高二生物基因工程知識點梳理
一、基因工程的概念
基因工程是指按照人們的愿望，進行嚴(yán)格的設(shè)計，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。基因工程是在DNA分子水平上進行設(shè)計和施工的，又叫做DNA重組技術(shù)。
二、基因工程的原理及技術(shù)
原理：基因重組技術(shù)
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：黏性末端和平末端.
2.“分子縫合針”——DNA連接酶
(1)兩種DNA連接酶(E•coliDNA連接酶和T4DNA連接酶)的比較：
①.相同點：都縫合磷酸二酯鍵。
②.區(qū)別：E•coliDNA連接酶來源于T4噬菌體，只能將雙鏈DNA片段互補的黏性末端之間的磷酸二酯鍵連接起來;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DNA片段的末端，形成磷酸二酯鍵。
3.“分子運輸車”——載體
(1)載體具備的條件：
①能在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存。
②具有一至多個限制酶切點，供外源DNA片段插入。
③具有標(biāo)記基因，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)簡單的、獨立于細(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、動植物病毒
基因工程的基本操作程序
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)擴增目的基因
(1)原理：DNA雙鏈復(fù)制
(2)過程：①加熱至90～95℃DNA解鏈;
②冷卻到55～60℃，引物結(jié)合到互補DNA鏈;
③加熱至70～75℃，熱穩(wěn)定DNA聚合酶從引物起始互補鏈的合成
第二步：基因表達載體的構(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和發(fā)揮作用。
2.組成：目的基因+啟動子+終止子+標(biāo)記基因
(1)啟動子：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。常用的標(biāo)記基因是抗生素基因。
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。
3.將目的基因?qū)雱游锛?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：
4.重組細(xì)胞導(dǎo)入受體細(xì)胞后，篩選含有基因表達載體受體細(xì)胞的依據(jù)是
標(biāo)記基因是否表達.
第四步：目的基因的檢測和表達
1.首先要檢測轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，方法是采用 DNA分子雜交技術(shù).
2.其次還要檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA，方法是采用 用標(biāo)記的目的基因作探針與mRNA
雜交。
3.最后檢測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)的抗體進行抗原-抗體雜交。
4.有時還需進行個體生物學(xué)水平的鑒定。如 轉(zhuǎn)基因抗蟲植物是否出現(xiàn)抗蟲性狀。
基因工程的應(yīng)用:
1.植物基因工程：抗蟲、抗病、抗逆轉(zhuǎn)基因植物，利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)。
2.動物基因工程：提高動物生長速度、改善畜產(chǎn)品品質(zhì)、用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物。
3.基因治療：把正常的外源基因?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因表達產(chǎn)物發(fā)揮作用。
蛋白質(zhì)工程的概念：
蛋白質(zhì)工程：
是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。(基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì))
(1)蛋白質(zhì)工程崛起的緣由：基因工程只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)
(2)蛋白質(zhì)工程的基本原理：它可以根據(jù)人的需求來設(shè)計蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，又稱為第二代的基因工程。
(3)基本途徑：從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)，設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，推測應(yīng)有的氨基酸序列，找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)以上是蛋白質(zhì)工程特有的途徑;以下按照基因工程的一般步驟進行。(注意：目的基因只能用人工合成的方法)
(4)設(shè)計中的困難：如何推測非編碼區(qū)以及內(nèi)含子的脫氧核苷酸序列
(責(zé)任編輯：彭海芝)
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