选修3知识点总结完整版

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1、1现代生物科技专题总结现代生物科技专题总结专题专题 1 1 基因工程基因工程 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，通过体外体外 DNADNA 重组和转基重组和转基 因技术因技术，赋予生物以新的遗传特性新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。 基因工程是在 DNADNA 分子水平分子水平上进行设计和施工的，又叫做 DNADNA 重组技术重组技术。 （一）基因工程的基本工具 1.“分子手术刀”限制性核酸内切酶（限制酶）限制性核酸内切酶（限制酶） （1）来源：主要是从原核生物原核生物中分离纯化出来的。 （2）功能：

2、能够识别双链 DNA 分子的某种特定特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定特定部位的 两个核苷酸之间的磷酸二酯键磷酸二酯键断开，因此具有专一专一性。 （3）结果：经限制酶切割产生的 DNA 片段末端通常有两种形式：黏性末端黏性末端和平末端平末端。 当当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧两侧将 DNA 的两条链分别切开时，产生的是黏黏 性末端。而当性末端。而当限制酶在它识别序列的中心轴线处处切开时，产生的是平末端。平末端。 2.“分子缝合针”DNADNA 连接酶连接酶 (1)两种 DNA 连接酶（EcoliDNA 连接酶和 T4-DNA 连接酶）的比较： 相同点：都是将双链 DNA 分子片段“缝合

3、”起来，恢复被限制酶切开了的两个核苷酸之间的 磷酸二酯磷酸二酯键。 区别：EcoliDNA 连接酶来源于大肠杆菌，只能将双链 DNA 片段互补的黏性末端黏性末端 之间连接起来；不能将双链 DNA 片段平末端之间进行。而 T4DNA 连接酶是从 T T4 4噬菌噬菌 体体中分离出来的中分离出来的，能缝合两种末端两种末端，但连接平末端的之间的效率较低低。 3.“分子运输车”基因进入受体细胞的载体载体 （1）载体具备的条件主要有：能在受体细胞中复制并稳定保存能在受体细胞中复制并稳定保存。具有一个至多个限制酶具有一个至多个限制酶 切点，供外源切点，供外源 DNADNA 片段（基因）插入片段（基因）插入

4、。具有标记基因，供重组具有标记基因，供重组 DNADNA 的鉴定和选择的鉴定和选择。 （2）常用的载体是质粒质粒,它是一种裸露的、结构简单的、独立于裸露的、结构简单的、独立于拟核拟核 DNADNA 之外之外，并具有，并具有自我复自我复 制能力制能力的双链的双链环状环状 DNADNA 分子分子。 （3）其它载体： 噬菌体的衍生物、动植物病毒等噬菌体的衍生物、动植物病毒等(二)基因工程的基本操作程序：1 1、目的基因的获取、目的基因的获取 2 2、基因表达载体的构建、基因表达载体的构建3 3、将目的基因导入受体细胞、将目的基因导入受体细胞 4 4、目的基因的检测与鉴定、目的基因的检测与鉴定 第一步

5、：目的基因的获取目的基因的获取 目的基因可以从自然界中已有的物种中分离，也可以用人工的方法合成。目的基因主要是指 编码蛋白质的结构基因编码蛋白质的结构基因 ，也可以是一些具有调空作用的因子，也可以是一些具有调空作用的因子。获取目的基因目前常用的方法 ：从基因文库中获取目的基因从基因文库中获取目的基因（基因组文库，部分基因文库如 cDNA 文库，cDNA 文库基因中 无内含子）利用利用 PCRPCR 技术扩增目的基因技术扩增目的基因：PCR 是聚合酶链式反应的缩写，是在生物体外复制 特定 DNA 片段的核酸合成技术，可以获取大量的目的基因。利用 DNADNA 双链复制双链复制的原理，前提要的原理

6、，前提要 有一段已知目的基因的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。扩增过程：目的基因 DNA 受受 热变性热变性后解链为单链，引物与单链相应互补序列引物与单链相应互补序列结合，然后在热稳定热稳定 DNADNA 聚合酶聚合酶作用下进行延伸，如此重复循环多次重复循环多次。注意注意：加热至 9095DNADNA 解链解链；冷却至 5560，引物结合到互补引物结合到互补 DNADNA 链链；加热至 7075，热稳定热稳定 DNADNA 聚合酶从引物起始互补链的合成聚合酶从引物起始互补链的合成。人工合成人工合成：基因比 较小，核苷酸序列又以知，可以通过 DNA 合成仪用化学方法直接

7、人工合成。 第二步：基因表达载体的构建（是基因工程的核心）基因表达载体的构建（是基因工程的核心） 1.目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在稳定存在，并且可以遗传给下一代遗传给下一代，同时使目的基因能够表表 达和发挥作用达和发挥作用。 2.组成：目的基因目的基因启动子启动子终止子终止子标记基因等标记基因等 （1）启动子：是一段有特殊结构的 DNADNA 片段片段，位于基因的首端首端，是 RNARNA 聚合酶聚合酶识别和结合的 部位，有了它才能驱动基因转录出转录出 mRNAmRNA，最终获得所需的蛋白质蛋白质。 （2）终止子：也是一段有特殊结构的 DNADNA 短片段短片段 ，位于基因的尾端尾端，

8、使转录在所需要的地方 停止下来。 （3）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是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细含有目的基因的细 胞胞筛选出来。 第三步：将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞_ _ 1.转化转化：是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。是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。 2.常用的转化方法：常用的转化方法： 将目的基因导入植物细胞将目的基因导入植物细胞：采用最多的方法是采用最多的方法是 农杆菌转化法农杆菌转化法（目的基因插入到（目的基因插入到 TiTi 质粒的质粒的 T-DNAT-DNA 上，通过

9、上，通过农杆菌的转化作用，就可以使目的基因进入植物细胞，并且农杆菌的转化作用，就可以使目的基因进入植物细胞，并且 可以整合到受体细胞染色体可以整合到受体细胞染色体 DNADNA 上上，使，使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。 这种方法比较经济和有效）这种方法比较经济和有效） ， 还有 基因枪法基因枪法（单子叶植物中常用，成本较高）（单子叶植物中常用，成本较高）和 花粉管通道法花粉管通道法（我国科学家独（我国科学家独 创，例：我国的转基因抗虫棉，转入创，例：我国的转基因抗虫棉，转入 BtBt 毒蛋白基因，是一种十分简便经济的方法）毒蛋白基因，是一种十分简

10、便经济的方法） 。 将目的基因导入动物细胞将目的基因导入动物细胞：采用最多也是最为有效的方法是采用最多也是最为有效的方法是 显微注射技术显微注射技术。 （基本（基本 操作程序：将含有操作程序：将含有目的基因的表达载体提纯，然后从雌性动物体内取卵（受精卵） ， 采用显微注射仪进行显微注射，再将注射了目的基因的受精卵移植到采用显微注射仪进行显微注射，再将注射了目的基因的受精卵移植到雌性动物的输 卵管或子宫内，使其发育成为具有新性状的动物） 。 将目的基因导入微生物细胞将目的基因导入微生物细胞：原核生物作为受体细胞的原因是 繁殖快、多为单细胞、繁殖快、多为单细胞、 遗传物质相对较少遗传物质相对较少

11、等，等，最常用的是 大肠杆菌大肠杆菌 ，其转化方法是：先用 CaCa2+2+ 处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中细胞处于一种能吸收周围环境中 DNADNA 的生理状态这种细胞称的生理状态这种细胞称为 感受态细胞感受态细胞 ， 再将 重组表达载体重组表达载体 DNADNA 分子分子 溶于缓冲液缓冲液中与感受态细胞混合，在一定的温度下一定的温度下促进 感受态细胞吸收 DNA 分子，完成转化转化过程。 第四步：目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定（是检查基因工程是否做成功的一步）（是检查基因工程是否做成功的一步） 分子检测分子检测：1.首先要检测 转基因生物的染色体转基因生物的染色体 DN

12、ADNA 上是否插入了目的基因上是否插入了目的基因，这是目的基因能 否在真核生物真核生物中稳定遗传的关键。检测方法是采用 DNADNA 分子杂交技术分子杂交技术。将转基因生物的基因基因2组组 DNADNA 提取出来，在含有目的基因的 DNADNA 片段上用放射性同位素等做标记，作为探针，与基片段上用放射性同位素等做标记，作为探针，与基 因组因组 DNADNA 杂交，如果显示出杂交带，表明目的基因已插入染色体杂交，如果显示出杂交带，表明目的基因已插入染色体 DNADNA 中。中。 2.其次还要检测 目的基因是否转录出了目的基因是否转录出了 mRNAmRNA，检测方法是采用分子杂交技术分子杂交技术

13、。从转基因生物 中提取 mRNAmRNA，同样，同样用标记的目的基因作探针与用标记的目的基因作探针与 mRNAmRNA 杂交杂交。如果显示出如果显示出杂交带，则表明目的 基因转录出了 mRNAmRNA。 3.最后检测 目的基因是否翻译成蛋白质目的基因是否翻译成蛋白质，检测方法是从转基因生物中提取 蛋白质蛋白质，用相应的 抗体抗体进行抗原抗体杂交抗原抗体杂交，若有杂交带出现，表明目的基因已形成蛋白质产品。 有时还需进行有时还需进行 个体生物学水平个体生物学水平的鉴定的鉴定。如 转基因抗虫植物是否出现抗虫特性，做抗虫的接种转基因抗虫植物是否出现抗虫特性，做抗虫的接种 实验，以确定是否具有抗性以及抗

14、性的程度实验，以确定是否具有抗性以及抗性的程度。 基因工程的应用基因工程的应用1.植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力，以及改良农作物的品质和利用植物生产提高农作物的抗逆能力，以及改良农作物的品质和利用植物生产药物药物等方面。提高农作物的抗逆能力方面：提高农作物的抗逆能力方面：用于杀虫的基因杀虫的基因主要是：BtBt 毒蛋白基因毒蛋白基因蛋白酶抑蛋白酶抑制剂基因制剂基因淀粉酶抑制剂基因淀粉酶抑制剂基因植物凝集素基因等。植物凝集素基因等。抗病转基因植物采用的基因使用最多的是是病毒外壳蛋白基因病毒外壳蛋白基因和和病毒的复制酶基因病毒的复制酶基因；抗真菌转基因植物中可使用的基因有几丁质酶基因

15、几丁质酶基因和和抗毒素合成基因抗毒素合成基因。提高农作物的抗盐碱和抗干旱抗盐碱和抗干旱能力可以利用一些可以调节细胞渗透压调节细胞渗透压的基因的基因。改良农作物的品质方面改良农作物的品质方面：科学家将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因蛋白质编码基因，导入植物中，或者改变这些氨基酸合成途径中某种关键酶关键酶的活性，以提高氨基酸的产量。2.动物基因工程：提提高高动动物物生生长长速速度度、改改善善畜畜产产品品品品质质、用用转转基基因因动动物物生生产产药药物物（乳乳腺腺生生物物反反应应器器含含义义） 、用用转转基基因因动动物物作作器器官官移移植植的的供供体体 （采采用用的的方方法法：将将供供体体基基因因组

16、组导导入入某某种种 调调节节因因子子，以以抑抑制制抗抗原原决决定定基基因因的的表表达达，或或设设法法除除去去 抗抗原原决决定定基基因因，再再结结合合克克隆隆技技术术，培培育育出出没没有有免免疫疫排排斥斥反反应应的的转转基基因因克克隆隆猪猪器器官官）3.基因工程药物基因工程药物（工程菌工程菌：用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系。第一种基因工程药物第一种基因工程药物重组人胰岛素）重组人胰岛素）4基因治疗基因治疗：把正常的基因正常的基因导入病人体内，使该基因表达产物表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。这是治疗遗传病遗传病的最有效的手段。种类：体外基因治疗：体外基因治疗：先从病人体内获得某种细胞，例如 T T 淋巴细胞，进行培养，淋巴细胞，进行培养，然后，在体外完成基因转移，在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培扩增培养，养，最后重新输入患者体内。重新输入患者体内。 ）