畢業(yè)設(shè)計(jì) 基因和生活論文基因工程概述及利弊分析

1、暨南大學(xué)本科生課程論文論文題目：基因工程概述及利弊分析院:系:國(guó)際商學(xué)院金融工程業(yè):金融工程課程名稱:基因與生活符雅豪學(xué)生姓名:學(xué) 號(hào):2012052043指導(dǎo)教師:熊江霞曹玲惠2013年 6月25日基因工程概述及利弊分析摘要本文以基因與生活課程中第五章基因工程為主題，針對(duì)基因及基因工 程的概述、基因工程的原理及技術(shù)、基因工程在生活中的應(yīng)用、基因工程 的利弊分析展開(kāi)較為詳細(xì)的闡述。第一章主要是基因及基因工程簡(jiǎn)介，為全文的基礎(chǔ)。第二章主要介紹基因工程的原理、技術(shù)?；蚬こ痰募夹g(shù)部分進(jìn)行合 理分化，深入探究了基因工程的基本工具和基因工程的基本程序。第三章著重分析了基因工程在生活中的植物領(lǐng)域、動(dòng)物領(lǐng)

2、域及治療領(lǐng) 域的應(yīng)用，與當(dāng)今科技銜接，反映了基因與生活的緊密聯(lián)系。第四章就第三章中提及的基因工程的應(yīng)用進(jìn)行了利弊分析。指出了基 因與生活緊密聯(lián)系中的利與弊，并辯證分析了基因應(yīng)用于生活存在的巨大 發(fā)展空間及其發(fā)展的必要性。關(guān)鍵詞基因 基因工程 基因治療 酶AbstractBased on genes and the fifth cha pter of course gen etic engin eeri ng in life as the theme, the overview of genesand genetic engineering, ,the principle and tech no

3、 logy of gene engin eeri ng, the app licati ons of gen etic engin eeri ng, an alysis of the pros and cons of genetic engineering are described on detailed in this paper.The first chapter mainly is the introduction of genes and genetic engin eeri ng, as the basis for full text.The sec ond cha pter ma

4、inly in troduces the p ri nciple and tech no logy of gen etic engin eeri ng. Part of reas on able divisi on of gen etic engin eeri ng tech no logy, delves into the basic tool for gen etic engin eeri ng and gen etic engin eeri ng of basic p rocess.The third cha pter focuses on an alysis of gen etic e

5、ngin eeri ng in the field of plant, ani mal and treatme nt in the field of app licati on, in terface with todays tech no logy, reflects the genes and life closely lin ked.The fourth chapter of the application of genetic engineering which are mentioned in the third chapter analyses the advantages and

6、 disadvantages. Pointed out that genes and life close relation of the advantages and disadvantages, and the dialectical analysis of the genes used in the vast devel opment sp ace to the life and the n ecessity of devel opment.Keywordsgene genetic engineering genetic treatment enzyme第1章基因及基因工程的概述1.1基

7、因概述基因是細(xì)胞內(nèi)DNA分子上具有遺傳效應(yīng)的特定核苷酸序列的總稱，是具有遺傳效應(yīng)的DNA分子片段?；蚩刂频鞍踪|(zhì)合成，是不同物種以及同 一物種的不同個(gè)體表現(xiàn)出不同性狀的根本原因。 基因通過(guò)DNA復(fù)制及細(xì)胞 分裂把遺傳信息傳遞給下一代，并通過(guò)控制蛋白質(zhì)的合成使遺傳信息得到 表達(dá)。1.2基因工程概述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(guò)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?DNA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)。第2章基因工程的原理及技術(shù)2.1基因工程的原理基因重組是由于不同DNA鏈的斷裂和連

8、接而產(chǎn)生DNA片段的交換和重 新組合，形成新DNA分子的過(guò)程。基因重組指整段DNA在細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞間，甚至在不同物種之間進(jìn)行交 換，并能在新的位置上復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯。在進(jìn)化、繁殖、病毒感染、基因表達(dá)以及致癌基因激活等過(guò)程中，基因重組都起重要作用。基因重組也歸類為 自然突變現(xiàn)象?；蚬こ淌窃谠嚬軆?nèi)按人為的設(shè)計(jì)實(shí)施基因重組的技術(shù)，也稱 為重組DNA。從廣義上講，任何造成基因型變化的基因交流過(guò)程，都叫做基因重組。 而狹義的基因重組僅指涉及 DNA分子內(nèi)斷裂一復(fù)合的基因交流。真核生物在減 數(shù)分裂時(shí)，通過(guò)非同源染色體的自由組合形成各種不同的 配子，雌雄配子結(jié)合 產(chǎn)生基因型各不相同的后代，這種重組過(guò)程雖然也

9、導(dǎo)致基因型的變化，但 是由于它不涉及DNA分子內(nèi)的斷裂c復(fù)合，因此，不包括在狹義的基因重 組的范圍之內(nèi)?；蛑亟M發(fā)生在減數(shù)分裂過(guò)程和基因工程中 （只要有DNA的生物都可 以發(fā)生）2.2基因工程的技術(shù)221基因工程的基本工具2.2.1.1 “分子手術(shù)刀”限制性核酸內(nèi)切酶(限制酶)9(1) 來(lái)源：主要是從原核生物中分離純化出來(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(kāi)，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。2.2.1.2 “分子縫合針”DNA連接酶(1)

10、 兩種DNA連接酶(E coliDNA連接酶和T4DNA連接酶)的比較： 相同點(diǎn)：都縫合磷酸二酯鍵。 區(qū)別：E coliDNA連接酶來(lái)源于T4噬菌體，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(lái)； 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(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。2.2.1.3 “分子運(yùn)輸車”一一載體(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

11、，供重組DNA的鑒定和選擇。(2) 最常用的載體是質(zhì)粒，它是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。(3) 其它載體：噬菌體的衍生物、動(dòng)植物病毒222基因工程的基本操作程序2.2.2.1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. PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因(1) 原理：DNA雙鏈復(fù)制(2) 過(guò)程：第一步：加熱至9095C DNA解鏈；第二步：冷卻到55 60C,引物結(jié)合到互補(bǔ)DNA鏈；第三步：加熱至7075C,熱穩(wěn)定DN

12、A 聚合酶從引物起始互補(bǔ)鏈的合成。2.222第二步：基因表達(dá)載體的構(gòu)建1. 構(gòu)建載體的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. 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(shí)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。(3) 標(biāo)記基因的作用：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(lái)。常用的標(biāo)記基因是抗生素基因。3. 理想載體的要求 能在宿主細(xì)

13、胞中復(fù)制繁殖，而且最好要有較高的自主復(fù)制能力。 容易進(jìn)入宿主細(xì)胞，而且進(jìn)入效率越高越好。 容易插入外來(lái)核酸片段，插入后不影響其進(jìn)入宿主細(xì)胞和在細(xì)胞中 的復(fù)制。這就要求載體DNA上要有合適的限制性核酸內(nèi)切酶位點(diǎn)。 容易從宿主細(xì)胞中分離純化出來(lái)，這才便于重組操作。 有容易被識(shí)別篩選的標(biāo)志，當(dāng)其進(jìn)入宿主細(xì)胞、或攜帶著外來(lái)的核 酸序列進(jìn)入宿主細(xì)胞都能容易被辨認(rèn)和分離出來(lái)。這才介于克隆操作。2.223第三步：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，其次還顯微注射技術(shù)。此方法的1.轉(zhuǎn)化的概念：是目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi), 定和表達(dá)的過(guò)程。2. 常用的轉(zhuǎn)化方法：將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞：采用最

14、多的方法是 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 受體細(xì)胞多是受精卵。將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞: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)。2.224第四步：目的基因的檢測(cè)和表達(dá)1. 首先要檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物的染色體 DNA上是否插入了目的基因，方法 是米用DNA分子雜父技術(shù)。2. 其次還要檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了 mRNA，方法是采用標(biāo)記的目的 基因作探針與mRNA雜交。3. 最后檢測(cè)目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)方法是從轉(zhuǎn)基因生物中提取蛋 白質(zhì)，用相應(yīng)的抗體進(jìn)行抗原-抗體雜交。4. 有時(shí)還需進(jìn)行個(gè)體生物學(xué)水平的鑒定。如轉(zhuǎn)基因

15、抗蟲(chóng)植物是否出現(xiàn)抗 蟲(chóng)性狀。第3章 基因工程的在生活中的應(yīng)用3.1植物基因工程的應(yīng)用植物基因工程技術(shù)主要用于提高農(nóng)作物的抗逆能力(如抗除草劑、抗 蟲(chóng)、抗病、抗干旱和抗鹽堿等)以及改良農(nóng)作物的品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥 物等方面。3.1.1提高抗逆性(1) 常用抗蟲(chóng)基因：用于抗蟲(chóng)(殺蟲(chóng))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) 常用抗病基因：a.抗病毒基因有：病毒外殼蛋白基因和病毒的復(fù)制酶基因；b.抗真菌基因有：幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因（3）其他抗逆基因：環(huán)境條件對(duì)農(nóng)作物的生產(chǎn)會(huì)造成很大影響，并且 這些影響是多方面的，因此，抗逆性基因也有多種多樣，

16、如：抗鹽堿和干 旱的調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓基因、抗凍基因、抗除草劑基因等等。3.1.2改良植物品質(zhì)由于人們的食品含有的營(yíng)養(yǎng)不平衡，不能滿足人們對(duì)食品的要求，這 樣，可以通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)，使植物能夠合成某些本來(lái)不能合成的物質(zhì)。如 科學(xué)家將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参镏?，或者改變這些 氨基酸合成途徑中某種關(guān)鍵酶的活性，以提高氨基酸的含量。3.1.3生產(chǎn)藥物基因工程不但促進(jìn)了傳統(tǒng)技術(shù)的變革，也為人類提供了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)難以 得到的許多昂貴藥品，并已形成基因工程制藥業(yè)的雛形。目前諸如人胰島 素、人生長(zhǎng)激素、人腦激素、3.2動(dòng)物基因工程的應(yīng)用3.2.1提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度由于外援生長(zhǎng)激素基因的表達(dá)可以使轉(zhuǎn)基因動(dòng)

17、物生長(zhǎng)得更快，將這類 基因?qū)雱?dòng)物體內(nèi)，以提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速率。如：轉(zhuǎn)基因綿羊和轉(zhuǎn)基因鯉 魚(yú)3.2.2改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)基因工程可用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)。如：有些人對(duì)牛奶中的乳糖不能 完全消化或食用后會(huì)出現(xiàn)過(guò)敏、腹瀉、惡心等不適癥狀，科學(xué)家將腸乳糖 酶基因?qū)肽膛；蚪M，這樣所獲得的牛奶其成分不受影響，但乳糖的含 量大大減低。3.2.3用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物做器官移植的供體目前，人體移植器官短缺是一個(gè)世界性的難題，用其它動(dòng)物的器官替 代，又會(huì)出現(xiàn)免疫排斥現(xiàn)象，現(xiàn)在，科學(xué)家正試圖利用基因工程方法對(duì)一 些動(dòng)物的器官進(jìn)行改造，培育出沒(méi)有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆器官。3.3基因治療1.概念：基因治療是把正?；?qū)氩?/p>

18、人體內(nèi)， 使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達(dá)到治療疾病的目的，這是治療遺傳病的最有效的手段。2方法：體外基因治療和體內(nèi)基因治療體外基因治療：先從病人體內(nèi)獲得某種相關(guān)細(xì)胞，進(jìn)行培養(yǎng)，然后在 體外完成基因轉(zhuǎn)移，再篩選成功轉(zhuǎn)移的細(xì)胞擴(kuò)增培養(yǎng)，最后重新輸入患者 體內(nèi)，這種方法叫做體外基因治療。體內(nèi)基因治療：直接向人體組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因的治療方法叫做體內(nèi) 基因治療。第4章 基因工程的利弊分析4.1轉(zhuǎn)基因技術(shù)給人類帶來(lái)的福祉4.1.1轉(zhuǎn)基因技術(shù)給農(nóng)業(yè)帶來(lái)的革命4.1.1.1抗病蟲(chóng)害的農(nóng)作物目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多種殺蟲(chóng)基因，其中應(yīng)用最廣的是Bt毒蛋白基因和蛋白酶抑制劑基因。Bt毒蛋白基因來(lái)源于蘇云金芽孢桿菌，將該

19、基因轉(zhuǎn)移到 植物體后，植物體內(nèi)能合成 Bt毒蛋白，被害蟲(chóng)吞食后可導(dǎo)致害蟲(chóng)死亡；蛋 白酶抑制劑基因最早從菜豆中分離，害蟲(chóng)食入它的表達(dá)產(chǎn)物后會(huì)無(wú)法消化 某些必需蛋白質(zhì)從而導(dǎo)致死亡。4.1.1.2利用動(dòng)物生產(chǎn)藥物利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，人類把人的基因嵌入到哺乳類動(dòng)物的受精卵中，使 動(dòng)物乳腺有目的的生產(chǎn)某些蛋白質(zhì)。例如荷蘭科學(xué)家利用奶牛生產(chǎn)抗菌素 乳鐵蛋白、美國(guó)科學(xué)家實(shí)現(xiàn)了利用豬生產(chǎn)以用蛋白質(zhì)人類蛋白C、法國(guó)科學(xué)家讓轉(zhuǎn)基因兔子生產(chǎn)凝血因子 7和紅細(xì)胞生成素等等4.1.1.3轉(zhuǎn)基因技術(shù)給醫(yī)學(xué)帶來(lái)的新思維目前常用的基因治療方法有兩種：一是將受體細(xì)胞在體外培養(yǎng)，導(dǎo)入 外源基因后再把重組的受體細(xì)胞回輸患者體內(nèi)，讓外源

20、基因表達(dá)以改善患 者癥狀。二是將外源基因直接注射至機(jī)體內(nèi)，可直接注射DNA，也可以包裹在脂質(zhì)體內(nèi)注射，使其在體內(nèi)轉(zhuǎn)錄、表達(dá)而發(fā)揮治療作用34.2轉(zhuǎn)基因技術(shù)給人類帶來(lái)的難題421轉(zhuǎn)基因生物可能引起廣泛的生態(tài)環(huán)境安全性問(wèn)題4.2.1.1可能誘發(fā)食物鏈的破壞完整的食物鏈?zhǔn)蔷S系自然界萬(wàn)物共生、生態(tài)平衡極為重要的一環(huán)。 旦食物鏈遭到破壞，生態(tài)環(huán)境將會(huì)遭到致命威脅。4.2.1.2可能引發(fā)基因污染轉(zhuǎn)基因植物是人為地用基因工程技術(shù)將某種目標(biāo)基因轉(zhuǎn)入而獲得的。 如果這些外源基因由于“基因漂流”而非人為地轉(zhuǎn)入其他有機(jī)體，就造成 了自然界基因庫(kù)的混雜或污染。植物和微生物可以使基因污染成為一種難 以控制的蔓延性持續(xù)性災(zāi)難。4.2.1.3轉(zhuǎn)基因食物對(duì)人體健康的威脅1. 免疫力問(wèn)題轉(zhuǎn)基因生物及其產(chǎn)品有可能降