第三章 基因工程 知識點總結 高二下學期生物人教版選擇性必修3

生物學選擇性必修三2019人教版第三章知識點總結第三章基因工程第一節(jié)重組DNA技術的基本工具知識點1基因工程是指按照人們的愿望，通過轉基因等技術，賦予生物新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品。從技術操作層面看，由于基因工程是在DNA分子水平上進行設計和施工的，因此又叫作重組DNA技術、基因拼接技術。操作對象：基因操作水平：DNA分子水平操作原理：基因重組操作環(huán)境：體外基本過程：剪切→拼接→導入→表達操作結果：定向地改造生物的遺傳性狀，獲得符合人們需要的新的生物類型和生物產品優(yōu)點：定向改造生物體的性狀，目的性強（與誘變育種相比）育種周期短，克服遠緣雜交不親和障礙（與雜交育種相比）知識點2基因工程的基本工具1.“分子手術刀”——限制性核酸內切酶（限制酶）（1）來源：主要從原核生物中分離出來。（2）種類：約4000種（3）作用:識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，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。（4）限制酶識別序列的長度最常見的為6個核苷酸，也有少數限制酶的識別序列由4個、8個、或其他數量的核苷酸組成。①在中軸線兩側切割，形成黏性末端。如：EcoRI限制酶能識別GAATTC序列，為6個核苷酸，并在G和A之間切開。②在中軸線處切割，形成平末端。如：SmaI限制酶能識別CCCGGG序列，為6個核苷酸，并在G和C之間切開。2.“分子縫合針”——DNA連接酶(1)作用：將雙鏈DNA片段“縫合”起來，恢復被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵。即把脫氧核糖和磷酸交替連接而構成的DNA骨架上的缺口連接起來。(2)類型：3.“分子運輸車”——基因進入受體細胞的載體（1）載體作用：將目的基因載入受體細胞。利用它在宿主細胞內對目的基因進行大量復制。（2）載體種類：質粒、噬菌體、動植物病毒等（3）最常用載體：質粒特點：①裸露的、結構簡單、獨立于真核細胞細胞核或原核細胞擬核DNA外，具有自我復制能力的環(huán)狀雙鏈DNA。②有一個至多個限制酶切割位點。③在基因工程操作中，真正被用作載體的質粒都是在天然質粒的基礎上進行過人工改造的。④有特殊的標記基因，如：抗生素的抗性基因（四環(huán)素抗性基因(tetr)、氨芐青霉素抗性基因(ampr)等）、熒光蛋白基因（綠色熒光蛋白基因(GFP)、紅色熒光蛋白基因(RFP)。⑤對細胞無毒無害。⑥大小適中，便于提取和操作。知識點3DNA的粗提取與鑒定（一)提取生物大分子的基本思路選用一定的物理或化學方法分離具有不同物理或化學性質的生物大分子。DNA粗提取的基本思路：利用DNA與RNA、蛋白質和脂質等在物理和化學性質方面的差異，提取DNA，去除其他成分。（二)提取DNA的基本原理1.DNA在NaCl中的的溶解性：在NaCl溶液濃度低于0.14mol/L時，DNA的溶解度隨NaCl溶液濃度的增加而逐漸降低；在0.14mol/L時，DNA溶解度最??；當NaCl溶液濃度繼續(xù)增加時，DNA的溶解度又逐漸增大。當氯化鈉的物質的量濃度為2mol/L時，DNA的溶解度最大；濃度為0.14mol/L時，DNA的溶解度最低。利用這一原理，可以使DNA在鹽溶液中溶解或析出。2.DNA對酶、高溫和洗滌劑的耐受性（1）對酶的耐受性：蛋白酶能水解蛋白質，但對DNA沒有影響。（2）對溫度的耐受性：大多數蛋白質不能忍受60～80℃的高溫，而DNA在80℃以上才會變性。（3）對洗滌劑的耐受性：洗滌劑能夠瓦解細胞膜，去除脂質和蛋白質但對DNA沒有影響。3.DNA在酒精溶液中的溶解性DNA不溶于酒精溶液，但細胞中某些蛋白質則溶于酒精。將DNA與蛋白質進一步分離。（三）DNA的鑒定沸水浴條件下，DNA遇二苯胺試劑呈現(xiàn)藍色第二節(jié)因工程的基本操作程序知識點1第一步：目的基因的篩選與獲取1.目的基因：在基因工程的設計和操作中，用于改變受體細胞性狀或獲得預期表達產物等的基因。也指能夠編碼特定蛋白質的基因，也可以是一些具有調控作用的因子。2.篩選目的基因：從相關的已知結構和功能清晰的基因中篩選，是較為有效的方法之一3.獲取目的基因：（1）人工合成（2）基因文庫中獲取目的基因（3）利用PCR獲取和擴增①PCR：PCR全稱為聚合酶鏈式反應，又叫做體外DNA擴增技術。根據DNA半保留復制的原理，在體外提供參與DNA復制的各種組分與反應條件，對目的基因的核苷酸序列進行大量復制的技術。通過這項技術可在短時間內大量擴增目的基因。②PCR利用的原理：DNA半保留復制③DNA復制的基本條件：④PCR的前提：有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根據這一序列合成引物。⑤PCR的條件：DNA模板（需含有目的基因）。分別與模板DNA相結合的2種引物。四種脫氧核苷酸（或四種dNTP：dATP、dTTP、dGTP、dCTP）。耐高溫的DNA聚合酶(Taq酶）。穩(wěn)定的緩沖溶液（一般添加Mg2+）。能嚴格控制溫度的溫控設備。⑥PCR的過程：⑦PCR的結果：以指數方式擴增，即2n（n為擴增循環(huán)的次數）⑧鑒定PCR的產物：常采用瓊脂糖凝膠電泳來鑒定產物知識點2第二步：基因表達載體的構建基因表達載體的組成：目的基因、標記基因、啟動子、終止子基因表達載體構建過程：一般用同一種限制酶分別切割載體和含有目的基因的DNA片段，再用DNA連接酶將兩者連接。知識點3第三步：將目的基因導入受體細胞1.轉化：目的基因進入受體細胞內，并且在受體細胞內穩(wěn)定存在和表達的過程。2.將目的基因導入受體細胞的方法：花粉管通道法：在植物受粉后，花粉形成的花粉管還未愈合前，剪去柱頭，滴加DNA(含目的基因)，使目的基因借助花粉管通道進入受體細胞。（2）農桿菌轉化法：①農桿菌的特點：農桿菌是一種在土壤中生活的微生物，能在自然條件下感染雙子葉植物和裸子植物，而對大多數單子葉植物沒有感染能力。當植物體受到損傷時，傷口處的細胞會分泌大量酚類化合物，吸引農桿菌移向這些細胞，這時農桿菌中的Ti質粒上的T-DNA可轉移至受體細胞，并整合到受體細胞的染色體DNA上。②農桿菌轉化法的原理：根據農桿菌的特點，將目的基因插入Ti質粒上的T-DNA中，通過農桿菌的轉化作用，就可以使目的基因進入細胞。③農桿菌轉化法適用于那些植物：農桿菌轉化法起初只被用于雙子葉植物中，近年來，農桿菌轉化在一些單子葉植物（尤其是水稻）中也得到了廣泛應用。3.方法步驟：目的基因插入Ti質粒的T-DNA上→轉入農桿菌→導入植物細胞→目的基因插入植物細胞中的染色體DNA上→目的基因表達。知識點4第四步：目的基因的檢測與鑒定1.分子水平的檢測(1)檢測目的基因是否插入受體細胞的DNA中：DNA分子雜交或PCR等技術?；蛱结槪汉喎Q探針，是一段帶有檢測標記（同位素、熒光分子或化學發(fā)光催化劑）、且順序已知的、與目的基因互補核酸序列(DNA或RNA)。用放射性同位素標記的含有目的基因的單鏈DNA片段制成基因探針。將轉基因生物的基因組DNA提取出來，和基因探針進行雜交，如果出現(xiàn)雜交帶，說明目的基因已插入受體細胞的DNA中。(2)檢測目的基因是否轉錄：分子雜交或PCR技術。將轉基因生物提取出來的mRNA和基因探針進行雜交，如果出現(xiàn)雜交帶，說明目的基因已經轉錄。(3)檢測目的基因是否翻譯出蛋白質：抗原—抗體雜交技術。從轉基因生物提取出來的蛋白質和相應的抗體進行雜交，如果出現(xiàn)雜交帶，說明目的基因已經翻譯。2.個體水平的鑒定(1)抗蟲或抗病的接種實驗。(2)有的基因工程產品需要與天然產品的功能進行活性比較。常見轉基因生物在個體水平上鑒定、檢測的方法（列舉如下表）知識點5DNA片段的擴增及電泳鑒定1.DNA片段擴增的原理PCR利用了DNA熱變性原理，通過調節(jié)溫度來控制DNA雙鏈的解聚與結合。PCR儀實質上就是一臺能夠自動調控溫度的儀器，一次PCR一般要經歷30次循環(huán)。2.DNA片段電泳鑒定的原理DNA分子具有可解離的基團，在一定的PH下，這些基團可以帶上正電荷或負電荷。在電場的作用下，這些帶電分子會向著與它所帶電荷相反的電極移動，這個過程就是電泳。3.PCR產物的鑒定：一般通過瓊脂糖凝膠電泳來鑒定在凝膠中DNA分子的遷移速率與凝膠的濃度、DNA分子的大小和構像等有關。凝膠中的DNA分子通過染色，可以在波長為300nm的紫外燈下被檢測出來。第三節(jié)基因工程的應用知識點1基因工程在農業(yè)方面的應用1.培育抗逆性品種將某些生物的抗蟲基因、某些病毒、真菌的抗病基因、降解或抵抗某種除草劑的基因、抗鹽堿、抗干旱、抗高溫等抗性基因轉移到作物體內，將從根本上改變作物的特性。如轉基因抗蟲棉?？瓜x基因作物的意義：減少農藥的用量，降低了生產的成本，減少了農藥對環(huán)境的污染。2.改良植物的品質利用轉基因技術改良植物的營養(yǎng)價值、觀賞價值等。知識點2基因工程在畜牧業(yè)上的應用1.提高動物的生長速率2.改善畜產品的品質知識點3基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用1.對微生物或動植物的細胞進行基因改造生產藥物2.讓轉基因哺乳動物批量生產藥物實例：乳腺生物反應器或乳房生物反應器培育過程：應用：目前已經在牛、山羊等動物的乳腺生物反應器中，獲得了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素和α-抗胰蛋白酶等重要醫(yī)藥產品。3.用轉基因動物作為器官移植的供體人體器官移植的難題：人體移植器官短缺是世界性難題解決途徑：尋求可替代的移植器官，如用豬的器官來解決人類器官移植的來源問題。豬的優(yōu)點：a.豬的內臟構造、大小、血管分布與人極為相似b.豬體內隱藏的、可導致人類疾病的病毒遠遠少于靈長類動物最大難題：免疫排斥改造方法：a.在器官供體的基因組中導入某種調節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達；b.設法除去抗原決定基因，然后再結合克隆技術，培育出不會引起免疫排斥反應的轉基因克隆豬器官。知識點4基因工程在食品工業(yè)方面的應用1.基因工程菌概念：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的菌類。應用：利用基因工程菌，除了可以生產藥物，還能生產食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等。2.實例①阿斯巴甜：一種普遍使用的甜味劑，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，這兩種氨基酸可通過基因工程實現(xiàn)大規(guī)模生產。②凝乳酶：應用：奶酪生產中用來凝聚固化奶中的蛋白質。傳統(tǒng)方法：殺死未斷奶的小牛，取出第四胃的黏膜進行提取?，F(xiàn)代制備方法：將編碼牛凝乳酶的基因導入大腸桿菌、黑曲霉或酵母菌的基因組中，再通過工業(yè)發(fā)酵批量生產凝乳酶。③淀粉酶、脂酶應用：加工轉化糖漿需要淀粉酶加工烘烤食品、制造生物能源要用到脂酶制備方法：構建基因工程菌，然后用發(fā)酵技術大量生產。優(yōu)點：和天然產物中提取的酶相比，基因工程獲得的工業(yè)用酶的純度更高，生產成本顯著降低，生產效率較高。知識點5其他方面的應用培育出具有優(yōu)良性狀的動植物品種，獲得過去難以得到的生物制品。培育可以降解多種污染物的“超級細菌”來處理環(huán)境污染。利用經過基因改造的微生物來生產能源?；蚬こ套龀傻腄NA探針能夠十分靈敏地檢測環(huán)境中的病毒、細菌等污染。利用基因工程培育的“指示生物”能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉化污染物。第四節(jié)基因工程的延伸——蛋白質工程知識點1蛋白質工程以蛋白質分子的結構規(guī)律及其與生物功能的關系作為基礎，通過改造或合成基因，來改造現(xiàn)有蛋白質，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類的生產和生活的需求?；A：了解蛋白質的結構和功能途徑：改造或合成基因目的：改造或制造新蛋白質，滿足人類的生產或生活的需要直接操作對象：基因結果：產生自然界原本不存在的蛋白質知識點2蛋白質工程崛起的緣由基因工程的實質：將一種生物的基因轉移到另一種生物體內，后者可以產生它本不能產生的蛋白質，進而表現(xiàn)出新的性狀?；蚬こ痰牟蛔悖涸瓌t上只能生產自然界已存在的蛋白質。天然蛋白質的不足：天然蛋白質是生物在長期進化過程中形成的，它們的結構和功能符合特定物種生存的需要，卻不一定完全符合人類生產和生活的需要。如：玉米中賴氨酸含量較低，原因在于天冬氨酸激酶和二氫吡啶二羧酸合成酶的活性受細胞內賴氨酸濃度的影響很大。通過基因修飾或合成，經人工設計改造，可使其葉片和種子中游離賴氨酸的含量分別提高5倍和2倍。提出了蛋白質工程：改造或制造一種新的蛋白質來滿足需求。直接操作對象：基因（基因修飾或基因合成）是在基因工程的基礎上，延伸出來的第二代基因工程。知識點3蛋白質工程的基本原理1.蛋白質工程的目標：根據人們對蛋白質功能的特定需求，對蛋白質的結構進行設計改造。2.蛋白質工程的實質：通過改造或合成基因，來定向改造現(xiàn)有蛋白質或制造新的蛋白質。3.天然蛋白質合成的過程：天然蛋白質合成的過程是按照中心法則進行的。基因→表達（轉錄和翻譯）→形成具有特定氨基酸序列的多肽鏈→形成具有高級結構的蛋白質→行使生物功能。4.蛋白質工程的基本思路：從預期的蛋白質功能出發(fā)→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到并改變相對應的脫氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質。知識點4蛋白質工程的應用1．在醫(yī)藥方面（1）研發(fā)速效胰島素類似物（2）延長干擾素體外保存時間（3）降低人對小鼠單抗隆抗體的免疫反應通過改