专题一基因工程第1 基因工程概述和基因工程工具学习目标：基因工程的原理及技术：简述基因工程的原理；说出DNA重组技术的基本工具及其作用、特点；一、基因工程的诞生与发展1.诞生（1）理论支持：①艾弗里证明了DNA是遗传物质。

②沃森与克里克阐明了DNA分子的双螺旋结构。

③尼伦贝格等破译了遗传密码。

（2）技术支持：限制性核酸内切酶和DNA连接酶、质粒等载体和逆转录酶的发现，直接促使了基因工程的诞生。

（3）实例：1973年，美国科学家科恩等将不同来源的DNA分子进行体外重组，并首次实现了重组DNA分子在大肠杆菌中的表达，标志着定向改造生物的技术—基因工程的诞生。

2.发展1978年，人胰岛素在大肠杆菌中成功合成。

1980，转基因小鼠诞生。

二、基因工程的概念按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，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技术或转基因技术。

是一种定向改造生物的技术，其原理为基因重组，会使生物产生定向的变异。

三、基因工程的工具1．限制性核酸内切酶“分子手术刀”（1）简称：限制酶。

（2）来源：主要从原核生物中分离纯化出来。

在原核生物中可以切断外来的DNA，使异源DNA的失去活力，这样便保护了细胞原有的遗传信息。

限制酶不切割自身DNA的原因：原核生物钟不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。

（3）特点：识别双链D NA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。

注意：①限制酶是蛋白质类的酶，具有高效性、特异性、易变性（反应条件温和性）等酶的特性。

②限制酶的作用对象是DNA，不是RNA。

③限制酶识别的核苷酸序列越短，目标DNA被切割的概率越大。

④限制酶识别的核苷酸序列是个回文序列（回文结构序列是一种旋转对称结构，在轴两侧序列相同而反向。

其特点是在该段碱基序列互补链之间正读反读都相同）。

（4）结果：产生黏性末端或平末端2．DNA连接酶“分子缝合针”恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

DNA连接酶连接的是两个DNA片段。

小结：几种酶的比较辨析比较项目限制酶DNA连接酶DNA聚合酶解旋酶作用底物DNA分子DNA分子片段脱氧核苷酸DNA分子作用部位磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键碱基对间的氢键形成产物黏性末端或平末端形成重组DNA分子新的DNA分子形成单链DNA3.载体“分子运输车”（1）作用：①作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞内。

②利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。

（2）必备条件：①能在宿主细胞内稳定保存并大量复制。

②有多钟限制酶的切点，以便与外源基因连接。

③具有特殊的标记基因，以便进行筛选。

如四环素抗性基因，氨苄青霉素抗性基因等。

（3）种类：通常利用质粒作为载体，另外还有λ噬菌体的衍生物、某些动植物病毒等。

一般来说，载体需根据人们的目的和需要进行人工改造。

补充：质粒的知识一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，能够自我复制的小型环状DNA分子（细菌拟核中的DNA是大型环状DNA）。

第2 基因工程的基本操作程序学习目标：简述基因工程基本操作程序，以及各步骤的一般方法、原理；模拟重组DNA分子的操作过程基因工程的基本操作程序：1．目的基因的获取（1）目的基因：编码蛋白质的结构基因。

补充：基因的结构①原核生物的基因（如右图所示）原核生物基因的编码区是连续的；在非编码区的上游，有RNA聚合酶能识别开始转录的部位即启动子；在非编码区的下游有结束转录的部位即终止子。

注意：启动子与起始密码，终止子与终止密码的区别。

启动子在基因（DNA）上，是启动转录，而起始密码是在mRNA上，是启动翻译。

终止子在基因（DNA）上，是终止转录，而终止密码是在mRNA上，是终止翻译。

②真核生物的基因（如右图所示）相比原核生物，真核生物的编码区是不连续的，有外显子和内含子相间排列。

注意：a.外显子：是真核细胞的基因在表达过程中能编码蛋白质的核苷酸序列。

内含子：是在转录后的加工中，从最初的转录产物中被除去的核苷酸序列（即不编码蛋白质的核苷酸序列）。

b.编码区的两侧靠近非编码区的部位始终是外显子。

（2）获取目的基因的方法①从基因文库中获取a.概念：将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入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的基因。

b.分类：基因组文库（包含有一种生物所有的基因）和部分基因文库（只包含了一种生物的一部分基因，如cDNA文库）c.从基因文库中获取目的基因方法：根据基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物mRNA，以及基因的表达产物蛋白质等。

②用化学方法人工合成a.反转录法。

以目的基因转录成的mRNA为模板，在逆转录酶作用下，反转录成互补的单链DNA （cDNA然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获取所需的基因。

优点：该方法专一性强，目的基因不含内含子，可合成自然界不存在的新基因。

缺点：操作复杂，形成的mRNA为单链，生存时间短，很不稳定，要求的技术条件也较高。

b.化学合成法。

利用DNA合成仪，合成已知序列的较短的核苷酸序列。

③利用PCR技术扩增目的基因a.PCR全称：聚合酶链式反应。

b.原理：DNA双链复制c.过程：变性→退火（复性）→链延伸第一步：变性。

加热至90～95℃DNA解链。

第二步：退火（复性）。

冷却到55～60℃，引物结合到互补DNA链。

第三步：链延伸。

加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。

d.条件：模板（目的基因）、原料（4种游离的脱氧核苷酸）、酶（TaqDNA聚合酶引物。

注意：α.TaqDNA聚合酶的特点是耐高温。

β.加入两种引物；这两种引物彼此间不能发生碱基互补配对，且自身也不能通过折叠发生碱基互补配对；加入的引物可以是一小段单链DNA或RNA，常用DNA；加入引物的数量为m(3…2n）其中m 为起始DNA的个数，n为循环的次数）。

2．基因表达载体的构建是基因工程的核心（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＋启动子＋终止子＋标记基因（如抗生素基因）复制原点①启动子：是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需的蛋白质。

②终止子：也是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的尾端。

③标记基因的作用：为了鉴定和筛选出含目的基因的受体细胞。

常用的标记基因是抗生素基因。

（3）过程注意：①用同种限制酶分别切割载体和外源DNA的目的：使二者切割后形成的黏性末端可以碱基互补配对，以便于连接。

②带有黏性末端切口的载体，与带有相同黏性末端的目的基因片段用DNA连接酶连接后，形成的DNA种类（只考虑两两连接）：3种，即目的基因目的基因；载体载体；基因表达载体。

③用相两种限制酶分别切割载体和外源DNA（如上图）的目的：防止目的基因和载体的自身环化。

3．将目的基因导入受体细胞生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法农杆菌转化法（最常用）显微注射技术Ca2＋处理法受体细胞体细胞或受精卵受精卵原核细胞转化过程将目的基因插入农杆菌Ti质粒的T—DNA上→农杆菌侵染植物细胞→整合到受体细胞的染色体DNA上→表达将含有目的基因的基因表达载体提纯→取受精卵→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物Ca2＋处理细胞→微生物细胞壁的通透性增加→重组质粒与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子注意：①目的基因能在植物细胞稳定存在依据：目的基因整合到植物细胞染色体DNA上。

②对于植物，导入方法还有基因枪法（成本较高，单子叶植物常用）和花粉管通道法（我国独创的一种十分经济简便的方法）。

③原核生物具有独特的特点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等。

4．目的基因的检测与鉴定目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性，只有通过检测与鉴定才能知道，这是检查基因工程是否做成功的一步。

（1）分子水平检测①检测生物染色体的DNA上是否插入了目的基因：DNA分子杂交技术。

即将转基因生物的基因组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，以此作探针，使探针与基因组DNA杂交，如果显示出杂交带，表明目的基因已插入染色体DNA 中。

②检测目的基因是否转录出mRNA：分子杂交技术。

从生物中提取mRNA，用标记的目的基因作探针，与mRNA杂交，若显示出杂交带，则说明目的基因转录出了mRNA。

③检测目的基因是否翻译：抗原—抗体杂交。

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，若有杂交带出现，表明目的基因已形成蛋白质产品。

（2）个体水平检测对转基因生物进行抗虫或抗病的接种实验，以确定是否具有抗性以及抗性的程度。

例如，对转基因抗虫棉进行个体检测方法：让害虫吞食转基因棉花的叶片，观察害虫的存活情况，以确定其是否具有抗虫性状。

第3课时基因工程的应用学习目标：说出基因工程的应用：举例说出基因工程在农业、医疗、环境保护等方面的广泛应用及其发展前景；关注基因工程的发展，认同基因工程的应用促进了生产力的提高1.植物基因工程的应用植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力（如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等）以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。

（1）提高抗逆性①常用抗虫基因：用于抗虫（杀虫）的基因主要是Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等。

②常用抗病基因：a.抗病毒基因有：病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因；b.抗真菌基因有：几丁质酶基因和抗毒素合成基因③其他抗逆基因：环境条件对农作物的生产会造成很大影响，并且这些影响是多方面的，因此，抗逆性基因也有多种多样，如：抗盐碱和干旱的调节细胞渗透压基因、抗冻基因、抗除草剂基因等等。

（2）改良植物品质由于人们的食品含有的营养不平衡，不能满足人们对食品的要求，这样，可以通过转基因技术，使植物能够合成某些本来不能合成的物质。

如科学家将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，或者改变这些氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量。

（3）生产药物基因工程不但促进了传统技术的变革，也为人类提供了传统产业难以得到的许多昂贵药品，并已形成基因工程制药业的雏形。

目前诸如人胰岛素、人生长激素、人脑激素、α－干扰素、乙肝疫苗、蛋白C、组织血纤维蛋白溶酶原激活剂等数十种基因工程药物已实现商品化。

此外，还有促红细胞生成素、白细胞介素－2、肾素、心钠素等一大批珍贵药品正处于试用或临床试验阶段。

2.动物基因工程的应用（1）用于提高动物生长速度：由于外援生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快，将这类基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。