专题1_基因工程_知识点梳理(含教材答案)

专题1 基因工程

※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。

﹡原理：基因重组

﹡目的：创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。

﹡意义：能够打破生物种属的界限（即打破生殖隔离，克服远源杂交不亲和的障碍），在分子水平上定向改变生物的遗传特性。

﹡操作水平：DNA分子水平

【思考】：

（1）基因工程的物质基础是：所有生物的DNA均由四种脱氧核苷酸组成。

（2）基因工程的结构基础是：所有生物的DNA均为双螺旋结构。

（3）一种生物的DNA上的基因之所以能在其他生物体内得以进行相同的表达，是因为它们共用一套遗传密码子。

一、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（回文结构特点）。

①在中心轴线两侧将DNA切开，切口是黏性末端。

②沿着中心轴线切开DNA，切口是平末端。

2.“分子缝合针”——DNA连接酶

（1）分类：根据酶的来源不同，可分为E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶两类

（2）功能：恢复被限制酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

★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．coIiDNA连接酶来源于大肠杆菌，只能使黏性末端之间连接；

T4DNA连接酶能缝合两种末端，但连接平末端之间的效率较低。

(3)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。

（4）与DNA分子相关的酶

3.“分子运输车”——载体

（1）作用：

①作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞内；②利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。（2）载体具备的条件：

①能在受体细胞中自我复制，或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制。

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。

④大小合适，对受体细胞无害。

（3）最常用的载体是质粒。

它常存在于原核细胞和酵母菌中，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。

（4）其它载体：噬菌体的衍生物、动植物病毒

4 DNA的能力，至于原因，现在还不清楚，也许将来会发现可以连接单链DNA的酶。

二、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：主要是指编码蛋白质的结构基因，也可以是一些具有调控作用的因子。

※基因的结构：

基因是有遗传效应的DNA片段(注：RNA病毒为RNA)，分为编码区和非编码区。

编码区：能转录出mRNA，原核生物中也就是能编码蛋白质的区段

非编码区：不能转录出mRNA，也不能编码蛋白质的区段

※原核细胞的基因结构与真核细胞的基因结构的异同点

真核细胞基因结构要比原核细胞的基因结构复杂，编码区间隔的、不连续，能够编码蛋白质的序列被不能够编码蛋白质的序列分隔开来，成为一种断裂的形式，分为：外显子：能够编码蛋白质的序列；内含子：不能够编码蛋白质的序列

（１）原核细胞基因的结构

非编码区中存在调控遗传信息表达的核苷酸序列:

①编码区上游的RNA聚合酶结合位点，即启动子，可控制RNA聚合酶的结合。RNA聚合酶是一种蛋白质，能识别并结合调控序列中的结合位点，能催化DNA转录为RNA

②编码区下游有终止子，可控制RNA聚合酶的停止、脱落。

（2）真核细胞基因的结构

(调控序列)

2.获目的基因的来源：从自然界中已有的物种中分离及人工合成。

3.目的基因的获取方法：

（1）从基因文库中获取（基因组文库、cDNA文库）

※基本概念的理解：

①将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，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的基因，称为基因文库。

②将某种生物体内的DNA全部提取出来，选用适当的限制酶，将DNA切成一定范围大小的DNA片段，然后将这些片段分别与载体连接起来，导入受体菌的群体中储存，每个受体菌都含有了一段不同的DNA

片段。这个群体包含了这种生物的所有基因。这种基因文库叫基因组文库。

③有些基因文库比较小，只包含了一种生物的一部分基因，这种基因文库叫做部分基因文库，如cDNA文

库（用某种生物发育的某个时期的mRNA反转录产生的多种互补DNA（也叫cDNA）片段，与载体连接

后储存在一个受体菌群中，这个受体菌群体叫做这种生物cDNA文库。）

﹡基因组文库和部分基因文库的比较：

（2）用化学方法直接人工合成

①反转录法：以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需的基因。

目的基因转录成的mRNA 单

链DNA双链DNA（目

的基因）

②根据已知的氨基酸序列合成DNA法:

蛋白质中氨基酸的序列mRNA中的碱基序列DNA碱基序列目的基因目的基因

（3）用PCR技术扩增目的基因

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。

※ PCR技术扩增目的基因