高中生物选修3知识点:基因工程

(一)基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。原理是基因重组,操作水平是分子水平。优点:打破物种界限;定向地改造生物的遗传性状。 


(二)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)主要从原核生物中分离纯化出来。 

2)功能: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

3)特点具有专一(特异)性。

4)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(E·coliDNA连接酶和T4-DNA连接酶)的比较: 

①相同点:都缝合磷酸二酯键。

②区别:E·coliDNA连接酶只能连接黏性末端;而T4-DNA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聚合酶只能将单个脱氧核苷酸加到已有的脱氧核苷酸片段的末端,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:

①能够稳定保存并复制;

②有一至多个限制酶酶切位点  

③含有标记基因,便于筛选。

④对受体细胞无害。 

2)最常用的载体是质粒,化学本质是小型环状DNA分子。

3)其它载体:λ噬菌体的衍生物、动植物病毒 


(三)基因工程的基本操作程序  

第一步:目的基因的获取 

1.目的基因主要是指编码蛋白质的基因,也可以指具有调控作用的因子。

2. 基因文库包括基因组文库和cDNA文库。二者的区别: 

高中生物选修3知识点:基因工程  第1张

3.人工合成目的基因的两个条件:基因比较小;核苷酸序列已知。  

4.PCR技术扩增目的基因 

1PCR是多聚酶链式反应的缩写,原理DNA双链复制。 

2)过程:

第一步变性:加热至9095℃,DNA解链,不需要解旋酶;

第二步复性:冷却到5560℃,引物结合到互补DNA链。变性和复性利用了DNA的热变性原理;

第三步延伸: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   

基因表达载体的组成:除了目的基因外,还必须有启动子、终止子、标记基因等。

启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位。

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    

常用的导入方法: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法。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:原核生物作为受体细胞的原因是繁殖快、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,在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子,完成转化过程。

第四步:目的基因的检测和鉴定 

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,方法是分子杂交技术。 

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。


(四)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:如乳腺生物反应器和膀胱生物反应器,方法是将目的基因导入哺乳动物的受精卵中,使其发育成转基因动物。 

3.基因治疗是把正常基因导入病人的体内,使该基因的表达产物发挥功能,从而达到治疗的目的,这是治疗遗传病最有效的手段。 

(五)蛋白质工程的概念:基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质,蛋白质工程师在基因工程的基础上,延伸出来的第二代基因工程。基本途径是:从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列。

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