高中生物選修三專題一基因工程知識點

1、專題一 基因工程基因工程的概念基因工程是指依據(jù)人們的愿望，進行嚴格的設(shè)計，通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因技術(shù)，賜予生物以新的遺傳特性，制造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品?；蚬こ淌窃贒NA分子水平上進行設(shè)計和施工的，又叫做DNA重組技術(shù)。（一）基因工程的基本工具1.“分子手術(shù)刀”限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）（1）來源：主要是從原核生物中分別純化出來的。（2）功能：能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開，因此具有專一性。（3）結(jié)果：經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式：黏性末端和平末端。黏性末端：當限制酶從識別序列的中

2、心軸線兩側(cè)切開時，被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個伸出的核苷酸，他們之間正好互補配對，這樣的切口叫黏性末端。平末端：當限制酶從識別序列的中心軸線處切開時，切開的DNA兩條單鏈的切口，是平整的，這樣的切口叫平末端。2.“分子縫合針”DNA連接酶(1)兩種DNA連接酶（E·coliDNA連接酶和T4-DNA連接酶）的比較：相同點：都縫合磷酸二酯鍵。區(qū)分：E·coliDNA連接酶來源于大腸桿菌，只能將雙鏈DNA片段互補的黏性末端之間的磷酸二酯鍵連接起來；而T4DNA連接酶能縫合兩種末端，但連接平末端的之間的效率較低。(2) 與DNA聚合酶作用的異同: DNA聚合酶只能

3、將單個核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯鍵。DNA連接酶是連接兩個DNA片段的末端，形成磷酸二酯鍵。DNA連接酶DNA聚合酶不同點連接的DNA雙鏈單鏈模板不要模板要模板連接的對象2個DNA片段單個脫氧核苷酸加到已存在的單鏈DNA片段上相同點作用實質(zhì)形成磷酸二酯鍵化學(xué)本質(zhì)蛋白質(zhì)3.“分子運輸車”載體（1）載體具備的條件：能在受體細胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存。具有一至多個限制酶切點，供外源DNA片段插入。具有標記基因，供重組DNA的鑒定和選擇。對受體細胞無害。（2）最常用的載體是質(zhì)粒,它是一種暴露的、結(jié)構(gòu)簡潔的、獨立于細菌染色體之外，并具有自我復(fù)制力量的雙鏈環(huán)狀DNA分子。（3）其它載體：噬菌

4、體的衍生物、動植物病毒 (二)基因工程的基本操作程序第一步：目的基因的獵取1.目的基因是指： 編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因 。（1）獵取方法：從基因文庫中獵取目的基因（2）人工合成法：化學(xué)方法合成DNA片段（反轉(zhuǎn)錄法、直接合成法）（3）PCR反應(yīng)擴增DNA2.基因文庫包括基因組文庫和部分基因文庫（如cDNA文庫）3.PCR技術(shù)擴增目的基因（1）PCR的含義：聚合酶鏈式反應(yīng)，是一項在生物體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。（2）目的：獵取大量的目的基因（3）原理：DNA雙鏈復(fù)制（4）過程：第一步：加熱至9095DNA解鏈為單鏈；其次步：冷卻到5560，引物與兩條單鏈DNA結(jié)合；第三步：加熱至7075，

5、熱穩(wěn)定DNA聚合酶從引物起始進行互補鏈的合成。（5）特點：指數(shù)(2n)形式擴增其次步：基因表達載體的構(gòu)建(核心)1.目的：使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳至下一代，使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。2.組成：目的基因啟動子終止子標記基因（1）啟動子：是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，能驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA，最終獲得所需的蛋白質(zhì)。（2）終止子：也是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段 ，位于基因的尾端。（3）標記基因的作用：是為了鑒定受體細胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來。常用的標記基因是抗生素基因。3.重組質(zhì)粒形成過程:（1）用

6、肯定的限制酶切割質(zhì)粒，使其消滅一個切口，露出黏性末端。（2）用同一種限制酶切斷目的基因，使其產(chǎn)生相同的黏性末端。（3）將切下的目的基因片段插入質(zhì)粒的切口處，再加入適量DNA連接酶，形成了一個重組DNA分子（重組質(zhì)粒）第三步：將目的基因?qū)胧荏w細胞轉(zhuǎn)化1.轉(zhuǎn)化的概念：是目的基因進入受體細胞內(nèi)，并且在受體細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達的過程。2.常用的轉(zhuǎn)化方法：將目的基因?qū)胫参锛毎航邮茏疃嗟姆椒ㄊ?農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，其次還有 基因槍法和 花粉管通道法等。將目的基因?qū)雱游锛毎鹤畛Ｓ玫姆椒ㄊ?顯微注射技術(shù)。方法的受體細胞多是 受精卵。將目的基因?qū)胛⑸锛毎涸松镒鳛槭荏w細胞的緣由是 繁殖快、多為單細胞

7、、遺傳物質(zhì)相對較少，最常用的原核細胞是大腸桿菌，其轉(zhuǎn)化方法是：先用 Ca2+ 處理細胞，使其成為感受態(tài)細胞 ，再將重組表達載體DNA分子 溶于緩沖液中與感受態(tài)細胞混合，在肯定的溫度下促進感受態(tài)細胞吸取DNA分子，完成轉(zhuǎn)化過程。3.重組細胞導(dǎo)入受體細胞后，篩選含有基因表達載體受體細胞的依據(jù)是標記基因是否表達。第四步：目的基因的檢測和表達1.首先要檢測轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，方法是接受DNA分子雜交(DNA-DNA)技術(shù)。2.其次還要檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA，方法是接受分子雜交(DNA-RNA)技術(shù)。3.最終檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)，方法是接受抗原抗體雜交技術(shù)。4.

8、有時還需進行個體生物學(xué)水平的鑒定。如生物抗蟲或抗病的鑒定等。（三）基因工程的應(yīng)用1.植物基因工程：抗蟲、抗病、抗逆轉(zhuǎn)基因植物，利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)。2.動物基因工程：提高動物生長速度、改善畜產(chǎn)品品質(zhì)、用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物。3.基因治療：把正常的外源基因?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因表達產(chǎn)物發(fā)揮作用。4.基因診斷：又稱為DNA診斷，是接受基因檢測的方法來推斷患者是否消滅了基因特別或攜帶病原體。（四）蛋白質(zhì)工程的概念蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。（基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)）轉(zhuǎn)錄 翻譯蛋白質(zhì)工程的基本途徑：從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能動身；設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)；推想應(yīng)有的氨基酸序列；找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因） 蛋白質(zhì)工程與基因工程區(qū)分一基因的結(jié)構(gòu)：基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段(注：RNA病毒為RNA)，分為編碼區(qū)和非編碼區(qū)。編碼區(qū)：能轉(zhuǎn)錄出mRNA，原核生物中也就是能編碼蛋白質(zhì)的區(qū)段非編碼區(qū)：不能轉(zhuǎn)錄出mRNA，也不能編碼蛋白質(zhì)的區(qū)段（）原核細胞基因的結(jié)構(gòu)非編碼區(qū)中