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高考知识储备丨高中生物选修3——基因工程!

高中生物 2019-05-11 18:41:30

在高考中选修三所占的分值比重是15分左右,如此多的分值,我们怎么拿到更多的分数呢?今天生物姐为大家分享的是“基因工程”,大家加油哦!



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DNA片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DNA片段的末端,形成磷酸二酯键。(马上点标题下“高中生物”关注可获得更多知识干货,每天更新哟!)


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DNA片段插入。


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:


它是一种裸露的、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。


(2)终止子:也是一段有特殊结构的DNA片段 ,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


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