一轮复习基因工程

选修3当代生物科技专项专项1基因工程DNA重组技术的基本工具

基础梳理1.基因工程的概念基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过__________和__________，赋予生物以__________的遗传特性，发明出符合人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程是在__________上进行设计和施工的，又叫做__________。DNA重组技术体外DNA重组转基因技术新DNA分子水平2.基因工程的基本工具(1)“分子手术刀”——__________①来源：重要是从__________中分离纯化出来的。②功效：能够识别双链DNA分子的某种__________的核苷酸序列，并且使每一条链中__________部位的两个核苷酸之间的__________断开，因此含有__________性。③成果：经限制酶切割产生的DNA片段末端普通有两种形式：__________和__________。专一限制性核酸内切酶（限制酶）原核生物特定特定磷酸二酯键黏性末端平末端(2)“分子缝合针”——__________①两种DNA连接酶（E•coliDNA连接酶和T4-DNA连接酶）的比较：a.相似点：都缝合__________键。b.区别：E•coliDNA连接酶来源于__________，只能将双链DNA片段互补的__________之间的磷酸二酯键连接起来；而T4DNA连接酶能缝合__________，但连接平末端之间的磷酸二酯键效率较__________。②与DNA聚合酶作用的异同:DNA聚合酶只能将__________加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键。DNA连接酶是连接__________的末端，形成磷酸二酯键。DNA连接酶大肠杆菌磷酸二酯黏性末端两种末端低单个核苷酸两个DNA片段(3)“分子运输车”——__________①运载体含有的条件a.能在受体细胞中复制并稳定保存。b.含有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。c.含有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。②最惯用的运载体是__________,它是一种裸露的、构造简朴的、独立于__________核区DNA之外，并含有__________的双链__________DNA分子。③其它运载体：__________、__________。动植物病毒载体质粒细菌自我复制能力环状噬菌体

一、基因工程的概念基因工程的别名基因拼接技术或DNA重组技术操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本过程剪切→拼接→导入→表达结果人类需要的基因产物归纳整合二、DNA连接酶与DNA聚合酶DNA连接酶与DNA聚合酶都能形成磷酸二酯键，但两者的性质各不相似。（1）DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核酸片段的3′末端的羟基上，形成磷酸二酯键；而DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，不是在单个核苷酸与DNA片段之间形成磷酸二酯键。（2）DNA聚合酶是以一条DNA链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的DNA链；而DNA连接酶是将DNA双链上的两个缺口同时连接起来。因此DNA连接酶不需要模板。（3）另外还介绍几个酶①解旋酶：该酶能在DNA复制或转录时破坏DNA碱基对间的氢键，从而将双螺旋打开。②DNA水解酶：该酶能催化DNA水解。③RNA聚合酶：该酶能在转录时将单个的核糖核苷酸连接成RNA单链。④限制酶：该酶的作用是识别特定的核苷酸序列，并在特定位点上切割DNA分子。三、基因工程的操作工具1.“分子手术刀”——限制性核酸内切酶2.“分子缝合针”——DNA连接酶3.“分子运输车”——基因进入受体细胞的运载体(1)使用运载体的目的在基因工程中使用运载体有两个目的：一是用它作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞中去；二是运用它在宿主细胞内对目的基因进行大量的复制。(2)运载体的种类现在所运用的运载体重要有两类：一类是细菌的质粒，它是一种相对分子质量较小、独立于细菌核区DNA之外的双链环状DNA。另一类运载体是噬菌体或某些灭活的病毒等。现在人们还在寻找新的运载体，如叶绿体或线粒体等也可能成为运载体。

(3)作为运载体必须含有的条件：①能复制能在宿主细胞内稳定地保存并大量复制，以便提供大量的目的基因②具有多个限制酶切点具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接。每种酶的切点最好只有一个，如大肠杆菌pBR322就有多种限制酶的单一识别位点，可适用于多种限制酶切割的DNA插入③具有某些标记基因具有某些标记基因，以便进行筛选。如大肠杆菌的pBR322质粒携带四环素抗性基因，就可以作为筛选的标记基因④对宿主细胞无害载体必须是安全的，对宿主细胞无害⑤载体DNA大小应合适载体DNA分子大小应合适，以便提取和在体外进行操作，太小就不能操作3.“分子运输车”——基因进入受体细胞的运载体普通来说，天然运载体往往不能满足上述规定，因此必须根据不同的目的和需要，对运载体进行人工改造。现在使用的质粒运载体几乎都是通过改造的。1．(2010·全国Ⅱ，5)下列叙述符合基因工程概念的是A．B淋巴细胞与肿瘤细胞融合，杂交瘤细胞中含有B淋巴细胞中的抗体基因B．将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株C．用紫外线照射青霉菌，使其DNA发生变化，通过筛选获得青霉素高产菌株D．自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上答案：B2．(2010·浙江理综，2)在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，下列操作错误的是()A．用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸B．用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体C．将重组DNA分子导入烟草原生质体D．用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞答案：A基因工程的基本操作程序

基础梳理基因工程的基本操作程序涉及：目的基因的获取、基因体现运载体的构建、将目的基因导入受体细胞及目的基因的体现与检测等四个环节。1.目的基因的获取(1)目的基因：__________。(2)原核基因采用__________获得，真核基因通过__________获得。人工合成目的基因的惯用办法有__________和__________。编码蛋白质的构造基因直接分离人工合成反转录法化学合成法(3)PCR技术扩增目的基因①原理：__________。②过程第一步：加热至90～95℃__________；第二步：冷却到55～60℃，引物结合到互补DNA链；第三步：加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。2.基因体现运载体的构建(1)目的：使目的基因在受体细胞中__________，并且能够__________，使目的基因能够__________。(2)构成：__________＋__________＋__________＋__________DNA解链DNA双链复制标记基因稳定存在遗传至下一代体现和发挥作用目的基因启动子终止子1.目的基因的获取惯用办法：①从基因文库获取目的基因基因组文库（一种生物的全部基因）部分基因文库：如cDNA文库（部分基因）②运用PCR技术扩增目的基因原理：生物体外DNA双链复制的原理③通过DNA合成仪直接人工合成基因较小，核苷酸序列已知，能够人工合成。

考点归纳启动子终止子目的基因标记基因表达载体模式图2.基因体现载体的构建目的：是使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且能够遗传给下一代(核心）①启动子：是一段有特殊构造的__________，位于基因的__________，是__________识别和结合的部位，能驱动基因转录出__________，最后获得所需的__________。②终止子：也是一段有特殊构造的__________，位于基因的__________。③标记基因的作用：是为了鉴定受体细胞中与否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。惯用的标记基因是__________。DNA片段首端RNA聚合酶mRNA蛋白质DNA片段尾端抗生素基因3.将目的基因导入受体细胞(1)转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和体现的过程。(2)惯用的转化办法将目的基因导入植物细胞：采用最多的办法是__________，另首先尚有__________和__________等。将目的基因导入动物细胞：最惯用的办法是__________。此办法的受体细胞多是__________。将目的基因导入微生物细胞：原核生物作为受体细胞的因素是__________________________，最惯用的原核细胞是____________________________。其转化办法是：先用__________解决细胞，使其成为__________，再将重组体现运载体DNA分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在一定的温度下增进感受态细胞吸取DNA分子，完毕转化过程。农杆菌转化法基因枪法花粉管通道法显微注射技术受精卵繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少大肠杆菌Ca2+感受态细胞(3)重组细胞导入受体细胞后，筛选含有基因体现运载体的受体细胞的根据是__________与否体现。标记基因3.将目的基因导入受体细胞中的办法的比较生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法受体细胞转化过程农杆菌转化法,基因枪法，花粉管通道法显微注射法Ca2＋解决法体细胞受精卵原核细胞目的基因插入Ti质粒的T-DNA上→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的染色体DNA→体现目的基因体现载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→获得含有新性状的动物Ca2＋解决细胞→感受态细胞→重组体现载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸取DNA分子4.目的基因的检测与鉴定(1)首先要检测转基因生物的染色体DNA上与否插入了目的基因，办法是采用_____________________________。(2)另首先还要检测目的基因与否转录出了mRNA，办法是采用_____________________________________。(3)最后检测目的基因与否翻译成蛋白质，办法是从转基因生物中提取蛋白质，用对应的抗体进行_________。(4)有时还需进行______________的鉴定。如转基因抗虫植物与否出现抗虫性状。个体生物学水平DNA分子杂交技术用标记的目的基因作探针与mRNA杂交抗原－抗体杂交4.目的基因的检测内容和办法的比较类型步骤检测内容方法结果显示分子水平检测第一步

第二步第三步个体水平鉴定目的基因与否插入受体细胞染色体的DNA上DNA分子杂交技术(DNA和DNA之间)与否成功显示出杂交带目的基因与否转录出mRNA核酸分子杂交技术(DNA和mRNA之间)同上目的基因与否翻译出蛋白质蛋白质分子杂交(抗原—抗体之间)同上涉及抗虫或抗病的接种实验；基因工程产品与天然产品进行活性比较，以拟定功效与否相似等总结：两者的构成成分及构造基本相似目的基因通过转录和翻译体现遗传信息生物共用一套遗传密码基因重组一、基因工程有关原理归纳整合一、外显子与内含子普通来说，真核细胞的基因都是由外显子和内含子构成。原核细胞的基因真核细胞的基因不同点编码区连续，无内含子，结构简单编码区有间隔，不连续，有内含子；结构复杂相同点都有编码区和非编码区；编码区都有调控遗传信息表达的核苷酸序列；编码区上游都有与RNA聚合酶结合的位点二、原核细胞与真核细胞的基因构造的比较基因工程的应用及生物技术安全性

基础梳理1.植物基因工程：抗虫、抗病、抗逆转基因植物，运用转基因改良植物的__________。2.动物基因工程：提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产__________。3.基因治疗：_______________导入病人体内，使该基因体现产物发挥作用。把正常的外源基因品质药品二、植物基因工程与动物基因工程的成果外源基因类型及举例成果举例抗虫转基因植物抗虫基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因抗虫水稻、抗虫棉、抗虫玉米抗病转基因植物抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因抗真菌基因：几丁质酶基因抗病毒烟草、抗病毒小麦、抗病毒番茄、抗病毒甜椒抗逆转基因植物抗逆基因：渗透压调节基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因抗盐碱和抗干旱的烟草、抗寒番茄、抗除草剂的大豆和玉米外源基因类型及举例成果举例改良品质的转基因植物优良性状基因：提高必需氨基酸含量的蛋白质编码基因、控制番茄成熟的基因、与花青素代谢有关的基因高赖氨酸玉米、耐储存番茄、新花色矮牵牛提高生长速度的转基因动物外源生长激素基因转基因绵羊、转基因鲤鱼改善畜产品品质的转基因动物肠乳糖酶基因乳汁中含乳糖较少的转基因外源基因类型及举例成果举例生产药物的转基因动物药用蛋白基因+乳腺蛋白基因的启动子等调控组件转基因动物具有乳腺生物反应器作器官转移植供体的转基因动物将外源的抗原决定基因表达的调节因子导入到器官供体基因组或除去供体的抗原决定基因无免疫排斥反应的转基因猪1．安全性问题 (1)食物安全方面：可能合成出毒蛋白，出现新的过敏原，变化食物的营养成分。 (2)生物安全方面：有可能造成“基因污染”，危害生物的多样性。 (3)环境安全方面：有可能打破物种界限，变化生态系统的能量流动和物质循环；造成二次污染或产生出危害动、植物和人类的生物或产物。转基因生物的安全性问题

2．转基因生物存在安全性的因素 (1)现在对基因的构造、调控机制及基因间的互相作用理解有限； (2)目的基因往往是异种生物的基因； (3)外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的。3．理性看待转基因生物 (1)转基因生物的优缺点分析优点缺点1.解决粮食短缺问题2．减少农药使用，减少环境污染3．增加食物营养，提高附加值4．增加食物种类，提升食物品质5．提高生产效率，带动相关产业发展1.可能产生新病毒或新过敏原2．可能产生抗除草剂的杂草3．可能使疾病的传播跨越物种障碍4．可能会损害生物多样性5．可能干扰生态系统的多样性(2)看待转基因生物的对的态度是趋利避害，不能因噎废食。严禁生物武器基础梳理1.种类：致病菌、病毒、生化毒剂，以及通过__________的致病菌。2.散布方式：吸入、误食、接触带菌物品、被带菌昆虫叮咬等。3.特点：__________、多数具__________、传染途径__________、污染面__________、__________、__________、__________等。4.__________生物武器公约及中国政府的态度。(103)严禁基因重组致病力强传染性多广有潜伏期不易被发现危害时间长归纳整合一、基因诊疗与基因治疗1.基因诊疗(1)原理：DNA分子杂交。(2)过程：制备用放射性同位素（如32P）、荧光分子等标记的DNA（患者DNA）分子作探针；将待测DNA制成单链；让两者进行杂交，若两者能进行互补配对，则阐明患有此病，否则不患此病。2.基因治疗---治疗遗传病的最有效手段。(1)原理：把正常的外源基因导入有基因缺点的细胞中，达成治疗疾病的目的。病人细胞中现有缺点基因，也有正常基因。(2)办法：体外基因治疗和体内基因治疗。(3)体外基因治疗：先从病人体内获得某种有关细胞，进行培养，然后在体外完毕基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内，这种办法叫做体外基因治疗。例如：复合型免疫缺点症。(4)体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移基因的治疗办法叫做体内基因治疗。举例：基因治疗的过程（以镰刀型细胞贫血症的治疗为例）举例：基因治疗的过程（以镰刀型细胞贫血症的治疗为例）步骤过程获取正常的血红蛋白基因用限制性核酸内切酶从人的DNA分子中切取血红蛋白基因形成重组运载体用同一种限制性核酸内切酶在运载体DNA上切开一个切口，用DNA连接酶将正常血红蛋白基因连接在运载体DNA上，形成重组运载体重组运载体的转化与筛选将携带正常血红蛋白基因的重组运载体导入患者的造血干细胞中，并将重组运载体插入到染色体。用选择培养基筛选出含重组质粒的造血干细胞将含正常血红蛋白基因的造血干细胞回输给患者骨髓将携带正常血红蛋白基因的造血干细胞输入患者骨髓中，此造血干细胞产生含正常血红蛋白的红细胞，以根治镰刀型细胞贫血症成果：健康的基因体现掩盖了缺点基因的体现。阐明：对于遗传病的治疗，最根本的办法是进行基因替代或修复。基因治疗的最佳时期理论上是受精卵时期，这样能够使个体的每个细胞都含有正常基因，但在现实生活中是不可能的，由于不可能人人都在受精卵时期进行基因检查。另首先是对患者进行有关细胞的基因替代，如对于遗传性糖尿病患者，只对胰岛B细胞进行基因替代，该个体就能正常分泌胰岛素，糖尿病得以治疗。但这种局部细胞的基因替代，并没有变化其它部位细胞的基因，如精原细胞等，因此，患者的后裔很可能还会患