基因工程思维导图

生物选修三基因工程思维导图，介绍了操作工具、基本操作、应用和蛋白质工程、DNA的粗提纯与鉴定等，结构型知识框架方便学习理解！

基因工程

• 1. 操作工具
  • 限制性核酸内切酶（限制酶）
    • 来源：主要来自原核生物
    • 功能：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
    • 结果：产生黏性末端或平末端
    • 应用：限制酶EcoRI和SmaI识别并切割特定的碱基序列，这两种限制酶识别的碱基序列和切割位点均不同，说明限制酶具有专一性
  • DNA连接酶
    • 作用：“缝合”双链DNA片段，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键
    • 种类
      • E·coliDNA连接酶
        • 来源：大肠杆菌
        • 特点：只能连接黏性末端
      • T4DNA连接酶（
        • 来源：T4噬菌体
        • 特点：黏性末端或平末端均可连接
    • 与限制酶的关系：DNA连接酶恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键
  • 载体
    • 作用：携带外源DNA片段进入受体细胞
    • 种类：动植物病毒、λ噬菌体的衍生物、质粒等
    • 条件
      • 能自我复制
      • 有一个至多个限制酶切割位点
      • 有特殊的标记基因
• 2. 基本操作
  • 目的基因的获取
    • 目的基因：主要指编码蛋白质的基因，也可以是一些具有调控作用的因子
    • 获取方法
      • 直接分离法：从自然界已有的物种中分离
      • 人工合成
        • 若基因较小，核苷酸序列已知，可通过DNA合成仪化学合成
        • 以RNA为模板，在逆转录酶的作用下人工合成
    • 扩增目的基因：PCR技术
      • 原理;DNA复制原理
      • 反应过程
        • 变性
          • 温度上升到90℃左右
          • 双链DNA解聚为单链
        • 复性
          • 温度下降到50℃左右
          • 两种引物与两条单链DNA结合
        • 延伸
          • 温度上升到72℃左右
          • Taq酶从引物起始进行互补链的合成，使新链由5’端向3’端延伸
  • 基因表达载体的构建（核心）
    • 目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代
    • 基因表达载体的组成
      • 目的基因
      • 启动子：RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录
      • 终止子：RNA聚合酶脱离部位，终止转录
      • 标记基因：鉴别受体细胞中是否还有目的基因
    • 过程
  • 将目的基因导入受体细胞
    • 农杆菌转化法（植物细胞）
      • 受体细胞：体细胞或受精卵
      • 过程：将目的基因插入T-DNA上→导入农杆菌→侵染植物细胞→整合到受体细胞的染色体DNA上→表达
    • 显微注射法（动物细胞）
      • 受体细胞：动物细胞
      • 过程：基因表达载体→（显微注射）→受精卵→（发育）→新性状个体
    • Ca2+转化法（微生物细胞）
      • 受体细胞;原核细胞
      • Ca2+处理细胞→感受态细胞重组→表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子
  • 目的基因的检测与鉴定
    • 1.目的基因是否插入→（检测）→DNA分子杂交→（现象）→是否出现杂交带分子水平检测
    • 2.是否转录出mRNA→（检测）→核酸分子杂交→（现象）→是否出现杂交带分子水平检测
    • 3.是否翻译成蛋白质→（检测）→抗原-抗体杂交→（现象）→是否出现杂交带分子水平检测
    • 4.个体鉴定→（检测）→接种实验→（现象）→抗体是否存在个体生物学水平鉴定
• 3. 应用和蛋白质工程
  • 动植物基因工程
    • 动物基因工程
      • 提高动物生长速度从而提高产品产量
      • 改善畜产品品质
      • 用转基因动物生产药物
      • 用转基因动物做器官移植的供体
    • 植物基因工程
      • 培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和抗逆转基因植物
      • 利用转基因改良植物的品质
  • 基因工程药物
    • 来源：利用转基因的“工程菌”来生产
    • 种类：细胞因子、抗体、疫苗、激素等
  • 基因诊断与基因治疗
    • 基因诊断（DNA诊断）：用基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体
    • 基因治疗
      • 概念：将正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而治疗疾病
      • 成果：腺苷酸脱氨酶基因→取自患者的淋巴细胞→淋巴细胞产生腺苷酸脱氨酶→将淋巴细胞转入患者体内→治疗复合性免疫缺陷病
      • 类型
        • 体外基因治疗：从病人体内获得某种细胞，在体外完成基因转移，再转回患者体内
        • 体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移基因
  • 蛋白质工程
    • 概念
      • 基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系
      • 手段：基因修饰或基因合成
      • 目的：合成满足人类生产和生活需求的蛋白质
    • 基本流程：预期功能→蛋白质三维结构→（分子设计）→氨基酸序列→（DNA合成）→基因DNA
    • 结果：改造了现有蛋白质或制造出新的蛋白质
    • 应用：（主要）对现有蛋白质进行改造，改良生物性状
• 4. DNA的粗提纯与鉴定
  • 实验原理
    • 提取思路：利用DNA和其他物质在理化性质方面的差异，提取DNA
    • DNA的性质
      • 溶解度:DNA在0.14mol/L的NaCl溶液中溶解度最低，DNA不溶于酒精
      • 对酶、高温和洗涤剂的耐受性强
      • DNA的鉴定：DNA+二苯胺试剂→（沸水浴）→蓝色
  • 操作流程
    • 1.选用DNA含量相对较高的生物组织：材料的选取
    • 2.收集滤液←用纱布过滤←用玻璃棒搅拌←加蒸馏水←鸡血细胞：破碎细胞（鸡血为例）
    • 3.利用DNA在不同浓度的NaCl中溶解度不同，通过控制NaCl溶液的浓度去除杂质：去除杂质
    • 4.将处理后的滤液过滤，加入与滤液体积相等的、冷却的体积分数为95%的酒精溶液：DNA的析出
    • 5.在溶有DNA的溶液中加入二苯胺试剂，混和均匀后将试管置于沸水中加热5min，溶液变成蓝色：DNA的鉴定