选修三知识点填空（答案）

选修3《现代生物科技专题》

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（定向变异），进行严格的设计，通过 体外 （体内、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 分子 水平上进行设计和施工的，又叫做 DNA重组 技术 。

基因工程技术的原理： 基因重组

基因工程的优点：（1）目的性强，能够定向的改变生物的品质。（2）克服远缘杂交不亲和。

1.1 基因工程的基本工具

1.“ 分子手术刀 ”——限制酶（全称：限制性核酸内切酶） （1）主要来源： 原核生物 。

（2）功能：能够识别双链DNA分子的某种 特定 的核苷酸序列（被识别序列具反向对称特

点），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 末端和 平 末端。 （4）与解旋酶的区别：

解旋酶：断开碱基对间 氢键

限制酶：断开两个脱氧核苷酸之间（即磷酸与脱氧核糖之间）的 磷酸二酯键 2.“ 分子缝合针 ”——DNA连接酶

(1)两种DNA连接酶（E·coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶）的比较： ①相同点：都连接 磷酸二酯 键。

②区别：E·coliDNA连接酶来源于T4噬菌体，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T4DNA连接酶能缝合两种末端，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：连接两个DNA片段的末端，形成磷酸二酯键。 3.“ 分子运输车 ”——运载体

（1）运载体具备的条件：①具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。

②能在受体细胞中复制并稳定保存。

③具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。

④能在受体细胞中稳定保存（对受体细胞无害），大小合适。

（2）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

有自我复制能力的很小的双链 环状 DNA分子。

（3）其它载体： λ噬菌体的衍生物 、 动植物病毒 。

（4）在进行基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。 1.2基因工程的基本操作程序

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步骤：1、 获取目的基因 ， 2、 基因表达载体的构建 ，

3、 将目的基因导入受体细胞 ， 4、 目的基因的检测和鉴定 。

第一步：获取目的基因

1.目的基因范围：编码蛋白质的基因、具有调控作用的因子。 2.目的基因来源：自然界获得或人工合成 自然界获得：采取直接分离法---用适当的限制酶处理得到。工作量大，多为原核基因来源。 人工合成： 反转录法 和化学合成法。操作复杂，基因结构不完整，多为真核基因的来源。

补：基因结构

原核基因、真核基因均有两种区域： 编码区 、 非编码 。但真核基因的前者是不连续的，分为 外显子 和 内含子 。 3.目的基因的（大量）获取方法 （1）从基因文库获取

A.基因文库分类：基因组文库、 部分基因文库

B.获取方法：据 目的基因 的有关信息，以及基因的表达产物蛋白质等特性。 C.两种文库中目的基因的来源：

基因组文库的目的基因来源于 自然界直接分离法获得 。 cDNA文库的目的基因来源于 反转录法人工合成 。 D.两种文库中目的基因的区别：书P10表格

（2）PCR( 多聚酶链式反应 的缩写)技术.(发明人：穆里斯等人) A.原理： DNA双链复制

B.特点： 体外 复制， 指数 增加， 需要 （需要、不需要）模板。 C.过程：

第一步：高温解链（变性）：加热至90～95℃，双链DNA受热解成单链（不需解旋酶）； 第二步：低温引物（复性）：冷却到55～60℃，引物与模板单链DNA互补结合；

第三步：中温复制（延伸）：加热至70～75℃，热稳定 DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。 第四步：重复一至三步。

D.所需条件：模板为 目的基因 ，原料为 四种脱氧核苷酸 ，酶为 热稳定DNA聚合酶 ，能量由 ATP 直接提供。

（3）化学合成法人工合成（通过DNA合成仪）

特点：A. 基因较小 B. 核苷酸序列已知 C. 不需模板

第二步：基因表达载体的构建

1.目的：将目的基因导入受体细胞，并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（复制），使目的基因能够表达和发挥作用。

2.组成： 目的基因 ＋启动子＋终止子＋ 标记基因 。（具复制原点）

（1）启动子：是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端（编码区上游的非编区），含 有RNA聚合酶识别和结合的位点，有助于RNA聚合酶驱动基因的编码区转录出 mRNA，最终获得所需的蛋白质。

（2）终止子：也是一段有特殊结构的DNA片段 ，位于基因的尾端（编码区下游的非编区）。 （3）标记基因的作用：是为了鉴定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。常用的标记基因是抗生素基因，此外还有荧光蛋白基因。

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第三步：将目的基因导入受体细胞

1.转化的概念：是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.常用的转化方法：

将目的基因导入植物细胞：采用最多的方法是 农杆菌转化 （该方法主要针对 双子叶植物

植物和 裸子 植物，而对大多数 单子叶 植物无效。利用农杆菌Ti质粒上的T-DNA可整合到受全细胞染色体DNA上的特性）。

其次还有 基因枪法 （又称微弹轰击法），以及 花粉管通

道 等。

将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是 显微注射法 。此方法的受体细胞多是

受精卵 。

将目的基因导入微生物细胞：原核生物作为受体细胞的原因是：繁殖快、多为单细胞、遗传 物质相对较少 。

最常用的原核细胞是 大肠杆菌 ，其转化方法是：先用 钙离子 处理细胞，使其成为感受态细胞 ，再将重组表达载体DNA分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子，完成转化过程。

3.重组细胞导入受体细胞的成功率 很低 ，需利用 标记基因 筛选含有基因表达载体受体细胞。

第四步：目的基因的检测和鉴定 1.分子水平的检测

（1）首先要检测 转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因 方法/技术： DNA分子杂交技术

基因探针：用放射性同位素或荧光分子等标记的 目的基因 单链。 检测对象：DNA 存在标志：出现杂交带。 （2）其次还要检测 目的基因是否转录出了mRNA 方法/技术： DNA分子杂交技术

基因探针：用放射性同位素或荧光分子等标记的 目的基因 单链。 检测对象： mRNA 。 存在标志：出现杂交带。 （3）最后检测 目的基因是否翻译成蛋白质

方法/技术： 抗原--抗体杂交 存在标志：出现杂交带。 目的基因翻译成的蛋白质相当于 抗原 。 2..个体生物学水平的鉴定

如做抗虫的接种实验： 将虫子放在转基因植物上，观察虫子是否因摄食植物死亡 ，以确定转基因抗虫植物是否出现抗虫性状及抗性的程度。

又如，有的基因工程产品需与天然产品的功能进行 活性 比较，以确定转基因产品的 功能活性 是否与天然产品相同。

1.3 基因工程的应用

注意：书中提到的各种应用中，目的基因为何？ 1.植物基因工程应用：

（1）抗虫、抗病等抗逆能力的提高。（2）改良农作物的品质。（3）利用植物生产药物等。

2.动物基因工程：

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（1）提高动物生长速度。（2）改善畜产品品质。（3）用转基因动物生产药物。（4）器官移植的供体

乳腺生物反应器（乳房生物反应器）： 药用基因 （目的基因）+ 乳腺蛋白基因的启动子 3.基因工程药物（干扰素是一种 糖蛋白 。） 工程菌：用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系一般称为工程菌。 4.基因治疗：把 正常 的外源基因导入病人体内，使该基因表达产物发挥作用。是治疗遗 传病的最有效的手段。

5.基因芯片的应用（DNA分子杂交技术）：亲子鉴定、罪犯认定、尸体辨别、疾病诊断等。

1.4 蛋白质工程

1、蛋白质工程的概念

蛋白质工程是指以 蛋白质的结构规律 及 其与生物功能的关系 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（自然界没有的）蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。是在 基因工程 的基础上延伸出来的。（基因工程在原则上只能生产 自然界已存在 的蛋白质）

2、过程

预期蛋白质功能--->设计蛋白（空间）结构---->改造相关基因----->基因工程

实现预期

3.进展

成功例子不多，主要是因为蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级（空间）结构，而目前科学家

们对此了解的还很不够。

专题2 细胞工程

细胞工程：是指导应用 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，

根据操作对象不同分为：植物细胞工程，动物细胞工程

操作水平： 细胞 水平的操作（基因工程为 分子 水平的操作）

2.1植物细胞工程 （属于无性繁殖）

有关知识回顾：

1、无性繁殖最大优点：保持优良品种的遗传特征。

2、理论基础（原理）：细胞全能性（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，也就是说，每个生物细胞都具有全能性的特点，）

3、具有全能性的原因：分化的细胞，仍具有形成完整植株所需要的全部基因。

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