第十三章现代生物科技专题第34讲基因工程浙江[学考＋选考]考纲确认考点知识内容加试一、基因工程1.工具酶的发现和基因工程的诞生a2.基因工程的原理和技术b3.基因工程的应用a4.活动：提出生活中的疑难问题，设计用基因工程技术解决的方案c考点|基因工程的工具、操作步骤、应用1．基因工程的诞生(1)概念：把一种生物的遗传物质(细胞核、染色体脱氧核糖核酸等)移到另外一种生物的细胞中去，并使这种遗传物质所带的遗传信息在受体细胞中表达。(2)核心：构建重组DNA分子。(3)诞生时间：20世纪70年代。(4)理论基础：DNA是生物遗传物质的发现，DNA双螺旋结构的确立以及遗传信息传递方式的认定。(5)技术保障：限制性核酸内切酶、DNA连接酶和质粒载体的发现和运用。2．基因工程的工具(1)限制性核酸内切酶①来源：主要从原核生物中分离纯化出来。②作用a．特异性识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列。b．切割两个核苷酸之间的化学键。③结果：产生粘性末端。(2)DNA连接酶作用：将具有相同粘性末端的两个DNA片段连接在一起。(3)质粒①从存在位置看，在细菌中独立于拟核之外。②从化学成分上看，为双链环状DNA分子。③从功能上看，能自主复制。④从结构上看，常含有抗生素抗性基因。3．基因工程的原理和技术(1)获得目的基因eq\a\vs4\al(获取,方法)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(已知序列：化学方法合成或者用PCR技术扩增,未知序列：从基因文库中获取))(2)形成重组DNA分子①用相同的限制性核酸内切酶分别切割目的基因和载体DNA，以产生相同的粘性末端。②用DNA连接酶连接两个切口(即相同的粘性末端)，形成重组DNA分子。(3)将重组DNA分子导入受体细胞①常用的受体细胞：大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌和动植物细胞等。②导入方法：用氯化钙处理大肠杆菌，可以增加大肠杆菌细胞壁的通透性，使重组质粒容易进入。(4)筛选含有目的基因的受体细胞和目的基因的表达①筛选：用含抗生素的培养基培养受体细胞，选择含重组质粒的受体细胞。②表达：目的基因在宿主细胞内表达，产生人们需要的功能物质。4．基因工程的应用(1)基因工程与遗传育种①转基因植物培育优点eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a.所需时间较短,b.克服远缘亲本难以杂交的缺陷))②转基因动物a．含义：转入了外源基因的动物。b．培育优点：省时、省力。(2)基因工程与疾病治疗①基因工程药物如通过大肠杆菌生产胰岛素治疗糖尿病，通过酵母菌生产乙肝疫苗等。②基因治疗指的是向目标细胞中引入正常功能的基因，以纠正或补偿基因的缺陷，达到治疗的目的。(3)基因工程与生态环境保护①利用转基因植物生产聚羟基烷酯，用于合成可降解的新型生物塑料。②改造分解石油的细菌，提高其分解石油的能力。③利用转基因微生物吸收环境中的重金属，降解有毒化合物和处理工业废水。1．基因工程的三大操作工具(1)限制性核酸内切酶①限制性核酸内切酶(限制酶)的作用用限制酶切割时断开的是DNA分子中的磷酸二酯键(即相邻脱氧核苷酸间的键)，而不是两条链之间的氢键。如下图：②限制性核酸内切酶具有专一性，表现在两个方面：a．识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列。b．切割特定序列中的特定位点。如图：(2)DNA连接酶DNA连接酶的作用将两个来源不同的DNA用相同的限制性核酸内切酶切割，形成相同的粘性末端(或平末端)。DNA连接酶能催化磷酸与脱氧核糖之间化学键的形成，将两个DNA末端的缝隙“缝合”起来。如图：(3)载体的种类及作用①载体应具备的特征a．能在宿主细胞内稳定保存并大量复制。b．有1个或多个限制性核酸内切酶切点，以便与外源基因连接。c．具有某些标记基因，以便进行筛选。②载体的种类a．细菌质粒，最常用大肠杆菌质粒。b．噬菌体和某些动植物病毒。一般来说天然的载体往往不能满足人们的所有要求，因此人们会根据不同目的和需求，对某些天然的载体进行人工改建。③作用一是用它作为运载工具，将目的基因送到宿主细胞中去；二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。2．基因工程基本操作步骤基因工程基本操作“五步曲”(1)获得目的基因①序列未知：建立一个包括目的基因在内的基因文库，再从基因文库中获取。②序列已知：用化学方法(如逆转录法)合成或者用PCR技术扩增目的基因。③PCR技术与DNA复制的比较PCR技术DNA复制相同点原理DNA双链复制(碱基互补配对)原料四种游离的脱氧核苷酸条件原料、模板、酶、能量等不同点解旋方式DNA在高温下变性解旋解旋酶催化场所体外复制主要在细胞核内酶