的使用,以减轻环境污染。
D.蛋白质工程中可能构建出一种全新的基因
11.下图是某种动物蛋白质工程示意图,请据图回答下列问题:
 

(1)目前,蛋白质工程中难度最大的是图中编号______所示的过程,实现③过程的依据有________________。
(2)在⑤过程中,________连接酶既可以“缝合”双链DNA片段互补的黏性末端,又可以“缝合”双链DNA片段的平末端。
(3)为获得较多的受精卵进行研究,⑥过程需用激素做____________处理。若⑥过程所得的卵母细胞是从屠宰母畜的卵巢中获得的,则体外受精前的⑧过程表示在体外人工培养卵母细胞到__________________期。
(4)为提高培育成功率,进行⑩过程之前,需对胚胎进行质量检查,应取部分滋养层细胞,以_______________为探针进行DNA分子杂交检测。对受体动物需要用特定的激素进行________________处理。

 

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