专题1 基因工程.docx
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专题1基因工程
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,进行严格的设计,通过体外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DNA分子水平上进行设计和施工的,又叫做DNA重组技术。
(一)基因工程的基本工具
1.“分子手术刀”——限制性核酸内切酶(限制酶)
(1)来源:
主要是从原核生物中分离纯化出来的。
(2)功能:
能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列,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。
2.“分子缝合针”——DNA连接酶
(1)两种DNA连接酶(E•coliDNA连接酶和T4-DNA连接酶)的比较:
①相同点:
都缝合磷酸二酯键。
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连接酶是连接两个DNA片段的末端,形成磷酸二酯键。
3.“分子运输车”——载体
(1)载体具备的条件:
①能在受体细胞中复制并稳定保存。
②具有一至多个限制酶切点,供外源DNA片段插入。
③具有标记基因,供重组DNA的鉴定和选择。
(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双链环状DNA分子。
(3)其它载体:
噬菌体的衍生物、动植物病毒
(二)基因工程的基本操作程序
第一步:
目的基因的获取
1.目的基因是指:
编码蛋白质的结构基因。
2.人工合成目的基因的常用方法有:
逆转录法和化学合成法。
3.PCR技术扩增目的基因
(1)原理:
DNA双链复制
第二步:
基因表达载体的构建
1.组成:
目的基因+启动子+终止子+标记基因
(1)启动子:
是一段有特殊结构的DNA片段,位于基因的首端,是RNA聚合酶识别和结合的部位,转录的起点。
(2)终止子:
也是一段有特殊结构的DNA片段,位于基因的尾端。
(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。
第三步:
将目的基因导入受体细胞_
1.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法
将目的基因导入动物细胞:
最常用的方法是显微注射技术。
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:
先用CaCl2处理细胞,增大细胞壁的通透性。
原核生物作为受体细胞的原因是:
繁殖快,遗传物质少。
第四步:
目的基因的检测和表达
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,方法是采用DNA分子杂交技术。
2.其次还要检测目的基因是否转录出了mRNA,方法是采用用标记的目的基因作探针与mRNA杂交。
3.最后检测目的基因是否翻译成蛋白质,方法是从转基因生物中提取蛋白质,用相应的抗体进行抗原-抗体杂交。
(三)基因工程的应用
1.植物基因工程:
抗虫、抗病、抗逆转基因植物,利用转基因改良植物的品质。
2.动物基因工程:
提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物。
3.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。
(四)蛋白质工程的概念
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,以满足人类的生产和生活的需求。
(基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质)
专题2细胞工程
(一)植物细胞工程
1.理论基础(原理):
细胞全能性
全能性表达的难易程度:
受精卵>生殖细胞>体细胞;植物细胞>动物细胞
2.植物组织培养技术
(1)过程:
(2)用途:
微型繁殖、作物脱毒、制造人工种子、单倍体育种、细胞产物的工厂化生产。
3.植物体细胞杂交技术
(1)过程:
(2)诱导融合的方法:
物理法包括离心、振动、电刺激等。
化学法一般是用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂。
(3)意义:
克服了远缘杂交不亲和的障碍。
(二)动物细胞工程
1.动物细胞培养
(1)概念:
动物细胞培养就是从动物机体中取出相关的组织,将它分散成单个细胞,然后放在适宜的培养基中,让这些细胞生长和繁殖。
(2)动物细胞培养的流程:
取动物组织块(动物胚胎或幼龄动物的器官或组织)→剪碎→用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞→制成细胞悬液→转入培养瓶中进行原代培养→贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞继续传代培养。
(3)细胞贴壁和接触抑制:
悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上,称为细胞贴壁。
细胞数目不断增多,当贴壁细胞分裂生长到表面相互抑制时,细胞就会停止分裂增殖,这种现象称为细胞的接触抑制。
(4)动物细胞培养需要满足以下条件
①无菌、无毒的环境:
培养液应进行无菌处理。
通常还要在培养液中添加一定量的抗生素,以防培养过程中的污染。
此外,应定期更换培养液,防止代谢产物积累对细胞自身造成危害。
②营养:
合成培养基成分:
糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。
通常需加入动物血清等天然成分。
③温度:
适宜温度:
哺乳动物多是36.5℃+0.5℃;pH:
7.2~7.4。
④气体环境:
95%空气+5%CO2。
O2是细胞代谢所必需的,CO2的主要作用是维持培养液的pH。
(5)动物细胞培养技术的应用:
制备病毒疫苗、制备单克隆抗体、检测有毒物质、培养医学研究的各种细胞。
2.动物体细胞核移植技术和克隆动物
(1)体细胞核移植的大致过程是:
(2)选用去核卵(母)细胞的原因:
卵(母)细胞比较大,容易操作;卵(母)细胞细胞
(3)体细胞核移植技术存在的问题:
克隆动物存在着健康问题、表现出遗传和生理缺陷等。
质多,营养丰富。
3.动物细胞融合
(1)动物细胞融合也称细胞杂交,是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。
融合后形成的具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞,称为杂交细胞。
(2)常用的诱导因素有:
物理法:
离心、振动、电刺激。
化学法:
聚乙二醇(PEG)作为诱导剂,生物法:
灭活的病毒。
(3)动物细胞融合的意义:
克服了远缘杂交的不亲和性
(4)动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较:
4.单克隆抗体
(1)抗体:
一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体。
从血清中分离出的抗体产量低、纯度低、特异性差。
(2)单克隆抗体的制备过程:
(3)杂交瘤细胞的特点:
既能大量繁殖,又能产生专一的抗体。
(4)单克隆抗体的优点:
特异性强,灵敏度高,并能大量制备。
(5)单克隆抗体的作用:
①作为诊断试剂:
准确识别各种抗原物质的细微差异,并跟一定抗原发生特异性结合,具有准确、高效、简易、快速的优点。
②用于治疗疾病和运载药物:
主要用于治疗癌症治疗,可制成“生物导弹”,也有少量用于治疗其它疾病。
专题3胚胎工程
(一)动物胚胎发育的基本过程
1、胚胎工程是指对动物早期胚胎或配子所进行的多种显微操作和处理技术,如胚胎移植、体外受精、胚胎分割、胚胎干细胞培养等技术。
经过处理后获得的胚胎,还需移植到雌性动物体内生产后代,以满足人类的各种需求。
2、精子的发生
3、卵子的发生
3、动物胚胎发育的基本过程
(1)受精场所是母体的输卵管上段。
(2)卵裂期:
特点:
细胞有丝分裂,细胞数量不断增加,但胚胎的总体体积并不增加,或略有减小。
(3)桑椹胚:
特点:
胚胎细胞数目达到32个左右时,胚胎形成致密的细胞团,形似桑椹。
是全能细胞。
(4)囊胚:
特点:
细胞开始出现分化(该时期细胞的全能性仍比较高)。
聚集在胚胎一端个体较大的细胞称为内细胞团,将来发育成胎儿的各种组织。
中间的空腔称为囊胚腔。
(5)原肠胚:
特点:
有了三胚层的分化,具有囊胚腔和原肠腔。
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