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1、专题1 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DNA重组和转基因技术，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和生物产品.基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，又叫做DNA重组技术.操作水平 ：分子 原理：基因重组（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
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T4噬菌体，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DNA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
3、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、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.（3）其它载体： 噬菌体的衍生物、动植物病毒（二）基因工程的基本操作程序一基因的结构：基因是有遗传效应的DNA片段(注：RNA病毒为RNA），分为编码区和非编码区.编码区:能转录出mRNA,原核生物中也就是能编码蛋白质的区段非编码区：不能转录出mRNA，也不能编码蛋白质的区段（）原核细胞基因的结构非编码区中存在调控遗传信息表达的核苷酸序列：编码区上游的RNA聚合酶结合位点，即启动子，可控制RNA聚合酶的结合。RNA聚合酶是一种蛋白质，能识别并结合调控序列中的
4、结合位点，能催化DNA转录为RNA编码区下游有终止子，可控制RNA聚合酶的停止、脱落.（2)真核细胞基因的结构第一步：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（2)过程：第一步：加热至9095DNA解链；第二步：冷却到5560，引物结合到互补DNA链；第三步:加热至7075，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成.（3) 前提：一段已知目的基因的核苷酸序列，根据这一序列合成引物。（4） 条件：a.。四种脱氧核苷酸b。DN
5、A的两条链为模板c。热稳定DNA聚合酶（Taq酶）d.一对引物(一小段单链DNA或RNA，一般2030个碱基，能与DNA母链的一段碱基序列互补配对)e.温度控制和缓冲液4. 从基因文库中获取目的基因：基本概念的理解：将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因,称为基因文库.将某种生物体内的DNA全部提取出来，选用适当的限制酶，将DNA切成一定范围大小的DNA片段,然后将这些片段分别与载体连接起来，导入受体菌的群体中储存，每个受体菌都含有了一段不同的DNA片段。这个群体包含了这种生物的所有基因.这种基因文库叫基因组文库。有些基因文库比较
6、小，只包含了一种生物的一部分基因,这种基因文库叫做部分基因文库,如cDNA文库（用某种生物发育的某个时期的mRNA反转录产生的多种互补DNA（也叫cDNA）片段，与载体连接后储存在一个受体菌群中,这个受体菌群体叫做这种生物cDNA文库。）怎样提取:根据目的基因有关信息，例如,根据基因的核苷酸序列,基因的功能，基因在染色体的位置，基因的转录产物mRNA以及基因的表达产物蛋白质等特性来获取目的基因。 5 。 人工合成:反转录法: 以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA,然后在酶的作用下合成双链DNA,从而获得所需的基因.目的基因转录成的mRNA 单链DNA双链DNA（目的基因
7、）根据已知的氨基酸序列合成DNA法:蛋白质中氨基酸的序列mRNA中的碱基序列DNA碱基序列目的基因目的基因第二步：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：目的基因启动子终止子标记基因（1）启动子:是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，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基因。第三步：将
8、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：将目的基因导入植物细胞：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。将目的基因导入动物细胞：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.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、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
9、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。2。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
10、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.(四）蛋白质工程的概念蛋白质工程是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,以满足人类的生产和生活的需求.（基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质）转录 翻译专题2 细胞工程(一）植物细胞工程 ：细胞或细胞器水平的操作1。理论基础（原理）：细胞全能性 全能性表达的难易程度:受精卵生殖细胞干细胞体细胞;植物细胞动物细胞2。植物组织培养技术（1)过程:离体的植物器官、组织或细胞（外植体
11、) 愈伤组织 试管苗 植物体(2）用途：微型繁殖、作物脱毒、制造人工种子、单倍体育种、细胞产物的工厂化生产。A 植物繁殖微型繁殖：可以高效快速地实现种苗的大量繁殖作物脱毒:采用茎尖组织培养来除去病毒(因为植物分生区附近的病毒极少或没有）人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，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；方便储藏和运输B 作物新品种培育单倍体育种：a过程:植株(AaBb)通过减数分裂得到花粉（AB、Ab、aB、ab四种类型）；对花粉进行花药离体培养(技术是植物组织培养）；得到单倍体植株；对其幼苗时期进行秋水仙素处理；得到了
12、正常的纯合二倍体植株(AABB、AAbb、aaBB、aabb四种类型).b 优点：明显缩短育种年限C 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(如筛选抗病、抗盐、含高蛋白的突变体)D 细胞产物的生产：通过能够产生对人们有利的产物的细胞进行组织培养,从而让它们能够产生大量的细胞产物。(3）地位:是培育转基因植物、植物体细胞杂交培育植物新品种的最后一道工序。3.植物体细胞杂交技术（1）过程:注意:核融合标志原生质融合结束 再生壁形成标志着杂种细胞形成 杂种植株形成标志着植物体细胞杂交技术结束 目的 : 为了获得杂种植株原理：膜的流动性和细胞全能性（2）诱导融合的方法：
13、物理法包括离心、振动、电刺激等。化学法一般是用聚乙二醇(PEG）作为诱导剂。（3）意义：克服了远缘杂交不亲和的障碍。（二)动物细胞工程 1。 动物细胞培养(1）概念:动物细胞培养：动物细胞培养就是从动物机体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和繁殖.原代培养定义：人们通常将动物组织消化后的初次培养称为原代培养.传代培养定义:当原代培养的细胞处于接触抑制后， 用胰蛋白酶处理,使细胞从瓶壁上脱离下来,然后加入新的培养液，将细胞分离稀释，并从原培养瓶内转接到新的培养瓶内，这个过程称传代培养。（分瓶培养的过程)细胞株：传代细胞一般能传到4050代，遗传物质一般不
14、会发生改变,叫细胞株细胞系：传代50代以后又出现细胞生长停滞状态，部分细胞遗传物质发生了改变，能连续传代,获得不死性,叫细胞系。细胞株和细胞系的区别: 细胞系的遗传物质改变,具有癌细胞的特点,失去接触抑制，容易传代培养。（2）动物细胞培养的流程：取动物组织块（动物胚胎或幼龄动物的器官或组织）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转入培养瓶中进行原代培养贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞继续传代培养。（3）细胞贴壁和接触抑制：悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。细胞数目不断增多,当贴壁细胞分裂生长到表面相互抑制时，细胞就会停止分裂增殖,这种
15、现象称为细胞的接触抑制。(4）原理：细胞增殖（5)动物细胞培养需要满足以下条件无菌、无毒的环境：培养液应进行无菌处理。通常还要在培养液中添加一定量的抗生素，以防培养过程中的污染.此外，应定期更换培养液,防止代谢产物积累对细胞自身造成危害。营养：合成培养基成分:糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。通常需加入血清、血浆等天然成分.温度:适宜温度：哺乳动物多是36。50。5；pH:7。27.4。气体环境：95空气5%CO2。O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH。（5）动物细胞培养技术的应用：制备病毒疫苗、制备单克隆抗体、检测有毒物质、培养医学研究的各种细胞。2.动物体细胞核移植技术和克隆动物(1)哺乳动物核移植可以分为胚胎细胞核移植（比较容易)和体细胞核移植(比较难)。（2)选用去核卵（母)细胞的原因：卵（母)细胞比较大,容易
