高中生物選修3-基因工程知識點彙總大全

第一章 基因工程

第一節 基因工程概述

一．基因工程的概念

由於基因工程是在DNA分子水平上進行操作,因此又叫做重組DNA技術。

二．基因工程的基本工具

（一）“分子手術刀”——限制性核酸內切酶（簡稱限制酶）

1．來源：主要是從原核生物中分離純化出來的。

2．功能：能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，並且使每一條鏈中特定部位的兩

個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。

3．結果：經限制酶切割產生的DNA片段末端通常有兩種形式：黏性末端和平末端。

（二）“分子針線”——DNA連線酶

1．分類：根據酶的來源不同，可分為E·coliDNA連線酶和T4DNA連線酶兩類

2．功能：恢復被限制酶切開了的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵。

★兩種DNA連線酶(E·coliDNA連線酶和T4DNA連線酶)的比較：

①相同點：都縫合磷酸二酯鍵

②區別：E．coIiDNA連線酶來源於大腸桿菌，只能使黏性末端之間連線；

T4DNA連線酶能縫合兩種末端，但連線平末端之間的效率較低。

★DNA連線酶與DNA聚合酶作用的比較

(三) “分子運輸車”——載體

1.載體具備的條件：

①能在受體細胞中複製並穩定儲存；

②具有一至多個限制酶切割位點，供外源DNA片段插入；

③具有標記基因，供重組DNA的鑑定和選擇。

2.基因工程常用的載體有： 質粒 、 噬菌體 和 動、植物病毒 等。

最早應用的載體是質粒，它是細菌細胞中的一種很小的雙鏈環狀DNA分子。

三．基因工程的基本過程

(一) 獲得目的基因（目的基因的獲取）

1.獲取方法主要有兩種：①從自然界中已有的物種中分離出來，可從基因文庫中獲取。

②用人工的方法合成。

★獲得原核細胞的目的基因可採取直接分離，獲取真核細胞的目的基因一般是人工合成。

★人工合成基因的常用方法有反轉錄法和化學合成法。

2.利用PCR技術擴增目的基因

（1）PCR的含義：是一項在生物體外複製特定DNA片段的核酸合成技術。

（2）目的：獲取大量的目的基因

（3）原理：DNA雙鏈複製

（4）過程：第一步：加熱至90～95℃DNA解鏈為單鏈；

第二步：冷卻到55～60℃，引物與兩條單鏈DNA結合；

第三步：加熱至70～75℃，熱穩定DNA聚合酶從引物起始進行互補鏈的合成。

（5）特點：指數形式擴增

(二) 製備重組DNA分子（基因表達載體的構建）

1．重組DNA分子的組成：除了目的基因外，還必須有標記基因。

★標記基因的作用：鑑定受體細胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來。

2．方法：同種限制酶分別切割載體和目的基因，再用DNA連線酶把兩者連線。

(三) 轉化受體細胞（將目的基因匯入受體細胞）

1.轉化的概念：是目的基因進入受體細胞內，並且在受體細胞內維持穩定和表達的過程。

2.常用的轉化方法：

①將目的基因匯入植物細胞：採用最多的方法是農桿菌介導轉化技術（農桿菌轉化法），其次還有基因槍介導轉化技術（基因槍法）和花粉管通道技術（花粉管通道法）。

②將目的基因匯入動物細胞：最常用的方法是顯微注射技術。此方法的受體細胞多是受精卵。

③將目的基因匯入微生物細胞：Ca＋處理法。

(四) 篩選出獲得目的基因的受體細胞、培養受體細胞並誘導目的基因的表達（目的基因的檢測與鑑定）

1.首先要檢測轉基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，方法是採用DNA分子雜交技術。

2.其次還要檢測目的基因是否轉錄出mRNA，方法是採用DNA分子雜交技術。

3.最後檢測目的基因是否翻譯成蛋白質，方法是採用抗原—抗體雜交技術。

4.有時還需進行個體生物學水平的鑑定。如抗蟲或抗病的鑑定等。

第二節 基因工程的應用

1．運用基因工程改良動植物品種最突出的優點是：能打破常規育種難以突破的物種之間的界限。

2．基因工程的應用

（1）植物基因工程：抗蟲、抗病、抗逆轉基因植物，利用轉基因改良植物的品質。

（2）動物基因工程：提高動物生長速度來提高產品產量、改善產品品質，用轉基因動物生產藥物，用轉基因動物作器官移植的供體等。

（3）基因診斷和基因治療：

基因診斷：又稱為DNA診斷，是採用基因檢測的方法來判斷患者是否出現了基因異常或攜帶病

原體。

基因治療：指利用正常基因置換或彌補缺陷基因的治療方法。

例項：ADA基因缺陷症的基因治療

第三節 蛋白質工程

1．蛋白質工程的實質：根據蛋白質的結構與功能之間的關係，透過改造基因，以定向改造天然蛋白質，甚至創造自然界不存在的、具有優良特性的蛋白質。

2．蛋白質工程的基本原理

預期蛋白質功能→測定蛋白質三維空間結構→推測應有的氨基酸序列→找到對應的脫氧核苷酸序列（基因）→具有預期功能的蛋白質

3.蛋白質工程的應用

（1）透過改造酶的結構，有目的地提高蛋白質的熱穩定性。

（2）合成嵌合抗體。

（3）改變蛋白質的活性。

★蛋白質工程與基因工程區別