人教版高中生物选修3专题一基因工程详细知识点

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生物选修三

易考知识点背诵

专题1 基因工程

基因工程的概念

基因工程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,创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的,又叫做DNA 重组技术。

(一)基因工程的基本工具

1.“分子手术刀”——限制性核酸内切酶(限制酶)

(1)来源:

主要是从原核生物(微生物)中分离纯化出来的。

(2)功能:

能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列,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,因此具有专一性。

(3)结果:

经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式:黏性末端(中心轴线的两侧)和平末端(中心轴线)

EcoRⅠ)能识别GAATTC序列,SmaI识别CCCGGG序列:

他们识别的核苷酸序列不同,但是切点都是在G↓C之间。

(4)比较有关的DNA酶

(1)DNA水解酶:能够将DNA水解成四种脱氧核苷酸,彻底水解成膦酸、脱氧核糖和含氮碱基

(2)DNA解旋酶:能够将DNA或DNA的某一段解成两条长链,作用的部位是碱基和碱基之间的氢键。注意:使DNA解成两条长链的方法除用解旋酶以外,在适当的高温(如94℃)、重金属盐的作用下,也可使DNA解旋。

(3)DNA聚合酶:能将单个的核苷酸通过磷酸二酯键连接成DNA长链。

(4)DNA连接酶:是通过磷酸二酯键连接双链DNA的缺口。注意比较DNA聚合酶和DNA连接酶的异同点。

2.“分子缝合针”——DNA连接酶

(1)两种DNA连接酶(E·coliDNA连接酶和T4-DNA连接酶)的比较:

①相同点:都缝合磷酸二酯键。

②区别:

E·coliDNA连接酶来源于大肠杆菌,只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来;而T4D NA连接酶来自T4噬菌体,能缝合两种末端,但连接平末端的之间的效率较低。

(2)与DNA聚合酶作用的异同:

DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端,形成磷酸二酯键。DNA连接酶是连接两个DNA片段的末端,形成磷酸二酯键。

3.“分子运输车”——载体

(1)载体具备的条件:

①能在受体细胞中复制并稳定保存。

②具有一至多个限制酶切点,供外源DNA片段插入。

③具有标记基因,供重组DNA的鉴定和选择。

(2)运载体使用的目的:①是用它做运载工具,将目的基因转运到宿主细胞中去。②是利用它在受体细胞内对目

的基因进行大量复制。

(3)最常用的载体是质粒,它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外,并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。它有多个限制酶切位位点,可自我复制,也可整合到染色体DNA随染色体同步复制。其上有标记基因如氨苄青霉素抗性基因、四环素抗性基因等。被用做载体的质粒都是在天然质粒的基础上进行人工改造的。(4)其它载体:噬菌体的衍生物、动植物病毒。来源不同不同,结构、大小、插入片段有很大差别。

(二)基因工程的基本操作程序

目的基因的获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定

第一步:目的基因的获取

1.目的基因是指:编码蛋白质的结构基因。

2.原核基因采取直接分离(即已有物种)获得,真核基因是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有反转录法_

和化学合成法_。

3.获得目的基因的方法

(一)从基因文库中获取目的基因:

基本概念的理解:

①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,各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因,称为基因文库。

②将某种生物体内的DNA全部提取出来,选用适当的限制酶,将DNA切成一定范围大小的DNA片段,然后将这些片段分别与载体连接起来,导入受体菌的群体中储存,每个受体菌都含有了一段不同的DNA片段。这个群体包含了这种生物的所有基因。这种基因文库叫基因组文库。

③有些基因文库比较小,只包含了一种生物的一部分基因,这种基因文库叫做部分基因文库,如cDNA文库(用某种生物发育的某个时期的mRNA反转录产生的多种互补DNA(也叫cDNA)片段,与载体连接后储存在一个受体菌群中,这个受体菌群体叫做这种生物cDNA文库。)

怎样提取:

根据目的基因有关信息,例如,根据基因的核苷酸序列,基因的功能,基因在染色体的位置,基因的转录产物mRN A以及基因的表达产物蛋白质等特性来获取目的基因。

(二)PCR(即多聚酶链式反应,1988年穆里斯发明)技术扩增目的基因

(1)原理:DNA双链复制基本原理

前提:一段已知目的基因的核苷酸序列,根据这一序列合成引物。

条件:a..四种脱氧核苷酸

b.DNA的两条链为模板

c.热稳定DNA聚合酶(Taq酶)

d.一对引物(一小段单链DNA或RNA,一般20~30个碱基,能与DNA母链的一段碱基序列互补配对)

e.温度控制和缓冲液

(2)过程:

第一步:加热至90~95℃DNA解链(即热变性)

第二步:冷却到55~60℃,引物结合到互补DNA链(复性);

第三步:加热至70~75℃,热稳定DNA聚合酶(Taq酶)从引物起始互补链的合成(延伸)。

第四步:重复循环此过程以获得大量的目的基因。

第二步:基因表达载体的构建

1.目的:使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传至下一代,使目的基因能够表达和发挥作用。

2.重组载体的组成:目的基因+启动子+终止子+标记基因

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