高中生物选修3《现代生物技术专题》高考复习资料

2020届高三生物选修3复习资料

专题1 基因工程

一、基因工程的基本工具（限制酶、DNA连接酶、载体）

1．限制性核酸内切酶（限制酶）——“分子手术刀”（具特异性）

(1)来源：主要从原核生物中分离纯化而来。(某些真核生物如酵母菌细胞内也存在)

(2)作用：能够识别双链DN A分子的某种特定的核苷酸序列，使特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。

(3)结果：产生黏性末端（中心轴线两侧切）或平末端（中心轴线处切）。

(4)注意：①限制酶识别序列的核苷酸数目不一定为6个；获得目的基因一般要切2个切口，产生4个黏性末端。

②一般用同种限制酶切割目的基因和质粒，以获得相同的黏性末端，利于重组质粒的构建（但可能导致目的

基因自身环化和随意连接）。

③用两种限制酶同时切割目的基因和质粒，可防止目的基因和质粒自身环化和随意连接。

④限制酶切割时不能破坏目的基因、全部的标记基因、复制原点；限制酶切割运载体时，切点应在启动子和

终止子之间；若质粒上标出T-DNA片段，切点应位于T-DNA上。

⑤原核生物体内的限制酶不切割自身DNA的原因：原核生物的DNA中不存在该酶的识别序列或识别序列已经

被修饰。（限制酶不能切割RNA和单链DNA）

2．DNA连接酶——“分子缝合针”（不具特异性）

（1）作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的磷酸二酯键，不需要模板。

(2)

（3）比较有关DNA的酶（化学本质都是蛋白质）

①DNA水解酶：能够将DNA水解成四种脱氧核苷酸，彻底水解成磷酸、脱氧核糖和含氮碱基

②解旋酶：能够将DNA或DNA的某一段解成两条长链，作用的部位是氢键。注意：使DNA解成两条长链的方法

除用解旋酶以外，在适当的高温、重金属盐的作用下，也可使DNA解旋。

③DNA聚合酶：能将单个的脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接成DNA长链。（针对单个的脱氧核苷酸）

④DNA连接酶：是通过磷酸二酯键连接双链DNA的缺口。（针对游离的DNA片段）3.载体——“分子运输车”

（1）作用：携带目的基因进入受体细胞。

（2）种类：质粒、动植物病毒、λ噬菌体衍生物等。

（3）常用载体——质粒(裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并且具有自我复制能力）质粒的化学本质：双链环状DNA分子

（3）载体必须具备的条件：①具有一个或多个限制酶切割位点，便于外源基因插入；②能够自我复制或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行自我复制；③带有标记基因，供重组DNA的鉴定和筛选；④本身是安全的，不能对受体细胞产生危害；⑤大小适中，便于操作。实际上，天然载体一般不会同时具备上述条件，所以在基因工程中需要对载体进行人工改造。现在所用的质粒几乎都是人工改造的。

二、基因工程的操作程序

（四个步骤：目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定）（一）目的基因的获取（目的基因：主要指编码蛋白质的基因，也可以是一些具有调控作用的因子）获取方法：①从基因文库获取；②利用PCR技术扩增；③人工合成法

1、从基因文库中获取

（1）将含有某种生物不同基因的许多DNA片断，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。

（2）分类：基因组文库含有某种生物的全部基因；部分基因文库（如cDNA文库）：含有某种生物的部分基因，可由mRNA反转录而来。

（3）基因组文库较大,基因中有启动子、终止子，真核生物还有内含子，部分基因可以在物种间交流。cDNA文库较小,基因中没有启动子、终止子、内含子，基因都可以在物种间交流。

2、利用PCR技术扩增目的基因

（1）PCR的全称：多聚酶链式反应

（2）概念：PCR是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。通过这一技术，可以在短时间内大量扩增目的基因。

（3）前提条件：要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物。

（4）原理：DNA双链复制

（5）条件：模板DNA、原料（4种脱氧核苷酸或dNTP或dATP、dCTP、dGTP、dTTP）、Taq酶（热稳定DNA聚合酶）、引物（单链DNA或RNA片段，能与模板链互补配对，每次扩增需要2种）

（6）引物的作用：使Taq酶从引物3´端开始连接脱氧核苷酸

（7）过程：①变性：加热至90～95℃，DNA解旋成单链（不需要解旋酶）；

②复性：冷却到55～60℃，引物与单链相应互补序列结合；

③延伸：加热至70～75℃，Taq酶从引物起始进行互补链的合成。(DNA合成方向：从子链的5´端到3´端) （8）特点：目的基因以指数的形式扩增，即2n扩增。

（9）仪器：PCR扩增仪

3.人工合成法

（1）逆转录法：目的基因的mRNA →单链DNA(cDNA) →双链DNA（目的基因）

（2）化学合成法：如果基因比较小，核苷酸序列又已知，可通过DNA合成仪用化学方法人工合成(不需要模板) （二）基因表达载体的构建（基因工程的核心步骤——体外进行）

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：启动子＋目的基因＋终止子＋标记基因（+复制原点）

（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，使转录在所需

的地方停止下来(终止转录)。

基因工程的别名DNA重组技术、基因拼接技术、转基因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

原理/实质

（变异类型）

基因重组结果人类需要的基因产物

优点克服远缘杂交不亲和的障碍（与杂交育种相比），定向改造生物的遗传性状（与诱变育种相比）

理论基础①不同生物的DNA分子结构基本相同②所有生物共用一套遗传密码

常用类型E·coli DNA连接酶T4 DNA连接酶来源大肠杆菌T4噬菌体

功能只连接互补的黏性末端连接互补黏性末端和平末端，但对平末端的连接效率低