第33讲 基因工程
一、考纲要求：
1.基因工程的诞生(Ⅰ)。
2.基因工程的原理及技术(含PCR技术)(Ⅱ)。 3.基因工程的应用(Ⅱ)。 4.蛋白质工程(Ⅰ)。
5.实验：DNA的粗提取和鉴定。 二、教学目标：
1.能简述基因工程的原理及技术； 2.能说出基因工程的基本工具； 3.能简述基因工程的操作步骤。
4.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。 5.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。简述蛋白质工程的原理。 素养培养目标： 1．生命观念：理解基因的结构与功能。 2．科学思维：建立基因工程的操作流程模型。 3．科学探究：理解基因工程的应用和蛋白质工程。
三、教学重、难点： 教学重点：
基因工程的基本原理，基因操作的工具，基本步骤及其应用。 蛋白质工程的原理及蛋白质工程的应用实例。 2.教学难点：
基因工程的基本原理，基因工程的应用及其安全性。 蛋白质工程的原理。
四、课时安排：3课时 五、教学过程：
考点一 基因工程的操作工具
（一）知识梳理：（学生自主看书填空、课堂学生间交流反馈纠正） 1．基因工程的概念 (1)供体：提供目的基因。 (2)操作环境：体外。 (3)操作水平：分子水平。 (4)原理：基因重组。 (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：克服远缘杂交不亲和的障碍，定向改造生物的遗传性状。
2．DNA重组技术的基本工具
(1)限制性核酸内切酶(简称：限制酶)
①来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。
②作用：识别特定的核苷酸序列并切开特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。 ③结果：产生黏性末端或平末端。 (2)DNA连接酶
①作用：将限制酶切割下来的DNA片段拼接成DNA分子。 ②类型
常用类型 来源 功能 结果
③DNA连接酶和限制酶的关系
E·coli DNA连接酶 大肠杆菌 只缝合黏性末端 T4 DNA连接酶 T4噬菌体 缝合黏性末端和平末端 恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键
归纳提升 与DNA相关的五种酶的比较
名称 限制酶 DNA连接酶 DNA聚合酶 DNA (水解)酶 解旋酶 (3)载体
①种类：质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。 能自我复制??
②质粒的特点?有一个至多个限制酶切割位点
??有特殊的标记基因深化拓展 载体上标记基因的作用
作用部位 磷酸二酯键 磷酸二酯键 磷酸二酯键 磷酸二酯键 作用结果 将DNA切成两个片段 将两个DNA片段连接为一个DNA分子 将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端 将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸 碱基对之间的氢键 将双链DNA分子局部解旋为单链，形成两条长链
载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后，抗性基因在受体细胞内表达，使受体细胞能够抵抗相应抗生素，所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以只保留转入载体的受体细胞，原理如下图所示：
（二）基础训练（课前完成，课上提问）：讲义P257 （三）拓展（教师精讲）
下图中的图1和图2分别表示的是EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶的作用示意图，据图分析：
(1)请说出EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶识别的碱基序列及切割的位点。
提示 EcoRⅠ限制酶识别的碱基序列是GAATTC，切割位点在G和A之间；SmaⅠ限制酶识别的碱基序列是CCCGGG，切割位点在G和C之间。 (2)以上实例说明限制酶有何特性 提示 说明限制酶具有专一性。
四、课堂精练：学生当堂完成，互评，教师协助 精练一 工具酶的应用分析
1．下图是表达新基因用的质粒的示意图，若要将目的基因插入到质粒上的A处，则切割基因时可用的是( C )
A．HindⅢ
B．EcoRⅠ
C．EcoB
精练二 载体的应用分析
D．PstⅠ
质粒是基因工程中最常用的载体，它存在于许多细菌体内。质粒上有标记基因如图所示，通过标记基因可以推知外源基因(目的基因)是否转移成功。外源基因插入的位置不同，细菌在培养基上的生长情况不同，如图表示外源基因插入位置(插入点有a、b、c)，请根据表中提供细菌的生长情况，推测①②③三种重组后细菌的外源基因插入点，正确的一组是( A )
① ② ③
细菌在含氨苄青霉素培养基上生长情况 能生长 能生长 不能生长 细菌在含四环素培养基上生长情况 能生长 不能生长 能生长
A．①是c；②是b；③是a B．①是a和b；②是a；③是b C．①是a和b；②是b；③是a D．①是c；②是a；③是b
考点二 基因工程的操作过程与应用
（一）知识梳理：（学生自主看书填空、课堂学生间交流反馈纠正）
1．信息的概念：是指日常生活中，可以传播的消息、情报、指令、数据与信号等。 2．信息的种类、特点、来源及实例(连线) 1．基因工程的基本操作过程 (1)目的基因的获取
①目的基因：主要是指编码蛋白质的基因。 ②获取目的基因的方法
a．直接分离法：从自然界已有的物种中分离，如从基因组文库或cDNA中获取。
b．人工合成：如果基因比较小，核苷酸序列又已知，可以通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成；以RNA
为模板，在逆转录酶的作用下人工合成。 ③扩增目的基因：利用PCR技术扩增目的基因。 (2)基因表达载体的构建——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，并且可以遗传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。
②基因表达载体的组成
小贴士 启动子≠起始密码子，终止子≠终止密码子
(1)启动子：一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端。它是RNA聚合酶识别、结合的部位。 (2)终止子：一段有特殊结构的DNA短片段，位于基因的尾端。作用是使转录过程停止。 (3)起始密码子和终止密码子位于mRNA上，分别控制翻译过程的启动和终止。 ③构建过程
(3)将目的基因导入受体细胞
生物种类 常用方法 受体细胞 植物 农杆菌转化法 体细胞或受精卵 将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上→农杆菌转化过程 →导入植物细胞→整合到受体细胞染色体的DNA上→表达 动物 显微注射技术 受精卵 将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵) →显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的2＋微生物 感受态细胞法 原核细胞 Ca处理细胞→感受态细胞→重组表达载体DNA分子与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子
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