2026届高三生物一轮复习选择性必修3基因工程、蛋白质工程知识点梳理

基 因 工 程 知 识 点 梳 理 第一节重组DNA技术的基本工具 一：基因工程的概念 1. 手段：按照人们的意愿，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传性状 2. 原理：基因重组 3. 优点：克服远缘杂交不亲和的障碍，定向改造生物的遗传特性 4. 目的：定向改造生物的遗传性状，创造出更符合人们需要的新生物类型和生物产品 5. 水平：分子水平 二：基因工程的工具 （一）基因工程的基本工具： 1.分子手术刀—限制性内切核酸酶简称限制酶 （1）来源：原核细胞中分离 （2）作用：①识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列 ②断开一条链中特定部位的2个核苷酸之间的磷酸二酯键 如：EcoR1识别的脱氧核苷酸序列：GAATTC，断开G,A之间的磷酸二之间,形成黏性末端 Sma1识别的脱氧核苷酸序列：CCCGGG，断开C,G之间的磷酸二之间,形成平末端 （3）结果：产生黏性末端和平末端 2.分子缝合针—DNA连接酶 （1）作用：恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 （2）DNA连接酶主要分类： ①E.coliDNA连接酶：大肠杆菌中分离得到的，主要缝合黏性末端 ②T4DNA连接酶：T4噬菌体中分离得到，既可以缝合黏性末端又可以缝合平末端，但连接平末端的效率相对较低。 3.分子运输车—基因进入受体细胞的载体 （1） 种类：①质粒是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外，并具有自我复制能力的环状双链DNA分子。 在基因工程中使用的载体除了质粒还有②噬菌体，③动植物病毒等。 （2）成为载体的条件： ①结构简单，具有复制原点，能在细胞中进行自我复制或整合到受体DNA上随受体DNA同步复制 ②有特殊的标记基因便于重组DNA分子的筛选。 ③有一个或多个限制酶切割位点，供外源DNA片段（基因）插入其中 ④对受体细胞无害 总结： 1.DNA酶的作用：断开磷酸二酯键使DNA分子水解为它的基本单位脱氧核苷酸 2.限制酶（限制性内切核酸酶）的作用：断开磷酸二酯键使DNA分子水解为DNA分子的片段 3.DNA连接酶的作用：能连接两个具有碱基互补配对的DNA片段之间的磷酸二酯键 4.DNA聚合酶的作用：能把游离的脱氧核苷酸连接在引物的3，端 5.解旋酶的作用：断开DNA两条链之间的氢键 名称 作用部位 作用结果 限制酶 磷酸二酯键 将DNA切成两个片段 DNA连接酶 磷酸二酯键 将两个DNA片段连接为一个DNA分子 DNA聚合酶 磷酸二酯键 将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端 DNA(水解)酶 磷酸二酯键 将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸 解旋酶 碱基对之间的氢键 将双链DNA分子局部解旋为单链 第2节基因工程的基本操作程序 一、基因工程的基本操作程序： 1、目的基因的筛选与获取 2、基因表达载体的构建(核心） 3、将目的基因导入受体细胞 4、目的基因的检测与鉴定 二、获取目的基因的方法 1、从基因文库中获取目的基因 （1）从基因组文库中获取目的基因 （2）从部分基因文库中获取目的基因（cDNA 文库） 2、化学合成目的基因 3、用PCR获取和扩增目的基因 3、 PCR技术（多聚酶链式反应） 1、PCR含义：是一项在生物体外大量复制特定DNA片段的核酸合成技术 2、原理：DNA半保留复制 3、目的：短时间内大量扩增目的基因 4、前提：已知目的基因的部分核苷酸序列 5、条件：①缓冲溶液 ②DNA模板 ③两种引物 ④四种脱氧核苷酸 ⑤耐高温的DNA聚合酶（Taq酶） 6、PCR扩增目的基因的过程： （1）高温变性90℃-95℃（解螺旋氢键断开） （2）低温复性冷却55℃-60℃（两种引物分别与母链碱基互补配对） （3）中温延伸70℃-75℃（在DNA聚合酶作用下进行延伸，即将4种脱氧核苷酸加到引物的3，端） 如此循环，目的基因呈2n增长，循环n次共消耗的引物对数：2n-1对引物。含有目的基因的数量：2n-2n 7、引物 （1）设计引物的要求： ①引物是一小段能与DNA母链的一段碱基互补配对的短单链核酸，通常为20-30个核苷酸。 ②一对引物之间不能碱基互补配对，引物内不能碱基互补配对。 （2）引物的作用： ①确定目的基因的复制起点 ②延伸子链（从3，端延伸子链） ③添加酶切位点(在引物的5，端） 8、PCR的原理是体外DNA复制与体内DNA复制的区别 体内DNA复制需要的酶：解旋酶、DNA聚合酶。复制过程的边解旋边复制 PCR需要的酶：耐高温的DNA聚合酶，高温解旋不需要解旋酶，完全解开双链后再延伸出子链。体内DNA复制的结果是生成更多的DNA分子，PCR扩增出的是DNA片段（目的基因）。 四、基因表达载体的构建 1、基因表达载体构建的目的： （1）让目的基因在受体细胞中稳定存在，并遗传给下一代。 （2）使目的基因能表达和发挥作用 2、基因表达载体的组成：启动子（有RNA聚合酶的结合位点）、目的基因、终止子，标记基因、复制原点（DNA聚合酶的结合位点） 3、启动子、终止子、密码子的区别： （1）密码子有起始密码子、终止密码子，它们在mRNA上，影响基因的翻译。 （2）启动子、终止子在基因的非编码区，影响基因的转录。 4、在构建基因表达载体时注意的问题： （1）用同一种限制酶切割目的基因和载体为单酶切易出现的问题 ①目的基因和质粒的自身环化。 ②目的基因和运载体之间反向拼接 所以在构建基因表达载体时一般使用双酶切法即用不同种限制酶切割目的基因，再用这两种酶切割运载体。 （2）使用限制酶切割目的基因构建表达载体时还需要注意：保留标记基因、启动子、终止子、复制原点，不破坏目的基因。 五、将目的基因导入受体细胞 （1）将目的基因导入植物细胞（受体细胞多为体细胞或受精卵） ①三种方法：1、花粉管通道法2、农杆菌转化法（常用）3、基因枪法 ②用农杆菌转化法把目的基因导入植物细胞的原理： 农杆菌细胞内含有Ti质粒（双链环状DNA），当它侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的T-DNA(可转移的DNA）转移到被侵染的细胞，并且将其整合该海细胞的染色体DNA上，利用农杆菌的这个特点，从农杆菌中提取Ti质粒，把目的基因插入T-DNA中得到重构质粒，把重构质粒导入农杆菌细胞中，用此农杆菌感染绿色植物，此时目的基因会随T-DNA插入到受体细胞染色体DNA中，随受体细胞染色体DNA同步复制，同步表达。 转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。 （2）将目的基因导入动物细胞（受体细胞多为受精卵） ①方法：显微注射法 ②受精卵做受体细胞的原因：1、体积大易操作2、易表现出全能性 ③将目的基因导入动物细胞后需用到胚胎移植技术。 （3）将目的基因导入微生物细胞 ①方法：Ca2+处理法（感受态法） ②用Ca2+处理微生物细胞后，使该细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。 6、 目的基因的检测与鉴定 类型 检测内容 方法 分子水平上的鉴定 目的基因是否导入 分子杂交技术、PCR技术 目的基因是否转录 目的基因是否导表达 抗原-抗体杂交技术 个体水平上的鉴定 个体是否具有相应性状 抗虫、抗病鉴定 注意： （1）PCR技术既可以扩增目的基因又可以检测目的基因是否导入受体细胞还可以检测目的基因在受体细胞中是否转录。 （2）用PCR技术完成DNA片段的扩增，PCR的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定。 （3）PCR技术是否扩增出了目的基因，可以用琼脂糖凝胶电泳法鉴定，在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构象等有关。 七、琼脂糖凝胶电泳 琼脂糖凝胶电泳的原理：DNA分子具有可解离的基团，在一定的pH下，这些基团可以带上正电荷或负电荷。在电场的作用下，这些带电分子会向着与它所带电荷相反的电极移动，这个过程就是电泳。 1、琼脂糖凝胶电泳鉴定PCR扩增产物时，用电泳缓冲液配制琼脂糖溶液。第一个加样孔加入指示分子大小的标准参照物。 2、PCR扩增目的基因和琼脂糖凝胶电泳鉴定PCR扩增的产物时需注意： ①为避免外源DNA等因素的污染，PCR实验中使用的微量离心管、枪头和蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌处理。 ②该实验所需材料可以直接从公司购买，缓冲液和酶应分装成小份，并在-20℃储存。使用前，将所需试剂从冰箱拿出，放在冰块上缓慢融化。 ③在向微量离心管中添加反应组分时，每吸取一种试剂后，移液器上的枪头都必须更换。 ④在进行操作时，一定要戴好一次性手套。 八、DNA的粗提取与鉴定 1、选择富含DNA的生物组织使细胞内容物溶出。 材料的选取：洋葱等植物组织用研磨液（不是蒸馏水）研磨，动物组织用蒸馏水吸水涨破动物细胞。（不能选择哺乳动物成熟的红细胞原因：无细胞核和线粒体几乎不含DNA）破碎细胞（取上清液） 2、 原理： （1）DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精，利用这一原理可以初步把DNA和蛋白质分离开。（取沉淀） （2）DNA能溶解于2mol\L的氯化钠溶液（取溶液） （3）在一定温度下，DNA遇二苯胺会呈现蓝色 用现配现用的二苯胺试剂和用2mol\L的氯化钠溶液溶解的DNA混合水浴加热5分钟，待试管冷却后呈现蓝色则证明提取了DNA 注意：分离物质可以用过滤也可以用离心的方法。 第3节基因工程的应用 一、基因工程在农牧业方面的应用 1、转基因抗虫植物：从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，将它导入作物中培育出具有抗虫性的作物。 2、转基因抗病植物：将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出了转基因抗病植物。 3、转基因抗除草剂植物：将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可以培育出抗除草剂的作物品种。 4、改良植物的品质：将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量。 5、提高动物的生长速度：由于外源生长激素基因的表达可以是转基因动物生长得更快，将这类基因导入动物套内，以提高动物的生长速率。 6、改良畜产品的品质：将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分不受影响。 2、 基因工程在医药卫生领域的应用 1、生产药物： （1）微生物或动植物得细胞：对微生物或动植物的细胞进行基因改造，使它们能够基因改造是目前基因工程取得实际应用成果非常多的领域。 （2）哺乳动物批量生产药物： 2、建立移植器官工厂：将器官供体基因组导入某种体调节因子，以抑制抗原决定基因表达，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。 3、 基因工程在食品工业方面的应用 1、利用基因工程菌除了可以生产药物，还能生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。 2、将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶。 蛋 白 质 工 程 知 识 点 梳 理 1、 蛋白质工程：是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，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求。 2、基因工程与蛋白质工程的比较 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$