导图社区 生物选修三基因工程
高中生物选修三基因工程内容思维导图，分支内容包括：DNA重组技术的基本工具、基因工程的基本操作程序、基因工程的应用、蛋白质工程的崛起。
社区模板帮助中心，点此进入>>
《老人与海》思维导图
《傅雷家书》思维导图
《阿房宫赋》思维导图
《西游记》思维导图
《水浒传》思维导图
《茶馆》思维导图
《朝花夕拾》篇目思维导图
英语词性
生物必修一
安全教育的重要性
基因工程
DNA重组技术的基本工具
限制性核酸内切酶
来源： 主要从原核生物中分离纯化出来
功能： 能识别双链DNA分子中某种特定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 （磷酸二酯键是切点）
切割产生的DNA片段末端通常有两种形式
黏性末端 例如EcoR1 （两端不平）
当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开时，产生的是黏性末端
平末端 例如Sma1(两端平)
当限制酶在他识别序列的中心轴线处切开时，产生的是平末端
DNA连接酶
从大肠杆菌（来源）中分离得到的称为E•coliDNA连接酶
只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间连接起来 (不能将双链DNA片段平末端之间进行连接)
从T4噬菌体中分离出来的称为T4DNA连接酶
既可以"缝合"的双链DNA片段互补的黏性末端， 也可以”缝合”双链DNA片段的平末端， 但是连接平末端之间的效率比较低
基因进入受体细胞的载体（质粒）
定义： 质粒是一种裸露的，结构简单，独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子
① 质粒DNA分子上有一个至多个限制酶切割位点供外源DNA片段（基因）插入其中
② 携带外源DNA片段的质粒进入受体细胞后，在细胞中进行自我复制，或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制
③ 质粒DNA分子上有特殊的标记基因 例：
四环素抗性基因
氨苄青霉素抗性基因
④ 对受体细胞无害
在基因工程中使用的载体除质粒外还有 噬菌体的衍生物，动植物病毒等（都进行过人工改造）
基因工程的基本操作程序
目的基因的获取
获取目的基因是实施基因工程的第一步
目的基因主要是指编码蛋白质的结构基因
与生物抗逆性相关的基因
与优良品质相关的基因
与生物药物和保健品相关的基因
与毒物降解相关的基因
与工业属于需用酶相关的基因
从基因文库中获取目的基因
基因文库：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，这个受体菌分别含有这种生物的不同的基因
包含了一种生物所有的基因的基因文库叫基因组文库
只包含了一种生物的一部分基因的基本文库叫做部分基因文库
如cDNA文库
获取方法： 根据目的基因的有关信息
根据基因的核苷酸序列
根据基因的功能
根据基因在染色体上的位置
根据基因的转录产物 mRNA
根据基因表达产物蛋白质
利用pcr技术扩增目的基因
PCR是多聚酶链式反应
是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术
原理：利用DNA双链复制（半保留复制）的原理
前提：要有一段已知目的基因的核苷酸序列（根据序列合成引物）
扩增的过程：
加热：加热至90～95℃时，DNA解链（[H]断裂形成DNA单链）
退火：冷却至55~60℃时，引物结合到互补DNA链，形成局部双链
延伸：加热至70～75℃时，Taq酶从引物起始进行互补链的合成
每一循环拷贝数加倍，即成指数形式扩增
上述过程可以在PCR扩增仪中自动完成
可以通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成 （基因比较小，核苷酸序列又已知）
基因表达载体的构建
基因表达载体的构建是实施基因工程的第二步，也是基因工程的核心
其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传下一代，且使其能够表达和发挥作用
除目的基因外还必须有
启动子
是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首段
终止子
是一段有特殊结构的DNA短片段，位于基因的尾端
标记基因
作用：为了鉴别受体蛋白中是否含有目的基因
将目的基因导入受体细胞
将目的基因导入受体细胞是基因工程的第三步
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
将目的基因导入植物细胞
农杆菌转化法
原理
①当植物体受到损伤时，伤口处的细胞会分泌大量的酚类化合物，吸引农杆菌移向这些细胞
②农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA(可转移的DNA)可转移至受体细胞，并整合到受体细胞的染色体的DNA上
方法
将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上
通过农杆菌的转化作用，可以使目的基因进入植物细胞
并将其插入到植物细胞中染色体的DNA上
使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达
特点
优势
比较经济和有效
能感染双子叶植物和裸子植物
劣势
对于大多数单子叶植物没有感染能力
基因枪法
微弹轰击法
利用压缩气体产生的动力
将包裹在金属颗粒表面的表达载体DNA打入受体细胞中
金属颗粒中有钨粉粒子和金粉粒子
使目的基因与其整合并表达的方法
是单子叶植物中常用的基因转化方法
成本较高
花粉管通道法
是我国科学家独创的一种方法
植物花粉在柱头上萌发后，花粉管要穿过花柱直通胚囊
具体方法
在植物受粉后，花粉形成的花粉管未愈合前，剪去柱头
然后滴加DNA（含目的基因）
使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞
典例
转基因抗虫棉
十分简便经济
目的基因导入动物细胞
显微注射技术
是转基因动物中采用最多也是最为有效的一种方法
基本的操作程序
①将目的基因的表达载体提纯， 并使DNA浓度保持在1～3微克每毫升
②从雌性动物中取出卵（可以体内受精，也可以体外受精） 采用显微注射仪进行显微注射
③将注射了目的基因的受精卵经胚胎早期培养一段时间后
④在移植到雌性动物的输卵管或子宫内，使其发育成为具有新性状的动物
将目的基因导入微生物细胞
原核生物的特点
繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对较少等
感受态细胞法（以大肠杆菌为例）
①用二价钙离子处理细胞，使细胞（被称为感受态细胞）处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态
②将重组表达载体DNA分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合
③在一定温度下促进感受态细胞吸收DNA分子，完成转化过程
目的基因的检测与鉴定
目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性，只有通过检测与鉴定才能知道。这是基因工程的第四步工作
①检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因
是目的基因能否在受体细胞中稳定遗传的关键
检测方法：采用DNA分子杂交技术
将转基因生物的基因组DNA提取出来
在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素等做标记，作为探针
使探针与基因组DNA杂交
观察是否有杂交带
若有，则表明目的基因已插入染色体DNA中
②检测目的基因是否转录出了 mRNA
是检验目的基因能否发挥功能作用的第一步
检测方法：采用分子杂交技术
不同：从转基因生物中提取的是mRNA
若有，则表明目的基因转录出了mRNA
③检测目的基因是否翻译成蛋白质
检测方法
从转基因生物中提取蛋白质
用相应的抗体进行抗原--抗体杂交
若有，则表明目的基因已形成蛋白质产品
④有时需要个体生物学水平的鉴定
基因工程的应用
植物基因工程硕果累累
抗虫转基因植物
从某些生物中分离出具有杀虫活性的基因将其导入作物中使其具有抗虫性
用于杀虫的基因
BT毒蛋白基因
蛋白酶抑制剂基因
淀粉酶抑制剂基因
植物凝聚素基因
转基因抗虫棉（打入BT毒蛋白基因）
抗病转基因植物
抗病转基因植物使用基因
病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因
抗真菌转基因植物使用基因
几丁质酶基因和抗毒素合成基因
抗逆转基因植物
调节细胞渗透压的基因
利用转基因改良植物的品质
动物基因工程前景广阔
用于提高动物生长速度
外源生长激素基因
用于改善畜产品的品质
肠乳糖酶基因
用转基因动物生产药物
将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起
通过分泌乳汁来生产所需要的药品
称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器
用转基因动物作器官移植的供体
器官供体基因组导入某种调节因子
抑制抗原决定基因的表达或设法除去抗原决定基因
克隆技术
基因工程药物异军突起
例
利用转基因的工程菌生产药物
重组人干扰素
血小板生成素
促红细胞生成素
粒细胞集落刺激因子
基因治疗曙光初照
将正常基因导入病人体内使该基因表达产物发挥功能
体外基因治疗（以T淋巴细胞为例）
在体外完成基因转移
筛选成功转移的细胞扩增培养
重新输入患者体内
操作复杂
效果可靠
体内基因治疗
以病毒为载体将正常基因转入病人体内
蛋白质工程的崛起
蛋白质工程崛起的缘由
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
蛋白质工程的基本原理
天然蛋白质
基因→表达（转录和翻译）→形成氨基酸序列的多肽链→形成具有高级结构的蛋白质→行使生物功能
蛋白质工程
从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）
蛋白质工程只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需求
蛋白质工程的进展与前景
例如
通过对胰岛素的改造成为速效型药品
用蛋白质工程方法制成的电子元件具有体积小耗电少和效率高的特点
