高中生物选必三基因工程

这是一个关于高中生物选必三基因工程的思维导图，基因工程，又称DNA重组技术或基因拼接技术，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，从而创造出新的生物类型和生物产品。这一过程是在DNA分子水平上进行设计和施工的。

基因工程

• 基因操作程序
  • （一）目的基因的筛选与获取
    • 获取目的基因的方法
      • PCR技术
      • 人工合成
      • 构建基因文库
    • PCR技术
      • 全称：聚合酶链式反应 原理：半保留复制 优点：短时间内大量扩增 条件：引物、四种脱氧核苷酸、模板、解旋酶、耐高温的DNA连接酶、缓冲液 过程和温度：变性90°c 复性50°c 延伸72°c 鉴定方法：琼脂糖凝胶电泳
      • 引物的概念：引物是一段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸 设计依据：目的基因、两侧的核苷酸序列 作用：使DNA聚合酶能够从引物3'端开始连接脱氧核苷酸
      • 计算：①最早经过3轮扩增获得目的基因 ②经过n轮扩增得到DNA总数为2的n次方-2n ③经过n轮扩增需要2的n次方-1个引物
  • （二）基因表达载体的构建（核心步骤）
    • 基因表达载体的作用：①让基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代 ②使基因能够表达和发挥作用
    • 基因表达载体的结构包括：启动子、终止子、复制原点、标记基因、目的基因 启动子概念：是一段有特殊序列结构的DNA片段，位于基因上游，紧挨转录起始位点，驱动基因转录出mRNA 终止子概念：是一段有特殊序列的DNA片段，位于基因下游，使转录在所需地方停下来 标记基因作用：检测目的基因是否成功导入 复制原点的作用：使质粒在DNA复制时开始复制过程
    • 构建过程：对目的基因和载体要用同种或产生相同粘性末端的限制酶切，再用DNA连接酶连接。 用两种产生不同黏性末端的限制酶切割是为了避免目的基因和质粒的自生环化和反向连接
  • （三）将目的基因导入受体细胞
    • 对于不同生物类型受体 导入方法不同
      • 受精卵--花粉管道通法
      • 植物细胞--农杆菌转化法
      • 动物细胞--显微注射技术
      • 原核生物--钙离子处理法
    • 农杆菌转化法：转化是指目的基因进入受体细胞内，并在细胞内维持稳定和表达的过程 侵染类型：双子叶植物和裸子植物 原理：将Ti质粒上的T-DNA（可转移DNA）转移到被侵染的细胞，并且将其整合到该细胞的染色体DNA上
    • 钙离子处理使大肠杆菌处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态
  • （四）目的基因的检测与鉴定
    • 分子水平
      • PCR技术--检测染色体DNA上是否插入目的基因或检测目的基因是否转录出mRNA　　　　　　　　　　　抗原－抗体杂交--检测目的基因是否翻译出蛋白质
      • PCR技术检测是否转录出mRNA先要逆转录出ｃDNA
    • 个体水平
      • 抗虫--用虫食用棉花，观察其存活情况来鉴定棉花是否有抗虫特性
      • 耐盐--放在高盐度环境中培养
      • 耐低温--低温处理
      • 抗病--感染病毒
      • 抗除草剂--喷洒除草剂
• 实验
  • DNA粗提取与鉴定
    • 实验原理
      • DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精
      • DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，它能溶于2mol/L的NaCl溶液
      • DNA遇二苯胺试剂会出现蓝色，因此二苯胺试剂可以作为鉴定DNA的试剂
    • 实验步骤流程图
      • ①研磨：纱布过滤，取滤液
      • ②离心/冰箱静置
      • ③取上清液
        • 静置（白色丝状物晾干）
        • 离心（沉淀物晾干）
      • ④溶于2mol/L的NaCl溶液，再加二苯胺试剂经过沸水浴呈现蓝色
  • 琼脂糖凝胶电泳
    • 影响DNA迁移速率的因素：凝胶的浓度、DNA分子的大小、构象
    • 电泳后的结果要在波长为300nm的紫外灯下才能检测出来
• 蛋白质工程
  • 蛋白质工程的操作对象是基因。原因：①易于操作②改造了基因可以间接改造蛋白质③改造后能遗传
  • 基本思路：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--找到并改变相应的脱氧核苷酸序列或合成新的基因--获得所需要的蛋白质
  • 区分蛋白质工程和基因工程：①基因工程的研究对象：DNA（即基因）蛋白质工程的研究对象：蛋白质 ②基因工程的功能：对基因进行拼接。蛋白质工程的功能：对蛋白质进行修饰。
• 拓展：以下过程需要的酶分别是？
  • DNA体内复制：DNA聚合酶、解旋酶
  • PCR技术：耐高温的DNA聚合酶
  • 转录：RNA聚合酶
  • 逆转录：逆转录酶
  • 水解DNA：DNA酶
  • 构建基因表达载体：限制性内切酶、DNA连接酶
• 基本工具
  • 限制酶
    • 作用特点：能够识别DNA分子的特定核苷酸序列，并且使每条链中特定部分的磷酸二脂键断开
    • 切割结果：切割产生DNA片段末端－粘性末端和平末端
  • DNA连接酶
    • 作用：恢复被限制酶切开的磷酸二脂键
    • 种类：E.coliDNA连接酶、T4DNA连接酶
  • 载体
    • 种类：质粒、噬菌体、动植物病毒
    • 质粒的概念：质粒是一种裸露的，结构简单，独立于真核细胞核或原核细胞拟核DNA之外，并具有自我复制能力的环状双链DNA分子
    • 质粒作为载体的特点
      • 有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA插入其中
      • 能在细胞中进行自我复制或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制
      • 常有特殊的标记基因，便于重组DNA分子筛选
• 概念
  • 别名：重组DNA技术
  • 原理：基因重组
  • 操作水平：DNA分子水平
  • 优点：定向改造生物性状，克服远缘杂交不亲和的障碍
• 基因工程的诞生与发展
  • 肺炎链球菌的转化实验
    • 给人工转基因以启示
  • DNA双螺旋结构模型发现
    • 不同来源的DNA片段可以拼接
  • DNA的半保留复制
    • 外源DNA在细胞中稳定存在
  • 生物界共用一套密码子和中心法则
    • 外源基因可在受体细胞表达
  • 质粒、限制酶、DNA连接酶依次被发现
    • 为重组DNA分子提供条件