选修3 基因工程(4节全)概念讲义.

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1、生物选修3 专题一：基因工程 第1节 DNA重组技术的基本工具【知识点一：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。 注意：对本概念应从以下几个方面理解：操作环境操作对象操作水平结果基本过程剪切拼接导入表达【知识点二：基因工程的基本工具】1.限制性核酸内切酶“分子手术刀”（1）来源：主要是从原核生物中分离纯化来的。（2）作用（功能）：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并能将每一条

2、链上特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键切开。（具有专一性）（3）切割方式及结果：在中心轴线两侧将DNA切开，切口是黏性末端。 沿着中心轴线切开DNA，切口是平末端。2.DNA连接酶“分子缝合针”（1）作用部位：互补的末端的磷酸二酯键（2）DNA连接酶的种类：Ecoli DNA连接酶和T4 DNA连接酶。类型来源作用与不同EcoliDNA连接酶大肠杆菌只能连接双链DNA片段互补的黏性末端T4DNA连接酶T4噬菌体既连接黏性末端又能连接平末端（平末端效率低）3.基因进入受体细胞的载体“分子运输车”（载体）（1）种类：质粒、噬菌体、动植物病毒（最常用）质粒：常存在于原核细胞和酵母菌中，是一种分子质

3、量较小的双链环状的裸露的DNA分子，独立于拟核之外。病毒：常用的病毒有噬菌体、动植物病毒等。（2）运载体作用：是用它做运载工具，将目的基因转运到宿主细胞中去。是利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。（3）作为运载体必须具备的条件：能够在 受体 细胞中保存下来并大量 自我复制 ，或者能够 整合 到受体细胞 染色体DNA 上伴随染色体DNA的 复制 而同步 复制 ，以便 有一个或者多个 限制性内切酶切点 ，以便 有一定的 标记基因 ，便于 。 另外载体分子的大小要合适，也必须是安全的，不会对受体细胞有害。注意：比较有关的DNA酶（1）DNA水解酶：能够将DNA水解成四种脱氧核苷酸，彻底水解成膦

4、酸、脱氧核糖和含氮碱基（2）DNA解旋酶：能够将DNA或DNA的某一段解成两条单链，作用的部位是碱基和碱基之间的氢键。注意：使DNA解成两条长链的方法除用解旋酶以外，在适当的高温（如94）、重金属盐的作用下，也可使DNA解旋。（3）DNA聚合酶：能将单个的核苷酸通过磷酸二酯键连接聚合成DNA长链。（4）DNA连接酶：是通过磷酸二酯键连接双链DNA的缺口。第2节 基因工程的基本操作程序【知识点一：基因工程的基本操作步骤】基因工程基本操作四步：目的基因的获取；基因表达载体的构建； 将目的基因导入受体细胞；目的基因的检测与鉴定。【第一步：目的基因的获取】1目的基因：主要是指编码蛋白质的结构基因。2目

5、的基因的获取方法：从基因文库中获取、利用PCR提取目的基因、人工合成法 详细解释以上内容：基因文库： 基因文库：将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因。构建基因文库的目的：为了在不知目的基因序列的情况下，便于获得所需的目的基因。 基因组文库：含有一种生物的所有基因。 部分基因文库（如cDNA文库）：含部分基因，可由mRNA反转录而来。利用PCR技术扩增目的基因 PCR： 是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。 （必须已知） 原理： DNA双链复制 特点： 指数形式扩增 原料： 模板DNA；RNA引物；四种脱氧核苷酸；热稳

6、定DNA聚合酶（Taq酶）； 过程： 热变性（90-95）、退火（55-60）、延伸（70-75）第一步：加热至9095DNA解链；第二步：冷却到5560，引物结合到互补DNA链；第三步：加热至7075，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。【第二步：基因表达载体的构建】（基因工程的核心体外进行）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 详细解释以上内容：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。

7、 终止子：也是一段有特殊结构的DNA片段 ，位于基因的尾端。 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】1. 转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达 导入植物细胞：常用农杆菌转化法，其次基因枪法、还有花粉管通道法。 导入动物细胞：最常用显微注射技术，动物的受体细胞一般是受精卵。导入微生物细胞：用 Ca2+ 处理 受体细胞成为感受态细胞，再进行混合。【第四步：目的基因的检测与鉴定】1.分子检测：导入检测+表达检测导入检测：利用DNA分子杂交技术，目的基因DNA一条

8、链（作探针）与受体细胞中提取的DNA杂交，看是否有杂交带。表达检测：目的为了检测是否转录出了mRNA，利用DNA-mRNA分子杂交技术，目的基因DNA一条链（作探针）与受体细胞中提取的mRNA杂交， 看是否有杂交带。表达检测：目的为了检测目的基因是否翻译成蛋白质。抗体与蛋白质进行抗原抗体杂交，看是否有杂交带。2.个体水平的鉴定：进行抗虫、抗病的接种实验，根据其性状判断是否表达。第3节 基因工程的应用【知识点一 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

9、：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

10、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。【知识点二 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。如：转基因绵羊和转基因鲤鱼。2.用于改善畜产品的品质：基因工程可用于改善畜产品的品质。如：有些人对牛奶中的乳糖不能完全消化或食用后会出现过敏、腹泻、恶心等不适症状，科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，这样所获得的牛奶其成分 不受影响，但乳糖的含量大大减低。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

11、如人胰岛素、人生长激素、人脑激素、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。4.用转基因动物做器官移植的供体：目前，人体移植器官短缺是一个世界性的难题，用其它动物的器官替代，又会出现免疫排斥现象，现在，科学家正试图利用基因工程方法对一些动物的器官进行改造，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆器官。【知识点三 基因治疗】1.概念：基因治疗是把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，这是治疗遗传病的最有效的手段。2.方法：体外基因

12、治疗和体内基因治疗体外基因治疗：先从病人体内获得某种相关细胞，进行培养，然后在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内，这种方法叫做体外基因治疗。体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移基因的治疗方法叫做体内基因治疗。第4节 蛋白质工程的崛起【知识点一：蛋白质工程崛起的缘由】基因工程生产的自然界已有的蛋白质已经不能满足人类生产和生活的需求。应该在基因工程的基础上按照人们意愿对基因进行操作，从而生产出人们所需要的蛋白质。【知识点二：蛋白质工程的基本原理】概念：以蛋白质分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，以满足人类生产和生活的需求。目的：根据人们对蛋白质功能的特定需求对蛋白质的结构进行分子设计最终通过基因来实现。原理：从预测蛋白质功能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糖核苷酸序列合成DNA表达出蛋白质。（与基因工程的过程相反）【知识点三：蛋白质工程的进展和前景】在食品工业、日用品工业方面有着广泛的应用前景，目前来看成功的例子很少。