高中生物选修3知识点：基因工程

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： 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 （1）PCR 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 90～95℃，DNA 解链，不需要解旋酶； 第二步复性：冷却到 55～60℃，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 70～75℃，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。