選修三

　　"基因工程"知識點

　　基因工程的概念 ：

　　基因工程是指按照人們的愿望，進行嚴格的設計，通過體外DNA重組和轉基因技術，賦予生物以新的遺傳特性，創造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品。

　　基因工程是在DNA分子水平上進行設計和施工的，又叫做DNA重組技術。

　　基因工程的原理：基因重組

　　1.1DNA重組技術的基本工具

　　1.“分子手術刀”——限制性核酸內切酶（限制酶）

　　（1）來源：主要是從原核生物中分離純化出來的。

　　（2）功能：能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開，因此具有專一性。

　　（3）方式：當限制酶在它識別序列的中心軸線（圖中虛線）兩側將DNA的兩條鏈分別切開時，產生黏性末端，當限制酶在它識別序列的中心軸線處切開時，產生平末端。

　　平末端

　　（4）結果：經限制酶切割產生的DNA片段末端有兩種形式：黏性末端和平末端。

　　2.“分子縫合針”——DNA連接酶

　　兩種DNA連接酶（E·coliDNA連接酶和T4-DNA連接酶）的比較：

　　①相同點：都縫合磷酸二酯鍵。

　　②區別：E·coliDNA連接酶來源于大腸桿菌，只能將雙鏈DNA片段互補的黏性末端之間的磷酸二酯鍵連接起來；而T4DNA連接酶能縫合兩種末端，但連接平末端的之間的效率較低。

　　3.“分子運輸車”——基因進入受體細胞的載體

　　（1）常用的載體是質粒，它是一種裸露的、結構簡單的、獨立于細菌染色體之外，并具有自我復制能力的雙鏈環狀DNA分子。

　　（2）載體具備的條件：

　　①能在受體細胞中復制并穩定保存。

　　②具有一至多個限制酶切點，供外源DNA片段插入。

　　③具有標記基因（如四環素抗性基因、氨芐青霉素抗性基因），供重組DNA的鑒定和選擇。

　　（3）其它載體：λ噬菌體的衍生物、動植物病毒

　　1.2基因工程的基本操作程序

　　基因工程的基本操作程序主要包括四個步驟：目的基因的獲取、基因表達載體的構建、將目的基因導入受體細胞、目的基因的檢測與鑒定。

　　目的基因的獲取

　　1.目的基因是指： 編碼蛋白質的結構基因 。

　　2.從基因文庫中獲取目的基因

　　基因文庫：將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導入受體菌的群體中儲存，各個受體菌分別含有這種生物的不同的基因，稱為基因文庫。

　　基因組文庫：含有某種生物全部基因的基因文庫稱為基因組文庫。

　　部分基因文庫：含有一種生物的一部分基因的基因文庫稱為部分基因文庫，如cDNA文庫。

　　獲取目的基因需要的信息：基因的核苷酸序列；基因的功能；基因在染色體的位置；基因的轉錄產物mRNA；以及基因表達產物蛋白質。

　　3.PCR技術擴增目的基因

　　（1）PCR的含義：是一項在生物體外復制特定DNA片段的核酸合成技術。

　　（2）目的：獲取大量的目的基因

　　（3）原理：DNA雙鏈復制

　　（4）過程：第一步：加熱至90～95℃，DNA解鏈為單鏈；

　　第二步：冷卻到55～60℃，引物與兩條單鏈DNA結合；

　　第三步：加熱至70～75℃，Taq酶從引物起始進行互補鏈的合成。

　　（5）特點：指數(2n)形式擴增

　　基因表達載體的構建(核心)

　　1.目的：使目的基因在受體細胞中穩定存在，并且可以遺傳至下一代，使目的基因能夠表達和發揮作用。

　　2.組成：目的基因＋啟動子＋終止子＋標記基因

　　（1）啟動子：

　　是一段有特殊結構的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶識別和結合的部位，它能驅動基因轉錄出mRNA，最終獲得所需的蛋白質。

　　（2）終止子：

　　是一段有特殊結構的DNA片段 ，位于基因的尾端，是轉錄在需要的地方停下來。

　　（3）標記基因的作用：

　　是為了鑒定受體細胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來。如抗生素基因。

　　將目的基因導入受體細胞

　　1.轉化的概念：

　　是目的基因進入受體細胞內，并且在受體細胞內維持穩定和表達的過程。

　　2.常用的轉化方法：

　　將目的基因導入植物細胞：

　　采用最多的方法是農桿菌轉化法，其次還有基因槍法和花粉管通道法等。

　　將目的基因導入動物細胞：

　　最常用的方法是顯微注射技術。方法的受體細胞多是受精卵。

　　將目的基因導入微生物細胞：

　　最常用的原核細胞是 大腸桿菌 ，其轉化方法是：先用 Ca2+ 處理細胞，使其成為感受態細胞 ，再將 重組表達載體DNA分子 溶于緩沖液中與感受態細胞混合，在一定的溫度下促進感受態細胞吸收DNA分子，完成轉化過程。

　　目的基因的檢測和表達

　　1.首先要檢測轉基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，方法是采用DNA分子雜交(DNA-DNA)技術。

　　2.其次還要檢測目的基因是否轉錄出mRNA，方法是采用分子雜交(DNA-RNA)技術。

　　3.最后檢測目的基因是否翻譯成蛋白質，方法是采用抗原—抗體雜交技術。

　　4.有時還需進行個體生物學水平的鑒定。如生物抗蟲或抗病的鑒定等。

　　1.3基因工程的應用

　　1.植物基因工程：抗蟲、抗病、抗逆轉基因植物，利用轉基因改良植物的品質。

　　2.動物基因工程：提高動物生長速度、改善畜產品品質、用轉基因動物生產藥物。

　　3.基因治療：把正常的外源基因導入病人體內，使該基因表達產物發揮作用。

　　4.基因診斷：又稱為DNA診斷，是采用基因檢測的方法來判斷患者是否出現了基因異常或攜帶病原體。

　　1.4蛋白質工程的概念

　　1、基因工程在原則上只能生產自然界已存在的蛋白質

　　2、概念：蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規律及其生物功能的關系作為基礎，通過基因修飾或基因合成，對現有蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類的生產和生活的需求。

　　A 轉錄   B 翻譯

　　3、蛋白質工程的基本途徑：從預期的蛋白質功能出發→ 設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到相對應的脫氧核苷酸序列（基因）

　　注意：目的基因只能用人工合成的方法

　　4、蛋白質工程與基因工程區別

　　蛋白質工程

　　基因工程

　　實質

　　通過改造基因，以定向改造天然蛋白質，甚至創造自然界不存在的蛋白質

　　將目的基因從供體轉移到受體細胞，并在受體細胞中表達

　　結果

　　合成自然界不存在的蛋白質

　　只能生產自然界已存在的蛋白質

　　聯系

　　蛋白質工程是在基因工程的基礎上，延伸出的第二代基因工程

　　"胚胎工程"相關知識點

　　生物技術的安全性和倫理問題

　　基因編輯技術問世以來，一直面臨著倫理爭議，各國對其能不能應用于人類胚胎的研究均持極為謹慎的態度。我國亦如此。2003年，原科學技術部和原衛生部聯合印發《人胚胎干細胞研究倫理指導原則》，其中第六條規定：進行人胚胎干細胞研究，必須遵守以下行為規范：

　　（一）利用體外受精、體細胞核移植、單性復制技術或遺傳修飾獲得的囊胚，其體外培養期限自受精或核移植開始不得超過14天。

　　（二）不得將前款中獲得的已用于研究的人囊胚植入人或任何其他動物的生殖系統。

　　（三）不得將人的生殖細胞與其他物種的生殖細胞結合。不少科學家認為，這一規定也適用于基因編輯技術——也就是說，如果在我國深圳開展了這項實驗，那么相關人員和機構已經涉嫌違反我國的法律法規了。

　　生殖細胞不同于體細胞，其改變將會遺傳給后代。而我們對人類胚胎的發育了解、對人類基因組功能的了解等，都還處于非常基礎、極不全面的階段。在諸多影響皆不明確的情況下，對生殖細胞的基因編輯投入臨床被認為是“不負責任的”。雖然絕大科學家都同意根據科學技術的發展對生殖細胞編輯的臨床使用進行定期評估，但截至目前，似乎并沒有出現能夠改變這一指導原則的科學突破。