选修三现代生物科技专题知识总结

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1、选修三 现代生物科技专题专题专题一一 基因工程基因工程基因工程：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” 。第一第一节节 DNA 重重组组技技术术的基本工具的基本工具一、限制性核酸内切酶分子手术刀（简称限制酶） 1.来源：从原核生物中分离纯化而来。 2.特点：能够识别双链 DNA 分子的某种特定核苷酸序列，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。 3.作用部位：磷酸二酯

2、键 4.作用实质：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。 5.作用结果：产生黏性末端或平末端 6.六种酶的比较：实质模板作用 部位作用结果限制酶切割目的基因或载体不需要形成黏性末端或平末端DNA 连接酶催化两个双链 DNA 片段 连接起来不需要形成重组 DNA 分子DNA 聚合酶催化脱氧核苷酸单链 与单个脱氧核苷酸连接需要 （DNA 单链）形成新的 DNA 分子DNA 水解酶催化 DNA 分子水解不需要磷酸 二酯键形成脱氧核苷酸DNA 解旋酶催化 DNA 分子双链解旋不需要碱基对间 的氢键形成单链 DNA 分子RNA 聚合酶催化 RNA 的合成需要 （DNA 单链）磷酸 二酯键

3、形成新的 RNA注解：注解： （1）基因重组的三种类型： 基因的交叉互换：减 I 前期； 基因的自由组合：减 I 后期； 基因工程：可定向改造生物性状。 （2）对限制酶的理解： 限制酶是一类酶，而不是一种酶； 限制酶的成分均为蛋白质，其作用的发挥需要适宜的理化条件，高温、强碱或强酸均 易使之变性失活； 限制酶作为酶类，其催化作用具有高效性、专一性和作用条件较温和等特点； 限制酶主要来源于原核生物，如细菌；在原核细胞内，限制酶起切割外源 DNA，防 止寄生生物侵染的作用。 二、DNA 连接酶分子缝合针 1.类型：根据酶的来源不同，可分为：Ecoli DNA 连接酶（从大肠杆菌中获取）和 T4DN

4、A 连接酶（从 T4噬菌体中获取） 。2.作用：将双链 DNA 片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二 酯键。 3.特点：Ecoli DNA 连接酶只能连接黏性末端，T4DNA 连接酶既能连接黏性末端又能连接 平末端，但连接平末端的效率较低。 三、基因进入受体细胞的载体分子运输车 1.作用：将含有外源基因（即目的基因）的 DNA 片段结合，将外源基因送入受体细胞中。 2.载体必须具备的条件： （1）有一至多个限制酶切点（方便目的基因插入） （2）能自我复制（使目的基因在宿主细胞中能保存下来并能大量复制） （3）有特殊的标记基因（对导入目的基因的受体细胞进行检测与筛选） 3

5、.载体的种类 （1）质粒：是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌拟核 DNA 之外的，具有自我复制能 力的很小的双链环状 DNA 分子。质粒是最常用的载体。 （2）其他载体： 噬菌体的衍生物、动植物病毒等 注解：注解： 天然质粒需要经过人工改造后，才能用作基因工程中的载体； 基因工程中的载体与细胞膜上的载体蛋白的区别 基因工程中的载体细胞膜上的载体蛋白 来源细菌的质粒、噬菌体、动植物病毒细胞膜上的蛋白质作用将目的基因转移到宿主细胞中，并能在宿主细胞中对目 的 基因进行大量复制运载要进出细胞的某些物质对限制酶和载体切割位点的说明 a.若用于切割载体的限制酶有多个切点，则切割后载体可能丢失含有复制起

6、始点的片段，重 组 DNA 分子进入受体细胞后便不能进行自主复制； b.切点所处位置必须在载体本身需要的基因片段之外，以避免载体因目的基因的插入而失活。第二第二节节 基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序一、目的基因的获取 1.目的基因：编码蛋白质的基因 2.获取目的基因的方法： （1）从基因文库中获取 基因文库包括：基因组文库（包含一种生物所有的基因）和部分基因文库（只包含一种生物 的一部分基因，如 cDNA 文库） 。 （2）利用 PCR 技术扩增目的基因 （3）人工合成：（条件：基因比较小，核苷酸序列又已知的情况下） 反转录法：目的基因的 mRNA单链 DNA双链 DNA（即目的基

7、因） 反转录合成化学合成法：已知蛋白质的氨基酸序列mRNA的核苷酸序列目的基因的核苷酸序列目的基推测推测化学合成因 注解：注解：（1）用 DNA 探针从基因文库中准确提取目的基因 由于 DNA 双链的核苷酸序列是彼此互补的，当 DNA 分子杂交时，首先使双链解开， 根据目的基因的核苷酸序列制成一段与之互补的核苷酸短链，并用同位素标记，以此作为探 针，用探针探查基因文库中已经变性的 DNA 片段，如果有一个 DNA 片段能和探针互补， 结合成双链，这一片段即含有目的基因。 （2）详解 PCR 技术 原理：利用 DNA 双链复制的原理，在体外将基因的核苷酸序列不断地加以复制，使其数 量呈指数形式扩

8、增（约为 2n，n 为扩增循环的次数）. 过程：可采用 PCR 扩增仪，进行扩增（教材）PCR 的反应条件：条件作用 在一定的 缓冲液进行提供相对稳定的 pH 环境四种脱氧核苷酸作为合成 DNA 子链的原料 DNA 母链作为 DNA 复制的模板 TaqDNA 聚合酶催化合成 DNA 子链 引物使 DNA 聚合酶能够从引物的 3端开始连接脱氧核苷酸 90-95变性：使双链 DNA 解聚为单链55-60复性（退火）：两种引物通过碱基互补配对与两条单链 DNA 结合温度 控制70-75延伸：四种脱氧核苷酸在 Taq DNA 聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原 则合成新的 DNA 链 比较 PCR 技

9、术和 DNA 复制 PCR 技术DNA 复制 原理碱基互补配对 原料四种脱氧核苷酸相 同 点条件均需要模板（脱氧核苷酸链作为模板） 、引物、酶、ATP 等 场所生物体外细胞内（主要在细胞核内） 解旋 方式DNA 在高温下变性解旋DNA 解旋酶催化 DNA 解旋酶耐热的 DNA 聚合酶 （Taq DNA 聚合酶）DNA 解旋酶、普通的 DNA 聚合酶温度 条件需控制温度，在较高温度下进行细胞内的温和条件不 同 点结果短时间内可形成大量的 DNA 片段形成完整的 DNA 分子 二、基因表达载体的构建 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，使目的基因能够表达 和发挥作用。

10、2.组成: （1）启动子：一段特殊结构的 DNA 片段，位于目的基因的首端，是 RNA 聚合酶识别和结 合的部位，驱动基因转录出 mRNA。 （2）目的基因：编码相关蛋白质，形成基因工程产品或产生新的生物性状。 （3）终止子：一段有特殊结构的 DNA 短片段，位于目的基因尾端，能使转录过程停止。 （4）标记基因：鉴别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。注解：注解： （1）终止子是指 DNA 分子上决定转录停止的三个相邻碱基；终止密码子是指 mRNA 分子 上决定翻译停止的三个相邻碱基。 （2）对构建基因表达载体的说明 形成重组 DNA 分子的过程中，必须用同一种限制酶

11、切割目的基因和载体； 目的基因插入载体或者插入受体细胞的染色体 DNA 中并不能说明基因工程操作成功，还 要使目的基因在受体细胞中稳定存在和表达，并且可以遗传给下一代； 目的基因能在受体细胞中表达，产生相应性状的原因是不同生物共用一套遗传密码； 组成基因表达载体的四部分相互协作，缺一不可，共同维持目的基因的表达； 基因表达载体虽然都由四部分组成，但由于受体细胞（动物、植物、微生物）不同，基因 表达载体的构建也会有差别。 （3）基因表达载体应具备的条件 对受体细胞无害，不影响受体细胞正常的生命活动； 能自我复制，通过复制进行基因扩增，否则可能会使重组 DNA 丢失； 具有标记基因，以便于鉴定目的

12、基因是否进入受体细胞； 重组 DNA 分子大小应适宜，以方便操作。 三、将目的基因导入受体细胞 1.操作目的：使目的基因进入受体细胞，并且在受体细胞内维持稳定和表达，即转化受体细 胞。 （转化的实质是使目的基因整合到受体细胞染色体基因组中） 2.转化方法：受体细胞种类方法特点（常用）农杆菌转化法：将目的基因插入到农杆 菌的 Ti 质粒的 TDNA 上转入农杆菌用农杆 菌侵染植物细胞将目的基因整合到植物细胞染 色体的 DNA 上植物产生新性状或蛋白质产物经济、有效，适用于双子叶植物 和裸子植物，尤其适用于双子叶 植物基因枪法成本较高，常用于单子叶植物植物细胞花粉管通道法简便、经济，我国科学家独创

13、动物细胞显微注射法：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输卵管或子宫内发育获 得具有新性状的动物最为有效的将目的基因导入动物 细胞的方法微生物细胞Ca2+处理受体细胞感受态细胞重组表达载体与 感受态细胞混合感受态细胞吸收 DNA 分子简便、经济、有效/-注解：注解： 不同种类的受体细胞 （1）对于植物来说，受体细胞可以是受精卵和体细胞； （2）对于动物来说，受体细胞一般是受精卵，受精卵作为受体细胞具有体积大、易操作、 经培养可直接表达性状的优点；（3）微生物细胞作为受体细胞具有繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对较少等优点。 四、目的基因的检测

14、与鉴定 1.操作目的：检测和鉴定目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性； 2.目的基因的检测与鉴定 类型步骤检测内容方法结果显示 导入检测 （复制检测）目的基因是否插入受体细胞 染色体的 DNA 上DNA 分子杂交技术转录 检测目的基因是否 转录出 mRNA分子杂交技术分子 水平 检测表达 检测翻译 检测目的基因是否 翻译出蛋白质抗原抗体杂交技术是否成功 显示杂交带个体水平鉴定是否具有抗性及抗性程度；基因工程产品与天然产品 的活性是否相同对转基因生物进行抗 虫或抗病的接种实验； 比较基因工程产品与 天然产品的活性是否赋予了预期 抗性或蛋白质活 性注解：注解： 对基因工程基本操

15、作程序的再理解 （1）在整个操作程序中，除第三步“将目的基因导入受体细胞”外，其他三个步骤均涉及 碱基互补配对。 （2）插入的目的基因只是结构基因，其表达还需要调控序列，因而用作载体的质粒的插入 部位前须有启动子，后须有终止子。 （3）整个操作程序中使用的工具酶只有两种：限制酶在操作程序 1、2 中用到且要求是同一 种，目的是产生相同的黏性末端，便于连接；DNA 连接酶只在操作程序 2 中用到。第三第三节节 基因工程的基因工程的应应用用一、植物基因工程硕果累累 1.抗虫转基因植物 （1）杀虫基因种类：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）成果：抗虫植

16、物 2.抗病转基因植物 （1）植物的病原微生物：病毒、真菌和细菌等 （2）抗病基因种类 抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因等； 抗真菌基因：几丁质酶基因、抗毒素合成基因等； （3）成果：抗烟草花叶病毒的转基因烟草和抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等； 3.抗逆转基因植物 （1）抗逆基因：调节细胞渗透压的基因使作物抗盐碱、抗旱等； （2）成果：抗盐碱、抗旱的烟草； 4.利用转基因改良植物品质 （1）优良基因：必需氨基酸的蛋白质编码基因、控制番茄果实成熟的基因； （2）成果：富含赖氨酸的转基因玉米 二、动物基因工程前景广阔 1.用于提高动物生长速度2.用于改善畜产品的品质 3.用转基因动物生产药物 （1）建立动物乳腺生物反应器 将“药用蛋白基因”与“乳腺蛋白基因的启动子”等调控组件重组在一起，通过显微注 射等方法导入哺乳动物的受精卵中，再将受精卵送入母体内，使其生长发育成转基因动物， 到泌乳期后，通过分泌的乳汁获得需要的产