選修3基因工程復(fù)習(xí)

專題1

基因工程基因工程是指按照

，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，并通過(guò)

DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是在

水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，因此又叫做

。一、基因工程的概念人們的意愿體外DNA重組技術(shù)DNA分子操作環(huán)境操作對(duì)象操作水平結(jié)果生物體外基因DNA分子水平定向改造生物遺傳特性實(shí)質(zhì)或原理：基因重組基因工程的特點(diǎn)：二、基因操作的工具1、基因的剪刀——限制性內(nèi)切酶2、基因的針線——DNA連接酶3、基因的運(yùn)輸工具——運(yùn)載體1.2.1限制性核酸內(nèi)切酶1.來(lái)源：主要是從

中分離純化出來(lái)的。2.功能：能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種

核苷酸序列，并且使每一條鏈中

部位的兩個(gè)核苷酸之間的

斷開，因此具有

性。特定原核生物特定磷酸二酯鍵特異現(xiàn)在已知的核酸限制性內(nèi)切酶均不能切割RNA3.識(shí)別序列：

長(zhǎng)度：大多數(shù)限制酶的識(shí)別序列由

個(gè)核苷酸組成。也有4、5或8個(gè)核苷酸的。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：具有雙重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，即：回文結(jié)構(gòu)。6

經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式：

和

。前者是限制酶在它識(shí)別序列的

將DNA的兩條鏈切開產(chǎn)生的，后者是限制酶在它識(shí)別序列的

切開產(chǎn)生的。黏性末端平末端中心軸線兩側(cè)中心軸線GAATTCGCTTAAAATTCG限制酶切割DNA分子示意圖CTTAAG黏性末端EcoRⅠ1.不同DNA分子用同一種限制酶切割形成的黏性末端都相同；2.同一個(gè)DNA分子用不同限制酶切割，產(chǎn)生的黏性末端一般不相同；3.不同限制酶切割形成的黏性末端，如互補(bǔ)則可以相互重新配對(duì)。1。分類：一類是從

中分離得到的，稱為

連接酶；另一類是從

中分離出來(lái)的，稱為

連接酶。1.2.2基因的的針線——DNA連接酶大腸桿菌E.coliDNAT4噬菌體T4DNA2。兩種DNA連接酶的比較：（1）相同點(diǎn)：都縫合

鍵。（2）區(qū)別：E·coliDNA連接酶只能將雙鏈DNA片段互補(bǔ)的

之間連接起來(lái)；而T4DNA連接酶既可以“縫合”雙鏈DNA片段互補(bǔ)的

，又可以“縫合”雙鏈DNA片段的

。但連接平末端的之間的效率較

。磷酸二酯黏性末端黏性末端平末端低（3）連接的部位：磷酸二酯鍵，不是氫鍵名稱作用應(yīng)用DNA連接酶限制性核酸內(nèi)切酶DNA聚合酶RNA聚合酶解旋酶逆轉(zhuǎn)錄酶連接兩個(gè)DNA片段識(shí)別并切割某種特定的脫氧核苷酸序列在脫氧核苷酸鏈上添加單個(gè)脫氧核苷酸在核苷酸鏈上添加單個(gè)核苷酸氫鍵斷裂以RNA為模板合成DNA基因工程DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄DNA復(fù)制逆轉(zhuǎn)錄、基因工程1.2.3基因的運(yùn)輸工具——運(yùn)載體作用：具備的條件種類：將外源基因送入受體細(xì)胞。能在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定地保存具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)具有某些標(biāo)記基因質(zhì)粒、噬菌體和動(dòng)植物病毒。使用運(yùn)載體的目的用它作為運(yùn)載工具，將目的基因送到宿主細(xì)胞中去。質(zhì)粒的特點(diǎn)

質(zhì)粒上會(huì)存在某些標(biāo)記基因，標(biāo)記基因有什么用途？思考質(zhì)粒：是一種

的、

、

，并具有

能力的

。裸露結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單獨(dú)立于細(xì)菌擬核之外自我復(fù)制雙鏈環(huán)狀DNA分子鑒別和篩選含有目的基因的細(xì)胞---TATCGTACGATAGGTACTTAAGCCGTATG------ATAGCATGCTATCCATGAATTCGGCATAC---————————————————————————————————————---AGGATCTTAAGAGAGCCATACTTAAGGTATG------TCCTAGAATTCTCTCGGTATGAATTCCATAC---——————---——————————————————---————————————判斷：下列二個(gè)DNA分子（片段），哪一個(gè)是目的基因，哪一個(gè)是運(yùn)載體？三、基因操作的基本步驟1、獲取目的基因2、構(gòu)建基因表達(dá)載體3、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞4、目的基因的檢測(cè)和鑒定目前被較廣泛提取使用的目的基因有：

蘇云金桿菌抗蟲基因、人胰島素基因、人干擾素基因、種子貯藏蛋白基因、植物抗病基因等。1.目的基因的概念：人們需要的特定基因。（一）目的基因的獲取:種類基因組文庫(kù)：cDNA文庫(kù)：含有一種生物的全部基因含有一種生物的部分基因（1）從基因文庫(kù)中獲取目的基因2.獲取目的基因的方法：怎樣從基因文庫(kù)中得到我們所需的目的基因？根據(jù)基因的有關(guān)信息：如基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色體上的位置、基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA、基因的翻譯產(chǎn)物蛋白質(zhì)等。①概念：PCR全稱為_______________，是一項(xiàng)在生物____復(fù)制____________的核酸合成技術(shù)。③條件：____________________、_____________、___________、

__________________.

前提條件：_____________________________②原理：__________聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)體外特定DNA片段DNA復(fù)制已知核苷酸序列的基因四種脫氧核苷酸一對(duì)引物DNA聚合酶（Taq酶）一段已知目的基因的核苷酸序列（2）利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因④方式：以_____方式擴(kuò)增，即____（n為擴(kuò)增循環(huán)的次數(shù)）⑤結(jié)果：指數(shù)2n使目的基因的片段在短時(shí)間內(nèi)成百萬(wàn)倍地?cái)U(kuò)增PCR技術(shù)擴(kuò)增過(guò)程a、DNA變性（90℃-95℃）：雙鏈DNA模板在熱作用下，

斷裂，形成__

____

b、退火（55℃-60℃）：系統(tǒng)溫度降低，引物與DNA模板結(jié)合，形成局部________。c、延伸（70℃-75℃）：在Taq酶的作用下，從引物的5′端→3′端延伸，合成與模板互補(bǔ)的________。氫鍵單鏈DNA雙鏈DNA鏈（二）基因表達(dá)載體的構(gòu)建——核心質(zhì)粒DNA分子限制酶處理兩個(gè)切口獲得目的基因DNA連接酶重組DNA分子（重組質(zhì)粒）同一種一個(gè)切口兩個(gè)黏性末端

目的基因與運(yùn)載體結(jié)合的結(jié)果可能有幾種情況？1、目的基因與目的基因結(jié)合；2、質(zhì)粒與質(zhì)粒結(jié)合；3、目的基因與質(zhì)粒結(jié)合?！痢獭粱虮磉_(dá)載體的組成：a、目的基因b、啟動(dòng)子c、終止子d、標(biāo)記基因篩選重組DNA編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)(編碼區(qū)上游)(編碼區(qū)下游)啟動(dòng)子終止子基因是RNA聚合酶的結(jié)合位點(diǎn)，起動(dòng)并催化轉(zhuǎn)錄mRNA終止轉(zhuǎn)錄mRNA外顯子內(nèi)含子（三）將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞常用的受體細(xì)胞：動(dòng)植物細(xì)胞、大腸桿菌、土壤農(nóng)桿菌、枯草桿菌等。轉(zhuǎn)化——目的基因進(jìn)入_________內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持_____和_____的過(guò)程受體細(xì)胞穩(wěn)定表達(dá)方法導(dǎo)入植物細(xì)胞導(dǎo)入動(dòng)物細(xì)胞導(dǎo)入微生物細(xì)胞農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法基因槍法花粉管通道法——顯微注射法——感受態(tài)細(xì)胞吸

收DNA分子農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法農(nóng)桿菌：感染雙子葉植物和裸子植物，而對(duì)大多數(shù)單子葉植物無(wú)感染能力。過(guò)程：構(gòu)建表達(dá)載體（重組Ti質(zhì)粒）轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌導(dǎo)入植物細(xì)胞目的基因插入植物細(xì)胞染色體DNA中培養(yǎng)再生成植株篩選出表現(xiàn)新性狀的植株1.將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞之顯微注射技術(shù)2.將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞之將含有目的基因的表達(dá)載體提純(濃度1-3%ug/mL)取卵顯微注射人工受精將受精卵移入子宮感受態(tài)細(xì)胞3、將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞：(A)常用的受體細(xì)胞：大腸桿菌(最廣泛)、枯草桿菌、土壤農(nóng)桿菌(B)導(dǎo)入途徑：受體細(xì)胞(細(xì)菌)CaCl2處理細(xì)菌細(xì)胞壁通透性增加感受態(tài)細(xì)胞與重組質(zhì)?；旌细惺軕B(tài)細(xì)胞吸收重組質(zhì)粒主要是借鑒細(xì)菌或病毒侵染細(xì)胞方法原因：繁殖快，單細(xì)胞，遺傳物質(zhì)少。（-4℃）因?yàn)榇竽c桿菌等細(xì)菌的細(xì)胞壁成分主要是肽聚糖，因此一般要先用Ca2＋處理，以增加細(xì)菌細(xì)胞壁的通透性。思考：為什么要用Ca2＋處理細(xì)胞？（四）目的基因的檢測(cè)與鑒定分子水平檢測(cè)—①檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNA上是否插入了目的基因②檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA③檢測(cè)目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)DNA分子雜交DNA-RNA分子雜交抗原—抗體雜交個(gè)體生物水平檢測(cè)—接種在大腸桿菌中生產(chǎn)這種糖蛋白是不可能的。若要生產(chǎn)人的糖蛋白，可以用大腸桿菌嗎？三、基因工程的應(yīng)用（一）植物基因工程技術(shù)的應(yīng)用1、提高農(nóng)作物的抗逆能力

（1）抗蟲轉(zhuǎn)基因植物抗蟲基因的種類：4種

Bt毒蛋白基因（抗蟲棉）、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因（2）抗病轉(zhuǎn)基因植物抗病轉(zhuǎn)基因植物所用的基因：①常用：病毒外殼蛋白基因和病毒的復(fù)制酶基因②抗真菌轉(zhuǎn)基因植物中有：幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因（3）其它抗逆轉(zhuǎn)基因植物①抗鹽堿、干旱的基因：調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因②抗凍蛋白基因③抗除草劑基因1、用于提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度

（如：導(dǎo)入外源生長(zhǎng)激素基因鯉魚）2、用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)

（如：將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，使乳糖的含量大大減低）3、用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物

（如：轉(zhuǎn)入人的a-抗胰蛋白基因的綿羊）4、用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植的供體

（如：改造豬的器官）（二）動(dòng)物基因工程的應(yīng)用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的乳腺。1.就基因藥物而言，最理想的表達(dá)場(chǎng)所是哪里？[乳腺(房)生物反應(yīng)器]2.什么是乳腺(房)生物反應(yīng)器？以動(dòng)物乳房作為生產(chǎn)藥物的反應(yīng)器稱為乳房生物反應(yīng)器4.簡(jiǎn)述乳房生物反應(yīng)器的操作過(guò)程？獲取目的基因（如血清白蛋白基因）構(gòu)建基因表達(dá)載體顯微注入羊的受精卵中形成胚胎送入羊子宮中5.乳房生物反應(yīng)器的操作過(guò)程與轉(zhuǎn)基因動(dòng)物操作過(guò)程有何不同之處？并闡述原因？

要在編碼蛋白質(zhì)的基因序列前加上乳腺組織中特異表達(dá)的啟動(dòng)子構(gòu)成表達(dá)載體。因?yàn)楫a(chǎn)品在奶中形成，需要乳腺組織中特異表達(dá)的啟動(dòng)子。（基因的選擇性表達(dá)）（三）基因診斷和基因治療基因診斷：

也稱為DNA診斷或基因探針技術(shù)，即在DNA水平分析檢測(cè)某一基因，從而對(duì)特定的疾病進(jìn)行診斷。探針制備：放射性同位素(如32P)、熒光分子等標(biāo)記的DNA分子；原理：利用DNA分子雜交原理；

是指把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中，達(dá)到治療疾病的目的?；蛑委煱ǎ?、體外基因治療2、體內(nèi)基因治療基因治療：

蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過(guò)基因修飾或基因合成，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類對(duì)生產(chǎn)和生活的需求。1.概念：四、蛋白質(zhì)工程2.基本原理：確定蛋白質(zhì)的功能→蛋白質(zhì)應(yīng)有的高級(jí)結(jié)構(gòu)→蛋白質(zhì)應(yīng)具備的折疊狀態(tài)→應(yīng)有的氨基酸序列→