全国2019版版高考生物一轮复习第35讲基因工程课件
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b．特点：能自我复制；有一个至多个 限制酶切位点 ； 有特殊 标记基因 ，供重组 DNA 的鉴定和选择。
二、基因工程的基本操Hale Waihona Puke Baidu程序
1．目的基因的获取 (1)从基因文库中获取 ①前提条件： 目的基因序列未知 。
②基因文库：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，可分为 基因组文库 和
的 输卵管或子宫内 ―→获得具有 新性状 的动
物。
(3)目的基因导入微生物细胞
①转化方法
a．用 Ca2＋ 处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环 境中 DNA 分子的生理状态(这种细胞称为 感受态细胞 )。
b．感受态细胞吸收 重组表达载体 DNA 分子 。
②受体细胞：原核细胞(使用最广泛的是大肠杆菌)。
部分基因文库 (如 cDNA 文库)。
③构建过程
(2)利用 PCR 技术扩增目的基因 ①PCR 含义：是一项在生物体外 复制特定 DNA 片段 的核酸合成技术。 ②PCR 原理：DNA 双链复制 。 ③前提条件：有一段已知目的基因的 核苷酸 序列， 以便根据这一序列合成 引物 。
④要求 模板：
4．基因治疗 (1)方法：把 正常基因 导入病人体内，使该基因的表 达产物发挥功能。
(2)效果：治疗 遗传病 的最有效的手段。 (3)分类： 体内基因治疗 和体外基因治疗。
四、蛋白质工程
1．概念：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 基因修饰 或
基因合成 ，对现有蛋白质进行 改造
②类型
③DNA 连接酶和限制酶的关系
(3)载体 ①载体的作用：携带外源 DNA 片段进入受体细胞。 ②常用载体： 质粒 。其他载体：λ 噬菌体衍生物、 动植物病毒 等。
③质粒
a．概念：质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌 拟核 DNA 之外，并具有自我复制能力的很小的双链 环状 DNA 分子。
之间的 磷酸二酯键 断开。 ③结果：产生 黏性末端
或 平末端 。
例：如下图所示，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；说明限制酶具有 专一性 。
④本质：蛋白质。
(2)DNA 连接酶 ①作用：将限制酶切割下来的 DNA 片段 拼接成新的 DNA 分子 。
③原核生物的特点：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
(1)不论是复制水平、转录水平还是翻译水平的检测， 都是在 体外 进行的。
(2)在 DNA 分子、mRNA 分子上检测目的基因是否插 入、目的基因是否转录时，用的探针都是 放射性同位素 等标记的含有 目的基因 的 DNA 片段。
基因表达。
②基因枪法：适用于 单子叶植物 ，成本较高。 ③花粉管通道法：将目的基因通过 花粉管通道
导入受体细胞，十分简便经济。
(2)目的基因导入动物细胞 ①方法： 显微注射 技术。 ②受体细胞：动物的 受精卵 。
③操作过程：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 经 胚 胎 早 期 培 养 后 ， 移植 到 雌 性 动 物
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 DNA 重组技术 。
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 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
第十单元 现代生物科技专题
第35讲 基因工程
[考纲明细] 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) 实验：DNA 的粗提取与鉴定
板块一 知识·自主梳理
一、基因工程的概念及基本工具
1．基因工程的概念 基因工程是指按照 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
，并且可以 表达 和发
挥作用。
(2)组成
(3)构建过程
3．将目的基因导入受体细胞
(1)目的基因导入植物细胞 ① 农杆菌转化法 ：最常用的方法。 a．受体细胞：植物 体细胞 或受精卵。 b．操作过程：将目的基因插入 Ti 质粒的 T-DNA 上―→转入 农杆菌 ―→导入 植物细胞 ―→T-DNA 上的目的基因整合到 受体细胞的染色体 DNA 上―→目的
三、基因工程的应用 1．转基因植物 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。 2．转基因动物 动物基因工程在动物品种改良、建立 生物反应器 、 器官移植等方面显示了广阔的应用前景。
3．基因工程药物 (1)来源：转基因的 工程菌 。 (2)成果：细胞因子、抗体、疫苗、激素等。 (3)作用：用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、 遗传病 、各种传染病、糖尿病、类风湿等疾病。
单链 DNA ―合―成→双链 DNA(目的基因)
b．化学合成法：蛋白质的氨基酸序列―推―测→ mRNA 的核苷酸序列―推―测→ 目的基因 的核苷酸 序列―化 合―学 成→目的基因
2．基因表达载体的构建——基因工程的核心
(1)操作目的 使目的基因在受体细胞中 稳定存在 遗传 给下一代，同时，使目的基因能够
目的基因两条链 。
原料：四种脱氧核苷酸。 酶：热稳定 DNA 聚合酶 (Taq 酶)。 引物：人工合成的两条 DNA 片段 (引物 1，引物 2)。
⑤PCR 反应过程
⑥方式：指数形式扩增(2n，n 为扩增循环的次数)。 ⑦结果： 短时间内大量扩增目的基因 。 (3)人工合成 ①前提条件：核苷酸序列 已知 ，基因 比较小。 ②方法 a．反转录法：目的基因的 mRNA反―― 转→录
二、基因工程的基本操Hale Waihona Puke Baidu程序
1．目的基因的获取 (1)从基因文库中获取 ①前提条件： 目的基因序列未知 。
②基因文库：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，可分为 基因组文库 和
的 输卵管或子宫内 ―→获得具有 新性状 的动
物。
(3)目的基因导入微生物细胞
①转化方法
a．用 Ca2＋ 处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环 境中 DNA 分子的生理状态(这种细胞称为 感受态细胞 )。
b．感受态细胞吸收 重组表达载体 DNA 分子 。
②受体细胞：原核细胞(使用最广泛的是大肠杆菌)。
部分基因文库 (如 cDNA 文库)。
③构建过程
(2)利用 PCR 技术扩增目的基因 ①PCR 含义：是一项在生物体外 复制特定 DNA 片段 的核酸合成技术。 ②PCR 原理：DNA 双链复制 。 ③前提条件：有一段已知目的基因的 核苷酸 序列， 以便根据这一序列合成 引物 。
④要求 模板：
4．基因治疗 (1)方法：把 正常基因 导入病人体内，使该基因的表 达产物发挥功能。
(2)效果：治疗 遗传病 的最有效的手段。 (3)分类： 体内基因治疗 和体外基因治疗。
四、蛋白质工程
1．概念：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 基因修饰 或
基因合成 ，对现有蛋白质进行 改造
②类型
③DNA 连接酶和限制酶的关系
(3)载体 ①载体的作用：携带外源 DNA 片段进入受体细胞。 ②常用载体： 质粒 。其他载体：λ 噬菌体衍生物、 动植物病毒 等。
③质粒
a．概念：质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌 拟核 DNA 之外，并具有自我复制能力的很小的双链 环状 DNA 分子。
之间的 磷酸二酯键 断开。 ③结果：产生 黏性末端
或 平末端 。
例：如下图所示，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；说明限制酶具有 专一性 。
④本质：蛋白质。
(2)DNA 连接酶 ①作用：将限制酶切割下来的 DNA 片段 拼接成新的 DNA 分子 。
③原核生物的特点：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
(1)不论是复制水平、转录水平还是翻译水平的检测， 都是在 体外 进行的。
(2)在 DNA 分子、mRNA 分子上检测目的基因是否插 入、目的基因是否转录时，用的探针都是 放射性同位素 等标记的含有 目的基因 的 DNA 片段。
基因表达。
②基因枪法：适用于 单子叶植物 ，成本较高。 ③花粉管通道法：将目的基因通过 花粉管通道
导入受体细胞，十分简便经济。
(2)目的基因导入动物细胞 ①方法： 显微注射 技术。 ②受体细胞：动物的 受精卵 。
③操作过程：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 经 胚 胎 早 期 培 养 后 ， 移植 到 雌 性 动 物
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 DNA 重组技术 。
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 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
第十单元 现代生物科技专题
第35讲 基因工程
[考纲明细] 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) 实验：DNA 的粗提取与鉴定
板块一 知识·自主梳理
一、基因工程的概念及基本工具
1．基因工程的概念 基因工程是指按照 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
，并且可以 表达 和发
挥作用。
(2)组成
(3)构建过程
3．将目的基因导入受体细胞
(1)目的基因导入植物细胞 ① 农杆菌转化法 ：最常用的方法。 a．受体细胞：植物 体细胞 或受精卵。 b．操作过程：将目的基因插入 Ti 质粒的 T-DNA 上―→转入 农杆菌 ―→导入 植物细胞 ―→T-DNA 上的目的基因整合到 受体细胞的染色体 DNA 上―→目的
三、基因工程的应用 1．转基因植物 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。 2．转基因动物 动物基因工程在动物品种改良、建立 生物反应器 、 器官移植等方面显示了广阔的应用前景。
3．基因工程药物 (1)来源：转基因的 工程菌 。 (2)成果：细胞因子、抗体、疫苗、激素等。 (3)作用：用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、 遗传病 、各种传染病、糖尿病、类风湿等疾病。
单链 DNA ―合―成→双链 DNA(目的基因)
b．化学合成法：蛋白质的氨基酸序列―推―测→ mRNA 的核苷酸序列―推―测→ 目的基因 的核苷酸 序列―化 合―学 成→目的基因
2．基因表达载体的构建——基因工程的核心
(1)操作目的 使目的基因在受体细胞中 稳定存在 遗传 给下一代，同时，使目的基因能够
目的基因两条链 。
原料：四种脱氧核苷酸。 酶：热稳定 DNA 聚合酶 (Taq 酶)。 引物：人工合成的两条 DNA 片段 (引物 1，引物 2)。
⑤PCR 反应过程
⑥方式：指数形式扩增(2n，n 为扩增循环的次数)。 ⑦结果： 短时间内大量扩增目的基因 。 (3)人工合成 ①前提条件：核苷酸序列 已知 ，基因 比较小。 ②方法 a．反转录法：目的基因的 mRNA反―― 转→录