基因工程知识总结1高等教育生物学_高等教育-生物学.pdf

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1、生物选修三 知识点-基因工程 一、基因工程 1、（a）基因工程的诞生（一）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，通过体外 DNA 重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程是在 DNA分子水平上进行设计和施工的，又叫做 DNA 重组技术。2、（a）基因工程的原理及技术 原理：基因重组 技术：（一）基因工程的基本工具 1.“分子手术刀”限制性核酸内切酶（限制酶）（1）来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。（2）功能：能够识别双链 DNA 分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开

2、，因此具有专一性。（3）结果：经限制酶切割产生的 DNA 片段末端通常有两种形式：黏性末端和平末端。2.“分子缝合针”DNA 连接酶(1)两种 DNA 连接酶（EcoliDNA 连接酶和 T4DNA 连接酶）的比较：相同点：都缝合磷酸二酯键。区别：EcoliDNA 连接酶来源于 T4 噬菌体，只能将双链 DNA 片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来；而 T4DNA 连接酶能缝合两种末端，但连接平末端的之间的效率较低。(2)与 DNA 聚合酶作用的异同:DNA 聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键。DNA 连接酶是连接两个 DNA 片段的末端，形成磷酸二酯键。3

3、.“分子运输车”载体（1）载体具备的条件：能在受体细胞中复制并稳定保存。具有一至多个限制酶切点，供外源 DNA 片段插入。具有标记基因，供重组 DNA 的鉴定和选择。（2）最常用的载体是质粒,它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外，并具有自我复制能力的双链环状 DNA 分子。（3）其它载体：噬菌体的衍生物、动植物病毒(二)基因工程的基本操作程序 第一步：目的基因的获取 1.目的基因是指：编码蛋白质的结构基因。2.原核基因采取直接分离获得，真核基因是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有反转录法_和化学合成法_。（1）直接分离基因（鸟枪法）过程：供体细胞中的 DNA 限制酶DNA 片段

4、 运载体受体细胞DNA 片段扩增找出目的基因分离目的基因。优点：操作简便。缺点：工作量大，具有一定的盲目性。（2）人工合成基因 a.反转录法 过程：目的基因的 mRNA 反转录单链 DNA合成双链 DNA（目的基因）。优点：专一性强，目的基因不含有内含子。缺点：操作过程麻烦，mRNA 生存时间短，技术要求高。b.直接合成法 过程：蛋白质的氨基酸序列推测mRNA的核苷酸序列推测结构基因的核苷酸序列化学合成目的基因。优点：专一性强，目的基因不含有内含子，可合成自然界不存在的新基因。缺点：对于许多复杂的、尚不知道核苷酸序列的基因不能用此法合成。3.PCR 技术扩增目的基因（1）原理：DNA 双链复制

5、（2）过程：第一步：加热至 9095DNA 解链；第二步：冷却到 5560，引物结合到互补 DNA 链；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。第二步：基因表达载体的构建 1.目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传至下一代，使目的基因能够表达和发挥作用。2.组成：目的基因启动子终止子标记基因（1）启动子：是一段有特殊结构的 DNA 片段，位于基因的首端，是 RNA 聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出 mRNA，最终获得所需的蛋白质。（2）终止子：也是一段有特殊结构的 DNA 片段，位于基因的尾端。（3）标记基因的作用：是为了鉴定受体细胞中是否含

6、有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。常用的标记基因是抗生素基因。第三步：将目的基因导入受体细胞 _1.转化的概念：是目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。2.常用的转化方法：将目的基因导入植物细胞：采用最多的方法是 农杆菌转化法，其次还有 基因枪法和 花粉管通道法等。将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是 显微注射技术。此方法的受体细胞多是 受精卵。将目的基因导入微生物细胞：Ca2处理受体细胞成为感受态细胞，再进行混合 3.重组细胞导入受体细胞后，筛选含有基因表达载体受体细胞的依据是标记基因是否表达。第四步：目的基因的检测和表达 1.首先要检测 转基因生物的染

7、色体 DNA 上是否插入了目的基因，方法是采用 DNA 分子杂交技术。2.其次还要检测 目的基因是否转录出了 mRNA，方法是采用 用标记的目的基因作探针与 mRNA 杂交。3.最后检测 目的基因是否翻译成蛋白质，方法是从转基因生物中提取 蛋白质，用相应的 抗体进行 抗原抗体杂交。4.有时还需进行 个体生物学水平的鉴定。如 转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。（三）（b）基因工程的应用 1.植物基因工程：抗虫、抗病、抗逆转基因植物，利用转基因改良植物的品质。2.动物基因工程：提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物。3.基因治疗：把正常的外源基因导入病人体内，使该基因表达产物发挥作用

8、。.蛋白质工程与基因工程的比较 项目 蛋白质工程 基因工程 区 别 过程 预期蛋白质功能设计蛋白质结构推测氨基酸序列推测脱氧核苷酸序列合成 DNA表达出蛋白质 获取目的基因构建表达载体导入受体细胞目的基因的检测与鉴定 实质 定向改造或生产人类所需要的蛋白质 定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需要的生物类型或生物产品（基因的异体表达）结果 生产自然界没有的蛋白质 生产自然界中已有的蛋白质 联系 蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现 的设计通过体外重组和转基因技术赋予生物以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因工程是在分子水平上进行设计和施工的又叫做重组技术基因工程的原理及技术原理基因重组技术一基因工程的基本工定的核苷酸序列并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开因此具有专一性结果经限制酶切割产生的段末端通常有两种形式黏性末端和平末端分子缝合针连接酶两种连接酶连接酶和连接酶的比较相同点都缝合磷末端但连接平末端的之间的效率较低与聚合酶作用的异同聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸段的末端形成磷酸二酯键连接酶是连接两个段的末端形成磷酸二酯键分子运输车载体载体具备的条件能在受体细胞中复制并稳定保