基因工程

高中生物基因工程专题，内容详细，契合课本。基因工程又称基因拼接技术和DNA重组技术，是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不同来源的基因按预先设计的蓝图，在体外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品的遗传技术。基因工程技术为基因的结构和功能的研究提供了有力的手段。

基因工程

• 基本工具
  • 限制酶
    • 来源：
      • 主要从原核生物中分离纯化出来
    • 作用：
      • 识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并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
    • 末端：
      • 黏性末端、平末端
  • DNA连接酶
    • 分类：
      • E·coliDNA连接酶，大肠杆菌分离，连接黏性末端 T4DNA连接酶，T4噬菌体分离，连接黏性、平末端
    • 作用
      • 连接各种DNA片段，不同基因重组，双链DNA片段“缝合”，恢复磷酸二酯键
  • 载体
    • 来源：
      • 质粒（人工改造）、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒
    • 特点：
      • 1.有一个或多个限制酶切点，供外源基因插入 2.有特殊标记基因，供重组DNA鉴定和选择 3.在细胞中能自我复制并稳定保存
• 操作程序
  • 目的基因获取
    • 从自然界已有的物种中分离
      • 1.从基因文库中获取
        • 基因组文库：包含一种生物所有基因 cDNA文库：mRNA反转录，部分基因
      • PCR扩增技术获取
        • 原理：DNA双链复制 前提：有一段已知的目的基因的核苷酸序列，据其合成引物 条件：模板、原料、能量、温度、引物DNA、Taq酶 过程：变性、复性、延伸、循环
    • 人工方法合成
      • 条件：基因比较小，核苷酸序列已知
  • 基因表达载体构建（核心）
    • 目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在并可遗传给下一代，是目的基因能够表达发挥作用 组成：目的基因、启动子（RNA聚合酶结合，启动转录）、终止子（终止转录）、标记基因、复制原点
  • 将目的基因导入受体细胞
    • 转化：目的基因进入受体细胞内，在细胞内维持稳定和表达的过程
    • 导入植物细胞：农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法 导入动物细胞：显微注射法 导入微生物细胞：Ca+处理法
  • 目的基因检测与鉴定
    • 1.检测转基因生物DNA是否插入目的基因，DNA分子杂交技术 2.检测目的基因是否转录成mRNA，分子杂交技术 3.检测目的基因是否翻译成蛋白质，抗原-抗体杂交 4.个体生物学水平鉴定，抗虫抗病接种试验
• 应用
  • 植物基因工程应用
    • 抗虫转基因植物：转入Bt毒蛋白基因的抗虫棉
    • 抗病转基因植物：转入病毒外壳蛋白基因和病毒复制基因(抗病毒）、几丁质酶基因和抗毒素合成基因（抗真菌）
    • 抗逆转基因植物：转入调节细胞渗透压的基因（抗碱抗旱）、鱼的抗冻蛋白基因（抗寒）抗除草剂基因
    • 转基因改良植物品质：转入氨基酸含量多的蛋白质编码基因（提高氨基酸含量）、转基因然叔番茄
  • 动物基因工程应用
    • 提高动物生长速度
    • 改良动物品质
    • 转基因动物生产药物：乳腺生物反应器
    • 转基因动物做器官移植的供体：抑制抗原决定基因的表达或除去
  • 基因工程药物、基因治疗
• 蛋白质工程
  • 概念：以蛋白质分子的结构规律以及与生物功能的关系为基础，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，已满足人类生产生活需要。
  • 基础：基因工程
  • 过程：预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列
  • 比较:与基因工程相比，蛋白质工程能产生新基因、新蛋白质。但都要改造基因都属分子水平