基因工程生物知識點

基因工程基因工程是狹義的遺傳工程，遺傳工程的核心是構建重組DNA分子?；蚬こ桃卜Q為“重組DNA技術”。工具酶的發(fā)現(xiàn)和基因工程的誕生基因工程的理論基礎：DNA是遺傳物質，DNA的雙螺旋結構，以及遺傳信息的傳遞方式。基因工程的技術保障：限制性核酸內(nèi)切酶，DNA連接酶和質粒載體發(fā)現(xiàn)與應用。一、限制性核酸內(nèi)切酶：可以辨認和切割DNA分子內(nèi)一小段特殊核苷酸序列的酶。（平末端和黏性末端）限制性核酸內(nèi)切酶可作為切割DNA分子的手術刀，它的發(fā)現(xiàn)和應用，使DNA重組成為也許。二、DNA連接酶：將具有末端堿基互補的2個DNA片段連接在一起，形成的DNA分子稱為重組DNA分子。DNA連接酶具有縫合DNA片段的作用。三、質粒：可以自主復制的雙鏈環(huán)狀DNA分子，它們在細菌中以獨立于大型DNA分子之外的方式存在，是一種特殊的遺傳物質。最常用的是大腸桿菌的質粒，其具有抗生素抗性基因。標志基因工程誕生的實驗：通過重組，使大腸桿菌同時具有四環(huán)素和卡那霉素的抗性。四、基因工程的載體載體是運載外源DNA進入宿主細胞的車子，即運載工具。除質粒外，基因工程載體尚有入噬菌體、植物病毒和動物病毒。入噬菌體：將外源基因載入大腸桿菌等宿主細胞。植物病毒：將外源基因帶入植物細胞。動物病毒：將外源基因帶入動物細胞。基因工程的原理和技術基因工程的基本原理是讓人們感趣的基因（目的基因）在宿主細胞中穩(wěn)定和高效表達。基因工程的基本要素：工具酶、目的基因、載體和宿主細胞?；蚬こ痰幕静僮鳝h(huán)節(jié)：A目的基因的獲得；B重組DNA的形成；C重組DNA導入受體細胞（宿主細胞）；D篩選具有目的基因的受體細胞；E目的基因的表達。一、獲得目的基因目的基因序列已知：化學合成方法合成目的基因，PCR擴增目的基因。目的基因序列未知：構建基因文庫。二、形成重組DNA分子用相同的限制性核酸內(nèi)切酶分別切割目的基因和載體，兩者形成相同的黏性末端，然后用DNA連接酶將目的基因和載體連接在一起，形成重組DNA分子。三、將重組DNA分子導入受體細胞受體細胞：大腸桿菌，枯草桿菌，酵母菌和動植物細胞等。質粒做載體：受體細胞應當選擇大腸桿菌，用氯化鈣解決大腸桿菌，增長其細胞壁的通透性，使具有目的基因的重組質粒進入大腸桿菌宿主細胞。四、篩選具有目的基因的宿主細胞載體上具有抗性基因，具有重組質粒的受體細胞可以在抗性培養(yǎng)基中生長。五、目的基因的表達目的基因在宿主細胞中表達，產(chǎn)生人們需要的功能物質。基因工程的應用一、基因工程與遺傳育種轉基因植物：基因工程克服了遠緣親本難以雜交的障礙。轉基因動物：指轉入了外源基因的動物。傳統(tǒng)的育種方法費時，費力。二、基因工程與疾病治療1、基因工程藥物：生長素釋放克制激素，胰島素，生長激素，干擾素，乙型肝炎疫苗等。胰島素：一種蛋白質激素。干擾素：干擾素是病毒侵入細胞后產(chǎn)生的糖蛋白。干擾素具有抗病毒、抗細胞分裂、免疫調(diào)節(jié)等多種生物學功能，是治療病毒性肝炎和腫瘤的藥物。2、基因治療：是向目的細胞中引入正常功能的基因，以糾正或補償基因的缺陷，達成治療的目的。三、基因工程與生態(tài)環(huán)境保護運用基因工程技術來改善環(huán)境。如：運用轉基因微生物吸取環(huán)境中的重金屬，降解有毒化合物和解決工業(yè)廢水?；蚬こ痰陌l(fā)展前景一、科學家在基因工程方面的最新嘗試光合作用：植物和某些細菌（藍藻，又名藍細菌，是一種原核生物）。生物固氮：自生固氮微生物、共生固氮微生物和聯(lián)合固氮微生物。自生固氮微生物：A光合固氮微生物B化能自養(yǎng)固氮微生物C異養(yǎng)固氮微生物生物反映器：運用轉基因的栽培植物和飼養(yǎng)動物來生產(chǎn)蛋白藥物或者疫苗，將動植物作為生物反映器，希望減少產(chǎn)品價格。蛋白質工程：運用基因工程對天然蛋白質進行改造，以便獲得具有抱負生物學功能的蛋白質。蛋白質工程是在基因工程的基礎上發(fā)展起來的。二、基因工程的未來第二章克隆技術生命的基本特性之一：自我復制和自我繁殖。繁殖分為無性繁殖和有性繁殖。有性繁殖：通過異性生殖細胞的結合，產(chǎn)生合子，再由合子發(fā)育成下一代個體的繁殖方式。無性繁殖：不通過異性生殖細胞的結合，直接由母體產(chǎn)生下一代個體的繁殖方式。無性繁殖的個體保持了親本的遺傳性狀，一次產(chǎn)生后代的數(shù)量可以很大，可以迅速擴大其種群數(shù)量。什么是克隆個體通過無性繁殖可連續(xù)傳代并形成群體，這樣的群體稱為無性繁殖系，即克隆。克隆技術：從眾多的基因或細胞群體中通過無性繁殖和選擇，獲得目的基因或特定類型細胞的技術操作。當用于個體水平的描述時，克隆是一種通過單個細胞，特別是來自特定個體的單個體細胞進行無性繁殖，從而產(chǎn)生新個體的過程或技術。一、無性繁殖與克隆只要不通過兩個分子、兩個細胞或兩個個體的結合，只由一個模板分子、母細胞或母體直接形成新一代分子、細胞或個體，就是無性繁殖，即克隆。在分子水平上，基因克隆是指某種目的基因的復制，分離過程。在細胞水平上，細胞克隆技術在雜交瘤制備單克隆抗體的操作中得到充足運用。從理論上講，由于細胞核具有基因組全套遺傳信息，生物的體細胞有潛力直接發(fā)育成胚胎和形成與核供體完全相同的個體克隆，但事實上動物胚胎發(fā)育的條件和基因調(diào)控機理復雜，動物克隆的實現(xiàn)并不是一件簡樸的事情。二、克隆技術的發(fā)展1、微生物克?。河梢粋€細菌分裂（復制）出多個和它完全同樣的細菌而形成菌落。2、遺傳工程克?。喝鏒NA克隆。用特定的限制性核酸內(nèi)切酶切割某個DNA分子（目的基因），把它重組到被限制性核酸內(nèi)切酶切割出匹配末端的載體分子上，再把這樣的雜合分子導入特定的宿主細胞（如細菌）——這一導入過程叫轉化。在被轉化的宿主細胞中可以隨著重組載體復制出大量的目的基因，這就是DNA克隆或基因克隆。3、個體水平上的克隆：不通過兩性細胞的結合，從一個單一的細胞繁殖出生物個體。注：動物的克隆，都是用胚胎細胞作為供體，運用細胞核移植技術取得成功的，而克隆原意是無性繁殖系，因此，胚胎細胞克隆不屬于嚴格意義上的動物個體克隆。三、克隆的條件1、具有包含物種完整基因組的細胞核的活細胞（如乳腺上皮細胞）2、能有效調(diào)控細胞核發(fā)育的細胞質物質（去核卵的細胞質）3、完畢胚胎發(fā)育的必要環(huán)境條件（誘導核-質重組細胞生長，分化的實驗條件和懷胎母體的子宮環(huán)境）第二節(jié)植物的克隆植物克隆的技術基礎是：植物組織培養(yǎng)植物細胞全能性：植物體的每一個生活細胞都具有遺傳上的全能性，因而都具有發(fā)育為完整植株的潛能。植物組織培養(yǎng)程序：植物組織塊切口處的細胞在創(chuàng)傷刺激下——脫分化——分裂的細胞——分裂增殖——愈傷組織——芽和根的頂端分生組織——新的植株1、胚性細胞：胞質豐富，液泡小而核大。胚性細胞在適宜的培養(yǎng)基中，發(fā)育成胚狀體，胚狀體繼續(xù)發(fā)育，形成植株。2、用纖維素酶和果膠酶水解細胞壁，可以獲得分離的植物細胞原生質體（細胞中有代謝活性的原生質部分，涉及細胞膜，細胞質和細胞核），用適當?shù)姆椒ㄟM行原生質體培養(yǎng)，也可以獲得新植株。二、植物細胞全能性的體現(xiàn)植物體幾乎所有組織（如根，莖、葉、花藥、子房及幼胚等組織）的細胞，通過誘導都可再生新植株。也就是說，植物體的每個生活細胞，即使是已經(jīng)高度成熟和分化的細胞，都保持了恢復到分生狀態(tài)的能力，都具有遺傳上的全能性。由于不同種類植物或同種植物的不同基因型個體之間遺傳性的差異，細胞全能性的表達限度大不相同。如擬南芥等能在多個世代中保持細胞全能性的表達，而小麥，玉米等在多次繼代培養(yǎng)后，會喪失細胞全能性的表達能力。三、細胞培養(yǎng)和器官培養(yǎng)細胞培養(yǎng)：單細胞—細胞團—球形胚—心形胚—胚狀體—完整植株有的植物（如風信子）可以在愈傷組織的基礎上直接發(fā)育出花器官。器官發(fā)生和形態(tài)建成重要是通過平衡植物激素配比進行調(diào)控。如：適量的激動素和細胞分裂素配比可以誘導芽的分化；適量的吲哚乙酸及適當減除其他某些激素，則可以誘導生根。原生質體培養(yǎng)和植物細胞工程植物細胞工程的操作過程：培養(yǎng)植物細胞（涉及原生質體），借助基因工程方法，將外源遺傳物質（DNA）導入受體細胞（涉及原生質體受體）中，或通過細胞融合、顯微注射等將不同來源的遺傳物質重新組合，再通過對這些轉基因細胞或重組細胞進行培養(yǎng)，獲得具有特定性狀的新植株。第三節(jié)動物的克隆動物克隆的技術基礎：動物的細胞培養(yǎng)和組織培養(yǎng)。一、動物的細胞培養(yǎng)和克隆形成細胞是構成生物有機體的基本結構和功能單位。1、動物細胞、組織培養(yǎng)（1）動物細胞培養(yǎng)：一方面，將動物體內(nèi)的一部分組織取出，通過機械消化或胰酶消化，使其分散成單個細胞；然后在人工控制的培養(yǎng)條件下，使這些細胞得以生存并保持生長、分裂乃至接觸克制和有規(guī)律的衰老、死亡性能等生命活動現(xiàn)象。在細胞培養(yǎng)中，由于細胞之間并非彼此獨立而是在生命活動中互相依存，所以在某種限度上像體內(nèi)同樣呈現(xiàn)一定的組織特異性。（2）動物組織培養(yǎng)：動物組織在體外及人工條件下維持生活狀態(tài)或生長特性。動物組織培養(yǎng)過程中可以隨著組織分化。2、動物組織培養(yǎng)技術的發(fā)展在細胞培養(yǎng)中，有原代培養(yǎng)和傳代培養(yǎng)。將細胞從一個培養(yǎng)瓶轉移或移植到另一個培養(yǎng)瓶就稱為傳代培養(yǎng)。3、細胞系，細胞株細胞系泛指可傳代的細胞，細胞株是具有特殊性質的細胞系。4、克隆培養(yǎng)法把一個單細胞從群體中分離出來單獨培養(yǎng)，使之繁衍成一個新的細胞群體的技術，叫做克隆培養(yǎng)法或者細胞克隆。細胞克隆的最基本規(guī)定：必須保證分離出來的細胞是一個而不是多個，即必須肯定所建成的克隆來源于單個細胞。二、動物的細胞融合技術及其應用細胞工程是細胞水平上的生物工程，其重要的技術手段是細胞培養(yǎng)和細胞融合。1、細胞融合與細胞雜交細胞融合是指兩個或多個細胞融合成一個細胞的現(xiàn)象。植物細胞的原生質體可以互相融合，動物細胞在一定的物質（滅火的仙臺病毒，聚乙二醇等）介導下可以互相融合。細胞融合可以在基因型相同或不同的細胞間進行，其中基因型不同的細胞間的融合就是細胞雜交。2、雜交瘤技術和單克隆抗體制備雜交瘤技術制備單抗的基本方法：（1）用外界抗原刺激動物（小鼠，兔子等），使其發(fā)生免疫反映，使B淋巴細胞產(chǎn)生抗體；（2）運用仙臺病毒或者聚乙二醇等介導，使經(jīng)免疫的動物脾細胞與可以無限傳代的骨髓瘤細胞融合；（3）通過篩選，克隆培養(yǎng)，獲得來自單一細胞的既能產(chǎn)生特異抗體，又能無限增殖的雜交瘤細胞克隆。雜交瘤技術的最大優(yōu)點：可以從特異抗原成分比例很少的抗原混合物中獲得單抗。三、動物的克隆繁殖1、動物細胞全能性的表現(xiàn)限度受精卵具有全能性，即具有使后代細胞形成完整個體的潛能。（多能細胞>單能細胞）2、動物難以克隆的主線因素細胞分化使得細胞發(fā)生基因的差異表達3、細胞核移植實驗和動物的克隆繁殖核移植：運用一個細胞的細胞核（供體核）來取代另一個細胞中的細胞核，形成一個重建的合子。胚胎核移植的成功率遠高于體細胞。多莉羊問世證明體細胞核移植成功。體細胞羊的克隆證明：(1)高度分化細胞通過一定技術解決，也可回復到類似受精卵時期的功能；（2）在胚胎和個體發(fā)育中，細胞質具有調(diào)控細胞核（涉及異源細胞核）發(fā)育的作用。動物細胞融合：電脈沖胚胎工程第一節(jié)從受精卵談起動物的胚胎發(fā)育是指受精卵發(fā)育成幼體的過程。一、受精作用成熟的精卵融合成為受精卵的過程稱為受精。受精涉及：精卵辨認，精子附著于卵膜、精卵質膜融合等幾個過程。同種動物精子、卵細胞表面有特異性互相辨認的蛋白。二、胚胎發(fā)育的過程受精卵是個體發(fā)育的起點。受精卵——卵裂——卵裂球——繼續(xù)分裂——囊胚（胚泡）↗外表的一層扁平細胞稱為滋養(yǎng)層，胚胎的附屬結構及胎盤由滋養(yǎng)層發(fā)育而來。↘囊胚內(nèi)部的細胞團不斷增殖分化，發(fā)育成完整的胚胎——原腸胚——各種器官原基注：卵裂球具有2-8個細胞時，每一個細胞都具有全能性，均可以發(fā)育成為一個完整的個體。內(nèi)細胞團的細胞，稱為胚胎干細胞，是一種未分化的細胞，具有發(fā)育全能性，能分化出成體動物的所有組織和器官。三個胚層的分化：外胚層：表，感，神經(jīng)。內(nèi)胚層：呼，消，肝，胰。第二節(jié)胚胎工程胚胎工程通常指各種胚胎操作技術。胚胎工程的研究對象：重要限定于高等脊椎動物，特別是哺乳動物。胚胎工程的研究重點：體外受精，胚胎體外培養(yǎng)，胚胎移植，胚胎分割，胚胎干細胞等。一、體外受精和胚胎體外培養(yǎng)體外受精就是采用雌性動物的卵細胞和雄性動物的精子，使其在試管中受精。受精后的受精卵需經(jīng)初期發(fā)育培養(yǎng)，才干完畢植入或著床，通常移植的最適宜時期是發(fā)育到8細胞以上的胚胎，如初期囊胚；最后經(jīng)分娩產(chǎn)仔就得到“試管動物”。胚胎體外培養(yǎng)是應用人工發(fā)明的環(huán)境，對獲取的初期胚胎進行體外培養(yǎng)。胚胎不同發(fā)育時期生理代謝的需求不同，進行胚胎體外培養(yǎng)時，必須配制一系列具有不同成分的培養(yǎng)液，用以培養(yǎng)不同發(fā)育時期的胚胎。二、胚胎移植胚胎移植技術是指將經(jīng)濟價值較高，遺傳性狀優(yōu)秀的母畜，通過激素解決，使其超數(shù)排卵后受精，然后將發(fā)育的初期胚胎分別移植到同期發(fā)情的代孕母的子宮內(nèi)，通過代孕母妊娠產(chǎn)仔的技術。提供胚胎的動物稱為供體，接受胚胎的動物稱為受體。三、胚胎分割胚胎分割是指借助顯微操作技術將初期胚胎切割成幾等份，再移植到代孕母子宮中發(fā)育，產(chǎn)生同卵多仔后代的技術。胚胎分割可成倍增長胚胎數(shù)量，是一種快速繁殖良種畜的方法。四、胚胎干細胞的培養(yǎng)當受精卵分裂發(fā)育成初期胚胎（囊胚）時，內(nèi)細胞團的細胞為胚胎干細胞。胚胎干細胞是一種未分化細胞，具有發(fā)育全能性和二倍體核型。在適當條件下，胚胎干細胞可被誘導分化為多種細胞，組織，具有重要的生產(chǎn)和臨床醫(yī)學價值。胚胎干細胞培養(yǎng)的關鍵是需要一種培養(yǎng)體系，這種體系必須能促進胚胎干細胞的生長，同時還要克制胚胎干細胞的分化，培養(yǎng)胚胎干細胞時，一方面在培養(yǎng)皿底部制備一層細胞，稱為飼養(yǎng)層，然后將干細胞接種在飼養(yǎng)層上面。用于飼養(yǎng)層的細胞一般是胚胎成纖維細胞，由于胚胎成纖維細胞可以分泌一些能克制細胞分化的物質，滿足促進細胞生長的同時克制干細胞分化的條件。五、胚胎干細胞核移植胚胎干細胞核移植是指把胚胎干細胞核移植到去核的卵細胞中，通過胚激活、胚胎培養(yǎng)、胚胎移植后直接由受體完畢克隆動物的技術。第四章生物技術的安全性和倫理問題第一節(jié)來自生物技術的憂慮現(xiàn)代生物技術產(chǎn)生巨大的社會經(jīng)濟效益的同時，沖擊人類生活，帶來安全隱患，生物技術既可以造福人類，又能威脅社會。一、對遺傳工程的結識有利的：通過基因工程，可以在某種生物中引入它所沒有的某種外源性基因。不利的：基因的許多影響是不容易控制的。一旦有害基因進入動植物甚至人體，就會隨DNA復制而傳遞。現(xiàn)在，在科學技術和科學管理的基礎上，生物工程（涉及對致病生物體的遺傳操作）可以朝著健康方向發(fā)展。二、動物體細胞克隆帶來的挑戰(zhàn)從倫理上講，人的克隆將極大地沖擊社會的基本組織單位——家庭，將直接在文明和道德規(guī)范上威脅人類社會。不允許用克隆技術來繁殖人類自身。三、基因專利和基因安全問題在基因組數(shù)據(jù)共享問題上，世界人類基因組組織采用了積極行動。有關基因安全問題，人們對極具有破壞性的“生物武器”的緊張是有一定道理的。但是，只要依靠科學力量和人類的文明合作，“生物武器”會受到限制。第二節(jié)現(xiàn)代生物技術對人類社會的總體影響、現(xiàn)代生物技術改善人類生活以基因工程為標志的生物技術革命所實現(xiàn)的生命的復制和改造，將極大提高人類的生活質量，不僅可以改造生活環(huán)境，并且可以改造人類自身。生物技術為人類健康帶來了實惠。二、現(xiàn)代生物技術對社會和環(huán)境的影響1、生物技術帶來的問題：遺傳多樣性減少，危害生存環(huán)境等。2、對的對待生物技術的作用：合理規(guī)范地使用生物技術，讓生物技術掌握在具有職業(yè)道德的科學家手中，以對全人類負責人的態(tài)度使用生物技術。生物技術的積極作用肯定遠遠大于悲觀作用，作為發(fā)展中的中國，必須大力發(fā)展生物技術，不遺余力的發(fā)展先進的生物技術，使之造福人類，避免不良后果。第五章生態(tài)工程人口暴漲，糧食短缺，資源枯竭，空氣污染，生態(tài)環(huán)境破壞，人類面臨著生存和發(fā)展的挑戰(zhàn)。第一節(jié)生態(tài)工程的重要類型生態(tài)工程的原理：“整體，協(xié)調(diào)，循環(huán)，再生”。生態(tài)工程的研究對象：社會——經(jīng)濟——自然復合生態(tài)系統(tǒng)。一、物質循環(huán)運用的生態(tài)工程將生活垃圾中的有機部分、人畜糞便等轉化為優(yōu)質生態(tài)復合肥；農(nóng)作物秸稈“過腹還田”。二、節(jié)水和廢水解決與應用的生態(tài)工程節(jié)水灌溉技術，節(jié)水系統(tǒng)的開發(fā)等。如造糖廠用廢棄的糖蜜制酒精；造紙廠用廢液回收鈣粉，木質素等物質；屠宰場運用廢血提取生產(chǎn)凝血酶、血紅蛋白等。寓廢水解決于運用之中，屬于廢水解決與運用的生態(tài)工