高中生物選修三專題一基因工程知識點[谷風(fēng)教學(xué)]

1、專題一 基因工程基因工程的概念基因工程是指按照人們的愿望，進行嚴(yán)格的設(shè)計，通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品?；蚬こ淌窃贒NA分子水平上進行設(shè)計和施工的，又叫做DNA重組技術(shù)。（一）基因工程的基本工具1.“分子手術(shù)刀”限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）（1）來源：主要是從原核生物中分離純化出來的。（2）功能：能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開，因此具有專一性。（3）結(jié)果：經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式：黏性末端和平末端。黏性末端：當(dāng)限制酶從識別序列的中

2、心軸線兩側(cè)切開時，被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個伸出的核苷酸，他們之間正好互補配對，這樣的切口叫黏性末端。平末端：當(dāng)限制酶從識別序列的中心軸線處切開時，切開的DNA兩條單鏈的切口，是平整的，這樣的切口叫平末端。2.“分子縫合針”DNA連接酶(1)兩種DNA連接酶（EcoliDNA連接酶和T4-DNA連接酶）的比較：相同點：都縫合磷酸二酯鍵。區(qū)別：EcoliDNA連接酶來源于大腸桿菌，只能將雙鏈DNA片段互補的黏性末端之間的磷酸二酯鍵連接起來；而T4DNA連接酶能縫合兩種末端，但連接平末端的之間的效率較低。(2) 與DNA聚合酶作用的異同: DNA聚合酶只能將單個核苷酸加到已有的核

3、苷酸片段的末端，形成磷酸二酯鍵。DNA連接酶是連接兩個DNA片段的末端，形成磷酸二酯鍵。DNA連接酶DNA聚合酶不同點連接的DNA雙鏈單鏈模板不要模板要模板連接的對象2個DNA片段單個脫氧核苷酸加到已存在的單鏈DNA片段上相同點作用實質(zhì)形成磷酸二酯鍵化學(xué)本質(zhì)蛋白質(zhì)3.“分子運輸車”載體（1）載體具備的條件：能在受體細胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存。具有一至多個限制酶切點，供外源DNA片段插入。具有標(biāo)記基因，供重組DNA的鑒定和選擇。對受體細胞無害。（2）最常用的載體是質(zhì)粒,它是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單的、獨立于細菌染色體之外，并具有自我復(fù)制能力的雙鏈環(huán)狀DNA分子。（3）其它載體：噬菌體的衍生物、動植物病毒

4、(二)基因工程的基本操作程序第一步：目的基因的獲取1.目的基因是指： 編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因 。（1）獲取方法：從基因文庫中獲取目的基因（2）人工合成法：化學(xué)方法合成DNA片段（反轉(zhuǎn)錄法、直接合成法）（3）PCR反應(yīng)擴增DNA2.基因文庫包括基因組文庫和部分基因文庫（如cDNA文庫）3.PCR技術(shù)擴增目的基因（1）PCR的含義：聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，是一項在生物體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。（2）目的：獲取大量的目的基因（3）原理：DNA雙鏈復(fù)制（4）過程：第一步：加熱至9095DNA解鏈為單鏈；第二步：冷卻到5560，引物與兩條單鏈DNA結(jié)合；第三步：加熱至7075，熱穩(wěn)定DNA聚合酶從引物

5、起始進行互補鏈的合成。（5）特點：指數(shù)(2n)形式擴增第二步：基因表達載體的構(gòu)建(核心)1.目的：使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳至下一代，使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。2.組成：目的基因啟動子終止子標(biāo)記基因（1）啟動子：是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，能驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA，最終獲得所需的蛋白質(zhì)。（2）終止子：也是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段 ，位于基因的尾端。（3）標(biāo)記基因的作用：是為了鑒定受體細胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來。常用的標(biāo)記基因是抗生素基因。3.重組質(zhì)粒形成過程:（1）用一定的限制酶切割質(zhì)粒，使

6、其出現(xiàn)一個切口，露出黏性末端。（2）用同一種限制酶切斷目的基因，使其產(chǎn)生相同的黏性末端。（3）將切下的目的基因片段插入質(zhì)粒的切口處，再加入適量DNA連接酶，形成了一個重組DNA分子（重組質(zhì)粒）第三步：將目的基因?qū)胧荏w細胞轉(zhuǎn)化1.轉(zhuǎn)化的概念：是目的基因進入受體細胞內(nèi)，并且在受體細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達的過程。2.常用的轉(zhuǎn)化方法：將目的基因?qū)胫参锛毎翰捎米疃嗟姆椒ㄊ?農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，其次還有 基因槍法和 花粉管通道法等。將目的基因?qū)雱游锛毎鹤畛Ｓ玫姆椒ㄊ?顯微注射技術(shù)。方法的受體細胞多是 受精卵。將目的基因?qū)胛⑸锛毎涸松镒鳛槭荏w細胞的原因是 繁殖快、多為單細胞、遺傳物質(zhì)相對較少，最常

7、用的原核細胞是大腸桿菌，其轉(zhuǎn)化方法是：先用 Ca2+ 處理細胞，使其成為感受態(tài)細胞 ，再將重組表達載體DNA分子 溶于緩沖液中與感受態(tài)細胞混合，在一定的溫度下促進感受態(tài)細胞吸收DNA分子，完成轉(zhuǎn)化過程。3.重組細胞導(dǎo)入受體細胞后，篩選含有基因表達載體受體細胞的依據(jù)是標(biāo)記基因是否表達。第四步：目的基因的檢測和表達1.首先要檢測轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，方法是采用DNA分子雜交(DNA-DNA)技術(shù)。2.其次還要檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA，方法是采用分子雜交(DNA-RNA)技術(shù)。3.最后檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)，方法是采用抗原抗體雜交技術(shù)。4.有時還需進行個體生物學(xué)水

8、平的鑒定。如生物抗蟲或抗病的鑒定等。（三）基因工程的應(yīng)用1.植物基因工程：抗蟲、抗病、抗逆轉(zhuǎn)基因植物，利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)。2.動物基因工程：提高動物生長速度、改善畜產(chǎn)品品質(zhì)、用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物。3.基因治療：把正常的外源基因?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因表達產(chǎn)物發(fā)揮作用。4.基因診斷：又稱為DNA診斷，是采用基因檢測的方法來判斷患者是否出現(xiàn)了基因異常或攜帶病原體。（四）蛋白質(zhì)工程的概念蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。（基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)）轉(zhuǎn)錄 翻譯蛋白質(zhì)工程的基本途徑：從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)；設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)；推測應(yīng)有的氨基酸序列；找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因） 蛋白質(zhì)工程與基因工程區(qū)別一基因的結(jié)構(gòu)：基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段(注：RNA病毒為RNA)，分為編碼區(qū)和非編碼區(qū)。編碼區(qū)：能轉(zhuǎn)錄出mRNA，原核生物中也就是能編碼蛋白質(zhì)的區(qū)段非編碼區(qū)：不能轉(zhuǎn)錄出mRNA，也不能編碼蛋白質(zhì)的區(qū)段（）原核細胞基因的結(jié)構(gòu)非編碼區(qū)中存在調(diào)