选修3基因工程复习

专题1

基因工程基因工程是指按照

，进行严格的设计，并通过

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

水平上进行设计和施工的，因此又叫做

。一、基因工程的概念人们的意愿体外DNA重组技术DNA分子操作环境操作对象操作水平结果生物体外基因DNA分子水平定向改造生物遗传特性实质或原理：基因重组基因工程的特点：二、基因操作的工具1、基因的剪刀——限制性内切酶2、基因的针线——DNA连接酶3、基因的运输工具——运载体1.2.1限制性核酸内切酶1.来源：主要是从

中分离纯化出来的。2.功能：能够识别双链DNA分子的某种

核苷酸序列，并且使每一条链中

部位的两个核苷酸之间的

断开，因此具有

性。特定原核生物特定磷酸二酯键特异现在已知的核酸限制性内切酶均不能切割RNA3.识别序列：

长度：大多数限制酶的识别序列由

个核苷酸组成。也有4、5或8个核苷酸的。

结构特点：具有双重旋转对称结构，即：回文结构。6

经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：

和

。前者是限制酶在它识别序列的

将DNA的两条链切开产生的，后者是限制酶在它识别序列的

切开产生的。黏性末端平末端中心轴线两侧中心轴线GAATTCGCTTAAAATTCG限制酶切割DNA分子示意图CTTAAG黏性末端EcoRⅠ1.不同DNA分子用同一种限制酶切割形成的黏性末端都相同；2.同一个DNA分子用不同限制酶切割，产生的黏性末端一般不相同；3.不同限制酶切割形成的黏性末端，如互补则可以相互重新配对。1。分类：一类是从

中分离得到的，称为

连接酶；另一类是从

中分离出来的，称为

连接酶。1.2.2基因的的针线——DNA连接酶大肠杆菌E.coliDNAT4噬菌体T4DNA2。两种DNA连接酶的比较：（1）相同点：都缝合

键。（2）区别：E·coliDNA连接酶只能将双链DNA片段互补的

之间连接起来；而T4DNA连接酶既可以“缝合”双链DNA片段互补的

，又可以“缝合”双链DNA片段的

。但连接平末端的之间的效率较

。磷酸二酯黏性末端黏性末端平末端低（3）连接的部位：磷酸二酯键，不是氢键名称作用应用DNA连接酶限制性核酸内切酶DNA聚合酶RNA聚合酶解旋酶逆转录酶连接两个DNA片段识别并切割某种特定的脱氧核苷酸序列在脱氧核苷酸链上添加单个脱氧核苷酸在核苷酸链上添加单个核苷酸氢键断裂以RNA为模板合成DNA基因工程DNA复制转录DNA复制逆转录、基因工程1.2.3基因的运输工具——运载体作用：具备的条件种类：将外源基因送入受体细胞。能在宿主细胞内复制并稳定地保存具有多个限制酶切点具有某些标记基因质粒、噬菌体和动植物病毒。使用运载体的目的用它作为运载工具，将目的基因送到宿主细胞中去。质粒的特点

质粒上会存在某些标记基因，标记基因有什么用途？思考质粒：是一种

的、

、

，并具有

能力的

。裸露结构简单独立于细菌拟核之外自我复制双链环状DNA分子鉴别和筛选含有目的基因的细胞---TATCGTACGATAGGTACTTAAGCCGTATG------ATAGCATGCTATCCATGAATTCGGCATAC---————————————————————————————————————---AGGATCTTAAGAGAGCCATACTTAAGGTATG------TCCTAGAATTCTCTCGGTATGAATTCCATAC---——————---——————————————————---————————————判断：下列二个DNA分子（片段），哪一个是目的基因，哪一个是运载体？三、基因操作的基本步骤1、获取目的基因2、构建基因表达载体3、将目的基因导入受体细胞4、目的基因的检测和鉴定目前被较广泛提取使用的目的基因有：

苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、人干扰素基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等。1.目的基因的概念：人们需要的特定基因。（一）目的基因的获取:种类基因组文库：cDNA文库：含有一种生物的全部基因含有一种生物的部分基因（1）从基因文库中获取目的基因2.获取目的基因的方法：怎样从基因文库中得到我们所需的目的基因？根据基因的有关信息：如基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物mRNA、基因的翻译产物蛋白质等。①概念：PCR全称为_______________，是一项在生物____复制____________的核酸合成技术。③条件：____________________、_____________、___________、

__________________.

前提条件：_____________________________②原理：__________聚合酶链式反应体外特定DNA片段DNA复制已知核苷酸序列的基因四种脱氧核苷酸一对引物DNA聚合酶（Taq酶）一段已知目的基因的核苷酸序列（2）利用PCR技术扩增目的基因④方式：以_____方式扩增，即____（n为扩增循环的次数）⑤结果：指数2n使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增PCR技术扩增过程a、DNA变性（90℃-95℃）：双链DNA模板在热作用下，

断裂，形成__

____

b、退火（55℃-60℃）：系统温度降低，引物与DNA模板结合，形成局部________。c、延伸（70℃-75℃）：在Taq酶的作用下，从引物的5′端→3′端延伸，合成与模板互补的________。氢键单链DNA双链DNA链（二）基因表达载体的构建——核心质粒DNA分子限制酶处理两个切口获得目的基因DNA连接酶重组DNA分子（重组质粒）同一种一个切口两个黏性末端

目的基因与运载体结合的结果可能有几种情况？1、目的基因与目的基因结合；2、质粒与质粒结合；3、目的基因与质粒结合。×√×基因表达载体的组成：a、目的基因b、启动子c、终止子d、标记基因筛选重组DNA编码区非编码区非编码区(编码区上游)(编码区下游)启动子终止子基因是RNA聚合酶的结合位点，起动并催化转录mRNA终止转录mRNA外显子内含子（三）将目的基因导入受体细胞常用的受体细胞：动植物细胞、大肠杆菌、土壤农杆菌、枯草杆菌等。转化——目的基因进入_________内，并且在受体细胞内维持_____和_____的过程受体细胞稳定表达方法导入植物细胞导入动物细胞导入微生物细胞农杆菌转化法基因枪法花粉管通道法——显微注射法——感受态细胞吸

收DNA分子农杆菌转化法农杆菌：感染双子叶植物和裸子植物，而对大多数单子叶植物无感染能力。过程：构建表达载体（重组Ti质粒）转入农杆菌导入植物细胞目的基因插入植物细胞染色体DNA中培养再生成植株筛选出表现新性状的植株1.将目的基因导入植物细胞之显微注射技术2.将目的基因导入动物细胞之将含有目的基因的表达载体提纯(浓度1-3%ug/mL)取卵显微注射人工受精将受精卵移入子宫感受态细胞3、将目的基因导入微生物细胞：(A)常用的受体细胞：大肠杆菌(最广泛)、枯草杆菌、土壤农杆菌(B)导入途径：受体细胞(细菌)CaCl2处理细菌细胞壁通透性增加感受态细胞与重组质粒混合感受态细胞吸收重组质粒主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞方法原因：繁殖快，单细胞，遗传物质少。（-4℃）因为大肠杆菌等细菌的细胞壁成分主要是肽聚糖，因此一般要先用Ca2＋处理，以增加细菌细胞壁的通透性。思考：为什么要用Ca2＋处理细胞？（四）目的基因的检测与鉴定分子水平检测—①检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因②检测目的基因是否转录出了mRNA③检测目的基因是否翻译成蛋白质DNA分子杂交DNA-RNA分子杂交抗原—抗体杂交个体生物水平检测—接种在大肠杆菌中生产这种糖蛋白是不可能的。若要生产人的糖蛋白，可以用大肠杆菌吗？三、基因工程的应用（一）植物基因工程技术的应用1、提高农作物的抗逆能力

（1）抗虫转基因植物抗虫基因的种类：4种

Bt毒蛋白基因（抗虫棉）、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因（2）抗病转基因植物抗病转基因植物所用的基因：①常用：病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因②抗真菌转基因植物中有：几丁质酶基因和抗毒素合成基因（3）其它抗逆转基因植物①抗盐碱、干旱的基因：调节细胞渗透压的基因②抗冻蛋白基因③抗除草剂基因1、用于提高动物生长速度

（如：导入外源生长激素基因鲤鱼）2、用于改善畜产品的品质

（如：将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使乳糖的含量大大减低）3、用转基因动物生产药物

（如：转入人的a-抗胰蛋白基因的绵羊）4、用转基因动物作器官移植的供体

（如：改造猪的器官）（二）动物基因工程的应用转基因动物的乳腺。1.就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？[乳腺(房)生物反应器]2.什么是乳腺(房)生物反应器？以动物乳房作为生产药物的反应器称为乳房生物反应器4.简述乳房生物反应器的操作过程？获取目的基因（如血清白蛋白基因）构建基因表达载体显微注入羊的受精卵中形成胚胎送入羊子宫中5.乳房生物反应器的操作过程与转基因动物操作过程有何不同之处？并阐述原因？

要在编码蛋白质的基因序列前加上乳腺组织中特异表达的启动子构成表达载体。因为产品在奶中形成，需要乳腺组织中特异表达的启动子。（基因的选择性表达）（三）基因诊断和基因治疗基因诊断：

也称为DNA诊断或基因探针技术，即在DNA水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。探针制备：放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子；原理：利用DNA分子杂交原理；

是指把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。基因治疗包括：1、体外基因治疗2、体内基因治疗基因治疗：

蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质，以满足人类对生产和生活的需求。1.概念：四、蛋白质工程2.基本原理：确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→