专题1基因工程.docx
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专题1基因工程
专题1 基因工程
考点一 基因工程的理论基础和基本工具
【基础知识整合】
1.基因拼接的理论基础
(1)是生物的主要遗传物质。
(2)DNA的基本组成单位都是。
(3)双链DNA分子的空间结构都是规则的结构。
2.外源基因在受体内表达的理论基础
(1)是控制生物性状的独立遗传单位。
(2)遗传信息的传递都遵循阐述的信息流动方向。
(3)生物界共用一套。
3.基因工程的基本工具
(1)限制性核酸内切酶:
切割DNA的工具是,又称。
这类酶主要是从中分离纯化出来的,能识别分子中,并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的断开,使其形成或。
(2)DNA连接酶:
常用的DNA连接酶有
(3)载体:
携带目的基因进入受体细胞
条件:
能在宿主细胞中保存下来并大量,有一个至多个切割位点,有特殊的遗传,便于筛选。
种类:
(常用)、λ噬菌体的衍生物、。
质粒是能够自主复制的很小的双链环状分子。
作用:
(1)作为运载工具,将转移到受体细胞内;
(2)利用它在受体细胞内对目的基因进行大量。
【知识拓展】
1.基因工程
基因工程的别名
基因拼接技术或DNA重组技术
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.DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
DNA连接酶
DNA聚合酶
作用
实质
都是催化两个核苷酸之间形成磷酸二酯键
是否
需模板
不需要
需要
连接
DNA链
双链
单链
作用过程
在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键
将单个核苷酸加到已存在的核酸片段的3′端的羟基上,形成磷酸二酯键
作用结果
将存在的DNA片段连接成重组DNA分子
合成新的DNA分子
考点二 基因工程基本操作程序
【基础知识整合】
基因工程的基本操作程序
第一步:
1.目的基因主要是指,也可以是一些具有调控作用的因子。
目的基因的获取途径常见的有:
、、。
2.基因文库:
将含有某种生物不同基因的许多,导入的群体中储存,各个分别含有这种生物的,称为基因文库。
常见的基因文库有和。
3.PCR技术扩增目的基因
PCR是的缩写,是一项在
复制特定DNA片段的核酸合成技术,可以在短时间内。
其原理是,其过程是:
①加热至90~95℃,;
②冷却到55~60℃,;
③加热至70~75℃,
。
第二步:
1.目的:
使目的基因在受体细胞中,并且可以,同时使目的基因能够。
2.基因表达载体的组成:
+++。
(1)启动子:
是一段有特殊结构的,位于基因的首端,是识别和结合的部位,能驱动基因,最终获得所需的蛋白质。
(2)终止子:
是一段有特殊结构的,位于基因的。
(3)标记基因的作用:
是为了鉴定受体细胞中,从而将筛选出来。
常用的标记基因是。
第三步:
1.转化的概念:
是目的基因进入,并且在受体细胞内的过程。
2.常用的转化方法:
(1)将目的基因导入植物细胞:
①采用最多的方法是,农杆菌特点:
易感染植物和裸子植物,对大多数植物没有感染力;农杆菌中的Ti质粒上的T—DNA可转移至受体细胞,并整合到受体细胞的上。
②其次还有,是单子叶植物中常用的一种基因转化方法,但是成本较高。
③是我国科学家独创的一种方法,是一种十分简便经济的方法。
(我国的转基因抗虫棉就是用此种方法获得的)
(2)将目的基因导入动物细胞:
①最常用的方法是。
此方法的受体细胞多是。
②操作程序:
目的基因表达载体→取卵(受精卵)→显微注射→注射了目的基因的受精卵移植到性动物的内发育→新性状动物。
(3)将目的基因导入微生物细胞:
感受态细胞法
①原核生物特点:
、、
等,因此早期的基因工程都用原核生物作为受体细胞。
②大肠杆菌最常用的转化方法是:
处理细胞→细胞→表达载体与感受态细胞混合→细胞吸收DNA分子。
3.重组目的基因导入受体细胞后,筛选含有基因表达载体受体细胞的依据是。
第四步:
1.首先要检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因,方法是。
2.其次还要检测,方法是。
3.最后检测,方法是从转基因生物中提取,用相应的抗体进行。
4.有时还需进行的鉴定。
如转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。
【知识拓展】
1.基因文库的比较
文库类型
cDNA文库
基因组文库
文库大小
小
大
基因中启动子(具有启动作用的DNA片段)
无
有
基因中内含子(位于编码蛋白质序列的非编码DNA片段)
无
有
基因多少
某种生物的部分基因
某种生物的全部基因
物种间的基因交流
可以
部分基因可以
2.将目的基因导入受体细胞的比较
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
显微注射技术
Ca2+处理法
受体细胞
体细胞
受精卵
原核细胞
转化过程
将目的基因插入Ti质粒的TDNA上→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的DNA→表达
将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵)→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→重组表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子
3.目的基因的检测与鉴定
类型
步骤
检测内容
方法
结果
显示
分子检测
导入
检测
目的基因是否插入受体细胞染色体的DNA上
DNA分子杂交技术(DNA和DNA之间)
是否成功显示出杂交带
表达
检测
目的基因是否转录出mRNA
核酸分子杂交技术(DNA和mRNA之间)
同上
目的基因是否翻译出蛋白质
蛋白质分子杂交(抗原与抗体之间)
同上
个体生物学水平的鉴定
①确定是否具有抗性及抗性程度②基因工程产品与天然产品的活性是否相同
①抗虫或抗病的接种实验
②基因工程产品与天然产品活性的比较
是否赋予了预期抗性或蛋白质活性
4.几种不同水平的杂交
杂交(有性杂交):
在有性生殖过程中不同基因型个体之间的交配,实质是基因的自由组合。
细胞杂交:
分为植物体细胞杂交和动物细胞融合,其本质都是不同遗传信息的两个或多个细胞的融合。
DNA分子杂交技术,即使用放射性同位素或荧光分子标记的DNA作探针进行检测。
DNA—RNA杂交:
转录检测,用标记的目的基因作探针,与mRNA杂交,能获得DNA—RNA的杂交带。
抗原—抗体杂交:
抗原—抗体特异性反应法,首先要获取由目的基因表达产物(蛋白质)免疫动物后的抗体,再从转基因生物中提取蛋白质,与抗体混合后,检测是否有抗原—抗体杂交带的出现。
考点三 基因工程的应用
【基础知识整合】
1.基因工程的成果归纳总结
类型
项目
外源基因类型及举例
成果举例
植物基因工程的成果
抗虫转基因植物
用于杀虫的基因主要是:
、
、
、
。
抗虫水稻、抗虫棉、抗虫玉米
抗病转基因植物
抗病毒基因常用的是
和
;
抗真菌基因有:
和
。
抗病毒烟草、抗病毒小麦、抗病毒番茄、抗病毒甜椒
类型
项目
外源基因类型及举例
成果举例
植物基因工程的成果
抗逆转基因植物
常用的抗逆基因有:
、
和
。
抗盐碱和抗干旱的烟草、抗寒番茄、抗除草剂的大豆和玉米
改良品质的转基因植物
优良性状基因如:
能提高必需氨基酸含量的编码基因
、控制番茄成熟的基因、与花青素代谢有关的基因
高赖氨酸玉米、耐储存番茄、新花色矮牵牛
类型
项目
外源基因类型及举例
成果举例
动物基因工程的成果
提高生长速度的转基因动物
可用基因
转基因绵羊、转基因鲤鱼
改善畜产品品质的转基因动物
可用肠乳糖酶基因
乳汁中含乳糖较少的转基因牛
生产药物的转基因动物
药用蛋白基因+乳腺蛋白基因的启动子
转基因动物具有乳腺生物反应器
作器官移植供体的转基因动物
外源的抗原决定基因表达的调节因子或除去供体的抗原决定基因
无免疫排斥的转基因猪
基因治疗
腺苷酸脱氨酶基因
治疗复合型免疫缺陷症
治疗囊性纤维化病基因
治疗遗传性囊性纤维化病
2.基因治疗
(1)概念:
是把导入病人体内,使该
发挥功能,从而达到治疗疾病的目的,是治疗人类遗传病最有效的手段。
(2)成果:
将腺苷酸脱氨酶基因转入患者淋巴细胞中,治疗复合型免疫缺陷症。
(3)方法:
a、:
先从病人体内获得,如T淋巴细胞,进行培养。
然后,在体外完成基因转移,再筛选成功转移的细胞扩增培养,最后重新输入患者体内。
b、体内基因治疗:
直接向人体组织细胞中
的治疗方法。
如1994年美国科学家利用经过修饰的腺病毒作载体,成功地将治疗遗传性囊性纤维化病的正常基因转入患者肺组织中。
【知识拓展】
1.转基因食品:
转基因食品是通过遗传工程改变植物种子中的脱氧核糖核酸,然后把这些修改过的再复合基因转移到另一些植物种子内,从而获得在自然界中无法自动生长的植物物种。
上世纪80年代末,科学家们开始把10多年分子研究的成果运用到转基因食品上,1995年成功地生产出抗杂草黄豆,并在市场上出售。
又经过7年的努力,现在他们利用基因技术已批量生产出抗虫害、抗病毒、抗杂草的转基因玉米、黄豆、油菜、土豆、西葫芦等。
目前,转基因食品的主要产地是美国、加拿大、欧盟、南非、阿根廷等。
2.转基因食品安全评价:
随着转基因技术向农业、食品和医药领域的不断渗透和迅速发展,转基因食品安全性现成为全球关注的热点问题之一。
考点四 蛋白质工程
【基础知识整合】
1.概念:
是指以蛋白质分子的及其与
的关系作为基础,通过或
,对进行改造,或制造一种,以满足人类的生产和生活的需求。
2.过程:
预期蛋白质功能→设计预期的
→推测应有的→找到对应的。
【知识拓展】
蛋白质工程与基因工程的比较
项目
区别与联系
蛋白质工程
基因工程
区别
过程
预期蛋白质功能→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
获取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
实质
定向改造或生产人类所需的蛋白质
定向改造生物的遗传特性,以获得人类所需的生物类型或生物产品
结果
可生产自然界没有的蛋白质
只能生产自然界已有的蛋白质
联系
(1)蛋白质工程是在基因工程基础上,延伸出的第二代基因工程
(2)基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造