专题1_基因工程_知识点梳理(含教材答案)

2021年2月28日发(作者：面部吸脂哪里好)

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
DN A
分子水平
上进行设计和施工的，又叫做
DNA
重组技术
。

操作环境

生物体外

操作对象

基因

操作水平

分子水平

基本过程

剪切→拼接→导入→表达

结果

人类需要的基因产物

﹡原理：
基因重组

﹡目的：
创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。

﹡意义：能够打破生物种属的界限（即打破
生殖隔离
，克服
远源杂交不亲和
的障碍 ）
，在分子水平上
定向
改变生物的遗传特性。

﹡操作水平：
DNA
分子水平

【思考】
：
（
1
）基因工程的物质基础是：
所有生物的
DNA
均由四种脱氧 核苷酸组成
。

（
2
）基因工程的结构基础是：
所有生物的
DNA
均为双螺旋结构
。

（
3
）
一种生 物的
DNA
上的基因之所以能在其他生物体内得以进行相同的表达，是因为
它们共用一 套遗传
密码子
。

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< br>）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（回文结构特 点）
。
①在中心轴线两侧将
DNA
切开，切口是黏性末端。

②沿着中心轴线切开
DNA
，切口是平末端。

2.
“分子缝合针”——
DNA
连接酶


1

（
1
）分类：
根据酶的来源不同，可分为
E
·< br>coliDNA
连接酶和
T
4
DNA
连接酶两类

（
2
）功能：
恢复被限制酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

★
两种
DNA
连接酶
(E
·
coliDNA
连接酶和
T
4
DNA
连接酶
)
的比较：

①相同点：都缝合磷酸二酯键

②区别：
E
．
coIiDN A
连接酶来源于大肠杆菌，只能使黏性末端之间连接；

T
4
DNA
连接酶能缝合两种末端，但连接平末端之间的效率较低。

(3)
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。
DN A
连接酶是连接
两
个
DNA
片段
的末端，形成磷酸二酯键。


不同点


连接的
DNA
DNA
连接酶

双链

DNA
聚合酶

单链

模板

不要模板

要模板

连接的对象

2
个
DNA
片段

单个脱氧核苷酸加到已存在的单链
DNA
片段上

相同点

作用实质

形成磷酸二酯键

化学本质

蛋白质

（
4
）
与
DNA
分子相关的酶


作用底物

限制酶

DNA
分子

DNA
连接酶

DNA
分子片段

DNA
聚合酶

脱氧核苷酸

解旋酶

DNA
分子

作用部位

磷酸二酯键

磷酸二酯键

磷酸二酯键

碱基对间的氢键

作用结果

形成粘性末

形成重组
DNA
分子

形成新的
DNA
分
子

2
形成单链
DNA
分
子

端或平末端



3.
“分子运输车”——载体

（
1
）作用：

①作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞内；② 利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。

（
2
）载体具备的条件：

①
能在受体细胞中
自我 复制
，或
整合
到染色体
DNA
上，随染色体
DNA
进行同步复制。

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
。

④大小合适，对受体细胞无害。

（
3
）最常用的载体是质粒。

它常存在于原核细胞和酵母菌中，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
D NA
分子
。

（
4
）其它载体：

噬菌体的衍生物、动植物病毒

4
DNA
的能力，至于原因，现在 还不清楚，也许将来会发现可以连接单链
DNA
的酶。

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：

主要是指编码蛋白质的结构基因，
也可以是一些具有调控作用的因子

。

※

基因的结构：

基因是有遗传效应的DNA
片段
(
注：
RNA
病毒为
RNA)
，分 为编码区和非编码区。

非编码区
编码区
非编码区
编码区上游
编码区下游

编码区：能转录出
mRNA
，原核生物中也就是能编码蛋白质的区段

非编码区：不能转录出
mRNA
，也不能编码蛋白质的区段

※

原核细胞的基因结构与真核细胞的基因结构的异同点

真核细胞 基因结构要比原核细胞的基因结构复杂，编码区间隔的、不连续，能够编码蛋白质的序列被
不能够编码蛋 白质的序列分隔开来，成为一种断裂的形式，分为：外显子：能够编码蛋白质的序列；内含
子：不能够编 码蛋白质的序列

（１）原核细胞基因的结构


3
< br>非编码区
编码区
非编码区
启动子
终止子
RNA
聚合酶 结合
位点
非编码区中存在调控遗传信息表达的核苷酸序列
:

①编 码区上游的
RNA
聚合酶结合位点，即启动子，可控制
RNA
聚合酶的结合。
RNA
聚合酶是一种蛋白
质，能识别并结合调控序列中的结合位点，能催化
D NA
转录为
RNA
②编码区下游有终止子，可控制
RNA
聚合酶的停止、脱落。

（
2
）真核细胞基因的结构

非编码区
编码区
非编 码区
启动子
编码区下游
外显子
内含子
(
能编码蛋白质
)
(
不能编码蛋白质
)
调控遗传信息的表达
(
调控序列< br>)

2.
获目的基因的来源：
从自然界中已有的物种中分离及人工合成。

3.

目的基因的获取方法：

（
1
）从
基因文库
中获取
（基因组文库、
cDNA
文库）

※基本概念的理解：

①将含有某种生物不同基因的许多
DNA
片段 ，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物
的不同的基因，称为
基因文库
。

②将某种生物体内的
DNA
全部提取出来，选用适当的限制酶，将DNA
切成一定范围大小的
DNA
片段，
然后将这些片段分别与载体连接 起来，导入受体菌的群体中储存，每个受体菌都含有了一段不同的
DNA

4

片段。这个群体包含了这种生物的所有基因。这种基因文库叫
基因组文库
。

③有些基因文库比较小，只包含了一种生物的一部分基因，这种基因文库叫做
部分基因文库，如
cDNA
文
库
（用某种生物发育的某个时期的
mRNA反转录产生的多种互补
DNA
（也叫
cDNA
）片段，与载体连接
后储存在一个受体菌群中，这个受体菌群体叫做这种生物
cDNA
文库。
）

﹡基因组文库和部分基因文库的比较：

文库类型

文库大小

基因中启动子

cDNA
文库

小

无

基因组文库

大

有

基因中内含子

基因多少

物种间基因交流

无

某种生物的部分基因

可以

有

某种生物的全部基因

部分基因可以

（
2
）用
化学方法直接人工合成

①反转录法：

以目的基因转录成的信使
RNA
为模板，反转录成互 补的单链
DNA
，然后在酶的作用下合
成双链
DNA
，从而获得所需 的基因。

目的基因转录成的
mRNA
链
DNA
的基因）

②根据已知的氨基酸序列合成
DNA
法
:
蛋白质中氨基酸的序列
因

mRNA
中的碱基序列
DNA< br>碱基序列目的基因
目的基
单
双链
DNA
（目
（
3
）用
PCR
技术
扩增目的基因

原核基因采取
直接分离
获得，真核基因是
人工合成
。人工合成目的基因的常用方法有
反转录 法
和
化学合成
法
。

※
PCR
技术扩增目的基因


5

（
1
）
PCR
是聚合酶链性反应的缩写
，发明人：穆里斯等人

（
2
）原理：
DNA
双链复制

（
3
）实质：
是一项在生物体外复制特定
DNA
片段的核酸合成技术。

（
4
）前提：
一段已知目的基因的核苷酸序列，根据这一序列合成引物。
（
5
）条件
：

a..
四种脱氧核苷酸







的两条链为模板





c.
热稳定
DNA
聚合酶
(Taq
酶）

d.
一对引物（一小段单链
DNA
或
RNA
，一般
20～
30
个碱基，能与
DNA
母链的一段碱基序列互补配
对）
e.
温度控制和缓冲液

（
6
）过程：


第一步：（变性）加热至
90
～
95
℃，
DNA
解链
；双链
DNA
模板在热作用下，氢键断裂，形成单链
DNA < br>第二步：（复性）冷却到
55
～
60
℃，
引物结合到互补DNA
链
；系统温度降低，引物与
DNA
模板结合，
形成局部双 链

第三步：（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
。在
Taq
酶的作用下，< br>从

引物的
5
′端→
3
′端延伸，合成与模板互补的
DNA
链

（
7
）特点：
指数形式扩增

﹡
PCR
技术与
DNA
复制的比较



原理

相同点

原料

四种游离的脱氧核苷酸

PCR
技术

DNA
双链复制
(
碱基互补配对
)

DNA
复制


6