生物选修三 第一单元知识点.docx

1、生物选修三 第一单元知识点生物选修三 第一单元知识点1.1 DNA重组技术的基本工具1.2 基因工程的基本操作程序1.3 基因工程的应用1.4 蛋白质工程的崛起1.1、基因工程的工具1、基因工程的概念：按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外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。由于基因工程在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNA重组技术。2、DNA重组技术的基本工具（1）限制酶全称：限制性核酸内切酶来源：主要从原核生物中分离纯化出来特点：识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间

2、的磷酸二酯键断开。结果：产生黏性末端或平末端（2）DNA连接酶类型：根据酶的来源不同，可分为EcoliDNA连接酶和T4DNA连接酶作用：连接双链DNA片段，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二脂键。（3）载体种类：通常利用质粒作为载体，另外还有噬菌体的衍生物、动植物病毒等质粒：化学本质：小型环状DNA分子 特点：能自我复制 有一个至多个限制酶切割位点 有特殊的标记基因1.2、基因工程的基本操作程序1、目的基因的获取途径（1）目的基因： 编码蛋白质的结构基因 。（2）获取目的基因的方法：从基因文库中获取利用PCR技术扩增目的基因通过DNA合成仪人工合成（3）PCR技术扩增目的基因原理：DN

3、A双链复制过程：第一步：加热至9095DNA解链；第二步：冷却到5560，引物结合到互补DNA链；第三步：加热至7075，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。2、基因表达载体的构建是实施基因工程的第二步，也是基因工程的核心。（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（如抗生素基因）启动子：是一段有特殊结构的DNA片段，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。终止子：也是一段有特殊结构的DNA片段 ，位于基因的尾端。标记基因的作用：是为了鉴定

4、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。3、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处理细胞微生物细胞壁的通透性增加重组质粒与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子4、目的基因的检测与鉴定（1）利用DNA分子杂交技术检测目的基因的有无（2）利用分子杂交技术检测目的基因的转录（3）利用抗原抗

5、体杂交检测目的基因的翻译（4）利用个体生物学水平的检测鉴定重组性状的表达1.1、基因工程的工具1、与DNA有关的酶（1）四种酶的比较(2)限制酶和DNA连接酶之间的关系图示 2.载体(1)作为载体的条件 能在宿主细胞中稳定保存并大量复制。有一个至多个限制性核酸内切酶切割位点，以便与外源基因连接。具有特殊的标记基因，便于筛选。(2)种类质粒：一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。噬菌体的衍生物。动植物病毒。(3)作用作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞内；利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。1.2、基因工程的基本操作程序1.目的基因的获取

6、(1)直接分离法：从自然界已有的物种中分离，如从基因组文库或cDNA文库中获取。(2)人工合成目的基因如果基因比较小，核苷酸序列又已知，可以通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成。以RNA为模板，在逆转录酶的作用下人工合成。2.基因表达载体的构建(1)基因表达载体各个组成的作用 启动子：一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA，最终获得所需的蛋白质。终止子：也是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的尾端，能使转录在所需要的地方停下来。标记基因：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，如抗生素抗性基因。

7、(2)基因表达载体的构建步骤3、将目的基因导入受体细胞受体细胞：细菌 氯化钙细胞壁的通透性增大重组质粒进入受体细胞目的基因随受体细胞的繁殖而复制4、目的基因的检测与鉴定(1)分子水平检测导入检测：DNA分子杂交技术，用放射性同位素标记的含目的基因的DNA片段作探针。转录检测：分子杂交法，用标记的目的基因作探针与mRNA杂交。翻译检测：抗原抗体杂交法。 (2)个体生物学水平鉴定：对转基因生物进行抗虫或抗病的接种实验，以确定是否具有抗性以及抗性的程度。1.3、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

8、转基因动物生产药物，用转基因动物作器官移植供体3、基因工程药物4、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。1.4、蛋白质工程1、崛起的缘由：生物的长期进化过程中形成的天然蛋白质、结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。2、目标：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。3、操作手段：基因修饰或基因合成4、操作过程：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）1.3、基因工程的应用成果1.乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较(1)概念 乳腺生物反应器是指将外源基因在哺乳

9、动物的乳腺中特异表达，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白。工程菌是指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系。(2)两者的区别比较项目乳腺生物反应器工程菌基因结构动物基因的结构与人类基因的结构基本相同细菌或酵母菌等生物基因的结构与人类基因的结构有较大差异基因表达合成的药物蛋白与天然蛋白质相同细菌细胞内没有内质网、高尔基体等细胞器，产生的药物蛋白可能没有活性受体细胞动物的受精卵微生物细胞导入目的基因的方式显微注射法感受态细胞法生产条件不需严格灭菌，温度等外界条件对其影响不大需严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、Ph、营养物质浓度等外界条件药物提取从动物乳汁中提取从微生物细胞中提取生产设

10、备畜牧业生产，加提取设备工业生产、设备精良2、基因治疗的类型比较比较项目体外基因治疗体内基因治疗成果举例用腺苷酸脱氨酶基因治疗复合型免疫缺陷病用正常基因治疗遗传性囊性纤维化病过程取患者的淋巴细胞细胞培养将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞中筛选将导入成功的淋巴细胞转入患者体内用经过修饰的腺病毒作载体结合正常基因，构建基因表达载体导入患者肺组织中特点操作复杂，成功率高一些操作简单，成功率低3、植物基因工程的应用植物基因工程技术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。（1）提高抗逆性常用抗虫基因：用于抗虫（杀虫）的基因主要是B

11、t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。常用抗病基因：a.抗病毒基因有：病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因；b.抗真菌基因有：几丁质酶基因和抗毒素合成基因其他抗逆基因：环境条件对农作物的生产会造成很大影响，并且这些影响是多方面的，因此，抗逆性基因也有多种多样，如：抗盐碱和干旱的调节细胞渗透压基因、抗冻基因、抗除草剂基因等等。（2）改良植物品质由于人们的食品含有的营养不平衡，不能满足人们对食品的要求，这样，可以通过转基因技术，使植物能够合成某些本来不能合成的物质。如科学家将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，或者改变这些氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高

12、氨基酸的含量。（3）生产药物基因工程不但促进了传统技术的变革，也为人类提供了传统产业难以得到的许多昂贵药品，并已形成基因工程制药业的雏形。目前诸如人胰岛素、人生长激素、人脑激素、干扰素、乙肝疫苗、蛋白C、组织血纤维蛋白溶酶原激活剂等数十种基因工程药物已实现商品化。此外，还有促红细胞生成素、白细胞介素2、肾素、心钠素等一大批珍贵药品正处于试用或临床试验阶段。4、动物基因工程的应用（1）用于提高动物生长速度：由于外援生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快，将这类基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。如：转基因绵羊和转基因鲤鱼。（2）用于改善畜产品的品质：基因工程可用于改善畜产品的品质。如：

13、有些人对牛奶中的乳糖不能完全消化或食用后会出现过敏、腹泻、恶心等不适症状，科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，这样所获得的牛奶其成分不受影响，但乳糖的含量大大减低。（3）用转基因动物做器官移植的供体：目前，人体移植器官短缺是一个世界性的难题，用其它动物的器官替代，又会出现免疫排斥现象，现在，科学家正试图利用基因工程方法对一些动物的器官进行改造，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆器官。5、基因治疗（1）概念：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，这是治疗遗传病的最有效的手段。（2）方法：体外基因治疗和体内基因治疗体外基因治疗：先从病人体内获得某种相

14、关细胞，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，这种方法叫做体外基因治疗。体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移基因的治疗方法叫做体内基因治疗。说明：对于遗传病的治疗最根本的方法是进行基因替换或修复。基因治疗的最佳时期理论上是受精卵时期，这样可以使个体的每个细胞都含有正常基因，但在现实生活中是不可能的，因为不可能人人在受精卵时期进行基因检查。其次是对患者进行相关细胞的基因替换，如：对于遗传性糖尿病患者，只对胰腺的B细胞进行基因替换，该个体就能正常分泌胰岛素，糖尿病得以治疗；但这种局部细胞的基因替换，并没有改变其它部位细胞的基因，如精原细胞，其后代很大可能还会患遗传性糖尿病。1.4、蛋白质工程和基因工程的关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产生自然界没有的蛋白质只能生产自然界已有的蛋白质结果（1）蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程（2）基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质进行修饰、改造