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1、 选修三复习提纲 专题1 基因工程一、基因工程：指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组与转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型与生物产品。不同生物DNA的基本单位、空间结构、碱基配对方式都相同，故不同生物DNA能够重组。原理是基因重组。二、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）来源：主要从原核生物中分离纯化出来。功能：能识别特定双链DNA的核苷酸序列，并在特定位点切割两个核苷酸之间的磷酸二酯键。大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成。结果：产生的DNA片段末端有黏性末端与平末端两种形式。2、“分子缝合针”DNA连接酶，缝合
2、两个核苷酸之间的磷酸二酯键。分类：根据酶来源的不同，可分为EcoliDNA连接酶与T4 DNA连接酶两类。作用：将两个DNA片段连接成重组DNA。EcoIiDNA连接酶来源于大肠杆菌，只能连接黏性末端；T4 DNA连接酶能连接两种末端，但连接平末端的效率较低。3、“分子运输车”载体，携带目的基因进入受体细胞。特点：a、能在受体细胞中自我复制并稳定保存。b、有一至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段插入。c、有标记基因，供重组DNA的鉴定与选择。d、对受体细胞无害。种类：质粒（核外能自我复制的小型双链环状DNA）、噬菌体的衍生物、动植物病毒。三、基本操作程序 第一步：目的基因的获取 1、目的基因
3、主要是指编码蛋白质的基因。2、目的：有了目的基因才能赋予一种生物以另一种生物的遗传特性。3、获取方法：从基因文库中获取目的基因。PCR技术扩增目的基因。人工合成法：反转录法（mRNA反转录形成双链DNA）与化学合成法（已知蛋白质氨基酸序列化学合成DNA）。4、注意：基因文库包括基因组文库（某生物的所有基因，有启动子与内含子）与部分基因文库（某生物的部分基因，如cDNA文库，无启动子与内含子）。cDNA指以mRNA为模板反转录产生的互补DNA。反转录与逆转录没有本质区别，不过反转录在人工条件下实现，逆转录在生物体内发现。PCR是聚合酶链式反应的缩写，是一种体外复制特定DNA片断的核酸合成技术。原
4、理：DNA双连复制。条件：模板、2种引物、TaqDNA聚合酶、四种游离的脱氧核苷酸。结果：呈指数形式扩增。过程：每一次循环包括变性、复性、延伸。第二步：基因表达载体的构建-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遗传至下一代，使目的基因能够表达与发挥作用。2、组成：目的基因启动子终止子标记基因启动子：是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因首端，是RNA聚合酶识别与结合的部位，启动转录过程。终止子：是一段有特殊结构的DNA片段 ，位于基因尾端，终止转录过程。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。3、方法：同一种限制酶分别切割载体与含有目的基因的
5、DNA分子，用DNA连接酶把两者连接。第三步：将目的基因导入受体细胞1、转化：指目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定与表达的过程。2、常用方法：导入植物细胞：农杆菌转化法、基因枪法与花粉管通道法。常用受体细胞是体细胞。采用最多的方法：农杆菌转化法，原理：农杆菌能感染双子叶植物与裸子植物，目的基因插入Ti质粒T-DNA转入农杆菌导入植物细胞目的基因插入受体细胞染色体DNA上。基因枪法是单子叶植物常用方法。花粉管通道法，借助花粉管通道使目的基因进入受体细胞。导入动物细胞：显微注射法。常用受体细胞是受精卵。导入微生物细胞：Ca+处理法，Ca+处理受体细胞感受态细胞吸收DNA分子。常用受体
6、细胞是原核生物，如大肠杆菌。原核生物特点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少。第四步：目的基因的检测与表达-只有通过检测与鉴定才能知道基因工程是否成功。1、检测目的基因是否插入受体细胞的染色体DNA上，采用DNA分子杂交技术。2、检测目的基因是否转录出mRNA，采用DNARNA杂交技术。3、检测目的基因是否翻译出蛋白质，采用抗原抗体杂交技术。4、个体生物学水平的鉴定，如抗性鉴定，功能活性鉴定等。四、基因工程的应用 1、植物基因工程：提高农作物的抗逆能力，改良农作物品质与利用植物生产药物等。2、动物基因工程：提高动物生长速度，改善畜产品品质，转基因动物作为器官移植的供体，利用转基因工程菌生产药
7、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，从而达到治病的目的。方法分为体内基因治疗与体外基因治疗。五、蛋白质工程在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程。 1、概念：指以蛋白质分子的结构规律及其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，以满足人类的生产与生活的需求。2、基本途径：按照“中心法则”的逆推原理，从预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相应的脱氧核苷酸序列（基因）。3、蛋白质工程的目标：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。4、注意：基因工程原则上只能生产
8、自然界已存在的蛋白质，却不一定完全符合人类的生产与生活需要。对天然蛋白质进行改造是通过对基因的操作实现，因为天然蛋白质均由基因编码，且对基因改造相对操作容易。蛋白质工程重点在于对已存在蛋白质分子的改造，酶工程重点则在于对已存在酶的合理利用。蛋白质工程目前成功例子不多，主要因为蛋白质的高级结构十分复杂，而且对大多数蛋白质的高级结构了解还很不够。 专题2 细胞工程一、细胞工程：指应用细胞生物学与分子生物学的原理与方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。二、植物细胞工程 2.1、植物组织培养技术 1）原理：植物细胞全能性。该技术的核
9、心是脱分化与再分化。2）过程：离体的植物器官、组织或细胞脱分化愈伤组织再分化试管苗植物体3）用途：植物繁殖的新途径：a微型繁殖：保持优良品种的遗传特性，可以高效快速地实现种苗的大量繁殖；b作物脱毒：采用茎尖组织培养来除去病毒；c人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽与腋芽等为材料经人工薄膜包装得到的种子。优点：完全保持优良品种的遗传特性，不受季节的限制；作物新品种培育：a单倍体育种：通过花药离体培养得到单倍体植株，再对其幼苗进行秋水仙素处理，得到了正常的纯合植株。优点：明显缩短育种年限。b突变体利用：在组织培养中会出现突变体，通过从有用的突变体中选育出新品种。细胞产物的工厂化生产：
10、利用组织培养技术大量生产对人们有利的细胞产物。4）注意：选取有形成层的部位易诱导成愈伤组织。在愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养，有利于细胞脱分化产生愈伤组织；当愈伤组织分化出芽与叶时，要有光照，利于叶绿素合成。2.2、植物体细胞杂交技术 1）原理：植物细胞的全能性与细胞膜的流动性。2）过程：植物细胞A去壁原生质体A 诱导融合新的原生质体AB再生细胞壁 植物细胞B去壁原生质体B 杂种细胞脱分化愈伤组织再分化杂种植株3）意义：克服不同生物远缘杂交不亲与的障碍，培育出自然界中没有的优良品种。4）注意：去壁方法：酶解法，所用的酶是纤维素酶与果胶酶。诱导融合的方法：物理法包括离心、振动、电刺激等。化学法一
11、般用聚乙二醇（PEG）作诱导剂。三、动物细胞工程 3.1动物细胞培养 1）原理：细胞增殖。2）流程：取动物组织块剪碎用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞制成细胞悬液原代培养贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶等处理分散成单个细胞传代培养。3）培养条件：无菌、无毒的环境：对培养液与所有用具进行无菌处理。通常培养液中添加一定量的抗生素，以防培养过程中的污染。定期更换培养液，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害。营养：糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。使用合成培养基时还需加血清、血浆等。温度：哺乳动物多为36.50.5；多数细胞适宜pH 7.2-7.4。气体环境：95%空气5%CO2。O2是
12、细胞代谢所必需的，CO2维持培养液的pH 。4）注意：细胞贴壁指悬液中分散的细胞贴附在瓶壁上生长。细胞的接触抑制指当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖。原代培养指动物组织消化后的初次培养。传代培养指将贴满瓶壁的原代细胞取出，分瓶继续培养的过程。细胞株是传代培养里10-50代的细胞群。细胞系是50代以后的细胞群，遗传物质改变，失去接触抑制。一般动物细胞培养不需要脱分化过程，因高度分化的动物细胞失去发育成完整个体的能力。目前使用或冷冻保存的正常细胞通常为10代以内，以保持细胞正常的二倍体核型。3.2、动物体细胞核移植技术 1）原理：动物体细胞核全能性。2）过程：去核卵母细胞 诱
13、导融合重组细胞重组胚胎胚胎移植生出幼体 供体细胞 3）注意：核移植方法得到的动物称克隆动物。哺乳动物核移植分为胚胎细胞核移植（易）与体细胞核移植（难），因为胚胎细胞分化程度低，恢复其全能性相对容易。选去核卵（母）细胞原因：卵（母）细胞体积大，易于操作；含有促使细胞核表达全能性的物质与营养条件。核移植产生的新个体性状与细胞核供体基本相同，可能部分新性状与细胞质供体有关。4）存在问题：体细胞核移植成功率非常低；克隆动物存在健康问题，表现出遗传与生理缺陷。3.3、动物细胞融合 （1）原理：细胞膜的流动性。（2） 过程：两个或多个动物细胞诱导融合一个杂交细胞（3）诱导方法：物理法（电激）、化学法（聚乙
14、二醇）、生物法（灭活的病毒）等。（4）单克隆抗体的制备： 单克隆抗体：指由一个B淋巴细胞经过克隆形成的细胞群产生的化学性质单一、特异性强的抗体。优点：特异性强，灵敏度高，并能大量制备。 过程：B淋巴细胞 细胞融合多种杂交细胞选择培养基筛选杂交瘤细胞专一 骨髓瘤细胞抗性检验阳性能产生所需抗体的杂交瘤细胞体外培养或注射到小鼠体内单克隆抗体意义：突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能。注意：骨髓瘤细胞与经过免疫产生的效应B淋巴细胞融合成杂交瘤细胞，既能大量繁殖，又能产生专一抗体。制备单克隆抗体过程中，进行了两次筛选。 专题3 胚胎工程一、胚胎工程：指对动物早期胚胎或配子所进行的多种显微操作与处
15、理技术，经过处理后获得的胚胎，还需移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。胚胎工程技术包括：体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞培养等。二、体内受精与早期胚胎发育1、精子的发生 时间：从初情期开始，直到生殖机能衰退。场所：睾丸的曲细精管。成熟的精子并不代表具有受精能力，须获能后才具备受精能力。精子大小与动物体型无关。2、卵子的发生 时间：从胚胎性别分化后开始。场所：卵巢（M）、输卵管（M）。哺乳动物卵泡的形成与在卵巢内的储备，都是在出生前完成的。排卵指卵子从卵泡中排出。刚排出的卵子尚未完全成熟，需在输卵管中进一步成熟，当达到M时，才具备受精能力。3、受精 概念：精子与卵子结合形成受精卵的过程。场所：自然条件下，输卵管内完成。过程：精、卵相遇，发生顶体反应精子穿越放射冠与
