人教版高中生物選修3專題一基因工程詳細(xì)知識點(diǎn).doc

生物選修三易考知識點(diǎn)背誦專題1 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(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，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(jìn)行設(shè)計(jì)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（微生物）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(gè)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（中心軸線的兩側(cè)）和平末端（中心軸線）大腸桿菌的一種限制酶（EcoR)能識別GAATTC序列，SmaI識別CCCGGG序列:他們識別的核苷酸序列不同,但是切點(diǎn)都是在GC之間。（4）比較有關(guān)的DNA酶（1）DNA水解酶：能夠?qū)NA水解成四種脫氧核苷酸，徹底水解成膦酸、脫氧核糖和含氮堿基 （2）DNA解旋酶：能夠?qū)NA或DNA的某一段解成兩條長鏈，作用的部位是堿基和堿基之間的氫鍵。注意：使DNA解成兩條長鏈的方法除用解旋酶以外，在適當(dāng)?shù)母邷兀ㄈ?4）、重金屬鹽的作用下，也可使DNA解旋。 （3）DNA聚合酶：能將單個(gè)的核苷酸通過磷酸二酯鍵連接成DNA長鏈。 （4）DNA連接酶：是通過磷酸二酯鍵連接雙鏈DNA的缺口。注意比較DNA聚合酶和DNA連接酶的異同點(diǎn)。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(diǎn)：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(bǔ)的黏性末端之間的磷酸二酯鍵連接起來；而T4DNA連接酶來自T4噬菌體，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(gè)核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯鍵。DNA連接酶是連接兩個(gè)DNA片段的末端，形成磷酸二酯鍵。3.“分子運(yùn)輸車”載體（1）載體具備的條件：能在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存。具有一至多個(gè)限制酶切點(diǎn)，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。（2）運(yùn)載體使用的目的：是用它做運(yùn)載工具，將目的基因轉(zhuǎn)運(yùn)到宿主細(xì)胞中去。是利用它在受體細(xì)胞內(nèi)對目的基因進(jìn)行大量復(fù)制。（3）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(dú)立于細(xì)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。它有多個(gè)限制酶切位位點(diǎn)，可自我復(fù)制，也可整合到染色體DNA隨染色體同步復(fù)制。其上有標(biāo)記基因如氨芐青霉素抗性基因、四環(huán)素抗性基因等。被用做載體的質(zhì)粒都是在天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上進(jìn)行人工改造的。（4）其它載體：噬菌體的衍生物、動(dòng)植物病毒。來源不同不同，結(jié)構(gòu)、大小、插入片段有很大差別。(二)基因工程的基本操作程序目的基因的獲取基因表達(dá)載體的構(gòu)建將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測與鑒定第一步：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 。2.原核基因采取直接分離（即已有物種）獲得，真核基因是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有反轉(zhuǎn)錄法_和化學(xué)合成法_。3.獲得目的基因的方法（一）從基因文庫中獲取目的基因：基本概念的理解：將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導(dǎo)入受體菌的群體中儲(chǔ)存，各個(gè)受體菌分別含有這種生物的不同的基因，稱為基因文庫。將某種生物體內(nèi)的DNA全部提取出來，選用適當(dāng)?shù)南拗泼?，將DNA切成一定范圍大小的DNA片段，然后將這些片段分別與載體連接起來，導(dǎo)入受體菌的群體中儲(chǔ)存，每個(gè)受體菌都含有了一段不同的DNA片段。這個(gè)群體包含了這種生物的所有基因。這種基因文庫叫基因組文庫。有些基因文庫比較小，只包含了一種生物的一部分基因，這種基因文庫叫做部分基因文庫，如cDNA文庫（用某種生物發(fā)育的某個(gè)時(shí)期的mRNA反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的多種互補(bǔ)DNA（也叫cDNA）片段，與載體連接后儲(chǔ)存在一個(gè)受體菌群中，這個(gè)受體菌群體叫做這種生物cDNA文庫。）怎樣提?。焊鶕?jù)目的基因有關(guān)信息，例如，根據(jù)基因的核苷酸序列，基因的功能，基因在染色體的位置，基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA以及基因的表達(dá)產(chǎn)物蛋白質(zhì)等特性來獲取目的基因。（二）PCR（即多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，1988年穆里斯發(fā)明）技術(shù)擴(kuò)增目的基因（1）原理：DNA雙鏈復(fù)制基本原理前提：一段已知目的基因的核苷酸序列，根據(jù)這一序列合成引物。條件：a.四種脫氧核苷酸b.DNA的兩條鏈為模板c.熱穩(wěn)定DNA聚合酶(Taq酶）d.一對引物（一小段單鏈DNA或RNA，一般2030個(gè)堿基，能與DNA母鏈的一段堿基序列互補(bǔ)配對）e.溫度控制和緩沖液（2）過程：第一步：加熱至9095DNA解鏈（即熱變性）第二步：冷卻到5560，引物結(jié)合到互補(bǔ)DNA鏈（復(fù)性）；第三步：加熱至7075，熱穩(wěn)定DNA聚合酶（Taq酶）從引物起始互補(bǔ)鏈的合成（延伸）。第四步：重復(fù)循環(huán)此過程以獲得大量的目的基因。第二步：基因表達(dá)載體的構(gòu)建1.目的：使目的基因在受體細(xì)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(dá)和發(fā)揮作用。2.重組載體的組成：目的基因啟動(dòng)子終止子標(biāo)記基因（1）啟動(dòng)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(dòng)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，使轉(zhuǎn)錄停止。（3）標(biāo)記基因：是為了鑒定受體細(xì)胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來。常用的標(biāo)記基因是抗生素抗性基因。3.重組載體的構(gòu)建方法同種限制酶分別切割載體和目的基因，再用DNA連接酶把兩者連接。目的基因與運(yùn)載體結(jié)合（以質(zhì)粒為運(yùn)載體）。第三步：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞_1. 轉(zhuǎn)化的概念：是目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過程。2.常用的轉(zhuǎn)化方法：將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞：采用最多的方法是農(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?dòng)物細(xì)胞：最常用的方法是顯微注射技術(shù)。此方法的受體細(xì)胞多是受精卵。將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞：原核生物作為受體細(xì)胞的原因是繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對較少 ，最常用的原核細(xì)胞是大腸桿菌，其轉(zhuǎn)化方法是：先用Ca2+ 處理細(xì)胞，使其成為感受態(tài)細(xì)胞，再將重組表達(dá)載體DNA分子溶于緩沖液中與感受態(tài)細(xì)胞混合，在一定的溫度下促進(jìn)感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子，完成轉(zhuǎn)化過程。3.重組細(xì)胞導(dǎo)入受體細(xì)胞后，篩選含有基因表達(dá)載體受體細(xì)胞的依據(jù)是標(biāo)記基因是否表達(dá)。第四步：目的基因的檢測和表達(dá)（三）基因工程的應(yīng)用一、 植物基因工程主要用于提高農(nóng)作物的抗逆能力（如抗除草劑、抗蟲 、 抗病 、 抗干旱和 抗鹽堿 等）以及 改良作物的品質(zhì) 和利用植物生產(chǎn)藥物等方面。 （1）、抗蟲轉(zhuǎn)基因植物 目前防治作物蟲害的發(fā)展趨勢是從某些生物中分離出具有殺蟲活性的基因，將其導(dǎo)入 作物 中，使其具有抗蟲性。用于殺蟲的基因主要是 Bt毒蛋白基因、 蛋白酶抑制劑基因 、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等。（2） 、抗病轉(zhuǎn)基因植物引起植物生病的微生物稱為 病原微生物，主要有病毒、真菌和細(xì)菌等。抗病轉(zhuǎn)基因植物所采用的基因使用最多的是病毒外殼蛋白基因和 病毒復(fù)制酶基因；抗真菌轉(zhuǎn)基因植物中可使用的基因有幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因。（3）抗逆轉(zhuǎn)基因植物目前科學(xué)家利用一些可以調(diào)節(jié) 細(xì)胞滲透壓得基因的基因，來提高農(nóng)作物的抗鹽堿和 能力；將魚的抗凍蛋白基因?qū)霟煵莺头?，提高其耐寒能力；將抗除草劑基?導(dǎo)入作物，使作物抗除草劑。（4）利用轉(zhuǎn)基因改良植物品質(zhì)利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以提高生物中的必需氨基酸的含量（如富含賴氨酸的轉(zhuǎn)基因玉米轉(zhuǎn)入的是富含賴氨酸的蛋白質(zhì)編碼基因）、延長貯存時(shí)間、改變花色等，從而提高作物品質(zhì)。二、 動(dòng)物基因工程（1） 提高動(dòng)物的生長速度轉(zhuǎn)入外源生長素基因（2） 改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)-將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，使奶牛分泌的乳汁中乳糖含量大大境地而其他營養(yǎng)成分不受影響。（3） 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物-將藥用蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子等填空組件重組在一起，通過纖維注射法導(dǎo)入哺乳動(dòng)物受精卵中進(jìn)而發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，如從乳汁中提取藥物的乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器，表達(dá)的藥物如抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素等。（4） 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作為器官移植的供體-豬油內(nèi)臟構(gòu)造與人相似且隱藏的病毒較少，科學(xué)家試圖用豬來解決人類器官的來源。目前做大的問題是免疫排斥，解決辦法是將器官供體基因組導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達(dá)，或設(shè)法除去抗原決定基因，再結(jié)合克隆技術(shù)培育出沒有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。三、 基因工程藥物利用轉(zhuǎn)基因工程菌生產(chǎn)藥物如細(xì)胞因子、抗體、疫苗、激素等。這些藥物用來預(yù)防和治療腫瘤。心血管疾病。傳染病、糖尿