第3章 基因工程（复习课件）生物人教版选择性必修3

该高中生物学单元复习课件系统梳理了基因工程的基本概念、工具、操作程序、PCR技术、应用及蛋白质工程，通过知识框架图将限制酶、DNA连接酶等工具与目的基因获取、表达载体构建等操作程序逻辑串联，帮助学生建立完整知识网络。 其亮点在于结合科学思维与探究实践设计复习活动，如通过限制酶选择、PCR引物设计等实验分析培养科学思维，搭配分层综合训练题。这种设计助力学生巩固核心知识，也为教师提供精准复习教学支持。

第3章 基因工程 单元复习 人教版2019选择性必修3 复习目标 一、掌握核心流程与基本原理 1.能完整复述基因工程的基本操作程序，并解释各环节的原理与关键操作。 2.理解三种基本工具的作用特点、作用位点及相互配合关系。 3.掌握PCR技术的原理、反应条件、操作过程及结果鉴定方法。 二、理解关键技术与应用场景 1.能辨析不同限制酶的作用特点，并能根据酶切位点选择合适的限制酶构建表达载体。 2.理解将目的基因导入植物、动物、微生物细胞的不同方法及其适用场景。 3.掌握目的基因检测与鉴定的不同层次。 三、提升实验探究与设计能力 1.能根据实验目的，设计PCR引物、选择限制酶、构建基因表达载体，并分析构建过程中可能出现的连接产物。 2.理解“DNA粗提取与鉴定”实验的原理及关键操作要点。 3.能辨析基因工程与蛋白质工程的区别与联系，理解蛋白质工程的操作思路 思维导图 知识剖析 考点01 DNA的粗提取与鉴定 知识讲解 1.提取DNA的原理 2.鉴定DNA的原理 某种蛋白质的溶解度 在一定温度下（沸水浴），DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色，因此二苯胺试剂可以作为鉴定DNA的试剂。 实验组 空白对照组 变蓝 不变蓝 （1）DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精。（2）DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，能溶于2mol/L NaCl溶液。0.14mol/LNaCl溶液溶解度最低 一、实验原理 4 知识剖析 考点01 DNA的粗提取与鉴定 知识讲解 1．选材 猪血（哺乳动物的成熟红细胞）无细胞核和线粒体，几乎不含DNA，不适合； 鸡血中红细胞有核DNA，且核DNA的量较多，适合。 含DNA的生物材料都可以，选取DNA含量相对较高的生物组织，成功率更大。 鸡血中加入柠檬酸钠，可防止血液凝固。 （1）选什么样的材料实验更易成功？ （2）猪血和鸡血，哪个适合用作提取DNA的材料？操作时如何防止血液凝固？ 新鲜洋葱、香蕉、菠菜、菜花和猪肝等 二、材料用具 5 知识剖析 考点01 DNA的粗提取与鉴定 知识讲解 2．试剂 研磨液 体积分数为95%的酒精 2mol/L 的NaCl溶液 二苯胺 试剂 蒸馏水 溶解并提取DNA 溶解蛋白质等，析出DNA 溶解DNA 鉴定DNA，要现配现用 6 知识剖析 考点01 DNA的粗提取与鉴定 知识讲解 取上 清液 充分 研磨 纱布过滤 95%冷酒精 离心 离心 丝状物 沉淀物 三、方法步骤 1.实验流程 7 知识剖析 考点01 DNA的粗提取与鉴定 知识讲解 2.DNA的鉴定 8 知识剖析 考点02 重组DNA技术的操作工具 知识讲解 重组DNA技术的操作工具 基因工程是指按照人们的意愿，进行严格的设计，并通过转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做重组DNA技术。 思考： 1.不同生物的基因为什么能拼接？ 2.外源基因为什么能在受体细胞中表达？ ①DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。 ②DNA分子都遵循碱基互补配对原则。 ③双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。 ①遗传信息的传递都遵循中心法则。 ②生物界共用一套遗传密码。相同的遗传信息 在不同的生物体内表达出相同的蛋白质。 基因工程的理论基础 9 知识剖析 考点02 重组DNA技术的操作工具 知识讲解 一、限制性内切核酸酶——”分子手术刀“ 1. 来源： 主要是原核生物，目前分离出数千种，也可人工合成 2.作用特点： 能够识别双链DNA分子的 ，并使每一条链中特定部位的 断开。 磷酸二酯键 特定脱氧核苷酸序列 3.一般由6个核苷酸组成，也有少数限制酶的识别序列由4个、8个或其他数量的核苷酸组成。 EcoR I 限制酶 5´GAATTC3´ 10 知识剖析 考点02 重组DNA技术的操作工具 知识讲解 （1）黏性末端 限制酶在它识别序列的中心轴线两侧，将DNA分子的两条链分别切开时，产生的是粘性末端。 经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式，黏性末端和平末端。 5´AATT 3 ´ 4.作用结果 11 知识剖析 考点02 重组DNA技术的操作工具 知识讲解 （2）平末端 限制酶在它识别序列的中心轴线处切开时，产生的是平末端。 12 知识剖析 考点02 重组DNA技术的操作工具 知识讲解 问题一：限制酶存在于原核生物中，主要的作用是什么？ 原核生物易受自然界外源DNA入侵，生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，限制酶就是它的一种防御性工具。当外源DNA入侵时，它会利用限制酶将外源DNA切割掉，使之失效，从而保护自身的安全。 问题二：限制酶不剪切细菌本身的DNA的原因是什么？ 经过长期的进化，含有某种限制酶的细菌，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到限制酶所识别序列的碱基上。使限制酶不能将其切开，这样尽管细菌中含有某种限制酶，也不会使自身的DNA被切断，却可以防止外源DNA的入侵。 13 知识剖析 考点02 重组DNA技术的操作工具 知识讲解 、 。 A.1种 B.2种 C.3种 D.4种 D 图中的黏性末端哪些能连接在一起？ ① ② ③ ④ ①② 问题三：下列所示的黏性末端是由几种限制性内切核酸酶作用产生的（　　） ③④ 问题四：DNA片段经限制酶处理后产生的相同黏性末端，再经过DNA连接酶处理后（即①②连接到一起后），形成的新的识别序列，能否再被所用的限制酶识别？ T T A A G C T T A A C G ①②连接形成的新序列： 原来限制酶识别的序列： C G T T A A 若两个相同黏性末端是由不同限制酶切割所得，形成的新的识别序列，不能再被所用的限制酶识别。 ① ② 14 知识剖析 考点02 重组DNA技术的操作工具 知识讲解 种类 来源 作用 差别 E.coli DNA连接酶连接平末端时效率远低于T4 DNA连接酶 都能将双链DNA片段“缝合“起来，恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。 均能连接平末端和粘性末端。 E.coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶 大肠杆菌 T4噬菌体 二、DNA连接酶——”分子缝合针“ 15 知识剖析 考点02 重组DNA技术的操作工具 知识辨析 DNA连接酶 DNA聚合酶 相同 作用实质 化学本质 不 同 点 模板 作用对象 作用结果 用途 都能催化形成磷酸二酯键 都是蛋白质 不需要 需要DNA的一条链作模板 形成完整的重组DNA分子 形成DNA的一条链 DNA复制、基因工程 DNA复制、基因工程 在两个DNA片段间形成磷酸二酯键 将单个核苷酸连接到已有DNA片段，形成磷酸二酯键 DNA连接酶与DNA聚合酶 16 知识剖析 考点02 重组DNA技术的操作工具 知识讲解 三、基因进入受体细胞的载体——”分子运输车“ 将 送入 ，在受体细胞内对目的基因进行 。 外源基因 在基因工程中使用的载体包括 等。 质粒、噬菌体和动植物病毒 种类 用途 不同点 质粒、噬菌体 植物病毒 动物病毒 将外源基因导入各种受体细胞 将外源基因导入植物细胞 将外源基因导入动物细胞 它们来源不同，在大小、结构、复制方式以及可以插入外源DNA片段的大小也有很大差别 动物病毒 噬菌体 1.作用： 2.种类： 受体细胞 大量复制 17 知识剖析 考点02 重组DNA技术的操作工具 知识讲解 （1）载体要与外源基因连接，需要具备什么条件？ 具有一个至多个限制酶切割位点供外源DNA片段插入。 （2）要使携带的外源基因在受体细胞中稳定存在，需要具备什么条件？ 能在受体细胞内进行自我复制，或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制，对受体细胞无害、易分离。 （3）为了便于筛选重组DNA分子，载体需要具备什么条件？ 具有标记基因，用于筛选含重组DNA分子的细胞。常见的标记基因有四环素抗性基因、氨苄青霉素抗性基因等。 3.载体具备的条件 18 知识剖析 考点02 重组DNA技术的操作工具 知识讲解 质粒是一种裸露的结构简单的，独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外并具有自我复制能力的环状双链DNA分子。质粒是基因工程中最常用的载体。 质粒来源于细菌、霉菌和酵母菌等的细胞质，对细胞的正常生活几乎没有影响，最常用的是大肠杆菌质粒。 最常用的载体是质粒 真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。 19 知识剖析 考点02 重组DNA技术的操作工具 典例分析 例1.下列关于“DNA粗提取与鉴定”实验的叙述，错误的是（ ） A.实验中如果将研磨液更换为蒸馏水，DNA提取的效率会降低 B.利用DNA和蛋白质在酒精中的溶解度差异，可初步分离DNA C.DNA在不同浓度NaCl溶液中溶解度不同，该原理可用于纯化DNA粗提物 D.将溶解的DNA粗提物与二苯胺试剂反应，可检测溶液中是否含有蛋白 质杂质 D 20 知识剖析 考点02 重组DNA技术的操作工具 典例分析 例2.用氨苄青霉素抗性基因(AmpR)、四环素抗性基因(TetR)作为标记基因构建的质粒如图所示。用含有目的基因的DNA片段和用不同限制酶酶切后的质粒，构建基因表达载体(重组质粒)，并转化到受体菌中。下列叙述错误的是(　　) A.若用HindⅢ酶切，目的基因转录的产物可能不同 B.若用PvuⅠ酶切，在含Tet(四环素)培养基中的菌落，不一定含有目的基因 C.若用SphⅠ酶切，可通过DNA凝胶电泳技术鉴定重组质粒构建成功与否 D.若用SphⅠ酶切，携带目的基因的受体菌在含Amp (氨苄青霉素)和Tet的培养基中能形成菌落 D 21 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 苏云金杆菌 与载体拼接 普通棉花 （无抗虫特性） 棉花细胞 抗虫棉 提取 表达Bt基因 导入 Bt基因 重组DNA分子 培育转基因抗虫棉的简要过程 1.目的基因的筛选与获取 2.基因表达载体的构建 3.将目的基因导入受体细胞 4.目的基因的 检测与鉴定 22 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 1.目的基因 (1)概念： 在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。 主要指的是 的基因，也可以是一些具有调控作用的因子。 (2)实例： 抗逆性基因 生产药物基因 毒物降解基因 工业用酶基因 抗虫棉 产生胰岛素的基因 编码蛋白质的基因 产生果胶酶的基因 编码蛋白质 第一步：目的基因的筛选与获取 23 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 ②利用 和序列比对工具进行筛选。 ①从相关的已知 的基因中进行筛选是较为有效的方法之一 结构和功能清晰 序列数据库 2.目的基因的筛选 3.目的基因的获取方法 (1)从基因文库中获取 将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入到受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。 类型： 基因组文库：含有某种生物全部基因片段的重组DNA的克隆群体。 部分基因文库：含有某种生物部分基因片段的重组DNA的克隆群体。 （2）通过DNA合成仪直接合成：基因比较小、核苷酸序列已知，有反转录法、根据已知的氨基酸序列合成DNA 。 24 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 （3）利用PCR获取和扩增目的基因 ①PCR的概念：PCR是_________________的缩写，它是一项根据__________________的原理，在体外提供________________的各种组分与反应条件，对_______________________进行大量复制的技术。 聚合酶链式反应 DNA半保留复制 参与DNA复制 目的基因的核苷酸序列 I.全称： II.原理： III.操作环境： IV.目的： V.优点： 聚合酶链式反应 DNA半保留复制 体外（PCR扩增仪/PCR仪） 对目的基因的核苷酸序列进行大量复制 可以在短时间内大量扩增目的基因 25 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 参与的组分 在DNA复制中的作用 解旋酶/体外高温 DNA母链 4种脱氧核苷酸 DNA聚合酶 引物 温度 缓冲液（含Mg2+） 打开DNA双链 提供DNA复制的模板 合成子链的原料 催化合成DNA子链 使DNA聚合酶从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸 控制温度使DNA复制在体外反复进行 真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要Mg2+激活 ②PCR的条件： 26 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 3′ 5′ 子链的延伸方向是5 ′→3 ′ DNA聚合酶 3′ 5′ 模板链 子链 DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有链的3′端 子链延伸 子链延伸 -5 ′ 3′- 引物 5′- -3′ 5′- -3′ 引物 3′- -5′ 2种 ③PCR中的引物： 27 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 a.概念： 引物是一小段能与DNA模板链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。 b.作用： 使Taq酶从引物的3’端开始连接脱氧核苷酸。 c.结合部位： 引物结合在模板链的_________端。 3’ d.PCR扩增时至少需要______种引物，原因是 2 DNA的两条链是反向平行的，两条链的3’端的序列是不同的,用2种引物才能保证DNA的两条链同时被扩增. e.设计引物的要求： Ⅰ:同种引物之间不能发生碱基互补配对，原因是： Ⅱ：2种引物之间不能发生碱基互补配对，原因是： 防止引物自身折叠 防止引物之间配对，导致引物不能与模板链结合 Ⅲ：引物不能太短，原因： 引物太短，特异性不强，容易扩增出非特异性序列。 过长会导致延伸温度太高从而不利于Taq DNA聚合酶发挥作用 Ⅳ：引物不能太长，原因： ③PCR中的引物： 28 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 （1）变性：当温度上升到90℃以上时，双链DNA解聚为单链。 待扩增的DNA片段 （2）复性： 温度下降到50℃左右，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。 ④PCR的过程： 29 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 （3）延伸：温度上升到72℃左右时，溶液中4种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则，加到引物的3′端合成子链。 ④PCR的过程： 30 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 Q1： PCR技术获取目的基因时至少要经过几次循环才能从DNA分子中分离出目的基因？ 第一次循环的产物 第二次循环的产物 第三次循环的产物 目的 基因 3次 Q2： PCR技术循环n次需要加入多少个引物？ 2n+1-2 ⑤相关计算 31 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 ⑥产物鉴定 a.DNA分子具有可解离的基团，在一定的pH下，这些基团可以带上正电荷或负电荷，在电场的作用下，这些带电分子会向着与它所带电荷相反的电极移动，这个过程就是电泳。 32 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 b.线状双链DNA分子在一定浓度琼脂糖凝胶中的迁移速率与DNA分子大小呈 ，分子越大则所受阻力越大，也越难在凝胶孔隙中移动，因而迁移得越慢，随着时间的推移，不同大小的DNA分子就会在凝胶中呈现出一个一个的条带。 c.凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为300nm的紫外灯下被检测出来。 反比 33 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 第二步：基因表达载体的构建（核心步骤） 启动子： RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动转录。 终止子： 终止转录 标记基因： 目的基因： 复制原点： 鉴别或筛选含有重组DNA分子的受体细胞 必须插入到启动子下游与终止子上游之间。 DNA复制的起始位点。 1.基因表达载体的组成 2.构建基因表达载体的目的 （1）使目的基因在受体细胞中稳定存在。 （2）可以遗传给下一代（可复制） （2）使目的基因能够表达和发挥作用 34 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 （1）用一定的限制酶切割载体，使它出现一个切口，露出黏性末端。 限制酶 质粒 启动子 限制酶切割位点 终止子 标记基因 复制原点 3．基因表达载体的构建 35 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 （2）用同种限制酶或能产生相同黏性末端的限制酶切割目的基因的DNA片段。 目的基因 限制酶切割位点 限制酶 获取目的基因 3．基因表达载体的构建 36 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 （3）利用DNA连接酶将目的基因片段拼接到载体的切口处，形成重组DNA分子。 目的基因 重组 DNA分子 3．基因表达载体的构建 37 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 难点突破 构建表达载体时限制酶的选择 将同一种限制酶切割获得的目的基因和质粒混合后加DNA连接酶会出现的连接方式有多种情况。 1．自身连接 （1）目的基因自连成环状 （2）质粒自连恢复环状 2．片段间连接 （1）目的基因与质粒连接 （2）目的基因与目的基因连接 （3）质粒与质粒连接 38 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 难点突破 在实际应用中往往选择2种不同的限制酶分别切割，使目的基因和质粒分别产生两种不同的黏性末端，减少载体、目的基因的自身连接和载体与目的基因的反向连接出现。同时用标记基因对重组DNA进行筛选。 39 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 （1）将含有目的基因的DNA与质粒分别用EcoR Ⅰ酶切，酶切产物用DNA连接酶进行连接后，其中由两个DNA片段之间连接形成的产物___________________________________________________________________________________三种。 （2）为了防止目的基因和质粒表达载体在酶切后产生的末端发生任意连接，酶切时应选用的酶是__________________________。 目的基因—载体连接物、载体—载体连接物、目的基因—目的基因连接物 难点突破 EcoR Ⅰ 和 BamH Ⅰ 40 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 不同种限制性内切核酸酶识别序列各不相同，但切割后能产生相同的黏性末端，则称为同尾酶。由同尾酶酶切产生的DNA片段，能够通过黏性末端的互补作用而彼此连接起来。一般情况下，同尾酶产生的黏性末端连接后不能再被原来的限制酶切割，这是因为同尾酶产生的黏性末端连接后原来的酶切位点将不复存在，故不能被原来的限制酶切割。 难点突破 关于同尾酶的使用 41 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 第三步：将目的基因导入受体细胞 目的基因进入受体细胞内，并在受体细胞内维持稳定和表达的过程。 根据生物学知识思考，受体细胞可能有哪些种类？为什么？ 受体细胞的常见种类有： 植物细胞——体细胞或受精卵（植物容易诱导全能性表达） 动物细胞——受精卵（全能性最高） 微生物细胞——大肠杆菌（使用最广泛） 转化 42 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 （1）花粉管通道法 方法一：用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注入子房中。 方法二：在植物授粉后的一定时间内，剪去柱头，将DNA溶液滴加在花柱切面上，使目的基因借花粉管通道进入胚囊。 花粉 卵细胞 精子 花粉管 1.将目的基因导入植物细胞 43 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 2.农杆菌转化法 农杆菌细胞内含有Ti质粒，当它侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的T-DNA（可转移的DNA）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。 农杆菌具有怎样的结构基础，利于目的基因进入植物细胞？（p81） 农杆菌是生活在土壤中的微生物，自然条件下可侵染双子叶植物和裸子植物，而对大多数单子叶植物没有侵染能力。当双子叶植物体受到损伤时，伤口处的细胞会分泌大量的酚类化合物，吸引农杆菌移向这些细胞。 冠瘿瘤 （1）农杆菌： 44 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 （2）农杆菌转化法 第一次拼接： 目的基因拼接到Ti质粒的T-DNA上。 第二次拼接： 被插入目的基因的T-DNA拼接到受体细胞染色体的DNA上。 两次导入 第一次导入： 将含目的基因的重组Ti质粒导入农杆菌。 第二次导入： 含含目的基因的T-DNA导入受体细胞(非人工操作)。 两次拼接 45 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 农杆菌与叶片共培养 叶片在含有相应抗生素的培养基上诱导出愈伤组织 愈伤组织再生新的植株 转基因植株 （3）操作方法： 方法一：将从叶片取下的圆形小片与农杆菌共培养，筛选转化细胞，再生成植株； 方法二：将花序直接浸没在含农杆菌的溶液中一段时间，培养植株并获得种子，再进行筛选、鉴定。 46 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 表达载体提纯 胚胎移植 受精卵发育成早期胚胎 取受精卵 显微注射 显微注射（400×） 获得具有新性状的生物 常用方法 桑葚胚或囊胚 2.将目的基因导入动物细胞 47 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 用Ca2＋处理细胞 与重组表达载体混合 感受态细胞 增加细胞壁 的通透性 细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态 （三）将目的基因导入微生物细胞 大肠 杆菌 Ca2+ 表达 载体 Ca2+ 处理法示意图 48 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 第四步：目的基因的检测与鉴定 检测目的基因进入受体细胞后，是否稳定维持和表达其遗传特性。 类型 检测内容 方法 分子水平的检测 个体生物学水平的鉴定 受体细胞的染色体DNA上是否插入了目的基因 目的基因是否转录出了mRNA PCR等技术 目的基因是否翻译成蛋白质 抗原-抗体杂交技术 个体是否具有相应性状 抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等 1.目的 2.检测内容及方法 49 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 3．举例 通过PCR技术检测棉花的染色体DNA上是否插入了Bt基因或Bt基因是否转录出了mRNA； 提取转基因棉花中的蛋白质，用抗原—抗体杂交，检测Bt基因是否翻译成Bt抗虫蛋白； 采摘抗虫棉的叶片饲喂棉铃虫确定Bt基因是否赋予了棉花抗虫特性以及抗性程度。 50 知识剖析 考点02 基因工程的基本操作程序 知识讲解 目的基因的筛选与获取 构建基因表达载体 目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定 有了目的基因，我们才能赋予一种 生物以另一种生物的遗传特性。 使目的基因在受体细胞中稳定存在， 并能遗传、表达和发挥作用； 载体进入受体细胞稳定表达，才能实现 一种生物的基因在另一种生物中的转化； 确定目的基因是否真正在受体细胞 中稳定遗传和正确表达。 51 知识剖析 考点02 重组DNA技术的操作工具 典例分析 例1.下列关于“DNA粗提取与鉴定”实验的叙述，错误的是（ ） A.实验中如果将研磨液更换为蒸馏水，DNA提取的效率会降低 B.利用DNA和蛋白质在酒精中的溶解度差异，可初步分离DNA C.DNA在不同浓度NaCl溶液中溶解度不同，该原理可用于纯化DNA粗提物 D.将溶解的DNA粗提物与二苯胺试剂反应，可检测溶液中是否含有蛋白 质杂质 A 52 知识剖析 考点03 基因工程的应用 知识讲解 农牧业方面 1.转基因抗虫植物 2.转基因抗病植物 3.转基因抗除草剂植物 4.改良植物的品质 5.提高动物的生长速率 6.改善畜产品的品质 医药卫生领域 食品工业方面： 1.对微生物或动植物的细胞进行基因改造，使它们能 够生产药物。 2.利用基因工程技术，可以让哺乳动物批量生产药物， 如乳腺生物反应器。 3.用转基因动物作器官移植的供体等。 构建基因工程菌生产食品工业用酶（如凝乳酶、淀粉酶、淀粉酶、脂酶等）、氨基酸、维生素等 ：营养价值（必需氨基酸）、观赏价值（花青素代谢相关基因） ：外源生长激素基因 ：如乳糖不耐受——肠乳糖酶基因 细胞因子、干扰素、抗体、疫苗和激素等 53 知识剖析 考点04 蛋白质工程的原理和应用 知识讲解 1.蛋白质工程崛起的缘由 （1）基因工程的实质:将一种生物的基因转移到_________________内,后者可以产生它本不能产生的_________,进而表现出_____________。 另一种生物体 蛋白质 新的性状 2.蛋白质工程的崛起 (1)理论和技术条件:______________、晶体学以及计算机技术的迅猛发展。 (2)缘由: ①基因工程在原则上只能生产自然界___________的蛋白质。 ②天然蛋白质的_______________符合特定_____________的需要,却不一定完全符合___________________的需要。 分子生物学 已存在 结构和功能 物种生存 人类生产和生活 54 知识剖析 考点04 蛋白质工程的原理和应用 知识讲解 蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过改造、或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。 ①基础：_______________________________________________ ②途经：___________________ ③操作对象：_______ ④目的：________________________________________________________________________ ⑤理论和技术： 蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系 改造或合成基因 改造现有蛋白质或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求 基因 借助计算机 通过X射线衍射技术 基因的定点突变技术 晶体学技术 获得蛋白质晶体： 分析晶体的结构： 构建蛋白质三维结构图: 碱基的替换： 由计算机建立的血红蛋白三维结构模型 (3)概念: 55 知识剖析 考点04 蛋白质工程的原理和应用 知识讲解 预期功能 生物功能 设计 蛋白质 （三维结构） 推测 改造或合成 转录 翻译 折叠 行使 目的基因 mRNA 氨基酸序列多肽链 3.蛋白质工程的操作思路: 从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→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）或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。 56 知识剖析 考点04 蛋白质工程的原理和应用 知识讲解 是否形成新的基因 蛋白质工程 是否对原有基因进行改造 是 否 是 否 蛋白质工程 基因工程 看蛋白质 看基因 是否为天然蛋白质 是 否 蛋白质工程 基因工程 蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程。 57 知识剖析 考点04 蛋白质工程的原理和应用 知识讲解 蛋白质工程的应用实例 应用 实例 医药工业方面 生产人鼠嵌合抗体 其他工业方面 提高玉米叶片和种子中游离的赖氨酸含量 农业方面 改造胰岛素基因，获得速效胰岛素类似物 可以保存半年的干扰素 改进酶的性能或开发新的工业用酶 改造某些参与调控光合作用的酶 设计优良微生物农药 58 知识剖析 考点04 蛋白质工程的原理和应用 典例分析 用氨苄青霉素抗性基因(AmpR)、四环素抗性基因(TetR)作为标记基因构建的质粒如图所示。用含有目的基因的DNA片段和用不同限制酶酶切后的质粒，构建基因表达载体(重组质粒)，并转化到受体菌中。下列叙述错误的是（ ） A.若用Hind Ⅲ酶切，目的基因转录的产物可能不同 B.若用PvuⅠ酶切，在含Tet(四环素)培养基中的菌落，不一定含有目的基因 C.若用SphⅠ酶切，可通过DNA凝胶电泳技术鉴定重组质粒构建成功与否 D.若用SphⅠ酶切，携带目的基因的受体菌在含Amp(氨苄青霉素)和Tet的 培养基中能形成菌落 D 59 知识剖析 典例分析 胚胎工程技术的迅速发展实现了优良家畜品种的大量繁殖，能显著提高畜产品质量改善人民生活，还可以解决濒危动物繁育的问题。下列有关哺乳动物胚胎工程的叙述，正确的是(　 　) A.刚采集到的卵母细胞即可与获能处理后的精子在体外受精 B.在卵细胞膜和透明带之间观察到两个极体，标志着卵子受精 C.卵裂在透明带内进行，此时胚胎细胞数量和总体积不断增加 D.为了获得大量同卵多胚，可对囊胚或桑葚胚进行无限次分割 B 考点04 蛋白质工程的原理和应用 60 综合训练 1.研究人员将目的基因插入质粒，构建重组质粒的过程如图所示，再将该重组质粒导入大肠杆菌中。由LacZ基因编码产生的β-半乳糖苷酶可分解X－gal产生蓝色物质，使菌落呈蓝色，否则菌落为白色。下列叙述错误的是（ ） A.将目的基因插入质粒中时，需要用到的酶有Xho Ⅰ、Nhe Ⅰ和DNA连接酶 B.需要用Ca2＋处理大肠杆菌，使其处于一种易于吸收周围环境中DNA分子的状态 C.按图示构建的重组质粒导入大肠杆菌后，大肠杆菌可正常表达该目的基因 D.在含X－gal的培养基上培养导入了重组质粒的大肠杆菌，可出现蓝色菌落 C 61 综合训练 2.在基因工程操作过程中，科研人员利用识别两种不同序列的限制酶(R1和R2)处理基因载体，进行琼脂糖凝胶电泳检测，结果如下图所示。以下相关叙述中，错误的是(　　) A．该载体最可能为链状DNA分子 B．两种限制酶在载体上各有一个酶切位点 C．限制酶R1与R2的切点最短相距约200 bp D．限制酶作用位点会导致磷酸二酯键断裂 A 62 综合训练 3.某同学采用基因工程技术在大肠杆菌中表达蛋白E。回答下列问题。 (1)该同学利用PCR扩增目的基因。PCR的每次循环包括变性、复性、延伸3个阶段，其中DNA双链打开成为单链的阶段是__________，引物与模板DNA链碱基之间的化学键是______________________。 (2)质粒载体上有限制酶a、b、c的酶切位点，限制酶的切割位点如图所示。构建重组质粒时，与用酶a单酶切相比，用酶a和酶b双酶切的优点体现在__________________________________________________________________(答出两点即可)；使用酶c单酶切构建重组质粒时宜选用的连接酶是__________________。 变性 氢键 避免目的基因或质粒自身连接、防止目的基因与质粒反向连接 T4 DNA连接酶 63 综合训练 (3)将重组质粒转入大肠杆菌前，通常先将受体细胞处理成感受态，感受态细胞的特点是_________________________________；若要验证转化的大肠杆菌中含有重组质粒，简要的实验思路和预期结果是_______________________。 能吸收周围环境中DNA分子 将转化的大肠杆菌的基因组DNA提取出来，在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素等作标记，以此作为探针，使探针与基因组DNA杂交，若显示杂交带，则表明转化的大肠杆菌中含有重组质粒 64 综合训练 (4)蛋白E基因中的一段DNA编码序列(与模板链互补)是GGGCCCAAGCTGAGATGA，编码从GGG开始，部分密码子见表。若第一个核苷酸G缺失，则突变后相应肽链的序列是______________________________。 氨基酸 密码子 氨基酸 密码子 赖氨酸 AAG 亮氨酸 CUG 精氨酸 AGA 甘氨酸 GGC 丝氨酸 AGC GGG 脯氨酸 CCA 终止 UGA CCC   甘氨酸—脯氨酸—丝氨酸 65 归纳总结 单元核心提纲 1.基因工程的基本概念 定义：按照人们的意愿，在DNA分子水平上进行设计和施工，赋予生物新的遗传特性。 理论基础：不同生物的DNA结构相同、碱基互补配对原则相同、共用一套遗传密码 2.基因工程的基本工具 限制酶（分子手术刀）：识别特定脱氧核苷酸序列，切割磷酸二酯键，产生黏性末端或平末端。 DNA连接酶（分子缝合针）：催化形成磷酸二酯键，连接DNA片段，E.coli DNA连接酶、T4 DNA连接酶（可连接黏性末端和平末端）。 载体（分子运输车）：具备限制酶切割位点、复制原点、标记基因，常见类型有质粒、噬菌体、动植物病毒。 归纳总结 3.基因工程的基本操作程序 （1）目的基因的筛选与获取：从基因文库中获取、PCR扩增、人工合成 （2）基因表达载体的构建（核心步骤）：组成包括启动子、目的基因、终止子、标记基因、复制原点。 （3）将目的基因导入受体细胞：植物（农杆菌转化法、花粉管通道法）、动物（显微注射法）、微生物（Ca²⁺处理法）。 （4）目的基因的检测与鉴定：DNA水平（PCR）、RNA水平（分子杂交）、蛋白质水平（抗原-抗体杂交）、个体水平（抗虫鉴定等） 4.PCR技术 原理：DNA半保留复制 条件：DNA模板、引物、四种脱氧核苷酸、耐高温的DNA聚合酶、缓冲液、Mg²⁺ 过程：变性（90℃以上）→复性（50℃左右）→延伸（72℃左右） 产物鉴定：琼脂糖凝胶电泳，DNA分子迁移速率与分子大小呈反比 归纳总结 5.基因工程的应用 农牧业：抗虫植物、抗病植物、抗除草剂植物、改良品质、提高生长速率 医药卫生：生产药物（细胞因子、干扰素、抗体、疫苗、激素）、乳腺生物反应器、器官移植供体 食品工业：构建基因工程菌生产酶、氨基酸、维生素 蛋白质工程 概念：以蛋白质分子结构规律及其与生物功能的关系为基础，通过改造或合成基因，改造现有6.蛋白质或制造新蛋白质 操作思路：预期功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→改造或合成基因→获得蛋白质 与基因工程的关系：在基因工程基础上延伸的第二代基因工程，可生产自然界不存在的蛋白质 单元复习 感谢观看 THANKS 人教版2019选择性必修3 $