《重点中学基因工程的第一轮复习知识点梳理 (2)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《重点中学基因工程的第一轮复习知识点梳理 (2)（64页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、一轮复习 基因工程,一、基因工程,通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。,1、概念：,2、原理：,基因重组,3、操作水平：,分子水平,4、结果：,创造出人类需要的新的生物类型和生物产品,（DNA重组技术、基因拼接技术）, 基因是控制生物性状的基本遗传单位 遗传信息的传递都遵循中心法则 生物界共用一套遗传密码,a 、外源基因在受体细胞中表达的理论基础,b 、基因拼接的理论基础, DNA基本组成单位都是4种脱氧核苷酸 DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构 DNA都遵循碱基互补配对原则,识别双链DNA 分子
2、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之间的磷酸二酯键断开。,主要从原核生物中分离纯化得到,4.切割结果：,（一）限制性核酸内切酶 （限制酶）“分子手术刀”,1. 来源：,2.作用：,3.特点：, 特异性 切割外源DNA，对自身DNA不起作用,黏性末端,平末端,二、基因工程的基本工具,T,磷酸二酯键,A,双链DNA结构和磷酸二酯键位置,黏性末端和平末端,G A A T T C,C T T A A G,黏性末端,黏性末端,黏性末端,平末端,GAATTC CTTAAG,GAATTC CTTAAG,EcoR,DNA连接酶,将不同种来源的DNA片段连接起来,A生物 DNA片段,B
3、生物 DNA片段,GAATTC CTTAAG,酶切,GAATTC CTTAAG,同一种限制酶,注意：,1.限制酶识别序列的书写方向性：,5 3,3.有关限制酶的一些特殊情况：,（1）某些不同的限制酶识别同一种碱基序列（且切点相同）。 如：BamH、Bst都可识别GGATCC序列。 （2）不同限制酶切割DNA分子后产生相同黏性末端。 （3）少数限制酶却可识别不止一种碱基序列。,不同DNA分子用同一种限制酶切割产生的黏性末 端相同，同一个DNA分子用不同的限制酶切割，产生 的黏性末端一般不同。,一GGATCC一 一CCTAG G一,一GATC 一 一 CTAG 一,限制酶I,限制酶,G A ATT
4、C CTTAA G,EcoR,黏性末端相同,黏性末端不相同,基因工程疑难问题的解读：,1、限制酶识别序列的书写方向性：,通常写出的限制酶识别序列 是指5 3那条链上的碱基序列.,2、限制酶特异性的理解：,一般情况下，一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，这就是限制酶的特异性。但有些特例，如： 不同的限制酶识别同一种碱基序列且切点相同。如：BamH、Bst都可识别GGATCC序列。 不同限制酶切割DNA分子后产生相同粘性末端。如： BamH识别GGATCC序列,切点在G与G之间；Bgl识别AGATCT，切点在A与G之间；粘性末端均为ACTAG和GATC。少数限制酶却可识别不止一种碱基序列。,（
5、二）DNA连接酶“分子缝合针”,1、作用：,在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键,E.coliDNA连接酶 连接黏性末端,T4DNA连接酶连接黏性末端和平末端,2、种类：,3、DNA连接酶与DNA聚合酶的区别,4、DNA连接酶与DNA聚合酶的比较,都是催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键,都是催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键,都是催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键,在两个DNA片段 之间形成 磷酸二酯键,将单个脱氧核苷酸加到 已存在的核酸片段的 3端的羟基上， 形成磷酸二酯键,将存在的DNA片段 连接成重组DNA分子,合成新的DNA分子,DNA连接酶-“分子缝合针”,同尾酶(Isocaud
6、omers) 有些来源不同的限制酶，识别及切割序列各不相同，但却能产生出相同的粘性末端，这类限制酶称为同尾酶。但两种同尾酶切割形成的DNA片段经连接后所形成的重组序列，不能被原来的限制酶所识别和切割。EcoRI 和MunI属于同尾酶。,（三）基因进入受体细胞的载体 “分子运输车”,（1）质粒 （2）噬菌体的衍生物 （3）某些动植物病毒,1、种类,2、必要条件, 能在受体细胞中复制并稳定保存 有一个或多个限制酶切割位点，便于外源DNA片段插入 有标记基因，以便筛选出含有重组DNA的受体细胞 对受体细胞无害,能复制并带着插入的目的基因一起复制,有切割位点,标记基因,三、基因工程的基本操作程序,1.
7、目的基因的获取 2.基因表达载体的构建 3.将目的基因导入受体细胞 4.目的基因的检测与鉴定,（一）目的基因的获取,1.目的基因：,2.获取目的基因的常用方法：,从基因文库中获取,利用PCR技术扩增,人工合成,化学合成法,反转录法,（1）从基因文库中获取,（直接分离：从自然界已有的物种中分离出来）,基因文库,基因组文库：（一种生物的所有基因） 部分基因文库：（部分基因） （如cDNA文库）,概念：,类型,（2）人工合成,化学合成法：,反转录法：,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 基因的核苷酸序列 化学合成 人工合成目的基因,基因比较小，核苷酸序列又已知， DNA
8、合成仪,利用目的基因的mRNA反转录合成,（每个受体菌含有一段不同的DNA片段）,目的基因的mRNA,逆转录酶,杂交双链,核酸酶H,单链DNA,DNA聚合酶,双链DNA (cDNA),反转录法,基因文库的构建, 基因组文库的构建,提取某生物 全部DNA,用适当 限制酶切割,许 多DNA片段,与载体连接 导入受体菌群,该生物 基因组文库,（每个受体菌含有一段不同的DNA片段）, cDNA文库的构建,与载体连接 导入受体菌群,mRNA,逆转录酶,杂交双链,核酸酶H,单链DNA,DNA聚合酶,双链DNA (cDNA),该生物 cDNA文库,概念：PCR全称为_，是一项在生物_复制 _ 的核酸合成技术
9、。,条件：_、_、_ 、 _.,原理：_,聚合酶链式反应,体外,特定DNA片段,DNA复制,模板DNA,四种脱氧核苷酸,引物,热稳定DNA聚合酶（Taq酶）,（3）利用PCR技术扩增目的基因,要有一段已知目的基因的核苷酸序列,前提：,结果：,在短时间内大量扩增目的基因,a、变性（90-95）：双链DNA模板 在热作用下， 断裂，形成_,b、复性（55-60）：系统温度降低，引物 与DNA模板结合，形成局部_。,c、延伸（70-75）：在Taq酶的作用下，从引物的_延伸，合成与模板互补的_。,氢键,单链DNA,双链,DNA链,5端3端,过程：变性、复性、延伸 （多次重复）,PCR技术与DNA复制
10、的比较,过程：变性、复性、延伸 （多次重复）,可获取大量目的基因,非编码区,非编码区,编码区,启动子,终止子,原核生物的基因结构,与RNA聚合酶 结合位点,转录,mRNA,编码区,内含子,外显子,启动子,终止子,真核生物的基因结构,非编码区,转 录,mRNA前体,成熟mRNA,原核生物与真核生物的基因结构比较,思考,编码相同数目氨基酸的蛋白质，原核细胞与真核细胞基因结构一样长吗？,连续,不连续,编码区,非编码区,启动子：位于基因首端一段能与RNA聚合酶结合并能起始mRNA合成的序列。没有启动子，基因就不能转录。,RNA聚合酶:能够识别启动子上的结合位点并与其结合的一种蛋白质.,终止子：位于基因
11、的尾端的一段特殊的DNA片断，它能阻碍RNA聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来，使转录终止。,2.表达载体的组成 目的基因 启动子 终止子 标记基因,1.目的： （1）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 （2）使目的基因能够表达和发挥作用,(核心）,（二）基因表达载体的构建,（供重组DNA的鉴定和选择）,单切酶法与双切酶法,单切酶法就是用同一种限制酶切割含目的基因的DNA片段和载体，形成相同的黏性末端，可用DNA连接酶连接重组DNA。由于单切酶切割后目的基因的前后各有一个互补的黏性末端，这两个互补的黏性末端会发生碱基互补配对使目的基因前后相连，形成自身连接，自我环化
12、。同理质粒在DNA连接酶的作用下也会出现前后相连，形成自身连接。,双切酶法就是用两种不同的限制酶切割含目的基因的DNA片段和载体，使它产生两个不同的黏性末端，此时目的基因、载体就不会发生自我环化。而且在DNA连接酶的作用下，载体只能与目的基因的相应末端互补连接成重组质粒。,（三）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的过程。,都是催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键,都是催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键,同尾酶(Isocaudomers) 有些来源不同的限制酶，识别及切割序列各不相同，但却能产生出相同的粘性末端，这类限制酶称为同尾酶。但两种
13、同尾酶切割形成的DNA片段经连接后所形成的重组序列，不能被原来的限制酶所识别和切割。EcoRI 和MunI属于同尾酶。,(四)目的基因的检测与鉴定,1、分子水平检测,2、个体水平定,导入检测：检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因,转录检测：检测目的基因是否转录出了mRNA,翻译检测：检测目的基因是否翻译成蛋白质,抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等,方法,方法,方法,DNA分子杂交技术,分子杂交技术,抗原抗体杂交,四、基因工程的应用 1、植物基因工程 2、动物基因工程 3、基因工程药物 4、基因治疗,五、蛋白质工程 1、概念 2、崛起的缘由 3、原理,蛋白质工程的崛起,一、蛋白质工程的崛
14、起的缘由,基因工程产物 基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。,这些天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的,它们的结构和功能符合特定物种生存的需要,却不一定完全符合人类生产和生活的需要。,二、蛋白质工程的基本原理,1、蛋白质工程的目标,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。,2、天然蛋白质的合成过程,基因表达（转录和翻译）形成氨基酸序列的多肽链形成具有高级结构的蛋白质行使生物功能,、蛋白质工程的基本途径,预期的蛋白质功能,设计预期的蛋白质三维结构,推测应有的氨基酸序列,找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）,4、蛋白质工程的概念,是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能
15、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，以满足人类的生产和生活的需求。,蛋白质工程的基础:,蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系,蛋白质工程的实质：,改造基因,蛋白质工程的产物：,新的蛋白质,5、蛋白质工程与基因工程的关系,蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程，是包含多学科的综合科技工程领域。,基因工程是通过基因操作把外源基因转入适当的生物体内，并在其中进行表达，它的产品是该基因编码的天然存在的蛋白质。,注意：,1、改造蛋白质是通过改造基因实现的，这样的改造可遗传给后代，而且改造基因容易操作。,2、改造基因时，要对基因进行修饰或合成基因，需要用到基因工程中的工具酶。,3、改造后的基因需要表达出相应的蛋白质，一般让其在受体细胞中表达，导入受体细胞前，仍然需要构建基因的表达载体。,2015课标,15分)已知生物体内有一种蛋白质(P),该蛋白质是一种转运蛋白,由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸,240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸,改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能,而且具有了酶的催化活性。回答下列问题: (1)从上述资料可知,若要改变
