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高二年级生物选修三基因工程知识点总结

Answer 1

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　　【一】

　　一、基因工程的概念

　　基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，又叫做DNA重组技术。

　　二、基因工程的原理及技术原理：基因重组技术

　　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离纯化出来的。

　　(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DN*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T4DNA连接酶)的比较：

　　①.相同点：都缝合磷酸二酯键。

　　②.区别：E•coliDNA连接酶来源于T4噬菌体，只能将双链DN*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DN*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能在受体细胞中复制并稳定保存。

　　②具有一至多个限制酶切点，供外源DN*段插入。

　　③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*露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。

　　(3)其它载体：噬菌体的衍生物、动植物病毒

　　基因工程的基本操作程序

　　第一步：目的基因的获取

　　1.目的基因是指：编码蛋白质的结构基因。

　　2.原核基因采取直接分离获得，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

　　(2)过程：①加热至90～95℃DNA解链;

　　②冷却到55～60℃，引物结合到互补DNA链;

　　③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

　　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：目的基因+启动子+终止子+标记基因

　　(1)启动子：是一段有特殊结构的DN*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DN*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：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。

　　3.将目的基因导入动物细胞：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。将目的基因导入微生物细胞：

　　4.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，方法是采用用标记的目的基因作探针与mRNA

　　杂交。

　　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。

　　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。

　　蛋白质工程的概念：

　　蛋白质工程：

　　是指以蛋白质分子的结构规律及其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，以满足人类的生产和生活的需求。(基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质)

　　(1)蛋白质工程崛起的缘由：基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质

　　(2)蛋白质工程的基本原理：它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构，又称为第二代的基因工程。

　　(3)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，找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)以上是蛋白质工程特有的途径;以下按照基因工程的一般步骤进行。(注意：目的基因只能用人工合成的方法)

　　(4)设计中的困难：如何推测非编码区以及内含子的脱氧核苷酸序列

　　【二】

　　1.基因工程的诞生

　　(1)基因工程：按照人们的意愿，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。

　　(2)基因工程诞生的理论基础是在生物化学、分子生物学和微生物学科的基础上发展起来，技术支持有基因转移载体的发现、工具酶的发现，DNA合成和测序仪技术的发明等。

　　2.基因工程的原理及技术

　　基因工程操作中用到了限制酶、DNA连接酶、运载体

　　3.基因工程的应用

　　(1)在农业生产上：主要用于提高农作物的抗逆能力(如：抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等)，以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。

　　(2)基因治疗不是对患病基因的修复，基因检测所用的DNA分子只有处理为单链才能与被检测的样品，按碱基配对原则进行杂交。

　　4.蛋白质工程

　　蛋白质工程的本质是通过基因改造或基因合成，对先有蛋白质进行改造或制造新的蛋白质，所以被形象地称为第二代基因工程;基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质

　　高中生物选修三知识点

　　1.植物的组织培养

　　(1)细胞工程：指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或者细胞器水平上的操作，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获取细胞产品的一门综合科学技术。在细胞器水平上改变细胞的遗传物质，属于细胞工程。

　　(2)细胞全能性：具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。

　　考点细化：

　　①都具有该生物全部遗传信息，因此从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。

　　②细胞在生物体内没有表现出全能性的原因是基因选择性表达。

　　③植物细胞的全能性得以实现的条件是离体，合适的营养和激素，无菌操作。

　　④在生物的所有的细胞中，受精卵细胞的全能性。

　　(3)植物组织培养：在无菌和人工控制的条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配置的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。

　　考点细化：

　　①已分化的细胞经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程叫脱分化。

　　②再分化是愈伤组织继续进行培养，重新分化出根或芽等器官。

　　③愈伤组织细胞排列疏松而无规则，高度液泡化的呈不定型状态的薄壁细胞。

　　④植物组织培养时培养基的成分有矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素、有机添加物，与动物细胞培养相比需要蔗糖、植物激素，不需要动物血清。

　　⑤在植物组织培养脱分化过程中，需要植物激素

　　⑥植物组织培养全过程中都需要无菌，愈伤组织之前不需要光照

　　(4)植物组织培养技术的用途：微型繁殖、作物脱毒、制造人工种子、单倍体育种、细胞产物的工厂化生产。

　　考点细化：

　　①用植物体的茎尖、根尖来获得无病毒植物

　　②人工种子中人工胚乳相当于大豆种子的子叶，人工种子与正常种子相比发芽率高。

　　③转基因植物的培育需要植物组织培养

　　(5)将不同种植物的体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体叫做植物体细胞杂交。

　　考点细化：

　　①用纤维素酶、果胶酶去除细胞壁获得原生质体

　　②物理方法：电刺激、振荡、离心;化学方法：聚乙二醇

　　③植物体细胞杂交完成的标志是新细胞壁的形成

　　④融合后的杂种细胞通过植物组织培养才能发育成完整的植物体

　　(6)植物体细胞杂交这一育种方法的优点是克服远缘杂交不亲和障碍

　　2.动物的细胞培养与体细胞克隆

　　(7)动物细胞工程常用的技术手段有动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合、生产单克隆抗体、胚胎移植等

　　(8)动物细胞培养经过原代培养和传代培养

　　考点细化：

　　①动物细胞培养液的成分有糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等

　　②动物细胞培养基液体，植物细胞培养基固体，培养的动物细胞通常取自胚胎、幼龄动物的组织器官

　　②动物细胞培养时的气体环境是95%的空气+5%二氧化碳的混合气体，CO2起到调节PH值作用

　　③使用胰蛋白酶处理使动物组织分散成单个细胞

　　④动物组织处理使细胞分散后的初次培养称为原代培养

　　⑤贴满瓶壁的细胞需要重新用胰蛋白酶等处理，然后分瓶继续培养，让细胞继续增殖。这样的培养过程通常被称为传代培养。

　　3.细胞融合与单克隆抗体

　　(9)动物细胞融合与植物原生质体融合的区别：操作步骤不同：植物原生质体融合需要先去除细胞壁，动物细胞无细胞壁;诱导方法不同：动物细胞融合可以用物理、化学和生物三种方法，植物原生质体融合只能用物理、化学方法;最终目的不同：植物原生质体融合最终是为了获得杂种植株，动物细胞融合最主要目的是获得单克隆抗体。

　　(10)单克隆抗体与血清抗体相比特异性强、灵敏度高并可大量制备

　　(11)熟悉单克隆抗体制备过程。

　　考点细化

　　①生产杂交瘤细胞要用B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合

　　②注射相应抗原后，从小鼠脾脏中提取出B淋巴细胞

　　③杂交瘤细胞既能大量增殖，又能产生专一抗体。

　　④制备单克隆抗体过程中需要两次筛选

　　⑤体外条件下做大规模培养杂交瘤细胞或者注射到小鼠腹腔内增殖，从细胞培养液或者小鼠腹水内就可以提取出大量的单克隆抗体。