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1、专题专题 1 1 基因工程基因工程 11 DNA 重组技术的基本工具 1基因工程是在 DNA 分子 水平上进行设计施工的，因此又叫做 DNA 重组 技术，这 种技术是在生物体外，通过体外 DNA 重组 和 转基因 等技术，赋予生物新的遗传特性。2基因操作的工具包括基因的“剪刀” 限制性核酸内切酶 ；基因的“针线”DNA 连接酶 ；基因的“运输工具” 运载体 。 3限制酶主要来源于 原核生物 。限制酶的作用特点是能够识别 DNA 中 某种特定的核 苷酸序列 ，切开两个 核苷酸 之间的 磷酸二酯键 。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 。 4DNA 连接酶的
2、作用是 将双链 DNA 片段连接起来 ，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之 间的 磷酸二脂键 。根据酶的来源不同，可以将这些酶分为两类： T4DNA 连接酶和 E.coliDNA 连接酶 。 5目前基因工程中经常使用的运载体有 质粒 、 动植物病毒 和 噬菌体的衍生物 。 6质粒是一种 裸露的 、 结构简单 、独立于 细菌染色体 之外，并具有 自我复 制 能力的 双链环状 DNA 分子。 7作为基因进入细胞的载体，必须具备的条件是 能在宿主细胞中复制并稳定保存 、具 有一至多个限制酶切点 、 具有某些标记基因 、 对宿主的生存没有决定性的作用。 12 基因工程的基本操作程序1基因工程的基本操作程序
3、主要包括四个步骤： 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 。 2目的基因主要是指 编码蛋白质的结构基因 ，也可以是一些 具有调控作用的因子。 获取目的基因的途径有 从基因文库中获取、 利用 PCR 技术扩增获得 、 直接人工合 成 。 3PCR 是利用 DNA 双链复制 的原理，将基因的核苷酸序列加以复制，使其数目呈 指数 方式增加。需要的前提是 要有一段已知目的基因的核苷酸序列 ，扩增的过程是：目的基 因 DNA 受热变性后解链为单链， 引物与单链 相应互补序列结合，然后在 DNA 聚合酶 的作用下进行延伸，如此重复循环多次。 4基因
4、工程的核心是 基因表达载体的构建 ，其目的是 使目的基因在受体细胞中稳定 存在，并可以遗传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用 。 5一个基因表达载体的组成有： 目的基因 、 启动子 、 终止子 和 标记基因 。 6将目的基因导入植物细胞的方法有 农杆菌转化法 、 基因枪法 和 花粉管通道法 。采用最多的方法是 农杆菌转化法 ，通过农杆菌的转化作用，就可以使 目的基因 进 入植物细胞，并将其插入到植物细胞中的 染色体 DNA 上，使 目的基因 的遗传性状得 以稳定维持和表达。 7基因工程选取原核生物作为受体细胞的原因是由于其具有其他生物没有的一些特点，如 繁殖快 、 多为单细胞 、 遗
5、传物质相对较少 等 8大肠杆菌常用的转化方法是：先用 Ca2+ 处理细胞，再将 载体 DNA 分子溶于缓冲液中 与此种细胞混合，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。 9检测目的基因是否成功插入到转基因生物的染色体上的方法是采用 DNA 分子杂交技术 ，此方法使用的探针是 同位素标记的含有目的基因的 DNA 片段 ，与检测目的基因是否转录出 mRNA 所用的探针 一样 。检测目的基因是否翻译成蛋白质，检测方法是从转基因生 物体内提取蛋白质，用相应的 抗体 进行 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。除了上述的分子检测外，有时还需要进行 个体生
6、物学水平 的鉴定，如对抗虫植物做抗虫的接种实验。 13 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 药物 等方面。 2抗病转基因植物所采用的基因，使用最多的是 病毒外壳蛋白基因 和 病毒的复制基 因 ；抗真菌转基因植物中可使用的基因有 几丁质酶基因 和 抗毒素合成基因 。 3在培育抗逆转基因植物中，使用 调节细胞渗透压的基因 来提高农作物的抗盐碱和抗 干旱的能力；将鱼的 抗冻蛋白 基因导入烟草和番茄，提高它们的耐寒能力；将 抗除草 剂 基因导入作物，使作物抗除草剂。 4在利用转基因改良植物的品质方面，我国科学家将 富含赖氨酸的蛋白
7、质编码基因 导 入玉米，获得的转基因玉米中赖氨酸的含量比对照提高 30%。qurT5动物基因工程从诞生那天起，就在 动物品种改良 、 建立生物反应器 、 器官移 植 等很方面显示了广阔的前景。 6乳腺生物反应器的操作过程为：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，然后，将 受精卵 送入母体内，使其生长发育成转基因动物。 7为解决器官移植中的免疫排斥反应，科学家正在想办法对猪的器官进行改造，采用的方 法是 将器官供体基因组导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达 或 设法除去抗 原决定基因，结合克隆技术，培育出没有
8、免疫排斥反应的转基因克隆猪器官 。 8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 发挥作用，从而达到 治疗疾病的目的。其方法可以分为 体外基因治疗 和 体内基因治疗 。 14 蛋白质工程的崛起1蛋白质工程是指以 蛋白质分子的结构规律 及其与 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 ，以满足人们生产和生活的需求。与基因工程合成的蛋白质的主要区别是 基因工程只能合 成自然界已存在的蛋白质，而蛋白质工程可合成一些自然界中原本不存在的蛋白质 。 2玉米中赖氨酸含量较低，原因是赖氨酸合成过程中两种酶天冬氨酶激酶和二氢吡啶 二羧酶合成酶的活性受细胞内 赖氨酸浓度 的影响，当 赖氨酸达到一定量 时会抑制这 两种酶活性。 3蛋白质工程的基本途径中 预期蛋白质功能 设计蛋白质结构 推测氨基酸序 列 找出对应的脱氧核苷酸序列 。
