常识积累：生物基因工程

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　　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。

　　操作水平：DNA分子水平

　　原理：基因重组

　　优点：1.突破物种界限。 2.定向改造生物的遗传特性。

　　(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：能够识别特定的核苷酸序列，并在特定的切点切割，因此具有专一性。

　　(3)作用的化学键：切割磷酸二酯键。

　　(4)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)作用：将两个具有相同粘性末端的DNA片段连接起来，形成重组DNA

　　(2)连接的化学键：磷酸二酯键

　　(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。

　　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”——运载体

　　(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,它是一种环状DNA分子。

　　(3)其它载体：噬菌体、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.从基因文库中获取(不知道目的基因的核苷酸序列的情况下采用)

　　2.人工合成。常用方法有：

　　(1)反转录法(已经获得mRNA的情况下采用)

　　(2)化学合成法(知道目的基因的核苷酸序列、基因比较小的情况下采用)

　　3.PCR技术扩增目的基因(知道目的基因两端的核苷酸序列、基因比较大的情况下采用)

　　(1)PCR的含义：是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。

　　(2)目的：获取大量的目的基因

　　(3)原理：DNA双链复制

　　(4)过程：

　　第①步：变性，加热至90～95℃DNA解链为单链;(高温解旋)

　　第②步：复性，冷却到55～60℃，引物与两条单链DNA结合;

　　第③步：延伸，加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶从引物起始进行互补链的合成。

　　(5)特点：指数形式扩增

　　第二步：基因表达载体的构建(核心)

　　1.目的：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，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

　　(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，能驱动基因转录mRNA。

　　(2)终止子：也是一段有特殊结构的DNA片段 ，位于基因的尾端，使转录停止。

　　(3)标记基因的作用：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。

　　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 农杆菌转化法，其次还有 基因枪法和 花粉管通道法等。

　　将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是 显微注射技术。方法的受体细胞多是 受精卵。

　　将目的基因导入微生物细胞：感受态细胞法：用 Ca2+ 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)

　　原核生物作为受体细胞的优点： 繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少

　　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(DNA-DNA)技术。

　　2.其次还要检测目的基因是否转录出mRNA，方法是采用分子杂交(DNA-RNA)技术。

　　3.最后检测目的基因是否翻译成蛋白质，方法是采用抗原—抗体杂交技术。

　　4.有时还需进行个体生物学水平的鉴定。如生物抗虫或抗病的鉴定等。

　　(三)基因工程的应用

　　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：如乳腺生物反应器和膀胱生物反应器，方法是将目的基因导入哺乳动物的受精卵中，使其发育成转基因动物。

　　3.基因治疗是把正常基因导入病人的体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗的目的，这是治疗遗传病最有效的手段。

　　4.基因诊断：又称为DNA诊断，是采用基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体。

　　刷题巩固

　　1、下列关于基因工程叙述正确的是( )

　　A.各种遗传病的基因异常是不同的，同一遗传病的基因异常是相同的

　　B.一种基因探针能检测水体中的各种病毒

　　C.基因治疗就是把缺陷基因诱变成正常基因

　　D.基因诊断的基本原理就是DNA分子杂交

　　解析：第一步，本题考查生物医学知识。

　　第二步，基因诊断，又称DNA诊断或分子诊断，该技术的基本原理是：互补的DNA单链能够在一定条件下结合成双链，即能够进行DNA分子杂交。

　　因此，选择D选项。

（编辑：青海华图）