2021年高考生物学科基础知识整理-选修3-专题1-基因工程-.docx

专题1 基因工程基因工程的概念：基因工程是指在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞，并使重组基因在受体细胞中表达，产生人类需要的基因产物的技术，又称为DNA重组技术。概念分析：基因工程技术的原理：基因重组目的：制造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。操作水平：DNA分子（基因）水平（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别纯化出来的。（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，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T4-DNA连接酶）的比较：相同点：都缝合磷酸二酯键。区分：EcoliDNA连接酶来源于大肠杆菌，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.“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,它是一种暴露的、结构简洁的，并具有自我复制力气的双链环状DNA分子。（3）其它载体： 噬菌体的衍生物、动植物病毒。在进行基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在自然质粒的基础上进行过人工改造的。(二)基因工程的基本操作程序第一步：目的基因的猎取1.目的基因是指： 编码蛋白质的结构基因 。2.原核基因实行直接分别获得，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。3.PCR技术扩增目的基因（1）原理：DNA双链复制 实质：是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。（2）过程：第一步：（变性）加热至9095DNA解链；其次步：（复性）冷却到5560，引物结合到互补DNA链；第三步：（延长）加热至7075，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。其次步：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：复制原点启动子目的基因终止子标记基因（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抗性基因。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：导入植物细胞：接受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。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（或卵细胞）。导入微生物细胞：原核生物作为受体细胞的缘由是繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少 ，最常用的原核细胞是 大肠杆菌 ，其转化方法是：先用 Ca2+ 处理细胞，使其成为感受态细胞 ，再将重组表达载体DNA分子 溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在确定的温度下促进感受态细胞吸取DNA分子，完成转化过程。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色体DNA上是否插入了目的基因，方法是接受 DNA分子杂交技术。基因探针：是指用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子。2.其次还要检测目的基因是否转录出了mRNA，方法是接受用标记的目的基因作探针与mRNA杂交。3.最终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毁灭抗虫性状。（三）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。基因诊断：是指用基因探针，利用DAN分子杂交原理，鉴定被检测样本上的遗传信息，从而达到检测病症的目的，如镰刀形贫血症，苯丙酮尿症，癌症。基因治疗：基因治疗是把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗病症的目的，这是治疗遗传病的最有效的手段。基因治疗包括：体外基因治疗和体内基因治疗微生物的基因工程：利用转基因工程菌生产药物：如细胞因子，抗体，疫苗，激素（胰岛素），干扰素等，已形成工业化。工程菌：用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系一般称为工程菌。转基因动物作器官移植的供体：最大的难题是解决免疫排斥问题。（四）微生物在基因工程中的应用争辩工具酶主要来自微生物，最重要的目的基因供体库之一，目的基因的载体之一，作为受体细胞，供应用于发酵的工程菌。基因工程的优点：克服不同生物远缘杂交的障碍。目的性强，能够定向的转变生物的品质。 缩短育种周期。（五）蛋白质工程的概念：蛋白质工程是指通过物理化学与生物化学等技术了解蛋白质的结构与功能，并借助计算机挂念设计、基因定点诱变和重组DNA技术改造基因，以定向改造自然蛋白质，甚至制造自然界不存在的蛋白质的技术。转录 翻译