基因工程高中生物化学选修三第一单元详细知识点整理

1/4与必修不同以选修为准基因工程概述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RNA重组和转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的生物类型和生物产品的技术。步骤目的基因的获取(前提)→基因表达载体的构建(核心)→将目的基因导入受体细胞(关键)→目的基因的检测与鉴定(保证)目的基因的获取基因的结构获取工具：限制酶（限制性核酸内切酶）来源：主要来自．．．．原核生物种类：约4000种作用特点：每种酶识别某种双链DNA分子特定的核苷酸序列，使每一条链中两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。(具专一性)作用结果：形成两种末端基因工程基因拼接技术DNA重组技术转基因技术原理(人为的)基因重组操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本过程剪切—拼接—导入—表达结果人类需要的基因产物2/4黏性末端：被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。平末端：限制性核酸内切酶在其识别序列的中心轴线切开时产生的末端。（平末端绝大多数具回文特点）判断黏性末端是否由同一种限制酶切割的方法是：将黏性末端旋转180°后应该是完全相同的结构。获取途径1）直接分离从自然界已有生物体中直接提取出来。2）人工合成如果基因比较小，核苷酸序列又已知，可用DNA合成仪用化学方法人工合成。3）基因文库基因组文库：将某种生物的DNA全部提取出来，处理后导入受体菌的群体中储存，每个受体菌拥有一段不同的DNA片段，整个群体包含了这种生物的全部基因，即基因组文库包含了一种生物全部的基因，含启动子和内含子，部分基因可用来进行物种间基因交流。cDNA文库：某种生物的某个发育时期的mRNA片段反转录产生的多种互补DNA（即cDNA）片段，与载体连接后储存在一个受体菌群中。cDNA文库只包含了一种生物的部分基因，且不含启动子和内含子，可用来进行物种间基因交流。4）PCR技术基因表达载体的构建构建工具：DNA连接酶种类：E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶作用部位：磷酸二酯键作用结果：形成重组DNA分子E·coliDNA连接酶T4DNA连接酶从大肠杆菌中分离从T4噬菌体中分离只能连接黏性末端可以连接黏性末端和平末端，但后者的效率比较低构建基础：运载体运载体包括质粒、γ噬菌体衍生物、动植物病毒等。前者是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核之外，具有自我复制能力的双链环状DNA分子。特点：能够在受体细胞中自我复制，或整合到受体细胞染色体DNA上随其同步复制。有一个或多个限制酶切割位点，供外源DNA片段插入。有特殊的标记基因，如四环素抗性基因等，供重组DNA鉴定和选择。对受体细胞无毒害作用，不影响其生理活动。3/4构建目的使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。基因表达载体的组成目的基因：外源DNA分子的有效片段。启动子：一段有特殊结构的DNA短片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶结合和识别的部位，用以驱动基因转录。终止子：位于基因的末端，也是一段有特殊结构的DNA短片段，用以终止转录。标记基因：鉴别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。（配置鉴别培养基时添加对应抗性的物质）复制原点：DNA分子开始复制的特定位点。基因表达载体的构建过程将目的基因导入受体细胞生物种类植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法农杆菌转化法显微注射法Ca2+转化法受体细胞双子叶植物和裸子植物受精卵原核细胞转化过程目的基因插入Ti质粒的T-DNA上→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的DNA上目的基因表达载体提纯→取卵→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物Ca2+处理细胞→感受态细胞→表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子1）植物细胞的常用方法还有基因枪法和花粉管通道法（我国独创）。2）用Ca2+处理，可以增加细菌细胞壁的通透性。3）Ca2+转化法又称感受态细胞法。目的基因的检测与鉴定1）嵌入检测：DNA分子杂交技术2）转录检测：(DNA-RNA)分子杂交技术3）翻译检测：抗原-抗体杂交技术4）个体鉴定：抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等基因工程的应用植物基因工程抗虫转基因植物（常考）：减少对化学农药的依靠，减轻环境污染，防止对人类健康的损害，降低生活成本。常用基因有Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等。重组DNA分子两个切口获得目的基因含有目的基因的DNA分子一个切口两个黏性末端载体4/4抗病转基因植物抗逆转基因植物（常考）利用转基因改良植物的品质：提高氨基酸含量（转基因玉米）动物基因工程提高生长速度改善畜产品的品质：转基因牛降低牛奶乳糖含量转基因动物生产药物（常考）：若从尿液提取，雌雄动物均可生产；若从乳汁提取，仅雌性动物可生产转基因动物作器官移植的供体基因工程药品用基因工程的方法，使外源基因在工程菌细胞内高效表达。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，从而达到治疗疾病的目的。不替换异常基因，异常基因仍正常存在。分体外基因治疗和体内基因治疗两种。蛋白质工程的崛起对蛋白质的改造应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造，主要原因如下：1）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小得多。蛋白质工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。基本途径：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→找到对应基因实质：在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程目前人类对蛋白质工程的认识还处于很初级的阶段。