高中生物专题一基因工程详细知识点人教版选修3.doc

高中生物·基因工程

1.基因工程（DNA重组技术/基因拼接技术）
基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNA重组技术或基因拼接技术。
2.DNA重组技术的基本工具
①、 “分子手术刀” ——限制性核酸内切酶（限制酶）
A、作用——限制性核酸内切酶能识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并在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
B、限制性内切酶的切割方式：①在中心轴线两侧将DNA切开，切口是黏性末端。
②沿着中心轴线切开DNA，切口是平末端。
大肠杆菌的一种限制酶（EcoRⅠ)能识别GAATTC序列，SmaI识别CCCGGG序列:

他们识别的核苷酸序列不同,但是切点都是在G↓C之间。
C、比较有关的DNA酶
（1）DNA水解酶：能够将DNA水解成四种脱氧核苷酸，彻底水解成膦酸、脱氧核糖和含氮碱基
（2）DNA解旋酶：能够将DNA或DNA的某一段解成两条长链，作用的部位是碱基和碱基之间的氢键。注意：使DNA解成两条长链的方法除用解旋酶以外，在适当的高温（如94℃）、重金属盐的作用下，也可使DNA解旋。
（3）DNA聚合酶：能将单个的核苷酸通过磷酸二酯键连接成DNA长链。
（4）DNA连接酶：是通过磷酸二酯键连接双链DNA的缺口。注意比较DNA聚合酶和DNA连接酶的异同点。
②.DNA连接酶——“分子缝合针”
（1）DNA连接酶的分类：E.coliDNA（大肠杆菌）连接酶和T4DNA（T4噬菌体）连接酶。
（2）作用及作用部位：E.coliDNA连接酶作用于黏性末端被切开的磷酸二酯键，T4DNA连接酶作用于黏性末端和平末端被切开的磷酸二酯键（平末端较弱）。
③.基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
（1）分子运载车的分类：①质粒：常存在于原核细胞和酵母菌中，是一种分子质量较小的环状的裸露的DNA分子，独立于拟核之外。②病毒：常用的病毒有噬菌体、动植物病毒等。
（2）运载体使用的目的：①是用它做运载工具，将目的基因转运到宿主细胞中去。②是利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。
（3）作为运载体必须具备的条件：①在宿主细胞中保存下来并大量复制 ②有多个限制性内切酶切点 ③有一定的标志基因，便于筛选
3.基因工程的基本操作程序
目的基因的获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
一、基因的结构：
基因是有遗传效应的DNA片段(注：RNA病毒为RNA)，分为编码区和非编码区。

编码区：能转录出mRNA，原核生物中也就是能编码蛋白质的区段
非编码区：不能转录出mRNA，也不能编码蛋白质的区段
（１）原核细胞基因的结构

非编码区中存在调控遗传信息表达的核苷酸序列:
①编码区上游的RNA聚合酶结合位点，即启动子，可控制RNA聚合酶的结合。RNA聚合酶是一种蛋白质，能识别并结合调控序列中的结合位点，能催化DNA转录为RNA
②编码区下游有终止子，可控制RNA聚合酶的停止、脱落。
（2）真核细胞基因的结构

二 基因工程的基本操作程序
1、目的基因的获取：
A目的基因主要是指编码蛋白质的结构基因，目前被广泛提取使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、植物抗病基因（抗病毒、抗细菌)、人胰岛素基因等。
B获得目的基因的方法
（1）从基因文库中获取目的基因：
基本概念的理解：
①将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，称为基因文库。
②将某种生物体内的DNA全部提取出来，选用适当的限制酶，将DNA切成一定范围大小的DNA片段，然后将这些片段分别与载体连接起来，导入受体菌的群体中储存，每个受体菌都含有了一段不同的DNA片段。这个群体包含了这种生物的所有基因。这种基因文库叫基因组文库。
③有些基因文库比较小，只包含了一种生物的一部分基因，这种基因文库叫做部分基因文库，如cDNA文库（用某种生物发育的某个时期的mRNA反转录产生的多种互补DNA（也叫cDNA）片段，与载体连接后储存在一个受体菌群中，这个受体菌群体叫做这种生物cDNA文库。）
怎样提取：
根据目的基因有关信息，例如，根据基因的核苷酸序列，基因的功能，基因在染色体的位置，基因的转录产物mRNA以及基因的表达产物蛋白质等特性来获取目的基因。
⑵利用PCR技术扩增目的基因：
原理：DNA双链复制的基本原理
前提：一段已知目的基因的核苷酸序列，根据这一序列合成引物。
条件：a..四种脱氧核苷酸
b.DNA的两条链为模板
c.热稳定DNA聚合酶(Taq酶）
d.一对引物（一小段单链DNA或RNA，一般20～30个碱基，能与DNA母链的一段碱基序列互补配对）
e.温度控制和缓冲液
PCR技术扩增过程:
a、DNA变性（90℃-95℃）：双链DNA模板在热作用下，氢键断裂，形成单链DNA
b、复性（55℃-60℃）：系统温度降低，引物与DNA模板结合，形成局部双链
c、延伸（70℃-75℃）：在Taq酶的作用下，合成与模板互补的DNA链
⑶人工合成:
①反转录法： 以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需的基因。
目的基因转录成的mRNA 单链DNA双链DNA（目的基因）
②根据已知的氨基酸序列合成DNA法:
蛋白质中氨基酸的序列mRNA中的碱基序列DNA碱基序列目的基因目的基因
2.基因表达载体的构建:→基因工程的核心
⑴．目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在；可以遗传给下一代；使目的基因能够表达和发挥作用。
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⑵．基因表达载体的构成：
目的基因
启动子：位于基因首端，RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动转录基因
终止子：位于基因尾端，使转录在所需要的地方停下来
标记基因：鉴别受体细胞中是否含有目的基因

⑶．方法：同种限制酶分别切割载体和目的基因，再用DNA连接酶把两者连接。
目的基因与运载体结合（以质粒为运载体）

⑷．条件：同种限制酶、DNA连接酶、目的基因、启动子、终止子、标记基因
3.将目的基因导入受体细胞：
（1）将目的基因导入受体细胞的原理：借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
（2）常用的受体细胞：动植物细胞（受精卵）、大肠杆菌、土壤农杆菌、枯草杆菌等
（3）方法：

4.目的基因的检测与鉴定：

基因工程的应用：
1. 动物基因工程：动物感受器（乳腺反应器、膀胱反应器）
2. 植物基因工程：抗虫棉（Bt毒蛋白基因—苏云金芽孢杆菌）
3. 基因诊断
4. 基因治疗

蛋白质工程：（生产自然界中没有的蛋白质）
预期蛋白质功能——设计蛋白质分子结构——推测氨基酸序列——推测脱氧核苷酸序列——合成DNA——表达相应蛋白质

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