《2015年高考生物学科基础知识整理 选修3 专题1 基因工程 》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2015年高考生物学科基础知识整理 选修3 专题1 基因工程 （3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、专题专题 1 1 基因工程基因工程 基因工程的概念： 基因工程是指在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法，对生物的基因进行改造和重 新组合，然后导入受体细胞，并使重组基因在受体细胞中表达，产生人类需要的基因产物的 技术，又称为 DNA 重组技术。 概念分析： 基因工程技术的原理：基因重组 目的：创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。 操作水平：DNA 分子（基因）水平 （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） （1）来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。 （2）功能：能够识别双链 DNA 分子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
2、之间的磷酸二酯键断开，因此具有专一性。 （3）结果：经限制酶切割产生的 DNA 片段末端通常有两种形式：黏性末端和平末端。 2.“分子缝合针”DNA 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：都缝合磷酸二酯键。 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之间的磷 酸二酯键连接起来；而 T4DNA 连接酶能缝合两种末端，但连接平末端的之间的效率 较低。 （2）与 DNA 聚合酶作用的异同:DNA 聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端 ，形成磷酸二酯键。DNA 连接酶是连接两个 DN
3、A 片段的末端，形成磷酸二酯键。 3.“分子运输车”载体 （1）载体具备的条件：能在受体细胞中复制并稳定保存。 具有一至多个限制酶切点，供外源 DNA 片段插入。 具有标记基因，供重组 DNA 的鉴定和选择。 （2）最常用的载体是质粒,它是一种裸露的、结构简单的，并具有自我复制能力的双链环状 DNA 分子。 （3）其它载体： 噬菌体的衍生物、动植物病毒。 在进行基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改 造的。(二)基因工程的基本操作程序 第一步：目的基因的获取 1.目的基因是指： 编码蛋白质的结构基因 。 2.原核基因采取直接分离获得，真核基因是人工合成。人工合
4、成目的基因的常用方法有反转 录法和化学合成法。 3.PCR 技术扩增目的基因 （1）原理：DNA 双链复制 实质：是一项在生物体外复制特定 DNA 片段的核酸合成技术。 （2）过程：第一步：（变性）加热至 9095DNA 解链；第二步：（复性）冷却到 5560 ，引物结合到互补 DNA 链；第三步：（延伸）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 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：复制原点启动子目的基因终止子标记基因 （1）启动子：是一段有特殊结构的 DNA 片段，位
5、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。（2）终止子：也是一段有特殊结构的 DNA 片段 ，位于基因的尾端。 （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，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抗性基因。 第三步：将目的基因导入受体细胞 1.转化的概念：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： 导入植物细胞：采用最多的方法是农杆菌转化法，其次还有基因枪法和花粉管通道法等 。 导入动物细胞：最常用的方法是显微注射技术。此方法的受体细胞多是受精卵（或卵细 胞
6、）。 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、遗传物质相对 较 少 ，最常用的原核细胞是 大肠杆菌 ，其转化方法是：先用 Ca2+ 处理细胞，使其成为感受 态细胞 ，再将重组表达载体 DNA 分子 溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在一定的温度下促 进感受态细胞吸收 DNA 分子，完成转化过程。 3.重组细胞导入受体细胞后，筛选含有基因表达载体受体细胞的依据是标记基因是否表达。 第四步：目的基因的检测和表达 1.首先要检测转基因生物的染色体 DNA 上是否插入了目的基因，方法是采用 DNA 分子杂交技 术。 基因探针：是指用放射性同位素或荧光分子等标记的 DNA 分子。 2
7、.其次还要检测目的基因是否转录出了 mRNA，方法是采用用标记的目的基因作探针与 mRNA 杂交。 3.最后检测目的基因是否翻译成蛋白质，方法是从转基因生物中提取 蛋白质，用相应的抗 体进行抗原抗体杂交。 4.有时还需进行个体生物学水平的鉴定。如转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。 （三）基因工程的应用1.植物基因工程：抗虫、抗病、抗逆转基因植物，利用转基因改良植物的品质。2.动物基因工程：提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物。3.基因治疗：把正常的外源基因导入病人体内，使该基因表达产物发挥作用。 基因诊断：是指用基因探针，利用 DAN 分子杂交原理，鉴定被检测样本上的遗传信息，
8、从而 达到检测病症的目的，如镰刀形贫血症，苯丙酮尿症，癌症。 基因治疗：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 治疗病症的目的，这是治疗遗传病的最有效的手段。 基因治疗包括：体外基因治疗和体内基因治疗 微生物的基因工程：利用转基因工程菌生产药物：如细胞因子，抗体，疫苗，激素（胰岛素 ），干扰素等，已形成工业化。 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一般称为工程菌。 转基因动物作器官移植的供体：最大的难题是解决免疫排斥问题。 （四）微生物在基因工程中的应用研究 工具酶主要来自微生物，最重要的目的基因供体库之一，目的基因的载体之一，作为受体细 胞，提供用于发酵的工程菌。 基因工程的优点：克服不同生物远缘杂交的障碍。目的性强，能够定向的改变生物的品质。缩短育种周期。 （五）蛋白质工程的概念：蛋白质工程是指通过物理化学与生物化学等技术了解蛋白质的结 构与功能，并借助计算机辅助设计、基因定点诱变和重组 DNA 技术改造基因，以定向改造天 然蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋白质的技术。转录 翻译
