高二生物 知识点专题一 基因工程 新人教版.doc

生物选修3知识点专题1 基因工程概念：按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外dna重组和转基因技术，赋予生物 新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。基本原理：让目的基因在受体细胞内稳定且高效的表达理论基础：dna是生物遗传物质的发现，dna双螺旋结构，遗传信息传递方式核心：构建重组dna分子基本工具（技术基础）cf 工具&工具酶1.限制性核酸内切酶 （1）来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的 （不切割自身dna的原因：原核生物中无该限制酶的识别序列或其已被修饰）功能：识别和切割dna分子内一小段特殊的脱氧核苷酸序列（偶数碱基对回文序列） 特异性表现：识别特定片段、切割该片段中的特定位点、形成一种末端 cf ggatcc & gatc 结果：dna片段末端形成末端碱基互补的黏性末端或平末端 用 切割（质粒） 根据目的基因的位置或剪辑序列来确定限制酶的种类 切割后片段需要画三段2.dna连接酶（1）功能：连接具有末端碱基互补的2个dna片段，形成重组dna分子 cf dna聚合酶：只能将单个脱氧核苷酸逐个添加到已有的脱氧核苷酸链之后， 需模板dna，连接磷酸二酯键3.载体（1）条件：能在受体细胞中稳定保存并大量复制，基本不影响受体细胞正常生命活动 一至多个限制酶酶切位点（必须在所需标记基因外），供外源dna片段插入 标记基因，便于筛选含有重组dna分子的受体细胞 往往需要根据需求改造天然载体功能：作为运载工具将目的基因转移到受体细胞内 载体选质粒的原因：具有环状结构，能够携带目的基因 利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制和转录/表达质粒（最常用的载体） 一种能够自主复制，在细菌(或酵母菌)中独立于染色体之外存在的双链环状dna分子（4）其它载体：噬菌体、动植物病毒(二)基因工程的基本操作程序第一步：获取目的基因目的基因：人们所需要的编码蛋白质的结构基因 方法序列已知 化学合成法 较长dna单链合成过程中容易出现碱基缺失 如 反转录法（e.g获取mrna逆转录成cdna再用dna聚合酶生成双链） 聚合酶链式反应(pcr)扩增polymerase chain reaction （1）原料：水、缓冲液、4种游离脱氧核苷酸、taqdna聚合酶、模板dna(基因)、 对基因特异的2段dna引物（防止相互或自身折叠） （2）过程：第一步：加热至9095，dna在高温下变性解链 第二步：冷却到5560，引物结合到互补dna链（退火） 第三步：加热至7075，热稳定dna聚合酶从引物起始互补链的合成 能量来源于温度(2)序列未知 建立基因文库： 建立一个包括目的基因在内的基因文库(保存在受体菌中)，再从基因文库中获取3.目的基因大量扩增/分子水平的克隆 利用受体细胞（如e.coli）无性繁殖，利用基因探针钓取，再导入最终受体细胞 e.g目的基因大肠杆菌农杆菌植物细胞植物 （主要在细菌分裂时几何级扩增，尽管质粒独立于拟核，可在分裂时发生自我复制， 但由于多数细菌对胞内质粒数量有限制，故该种复制对扩增效果不大） pcr技术第二步：形成重组dna分子（基因表达载体：启动子目的基因终止子标记基因）目的：转运目的基因，并使在受体内稳定存在、复制、表达/转录并稳定遗传（基因型x0）过程：（1）单酶切：用同种限制酶分别切割目的基因和载体从而形成相同的粘性末端， 然后用dna连接酶将目的基因和载体连接起来 有时用不同限制酶也可以形成相同的粘性末端 （2）双酶切：用两种限制酶切割使目的基因和载体两端各形成两种粘性末端，防 止载体和目的基因自身环化第三步：将重组dna分子导入受体细胞 将目的基因整合到动植物细胞的染色体dna上，原核生物不需要，噬菌体不一定整合 目的基因是否整合到染色体dna上决定于基因表达载体上是否有相关序列（形成酶）植物体细胞：农杆菌转化法（插入ti质粒上的t-dna），基因枪法、花粉管通道法导入叶绿体dna中，由于细胞质/器dna的遗传与性别相关联，故可避免因花粉传播而造成基因污染（目的基因传播到非转基因生物中）2.动物受精卵：显微注射技术 用（如显微注射）技术/方法将目的基因导入cf转基因/基因工程技术3.原核细胞：cacl2/ca2+ 处理法（先用ca2+处理增加细胞壁通透性，使之成为感受态细胞， 再将重组质粒与感受态细胞混合，在一定温度下感受态细胞吸收dna分子） 原核生物作为受体细胞的原因： 繁殖快体积小新陈代谢旺盛（目的产物合成效率高）遗传物质少（便于操作）、 单细胞（容易培养）第四步：筛选含有目的基因的受体细胞原因：受体细胞接纳重组dna分子存在概率原理：载体如质粒上的抗性基因等标记基因方法：利用选择培养基筛选 蔗糖转运蛋白：仅以蔗糖作为碳源的培养基 菌落表现型：抗不抗第五步：目的基因的检测和表达 目的基因导入受体细胞可能仅进行大量扩增，但不一定以此为目的 dna/核酸分子杂交技术 用cdna作为探针与从受体细胞中提取并解旋的dna/mrna杂交，观察是否会出现杂交带 检测 染色体dna上是否插入了目的基因 目的基因是否转录出了mrna 一种基因探针只能检测水体中的一种病毒；检测病毒可对照核酸序列 放射性同位素标记探针 基因探针是一小段cdna，可以与相应基因转录出的mrna结合（即使被切割） 采用dna分子杂交技术/方法，用基因探针检测 2.抗原抗体杂交：目的基因是否翻译成蛋白质 如e.coli合成人胰岛素原个体水平的鉴定：如 转基因抗虫植物（让害虫吞食该转基因棉植株的叶片，观察害虫存活情况，以确定其是否具有抗虫形状）根本原因：联系基因层面，cf基因序列&碱基对/脱氧核苷酸序列（三）基因工程的应用1.动植物基因、细胞工程：优点所需时间短克服远缘杂交不亲和的缺陷（对应传统缺点）2.基因工程药物：首次是生长素释放抑制激素，然后胰岛素（e.coli产酶原）、干扰素等 干扰素：我国第一个基因重组新药。一组具有多种功能的活性蛋白质（主要是糖蛋白），是一种由单核细胞和淋巴细胞产生的细胞因子。具有抗病毒、抗细胞分裂、免疫调节等多种生物学功能，是治疗病毒性肝炎和肿瘤的药物。 干扰素是一种广谱抗病毒剂，并不直接杀伤或抑制病毒，而主要是通过细胞表面受体作用使细胞产生抗病毒蛋白，从而抑制乙肝病毒的复制；同时还可增强自然杀伤细胞（nk细胞）、巨噬细胞和t淋巴细胞的活力，从而起到免疫调节作用，并增强抗病毒能力。基因治疗：将正常功能的外源基因导入缺陷细胞内（初级实验阶段、未临床实践） cf有基因缺陷的染色体/dna分子上：具体与哪条dna分子结合随机 治疗隐性遗传病（正常基因相对缺陷基因呈显性）4.安全性问题：在导入目的基因的同时可能会导入其他基因如抗生素抗性基因，可能