生物选修三复习导学提纲（一）
专题一 基因工程
第一课时 1.1 DNA重组技术的基本工具 1.2 基因工程的基本操作程序
【课前导学】
1．1 DNA重组技术的基本工具
一、基因工程的原理：基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外 和 ，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。由于基因工程是在 水平上进行设计和施工的，因此又叫做 。
二、限制性核酸内切酶
1、切割DNA的工具是 ，又称 。 2、这类酶在生物体内能将外来的DNA切断，即能够限制异源DNA的侵入并使之失去活力，但对自己的DNA却无损害作用，这样可以保持细胞原有的遗传信息。
3、由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性核酸内切酶（简称限制酶）。
4、DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段，末端通常有两种形式，即 和 。
三、DNA连接酶——“分子缝合针”
根据DNA连接酶的来源不同，可以将它分为两类：
一类是从大肠杆菌中分离得到的，称为E?coliDNA连接酶。E?coliDNA连接酶只能将 连接起来，不能将双链DNA片段平末端之间进行连接。
另一类是从 分离出来的，称为T4DNA连接酶。T4DNA连接酶既可以“缝合”双链DNA片段互补的 ，又可以“缝合”双链DNA片段的 ，但连接 之间的效率比较低。
四、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
1、基因操作过程中使用载体两个目的：一是用它作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞中去；二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量的复制。
2、现在通常使用的载体是 ，它是一种相对分子质量较小、独立于拟核DNA之外的环状DNA，有的细菌中有一个，有的细菌中有多个。
3、质粒通过细菌间的接合由一个细菌向另一个细菌转移，可以 复制，也可整合细菌拟核DNA中，随着拟核DNA的复制而复制。
4、其他载体还有 和 等。 5、作为载体必须具备以下条件：
能够在宿主细胞中复制并稳定地保存；
具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；
具有某些标记基因，便于进行筛选，如对抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。
1．2 基因工程的基本操作程序
一、目的基因的获取：
1、目的基因：符合人们需要的，编码蛋白质的 。 2．获取目的基因的方法
（1）从基因文库中获取目的基因
① 基因文库：将含有某种生物不同基因的许多 ，导人受体菌的群体中 ，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。
基因组文库：含有一种生物的 基因
② 种类 cDNA文库：含有一种生物的 基因
③ 目的基因的获取
根据基因的有关信息：基因的 序列、基因在 上的位置、基因的 产物mRNA、基因的 产物蛋白质等特性获取目的基因。
（2）利用PCR技术扩增目的基因。
① PCR：是一项在生物体外 特定DNA片段的核酸合成技术。 ② 条件：已知目的基因的 序列。
③ 过程：目的基因DNA受热形成 ，与 结合，然后在 ______的作用下进行延伸形成DNA。
n
④ 方式：指数扩增=2（n为扩增循环的次数）
（3）人工合成法：基因较小，核苷酸序列已知，可以人工合成。 二、基因表达载体的构建
1、表达载体的组成：目的基因+ + +标记基因等。
2、启动子：位于基因的 ，它是 结合 的部位，驱动基因转录产生mRNA。
3、终止子：位于基因的 ，终止 。
4、表达载体的功能：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且 给下一代；使目的基因 ____ 和发挥作用。
5、标记基因： 受体细胞是否含有目的基因。
6、不同的受体细胞及目的基因导入受体细胞的方法不同，基因表达载体的构建上也会有所差别。
三、将目的基因导入受体细胞
（一）转化：目的基因进人受体细胞内，并在受体细胞内维持稳定和 的过程。
（二）方法
1、将目的基因导入植物细胞 （1）农杆菌转化法
① 农杆菌特点：易感染 植物和裸子植物，对___________植物没有感染力；Ti质粒的 可转移至受体细胞，并整合到受体细胞的染色体上。
② 转化：目的基因插人
?进入???农杆菌→导入植物细胞→目的基因整合到
植物细胞染色体上→目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。
（2）基因枪法
基因枪法：是单子叶植物中常用的一种基因转化方法，但是成本较高。 （3）花粉管通道法
花粉管通道法：这是我国科学家独创的一种方法，是一种十分简便经济的方法。（我国的转基因抗虫棉就是用此种方法获得的）
2．将目的基因导入动物细胞
（1）方法： 注射技术。
（2）操作程序：目的基因表达载体 的基因的受精卵移植到____性动物的 动物。
3．将目的基因导人微生物细胞
→取卵（受精卵） →显微注射→注射了目
_________________________内发育→新性状
（1）原核生物特点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等。 （2）转化：
处理细胞→
细胞→表达载体与感受态细胞混合→ ___
细胞吸收DNA分子。 四、目的基因的检测与鉴定 1．检测
（1）方法：标记了的 （2）内容
① 检测转基因生物染色体的DNA是否插入 ② 检测目的基因是否转录
2．鉴定： 【总结归纳】
归纳点1 基因工程的概念 基因工程的别名 操作环境 操作对象 操作水平 基本过程 结果 归纳点2 基因工程的工具及其比较 1、基因工程的操作工具
（1）分子手术刀——限制性核酸内切酶
限制性核酸内切酶简称限制酶，主要存在于原核生物中，一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子。目前已经发现了200多种限制酶。例如，从大肠杆菌中发现的一种限制酶只能识别GAATTC序列，并在G和A之间将这段序列切开。苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因，就能被某种限制酶切割下来。DNA分子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（如下图所示）。当限制酶在它识别序列的中轴线两侧将DNA的两条链分别切开时，产生的是黏性末端，而当限制酶在它识别序列的中轴线处切开时，产生的则是平末端。
基因拼接技术或DNA重组技术 生物体外 基因 DNA分子水平 剪切→拼接→导入→表达 人类需要的基因产物
。
。
③ 检测目的基因是否翻译成
。
、抗原抗体杂交。
鉴定、抗病鉴定等。
注意：①用限制酶切割DNA分子时，被破坏的是DNA链中的磷酸二酯键（即连接相邻两个脱氧核苷酸的键）。
②黏性末端是指双链DNA分子被限制酶切开后，切口处的两个末端伸出的由若干特定核苷酸组成的单链。
（2）分子缝合针——DNA连接酶
从上图中可以看出，把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，然后让二者的黏性末端按碱基互补配对原则形成双链，用DNA连接酶催化两条DNA链的相邻两个碱基之间形成磷酸二酯键，从而将相邻的脱氧核苷酸连接起来。DNA连接酶有两类：一类是从大肠杆菌中分离得到的，称为E·coli DNA连接酶；另一类是从T4噬菌体中分离出来的．称为T4 DNA连接酶。E·coli DNA连接酶只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间连接起来，不能将双链DNA片段平末端之间进行连接。而T4-DNA连接酶既可以连接双链DNA片段互补的黏性末端，又可以连接双链DNA片段的平末端，但连接平末端的效率较低
（3）分子运输车一——基因进入受体细胞的载体 ① 使用运载体的目的
在基因工程中使用运载体有两个目的：一是用它作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞中去；二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量的复制（称为克隆）。 ② 运载体的种类
现在所利用的运载体主要有两类：一类是细菌的质粒，它是一种相对分子质量较小、独立于细菌核区DNA之外的双链环状DNA。另一类运载体是噬菌体或某些灭活的病毒等。现在人们还在寻找新的运载体，如叶绿体或线粒体等也有可能成为运载体。 ③ 基因的运载体必须具备的条件
a．载体DNA必须有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以插入到载体上去。这些供目的基因插入的限制酶的切点所处的位置，还必须是在质粒本身需要的基因片段之外，这样才不至于因目的基因的插入而导致其自身失活。
b．载体DNA必须具备自我复制的能力，或可以整合到受体染色体DNA上随受体染色体DNA的复制而同步复制。
c．载体DNA必须带有标记基因，以便重组后进行重组子的筛选。
d．载体DNA必须是安全的，不会对受体细胞有害，不能进入到除受体细胞以外的其他生物细胞中去。
e．载体DNA分子大小应适中，以便提取和在体外进行操作，太大则不便操作。 一般来说，天然运载体往往不能满足上述要求，因此根据不同的目的和需要，对运载体进行人工改造现在使用的质粒载体几乎都是经过改造的。
