中图版生物选修3第一节《基因工程和蛋白质工程》教案].docVIP

基因工程和蛋白质工程 考纲要求： 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 一、基因工程的概念21世纪教育网 基因工程是指按照人们的愿望，通过体外DNA重组和转基因技术，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程是在 水平上进行设计和施工的，又叫做DNA重组技术。 （一）基因工程的基本工具 1.“分子手术刀”—— （1）来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。 （2）功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的 ，因此具有专一性。 （3）结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式： 2.“分子缝合针”—— （1）功能：缝合 （2）与DNA聚合酶作用的异同:DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键。DNA连接酶是连接两个DNA片段的末端，形成磷酸二酯键。 3.“分子运输车”—— （1）载体具备的条件：①能在受体细胞中复制并稳定保存。②具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。③具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。 （2）最常用的载体是 ,它是一种有自我复制能力的双链环状DNA分子。 （3）其它载体： 噬菌体、动植物病毒 (二)基因工程的基本操作程序 第一步：目的基因的获取 1.目的基因是指： 编码蛋白质的基因 。 2.原核基因采取直接分离法获得，真核基因是人工合成法。人工合成目的基因的常用方法有反转录法_和化学合成法_。 限制酶 运载体 直接分离法：供体细胞中的DNA→ DNA片段→ 受体细胞→DNA片段扩增 反转录法：逆转录 合成 mRNA → 单链DNA → 双链DNA 化学合成法：根据已知的蛋白质的氨基酸序列，推测出相应的mRNA 序列，推测出结构基因的核苷酸序列，再通过化学方法，合成目的基因。 第二步：重组载体的构建 1.目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传至下一代，使目的基因能够表达和发挥作用 2.组成：目的基因＋标记基因 标记基因的作用：是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。常用的标记基因是抗生素基因。 第三步：将目的基因导入受体细胞_ 常用的转化方法： 将目的基因导入植物细胞：采用最多的方法是 农杆菌转化法，其次还有 基因枪法和 花粉管通道法等。受体细胞可以是卵细胞（受精卵）、体细胞（经组织培养成为完整个体） 将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是 显微注射技术。此方法的受体细胞多是 受精卵。 将目的基因导入微生物细胞：用氯化钙处理大肠杆菌， 3.重组细胞导入受体细胞后，筛选含有基因表达载体受体细胞的依据是标记基因是否表达。 第四步：目的基因的检测和表达 1.首先要检测 转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因，方法是采用 DNA分子杂交技术。 2.其次还要检测 目的基因是否转录出了mRNA，方法是采用 用标记的目的基因作探针与mRNA杂交。 3.最后检测 目的基因是否翻译成蛋白质，方法是从转基因生物中提取 蛋白质，用相应的 抗体进行 抗原－抗体杂交。 4.有时还需进行 个体生物学水平的鉴定。如 转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。 （三）基因工程的应用 1.植物基因工程：抗虫、抗病、抗逆转基因植物，利用转基因改良植物的品质。 2.动物基因工程：提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物。 3.基因治疗：把正常的外源基因导入病人体内，使该基因表达产物发挥作用。 （四）蛋白质工程的概念、基本途径 蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生 活的需求。（基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质） 基本途径：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→找到相对应的脱氧核苷酸序列 例１、豇豆对多种害虫具有抗虫能力，根本原因是豇豆体内具有胰蛋白酶抑制剂基因(CpTI基因)。科学家将其转移到水稻体内后，却发现效果不理想，主要原因是CpTI蛋白质的积累量不足。经过在体外对CpTI基因进行了修饰后，CPTI蛋白质在水稻中的积累量就得到了提高。修饰和表达过程如下图所示： 请根据以上材