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1、专题十三 现代生物科技【专题知识网络】【高频考点汇编】考点一、基因工程的概念理解、理论基础及基本操作工具1.基因工程的概念理解 (1)操作环境：体外关键步骤“表达载体的构建”的环境。 (2)优点 与杂交育种相比：克服远缘杂交不亲和障碍。 与诱变育种相比：定向改造生物性状。 (3)操作水平：分子水平。 (4)原理:基因重组。 (5)本质:甲(供体提供目的基因)导入乙(受体表达目的基因),即基因未变、合成蛋白质未变,只是合成场所的转移。 2.基因工程的基本原理和理论基础概括如下图注意：若题目强调“目的基因”的表达过程,则只包括“转录和翻译”两个过程,不包括目的基因的复制。 3.基因工程的操作工具a
2、限制性核酸内切酶“分子手术刀” (1)来源:主要是从原核生物中分离纯化出来的。 (2)化学本质：蛋白质。 (3)作用：催化作用,所以可重复利用；可用于DNA的切割获取目的基因和载体的切割。 (4)作用特点：特异性,即限制酶可识别特定的脱氧核苷酸序列,切割特定位点。 (5)切割方式：错位切：产生两个相同的黏性末端；平切：形成平末端。注意：切割的化学键为磷酸二酯键。 在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶,目的是产生相同的黏性末端。 将一个基因从DNA分子上切割下来,需要2个限制酶,同时产生4个黏性末端。 不同DNA分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同,同一个DNA分子用不同的限制酶产生的
3、黏性末端不相同。 b DNA连接酶“分子缝合针” 常用类型Ecoli DNA连接酶T4 DNA连接酶来源大肠杆菌T4噬菌体功能连接黏性末端连接黏性末端或平末端结果恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 拓展：DNA连接酶与DNA聚合酶的比较 DNA 连接酶DNA 聚合酶作用实质都是催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键是否需模板不需要需要连接DNA链双链单链作用过程在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键将单个核苷酸加到已存在的核酸片段的3端的羟基上,形成磷酸二酯键作用结果将两个 DNA片段连接成重组 DNA分子合成新的DNA分子 c基因进入受体细胞的载体“分子运输车” (1)类型：最常用载体:
4、质粒；其他载体:噬菌体的衍生物、动植物病毒等。 注意：质粒本质是DNA,不是细胞器;特点:小型环状。 (2)功能：将目的基因导入受体细胞。 (3)应具备条件：能在宿主细胞内稳定保存并大量复制；有一个至多个限制酶的切割位点,以便于与外源基因连接；有特殊的遗传标记基因,供重组DNA的检测和鉴定。 注意：一般来说,天然载体往往不能满足人类的所有要求,因此人们根据不同的目的和需要,对某些天然的载体进行人工改造。 常见的标记基因有抗生素基因、产生特定颜色的表达产物基因、发光基因等。 作为载体必须具有多个限制酶切点,而且每种酶的切点最好只有一个。因为某种限制酶只能识别单一切点,若载体上有一个以上的酶切点,
5、则切割重组后可能丢失某些片段,若丢失的片段含复制起点区,则进入受体细胞后便不能自主复制。一个载体若只有某种限制酶的一个切点,则酶切后既能把环打开接纳外源DNA片段,又不会丢失自己的片段。 注意与细胞膜上载体的区别,两者的化学本质和作用都不相同。 质粒能自我复制,既可在自身细胞、受体细胞也可在体外复制。考点二、基因工程部分易混点分析易混点1.基因工程中易错点辨析不清(1)基因工程中有3种工具,但工具酶只有2种。(2)工具酶本质为蛋白质,载体本质为小型DNA分子,但不一定是环状。(3)标记基因的作用筛选、检测目的基因是否导入受体细胞,常见的有抗生素抗性基因、发光基因,表达产物为带颜色物质等。(4)
6、受体细胞中常用植物受精卵或体细胞(经组织培养)、动物受精卵(一般不用体细胞)、微生物大肠杆菌、酵母菌等,但要合成糖蛋白、有生物活性的胰岛素则必需用真核生物酵母菌需内质网、高尔基体的加工、分泌。一般不用支原体,原因是它营寄生生活;一定不能用哺乳动物成熟红细胞,原因是它无细胞核,不能合成蛋白质。易混点2.对乳腺(膀胱)反应器与微生物生产基因产品混肴不清 乳腺生物反应器与微生物生产的比较 乳腺生物反应器微生物生产(原核生物)基因结构动物基因结构与人类基因结构相同与人类基因结构不同基因表达与天然蛋白质活 性没有区别由于缺少内质网、高尔基体等细胞器,产物可能不具有生物活性产物提取从乳汁中较易分离提取从细
7、胞中提取,较为复杂生产设备畜牧业生产;提取设备工业生产;设备精良 注：乳腺生物反应器受生物性别和年龄的限制,若从动物尿液中提取目的基因产物则不受性别和年龄限制。易混点3.对“基因诊断”和“基因治疗”概念及应用辩析不清 (1)基因诊断 基因诊断是用放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子做探针,利用DNA分子杂交原理,鉴定被检测标本上的遗传信息,达到检测疾病的目的。 (2)基因治疗的原理及实例 原理：把健康动物的正常基因导入含有缺陷基因的受体细胞中,存在基因缺陷的病人细胞中既含有缺陷基因,又含有通过基因工程导入的正常基因,在病人体内两种基因都能表达,正常基因的表达产物掩盖了缺陷基因的
8、表达产物,从而治愈了有基因缺陷的疾病。镰刀型细胞贫血症基因治疗过程步骤过程获取正常的血红蛋白基因用限制酶从人的DNA分子中切取血红蛋白基因形成重组载体用同一种限制酶切取目的基因和切割载体DNA,再用DNA连接酶将正常血红蛋白基因连接在载体DNA上,形成重组载体重组载体的导入与筛选将携带正常血红蛋白基因的重组载体导入患者的造血干细胞中,并将重组载体插入到染色体DNA上。用选择培养基筛选出含重组质粒的造血干细胞将含正常血红蛋白基因的造血干细胞回输给患者骨髓将携带正常血红蛋白基因的造血干细胞输入患者骨髓中,此造血干细胞产生正常血红蛋白,以根治镰刀型细胞贫血症考点三、基因操作的基本过程1.基因组文库和
9、cDNA文库比较文库类型cDNA文库基因组文库文库大小小大基因中启动子无有基因多少某种生物的部分基因某种生物的全部基因物种之间的基因交流可以部分基因可以说明基因文库的组建过程就包含基因工程的基本操作步骤。从基因文库中获取目的基因的优点是操作简便,缺点是工作量大,具有一定的盲目性2.将目的基因导入受体细胞细胞类型常用方法受体细胞转化过程植物细胞农杆菌转化体细胞将目的基因插入Ti质粒的T-DNA上转入农杆菌导入植物细胞整合到受体细胞的DNA上动物细胞显微注射受精卵将含有目的基因的表达载体提纯取卵获得受精卵显微注射早期胚胎培养胚胎移植发育成为 具有新性状的动物微生物细胞Ca2+处理原核细胞或酵母菌用
10、Ca2+处理细胞感受态细胞重组表达载体DNA分子与感受态细胞混合感受态细胞吸收3. 目的基因的检测和表达4.几个应注意的问题基因表达载体中，启动子(DNA片段)起始密码子(RNA);终止子(DNA片段)终止密码子(RNA)；基因表达载体的构建方法：该过程把三种工具(只有两种工具酶)全用上了,是最核心、最关键的一步,在体外进行。考点四、基因工程的应用（一） 植物基因工程的应用植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力（如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等）以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。1.提高抗逆性（1）常用抗虫基因：用于抗虫（杀虫）的基因主要是Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂
11、基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等。（2）常用抗病基因：a.抗病毒基因有：病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因；b.抗真菌基因有：几丁质酶基因和抗毒素合成基因（3）其他抗逆基因：环境条件对农作物的生产会造成很大影响，并且这些影响是多方面的，因此，抗逆性基因也有多种多样，如：抗盐碱和干旱的调节细胞渗透压基因、抗冻基因、抗除草剂基因等等。2.改良植物品质由于人们的食品含有的营养不平衡，不能满足人们对食品的要求，这样，可以通过转基因技术，使植物能够合成某些本来不能合成的物质。如科学家将必需氨基酸含量多的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的活性，以提高氨基酸的含量。3
12、.生产药物基因工程不但促进了传统技术的变革，也为人类提供了传统产业难以得到的许多昂贵药品，并已形成基因工程制药业的雏形。目前诸如人胰岛素、人生长激素、人脑激素、干扰素、乙肝疫苗、蛋白C、组织血纤维蛋白溶酶原激活剂等数十种基因工程药物已实现商品化。此外，还有促红细胞生成素、白细胞介素2、肾素、心钠素等一大批珍贵药品正处于试用或临床试验阶段。（二）动物基因工程的应用1.用于提高动物生长速度：由于外援生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快，将这类基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。如：转基因绵羊和转基因鲤鱼。2.用于改善畜产品的品质：基因工程可用于改善畜产品的品质。如：有些人对牛奶中的乳糖
13、不能完全消化或食用后会出现过敏、腹泻、恶心等不适症状，科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，这样所获得的牛奶其成分不受影响，但乳糖的含量大大减低。3.用转基因动物做器官移植的供体：目前，人体移植器官短缺是一个世界性的难题，用其它动物的器官替代，又会出现免疫排斥现象，现在，科学家正试图利用基因工程方法对一些动物的器官进行改造，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆器官。（三）基因治疗1.概念：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，从而达到治疗疾病的目的，这是治疗遗传病的最有效的手段。2.方法：体外基因治疗和体内基因治疗体外基因治疗：先从病人体内获得某种相关细胞，进行培养，然后在
14、体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内，这种方法叫做体外基因治疗。体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移基因的治疗方法叫做体内基因治疗。说明：对于遗传病的治疗最根本的方法是进行基因替换或修复。基因治疗的最佳时期理论上是受精卵时期，这样可以使个体的每个细胞都含有正常基因，但在现实生活中是不可能的，因为不可能人人在受精卵时期进行基因检查。其次是对患者进行相关细胞的基因替换，如：对于遗传性糖尿病患者，只对胰腺的B细胞进行基因替换，该个体就能正常分泌胰岛素，糖尿病得以治疗；但这种局部细胞的基因替换，并没有改变其它部位细胞的基因，如精原细胞，其后代很大可能还会患遗传性糖尿病。3基因治疗的过程（以镰刀形细胞贫血症的治疗为例）步骤过程获取正常的血红蛋白基因用限制性核酸内切酶从人的DNA分子中切取血红蛋白基因形成重组载体用同一种限制性核酸内切酶在载体DNA上切开一个切口，用DNA连接酶将正常血红蛋白基因连接在载体DNA上，形成重组载体重组载体的转化与筛选将携带正常血红蛋白基因的重组载体导入患者的造血干细胞中，并将重组载体插入到染色体。用选择培养基筛选出含重组质粒的造血干细胞。将含正常血红蛋白基因的造血干细胞回输给患者骨髓将携带正常血红蛋白基因的造血干细胞输入患者
