1、考点一基因工程考点一基因工程一、基因工程的基本工具1.限制酶(限制性内切核酸酶)来源主要是原核细胞作用识别双链DNA分子的特定核苷酸序列,并使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开结果形成黏性末端或平末端来源主要是大肠杆菌、T4噬菌体作用将双链DNA片段“缝合”起来,恢复被限制酶切开的磷酸二酯键主要种类E.coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶,前者只连接黏性末端,后者既可连接黏性末端,又可连接平末端2.DNA连接酶3.载体1)条件:能在受体细胞中复制并稳定保存;具有一至多个限制酶切割位点;具有标记基因等。2)种类:质粒(最常用)、噬菌体、动植物病毒等。3)作用:携带外源DNA片段进入受体细胞
2、。4)特点:可在受体细胞中自我复制或整合到受体DNA上,随受体DNA同步复制。二、基因工程的基本操作程序1.目的基因的筛选与获取1)筛选:从已知结构和功能清晰的基因中筛选。2)获取和扩增目的基因获取目的基因A.通过化学合成法直接人工合成目的基因,如利用DNA合成仪直接人工合成比较小的目的基因。B.通过基因文库(如基因组文库和cDNA文库)获取目的基因。C.直接从细胞中提取DNA或RNA,通过限制酶酶切或RNA的逆转录获得目的基因。PCR扩增目的基因A.原理:DNA半保留复制。B.前提:已知目的基因的一段核苷酸序列,以便根据这一序列合成引物。C.条件:DNA母链、引物(2种)、耐高温的DNA聚合
3、酶和4种脱氧核苷酸。D.E.结果:1个DNA2n个DNA(n为扩增循环次数)。F.鉴定:常用琼脂糖凝胶电泳鉴定PCR产物。【名师点拨】思考:引物结合位置不在模板链端部时,第几次循环才能出现双链等长的目标DNA片段?提示:第三次循环(如图)。2.基因表达载体的构建1)目的:使目的基因在受体细胞中稳定存在、表达、发挥作用并可遗传给下一代。2)基因表达载体的构成3.将目的基因导入受体细胞1)植物细胞:农杆菌转化法、花粉管通道法。2)动物细胞:显微注射法。3)原核细胞:常用Ca2+处理原核细胞,使之处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态,然后将重组载体导入细胞。【疑难突破】农杆菌内含有Ti质粒,
4、当农杆菌侵染植物细胞后,能将Ti质粒上的T-DNA序列转移到被侵染的细胞,并且将其整合到该细胞的染色体DNA上。4.目的基因的检测与鉴定1)分子水平2)个体生物学水平:抗性实验。考点二基因工程的应用与蛋白质工程考点二基因工程的应用与蛋白质工程一、基因工程的应用1.农牧业方面:改良动植物品种,提高作物和畜产品的产量等。2.医药卫生领域:利用生物反应器和基因工程菌等获得重要医药产品;培育转基因克隆猪器官,解决人类器官移植时供体器官不足和免疫排斥问题。3.食品工业方面:利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。二、蛋白质工程1.出现的缘由:基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质,不能满
5、足人们生产、生活所需。2.手段:改造或合成基因。3.目的:改造现有蛋白质或制造新蛋白质。4.基本思路:预期蛋白质功能设计预期蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新基因获得所需蛋白质。考点三考点三DNADNA的粗提取与鉴定的粗提取与鉴定1.实验原理1)DNA不溶于酒精,但某些蛋白质溶于酒精。2)沸水浴条件下,DNA与二苯胺反应呈蓝色。2.实验过程:选取DNA含量高的生物组织破碎细胞,获取含DNA的滤液加入体积分数为95%的冷酒精,用玻璃棒搅拌,析出DNA(丝状物)将丝状物溶于2 mol/L的NaCl溶液,用二苯胺鉴定(沸水浴)。考点四生物技术的安全性与伦理
6、问题考点四生物技术的安全性与伦理问题一、转基因产品的安全性1.对转基因产品安全性争论的原因1)原本是自然造就的生命形式被人为改造后出现了全新特征。2)人们具有不同的价值观取向。2.理性看待转基因技术我国政策1)研究上要大胆,坚持自主创新;2)推广上要慎重,做到确保安全;3)管理上要严格,坚持依法监管。二、克隆技术引发的伦理问题1.生殖性克隆与治疗性克隆2.我国禁止生殖性克隆人,不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验;主张对治疗性克隆进行有效监控和严格审查。3.试管婴儿和设计试管婴儿 生殖性克隆治疗性克隆胚胎处理移植到母体子宫早期胚胎干细胞特定组织器官器官移植目的获得独立生存个体修复
7、或替代受损的细胞、组织和器官,以治疗疾病1)试管婴儿:;设计试管婴儿:。后者比前者多了“遗传学诊断”过程。2)目的:试管婴儿技术主要是解决不孕夫妇的生育问题;设计试管婴儿技术主要用于治疗白血病、贫血症等。3)相同点:两者都是体外受精(有性生殖),并进行体外早期胚胎培养和胚胎移植。4)国家政策及伦理问题:设计试管婴儿需要经过国家有关部门的严格审批,不宜推广,并且要严防滥用。“设计完美婴儿”的想法与尊重自然、尊重生命的理念相冲突。三、禁止生物武器1.种类:致病菌类、病毒类和生化毒剂类等。2.我国的态度:三不一反对。任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器,并反对生物武器及其技术和设备的扩散。图乙
8、Ti质粒图甲提升提升限制酶的限制酶的选择选择1)质粒和目的基因所在片段都有切割位点。2)不能选在目的基因、启动子、终止子、复制原点等处有切割位点的限制酶,防止破坏这些元件。3)标记基因有多个时,至少保留一个标记基因。4)若用Ti质粒,目的基因必须插入T-DNA序列。5)为避免目的基因和质粒的自身环化、随意连接,可使用两种限制酶同时切割目的基因和质粒。综合图甲、图乙可知:最宜选用BamH和EcoR进行双酶切。应用生物技术的研究与应用应用生物技术的研究与应用情境材料口蹄疫由口蹄疫病毒引起,该病毒的VP1基因表达的蛋白可诱导动物机体产生中和抗体。科学家将VP1基因转入拟南芥、马铃薯、烟草和苜蓿中,均
9、引起动物产生了抗口蹄疫病毒的特异性免疫反应,这些研究成果极大地促进了口蹄疫疫苗的研究。由于烟草的毒性、马铃薯块茎难以生食等因素,转基因植物疫苗难以直接用于口服。胡萝卜易于组织培养和转化,且可以生食,是生产口服疫苗理想的“生物反应器”。因此以胡萝卜为转化受体,研究VP1基因在转基因胡萝卜中的表达情况,为进一步研究利用转基因植物生产口服疫苗提供了一条新途径。问题探究 (1)构建表达载体的目的是什么?(2)用农杆菌转化法将VP1基因转入胡萝卜细胞,其原理是什么?要点点拨 (1)使目的基因在受体细胞中稳定存在、表达、发挥作用并遗传给下一代。(2)农杆菌含Ti质粒,侵染植物细胞后,能将Ti质粒上的T-D
10、NA转移至被侵染的细胞,并将其整合到该细胞的染色体DNA上。创新基因诊断与基因组编辑创新基因诊断与基因组编辑一、基因诊断基因诊断:又称DNA诊断,是采用基因检测的方法判断患者是否出现基因异常或携带病原体。比如,新冠肺炎核酸检测(荧光定量PCR)。二、基因组编辑1.被编辑的细胞所需三种组分1)人工合成的短链RNA:作为向导,与目的基因中希望被编辑的DNA序列结合。2)核酸酶,如Cas9。特性:核酸酶可与短链RNA结合。作用:将与向导RNA结合的DNA切割下来。3)模板DNA:合成正常的DNA,替换致病基因。2.实例:美籍华裔生物学家张锋利用CRISPR/Cas9对哺乳动物细胞成功进行编辑。3.模型构建
