生物选修三基因工程知识点教学提纲

专题１基因工程

1.1 DNA重组技术的基本工具

１．基因工程又叫DNA重组技术，是指按照人们的愿望，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。操作水平是DNA分子水平，操作环境是在体外。

２．“分子手术刀”──限制性核酸内切酶。这类酶主要是从原核生物中分离纯化出来的。迄今已从近300种微生物中分离出了约4000种限制酶。能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列；切开两个两个核苷酸之间的磷酸二酯键，形成黏性末端或平末端。

３．“分子缝合针”──DNA连接酶。将切下来的DNA片段拼接成新的DNA 分子，恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。种类：1）E.coli DNA连接酶：只能将双链DNA片段互补的粘性末端之间连接起来2）T4 DNA连接酶：既可以“缝合”双链DNA片段互补的粘性末端，又可以“缝合”双链DNA片段的平末端，但连接平末端之间的效率比较低

４．“分子运输车”──基因进入受体细胞的载体。作为载体的必要条件：能自我复制、有切割位点、有遗传标记基因等。载体的种类：细菌质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒

1.2 基因工程的基本操作程序

１．基因工程的基本操作步骤主要包括：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。

２.目的基因的获取方法：从基因文库中获取、利用PCR提取目的基因、人工合成法。

3.PCR是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。原理DNA双链

复制。条件：模板DNA；RNA引物；四种脱氧核苷酸；热稳定DNA聚合酶（Taq 酶）。方法：DNA受热变性解旋为单链、冷却后RNA引物与单链相应互补序列结合、DNA聚合酶作用下延伸合成互补链。

4．基因表达载体的功能：使目的基因在受体细胞中稳定存在；可以遗传给下一代；使目的基因能够表达和发挥作用。

5．基因表达的载体的组成目的基因 +启动子 + 终止子 + 标记基因6．转化：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。

7.导入植物细胞：农杆菌转化法（表达载体导入农杆菌，再让农杆菌感染植

物细胞）

这是双子叶植物和裸子植物中常用的基因转化方法；基因枪法，这是单子叶植物中常用的基因转化方法；花粉管通道法，这种方法十分简便经济，我国的转基因抗虫棉就是用这种方法得到的。

8.导入动物细胞：显微注射法，将基因表达载体提纯，用显微注射仪注射到受精卵中。

9.导入微生物细胞：Ca2＋处理受体细胞成为感受态细胞，再进行混合。

10.检测是否插入目的基因，利用DNA分子杂交技术，目的基因DNA一条链（作探针）与受体细胞中提取的DNA杂交，看是否有杂交带。检测是否转录出了mRNA，利用DNA分子杂交技术，目的基因DNA一条链（作探针）与受体细胞中提取的mRNA杂交，看是否有杂交带。检测目的基因是否翻译成蛋白质。抗体与蛋白质进行抗原－抗体杂交，看是否有杂交带。还可以根据其性状进行个体水平的

鉴定。

1.3 基因工程的应用

一、植物基因工程成果

1．抗虫转基因植物

杀虫基因：主要有Bt毒蛋白基因、蛋白酶抵制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、

植物凝集素基因等。

2．抗病转基因植物

抗病基因：使用最多的是病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因；抗真菌转基因植物中可使用的基因有几丁质酶基因抗毒素合成基因。

3．其他抗逆转基因植物：

抗逆基因：调节渗透压的基因（使植物细胞渗透压升高以适应盐碱或干旱环境）、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因。

4．利用转基因改良植物的品质

举例：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，以提高植物氨基酸含量。

二、动物基因工程

1．用于提高动物生长速度：外源生长激素基因

2．用于改善畜产品的品质：肠乳糖酶基因，转基因牛的乳糖含量减少。

3．用转基因动物生产药物

基因来源：药用蛋白基因 + 乳腺蛋白基因的启动子

成果：乳腺生物反应器

4．用转基因动物作器官移植的供体

原理：使移植动物器官没有抗原，就不会发生免疫排斥反应

方法：将器官供体基因组导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因。

5．基因工程药品

来源：转基因工程菌。成果：白细胞介素、干扰素、抗体、疫苗、激素等。

三、基因治疗

1．概念：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手段。

2．种类：体外基因治疗和体内基因治疗。

3．原理：遗传病患者一般缺少正常基因，所以导入正常基因后，使基表达，

即可对病情起到缓解作用。

1.4 蛋白质工程的崛起

1.基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本来不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。

基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，天然蛋白质不一定完全符合人类生产和生活的需要。

2.蛋白质工程的目的：生产符合人们生活需要的并非自然界已存在的蛋白质

3.蛋白质工程的目标：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

4. 蛋白质工程的基本途径：预期蛋白质功能→设计预期蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷序列，可以创造自然界不存在的蛋白质

5.概念：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。也就是说，蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。

６．蛋白质工程取得的进展向人们展示出诱人的前景，但目前成功的例子不多，主要原因是蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，这种高级结构非常复杂，而目前科学家对大多数蛋白质的高级结构的了解还很不够。