高中生物选修三之基因工程

高中理科党冲刺复习干货!生物选修三知识点总结，包括基因工程、细胞工程和胚胎工程三大知识点。学会利用思维导图可以大大提高自己的复习效率，喜欢的小伙伴可以点个赞哦!

基因工程

• 概念
  • 按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更付个人们需要的生物类型和生物产品。
  • 别名
    • DNA重组技术、基因拼接技术
  • 操作环境
    • 生物体外
  • 操作对象
    • 基因
  • 操作水平
    • 分子水平
  • 实质
    • 定向改造基因
  • 结果
    • 人类需要的生物类型和生物产品
  • 原理
    • 基因重组
  • 与诱变育种相比
    • 可定向改造生物的遗传性状
  • 与杂交育种相比
    • 可克服远缘杂交不亲和的状态
• DNA重组技术的基本工具
  • 分子手术刀
    • 限制性核算内切酶
      • 来源
        • 是原核细胞防御外界DNA入侵的武器
        • 本身无识别序列或通过修饰（甲基化、乙酰化)
          • 防止自我切割
      • 特点
        • 识别特定的核苷酸序列，并在特定的部位切割DNA分子
      • 作用
        • 磷酸二酯键
      • 结果
        • 将DNA分子切成DNA片段，产生平末端或黏性末端
      • 种类
        • SmaI
          • -CCC/GGG- -GGG/CCC-
        • EcoRI
          • -G/AATTC- -CTTAA/G-
      • 注意
        • 一定记得加“-”
    • 工具酶
  • 分子缝合针
    • DNA连接酶
      • 条件
        • 两DNA分子具有相同末端
      • 作用
        • 催化两DNA分子间磷酸二酯键形成，构建重组DNA
      • 种类
        • E·coliDNA连接酶
          • 只黏性
          • 来自大肠杆菌
        • T4DNA连接酶
          • 皆可连接，效率低
          • 来自T4噬菌体
  • 分子运输车
    • 运载体
      • 不是载体
      • 特点
        • 能在宿主细胞中自我复制并稳定存在
        • 具有一或多个限制酶切割位点
        • 具有特殊标记基因
          • 用于鉴别和选择
            • 四环素抗性基因
            • 氨苄青霉素抗性基因
      • 作用
        • 将目的基因转移到宿主细胞中并大量复制
          • 自我复制
          • 整合到染色体DNA，随之同步复制
      • 种类
        • 质粒
          • 基因工程操作中，真正用作载体的质粒，都在天然质粒基础上进行过人工改造
        • λ噬菌体的衍生物
        • 动植物病毒
• 基本操作程序（按顺序）
  • 获取目的基因
    • 从基因文库中获取
      • 原理
        • • 能转录
            • 编码区
              • 外显子
                • 能表达
                  • 原核生物无内含子，边转录边翻译
                  • 真核生物有内含子，先转录后表达
                  • 一段编码区，N(外显子)=N(内含子)+1
              • 内含子（仅真核生物）
                • 断裂基因非编码序列，可转录，但被剪切掉，故成熟mRNA及其逆转录产物上无内含子编码序列。
                • 可能含有进化过程中丧失功能部分。
                • 对蛋白质结构无意义，无自然选择压力，所以比外显子有更多突变。
                • 非编码序列
          • 调控转录
            • 非编码区
              • 启动子
              • 终止子
              • 增强子（增强表达)
              • 减弱子(类上)
              • 其他
      • 基因文库
        • 定义
          • 含有某种生物不同基因许多DNA片段的受体菌群
          • 各个受体菌分别含该生物不同基因
        • 种类
          • 部分基因文库
            • 如cDNA文库
              • 建立方法：逆转录法
              • 注：（大肠杆菌）含（人）蛋白A基因但无法表达，因其不能合成成熟mRNA
          • 基因组文库
            • 建立方法：直接分离法
              • 步骤
                • 1、将该生物DNA用限制酶切成小段
                • 2、插入载体中
                • 3、进入受体菌
              • 缺陷
                • 部分基因被从中间切断，结构不完整，无法表达
      • 根据基因核苷酸序列、功能、位置、mRNA，以及蛋白质等特性获取目的基因
    • PCR扩增
      • polymerase chain reaction 多聚酶链式反应
      • 原理
        • DNA半保留复制
      • 条件
        • 模板
          • 含有目的基因的DNA片段
        • 原料
          • 四种游离的dNTP
        • 酶
          • Taq酶（无解旋酶）
            • 70℃-75℃
            • 钱嘉韵
            • 3’-5’（母链）
        • 一对引物
          • 含15-40个碱基的脱氧核苷酸链
          • 分别与模版链碱基互补配对作PCR起点
          • PCR每循环一次消耗一定引物
      • 过程
        • 高温变性
          • 90℃-95℃
          • 解旋，成单链
        • 低温退火
          • 55℃-60℃
          • 引物与单链特异性结合
        • 适温延伸
          • 70℃-75℃
          • 合成DNA片段
    • 人工合成
      • 具体方法
        • 化学合成法
          • 由蛋白质逆推至DNA序列
        • 反转录法
          • 由mRNA逆转录
          • 产物DNA无非编码序列
      • 适用范围
        • 已知核苷酸序列，且较小
  • 构建表达载体（核心）
    • 目的
      • 使目的基因
        • 在受体细胞中稳定存在
        • 遗传给下一代
        • 表达、发挥作用
    • 组成
      • 启动子
        • RNA聚合酶识别、结合位点
      • 目的基因
        • 夹在启动子和终止子之间
      • 终止子
        • 使转录在需要处停下来
      • 标记基因
        • 鉴别受体细胞中是否含有目的基因
      • （复制原点）
        • 若能整合染色体（拟核）
          • 不需要
          • 稳定性更好
    • 工具
      • 限制性核酸内切酶
      • DNA连接酶
      • 载体
  • 导入受体细胞（得到转基因生物）
    • 转化
      • 概念
        • 目的基因进入受体细胞，并在其内维持稳定和表达的过程
      • 实质
        • 目的基因整合到染色体基因组中
      • 方法
        • 植物细胞
          • 农杆菌转化法
            • 不感染单子叶
            • 伤口分泌酚类化合物
            • 主要侵染根
          • 基因枪法
            • 载体DNA包裹在金属颗粒表面
          • 花粉管通道法
            • 趁花粉管未愈合剪去柱头，滴含目的基因DNA
            • 仅我国转基因抗虫棉
            • 体细胞或受精卵
        • 动物细胞
          • 显微注射技术
            • 受精卵
            • DNA浓度1-3μg/mL
        • 微生物细胞
          • Ca2+
            • 缓冲液
            • 改变细胞通透性
              • 不说是细胞壁还是细胞膜，因为不确定
            • 感受态
            • 在一定温度下加入含目的基因载体混合
      • 原核生物作受体细胞优点
        • 繁殖快
        • 单细胞
        • 遗传物质较少
  • 检测并鉴定目的基因
    • 临床阶段
      • 分子水平
        • 是否插入目的基因
          • DNA分子杂交
            • 出现杂交带
            • DNA探针
              • 放射性标记单链DNA
        • 是否转录出mRNA
          • 分子杂交
            • 出现杂交带
            • DNA探针
              • 同上
        • 能否翻译出蛋白质
          • 抗原-抗体杂交
            • 出现杂交带
            • 用抗体检测抗原
      • 个体水平
        • 抗虫、抗病接种实验
          • 是否抗虫、抗病
• 应用
  • 植物
    • 抗虫
      • Bt毒蛋白
        • 我国转基因抗虫棉
        • 棉铃虫
        • from苏云金芽孢杆菌
        • 进入肠道，降解蛋白，有毒多肽
        • 哺乳动物无该多肽受体
      • 蛋白酶抑制剂基因
        • 产物与害虫蛋白酶结合
        • 不能正常消化
        • 使蛋白酶过量分泌，引起厌食反应
      • 淀粉酶抑制剂基因
        • 类上，阻断害虫能量来源
      • 植物凝集素基因
        • 产物糖蛋白
        • 与肠道黏膜某物质结合，影响吸收利用营养物质
    • 抗病
      • 加入自身缺少的抗病基因
    • 抗逆
      • 干旱、盐碱
        • 调节细胞渗透压的基因
      • 寒冷
        • 鱼的抗冻基因导入其他生物
      • 除草剂
        • 导入作物
    • 品质up↑
      • 赖氨酸
        • 大米、玉米、小麦
          • 提高30％
      • 蛋氨酸
        • 豆类
      • 维生素
        • 番茄
          • 储存时间延长
      • 花青素
        • 矮牵牛
          • 多种颜色
  • 动物
    • 生长速度up↑
      • 外源生长激素基因
    • 品质up↑
      • 肠乳糖酶基因
        • 奶牛
          • 降低乳糖含量，乳糖消化不能者友好
    • 产药
      • 药用蛋白基因 +乳腺蛋白基因的启动子等调控组件
        • 乳腺生物反应器
          • 抗凝血酶
          • 血清白蛋白
          • 生长激素
          • α-抗胰蛋白酶
    • 器官移植
      • 器官供体基因
        • （猪）的器官
          • 抑制抗原决定基因表达
          • 消除排异反应
      • 除去抗原决定基因
        • 同上
  • 制药
    • 工程菌
      • 用基因工程方法，是外源基因高效率表达的菌类细胞株系
      • 我国产品
        • 白细胞介素-2
        • 干扰素
          • 糖蛋白
          • 免疫活性物质
          • 几乎免疫所有病毒
          • 一般来自白细胞
        • 乙肝疫苗
  • 治疗
    • 试验阶段
      • 体外基因治疗
        • 需要某物质
          • 取患者淋巴细胞
          • 导入外源基因
            • 正常基因
              • 表达产物，治疗缺陷病
            • 反义基因
              • 产生mRNA，与病变基因的mRNA互补，阻断翻译
            • 自杀基因
              • 编码杀死癌细胞的蛋白酶基因
          • 转入患者体内
      • 体内基因治疗
        • 将载体直接转入患者体内病灶
• 蛋白质工程
  • 定义
    • 是以蛋白质的结构规律和生物功能为基础，通过基因修饰和基因合成，对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活需求
  • 实质
    • 定向改造基因
  • 结果
    • 产生自然界没有的蛋白质
  • 过程
    • 预期 蛋白质功能
    • 设计 预期蛋白质结构
    • 推测 应有的核苷酸序列
    • 找到 对应的脱氧核苷酸序列
    • 合成
      • 基因
        • 化学合成法
        • 定点诱变