选修三现代生物科技专题知识总结

选修三现代生物科技专题专题一基因工程基因工程：指按照人们的愿望，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”，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品，由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此，又叫做“DNA重组技术”。

第一节DNA重组技术的基本工具一、限制性核酸内切酶——分子手术刀（简称限制酶）1.来源：从原核生物中分离纯化而来。

2.特点：能够识别双链DNA分子的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。

3.作用部位：磷酸二酯键4.作用实质：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。

5.作用结果：产生黏性末端或平末端6.（1）基因重组的三种类型：①基因的交叉互换：减I前期；②基因的自由组合：减I后期；③基因工程：可定向改造生物性状。

（2）对限制酶的理解：①限制酶是一类酶，而不是一种酶；②限制酶的成分均为蛋白质，其作用的发挥需要适宜的理化条件，高温、强碱或强酸均易使之变性失活；③限制酶作为酶类，其催化作用具有高效性、专一性和作用条件较温和等特点；④限制酶主要来源于原核生物，如细菌；在原核细胞内，限制酶起切割外源DNA，防止寄生生物侵染的作用。

二、DNA连接酶——分子缝合针1.类型：根据酶的来源不同，可分为：E·coli DNA连接酶（从大肠杆菌中获取）和T4DNA 连接酶（从T4噬菌体中获取）。

2.作用：将双链DNA 片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

3.特点：E ·coli DNA 连接酶只能连接黏性末端，T 4DNA 连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端，但连接平末端的效率较低。

三、基因进入受体细胞的载体——分子运输车1.作用：将含有外源基因（即目的基因）的DNA 片段结合，将外源基因送入受体细胞中。

2.载体必须具备的条件：（1）有一至多个限制酶切点（方便目的基因插入）（2）能自我复制（使目的基因在宿主细胞中能保存下来并能大量复制） （3）有特殊的标记基因（对导入目的基因的受体细胞进行检测与筛选） 3.载体的种类（1）质粒：是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌拟核DNA 之外的，具有自我复制能力的很小的双链环状DNA 分子。

质粒是最常用的载体。

（2）其他载体：λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等 注解：①天然质粒需要经过人工改造后，才能用作基因工程中的载体；a.若用于切割载体的限制酶有多个切点，则切割后载体可能丢失含有复制起始点的片段，重组DNA 分子进入受体细胞后便不能进行自主复制；b.切点所处位置必须在载体本身需要的基因片段之外，以避免载体因目的基因的插入而失活。

第二节 基因工程的基本操作程序一、目的基因的获取1.目的基因：编码蛋白质的基因2.获取目的基因的方法： （1）从基因文库中获取基因文库包括：基因组文库（包含一种生物所有的基因）和部分基因文库（只包含一种生物的一部分基因，如cDNA 文库）。

（2）利用PCR 技术扩增目的基因 （3）人工合成：（条件：基因比较小，核苷酸序列又已知的情况下）①反转录法：目的基因的mRNA −−→−反转录单链DNA −−→−合成双链DNA （即目的基因） ②化学合成法：已知蛋白质的氨基酸序列−−→−推测mRNA 的核苷酸序列−−→−推测目的基因的核苷酸序列−−−→−化学合成目的基因 注解：（1）用DNA 探针从基因文库中准确提取目的基因由于DNA 双链的核苷酸序列是彼此互补的，当DNA 分子杂交时，首先使双链解开，根据目的基因的核苷酸序列制成一段与之互补的核苷酸短链，并用同位素标记，以此作为探针，用探针探查基因文库中已经变性的DNA片段，如果有一个DNA片段能和探针互补，结合成双链，这一片段即含有目的基因。

（2）详解PCR技术①原理：利用DNA双链复制的原理，在体外将基因的核苷酸序列不断地加以复制，使其数量呈指数形式扩增（约为2n，n为扩增循环的次数）.②过程：可采用PCR扩增仪，进行扩增（教材）1.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，使目的基因能够表达和发挥作用。

2.组成:（1）启动子：一段特殊结构的DNA片段，位于目的基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA。

（2）目的基因：编码相关蛋白质，形成基因工程产品或产生新的生物性状。

（3）终止子：一段有特殊结构的DNA短片段，位于目的基因尾端，能使转录过程停止。

（4）标记基因：鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。

注解：（1）终止子是指DNA分子上决定转录停止的三个相邻碱基；终止密码子是指mRNA分子上决定翻译停止的三个相邻碱基。

（2）对构建基因表达载体的说明①形成重组DNA分子的过程中，必须用同一种限制酶切割目的基因和载体；②目的基因插入载体或者插入受体细胞的染色体DNA中并不能说明基因工程操作成功，还要使目的基因在受体细胞中稳定存在和表达，并且可以遗传给下一代；③目的基因能在受体细胞中表达，产生相应性状的原因是不同生物共用一套遗传密码；④组成基因表达载体的四部分相互协作，缺一不可，共同维持目的基因的表达；⑤基因表达载体虽然都由四部分组成，但由于受体细胞（动物、植物、微生物）不同，基因表达载体的构建也会有差别。

（3）基因表达载体应具备的条件①对受体细胞无害，不影响受体细胞正常的生命活动；②能自我复制，通过复制进行基因扩增，否则可能会使重组DNA丢失；③具有标记基因，以便于鉴定目的基因是否进入受体细胞；④重组DNA分子大小应适宜，以方便操作。

三、将目的基因导入受体细胞1.操作目的：使目的基因进入受体细胞，并且在受体细胞内维持稳定和表达，即转化受体细胞。

（转化的实质是使目的基因整合到受体细胞染色体基因组中）不同种类的受体细胞（1）对于植物来说，受体细胞可以是受精卵和体细胞；（2）对于动物来说，受体细胞一般是受精卵，受精卵作为受体细胞具有体积大、易操作、经培养可直接表达性状的优点；（3）微生物细胞作为受体细胞具有繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对较少等优点。

四、目的基因的检测与鉴定1.操作目的：检测和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；2.目的基因的检测与鉴定对基因工程基本操作程序的再理解（1）在整个操作程序中，除第三步“将目的基因导入受体细胞”外，其他三个步骤均涉及碱基互补配对。

（2）插入的目的基因只是结构基因，其表达还需要调控序列，因而用作载体的质粒的插入部位前须有启动子，后须有终止子。

（3）整个操作程序中使用的工具酶只有两种：限制酶在操作程序1、2中用到且要求是同一种，目的是产生相同的黏性末端，便于连接；DNA连接酶只在操作程序2中用到。

第三节基因工程的应用一、植物基因工程硕果累累1.抗虫转基因植物（1）杀虫基因种类：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等；（2）成果：抗虫植物2.抗病转基因植物（1）植物的病原微生物：病毒、真菌和细菌等（2）抗病基因种类①抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因等；②抗真菌基因：几丁质酶基因、抗毒素合成基因等；（3）成果：抗烟草花叶病毒的转基因烟草和抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等；3.抗逆转基因植物（1）抗逆基因：调节细胞渗透压的基因使作物抗盐碱、抗旱等；（2）成果：抗盐碱、抗旱的烟草；4.利用转基因改良植物品质（1）优良基因：必需氨基酸的蛋白质编码基因、控制番茄果实成熟的基因；（2）成果：富含赖氨酸的转基因玉米二、动物基因工程前景广阔1.用于提高动物生长速度2.用于改善畜产品的品质3.用转基因动物生产药物（1）建立动物乳腺生物反应器将“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，通过显微注射等方法导入哺乳动物的受精卵中，再将受精卵送入母体内，使其生长发育成转基因动物，到泌乳期后，通过分泌的乳汁获得需要的产品。

4.用转基因动物作器官移植的供体（1）器官短缺和免疫排斥是影响人体器官移植的两大难题；（2）解决免疫排斥的方法：利用基因工程的方法对猪的器官进行改造，将器官供体的基因组导入“某种调节因子”，以抑制“抗原决定基因的表达”，或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。

三、基因工程药物异军突起1.基因工程药物的种类：细胞因子、抗体、疫苗、激素等；2.作用：用于预防和治疗人类肿瘤、心血管病症、遗传病、各种传染病、糖尿病和类风湿等疾病。

四、基因治疗曙光初照基因治疗是指把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的；基因治疗是治疗遗传病最有效的手段。

注解：（1）基因治疗并不是把健康的外源基因导入患者的所有细胞中，而只是导入某些有基因缺陷的细胞中；（2）基因治疗的实质：在基因治疗中，正常基因、病变基因都可以表达，由于正常基因的表达掩盖了病变基因的表达，使病人表现正常，最终达到治疗疾病的目的；（3）基因治疗的两种途径及其特点途径体外基因治疗体内基因治疗不同点方法从患者体内获得某种细胞→体外完成基因转移→筛选、细胞扩增→输入体内（实例中第一个）直接向患者体内组织细胞中转移基因（实例中第二个）特点操作复杂，但效果较为可靠方法简便、但效果难以控制相同点都属于基因治疗，都是将正常的外源基因导入靶细胞，使该基因的表达掩盖病变基因的表达。

目前两种方法都处于临床试验阶段第四节蛋白质工程的崛起一、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中已存在的蛋白质，这些天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定特种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。

二、蛋白质工程的概念以蛋白质分子的结构规律及其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，以满足人类生产和生活的需要。

三、蛋白质工程的基本原理通过对基因结构的设计改造实现对蛋白质结构的设计改造。

其基本途径是：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→找到相应的脱氧核苷酸序列（基因）。

四、蛋白质工程的进展与前景专题二 细胞工程细胞工程：指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。

根据操作对象的不同，可分为植物细胞工程和动物细胞工程两大领域。

第一部分：植物细胞工程一、细胞的全能性具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞都具有发育成完整生物体的潜能； 二、植物细胞表现出全能性的条件1.离体条件2.无菌操作3.适宜物质的诱导和调节（激素主要是生长素和细胞分裂素）4.种类齐全，比例适合的营养物质5.温度、酸碱度、光照等条件的控制。