生物基因工程专题默写

基因工程专题默写

#生物/基因工程#

#TODO#等待进一步整理。

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。

基因拼接的理论基础

DNA 是生物的主要遗传物质。
DNA 的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。
双链 DNA 分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。

外源基因在受体内表达的理论基础

基因是控制生物性状的独立遗传单位。
遗传信息的传递遵循中心法则阐述的信息流动方向。
生物界共用一套遗传密码。

基因工程的基本工具

分子手术刀：限制性核酸内切酶（限制酶）

来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。
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。
结果：经限制酶切割产生的 DNA 片段末端两种形式：黏性末端和平末端。

分子缝合针：DNA 连接酶

两种 DNA 连接酶的比较：

相同点：都缝合磷酸二酯键。
不同点：E·coliDNA 连接酶来自 T4噬菌体，只能将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，但连接平末端的效率较低。

与 DNA 聚合酶的异同：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 连接酶的作用是连接两个 DNA 片段的末端，形成磷酸二酯键。

与 DNA 分子相关的酶：

	限制酶	DNA 连接酶	DNA 聚合酶	解旋酶	DNA（水解）酶
作用底物	DNA 分子	DNA 分子片段	脱氧核苷酸	DNA 分子	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	磷酸二酯键
作用结果	形成黏性末端或平末端	形成重组 DNA 分子	形成新的 DNA 分子	形成单链 DNA 分子	形成脱氧核苷酸

分子运输车：载体

载体具备的条件：

1.
能在受体细胞中自我复制并稳定保存。（进行自我复制，整合到DNA上，随染色体DNA同步复制）**
2.
具有一或多个限制酶切点，供外源 DNA 片段插入。
3.
具有标记基因，供重组DNA鉴定和选择。

最常用的载体：质粒。它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外、具有自我复制能力的双链环状DNA分子。

其他载体：噬菌体的衍生物、动植物病毒

基因工程的基本操作程序

目的基因的获取

获取目的基因的方法

从基因文库中获取目的基因。
利用PCR技术扩增目的基因。
通过DNA合成仪用化学方法直接合成。

从基因文库中获取：
供体细胞中 DNA 被限制酶切割成许多 DNA 片段，载入运载体后，导入到受体细胞中，外源 DNA 扩增后产生特定性状，分离得到目的基因。

从 cDNA 文库中获取：
目的基因的 mRNA 反转录获得单链 DNA，再合成双链 DNA 即目的基因。

DNA 合成仪直接合成：
从蛋白质的核苷酸序列，推测对应的 mRNA 核苷酸序列，再推测对应的结构基因的核苷酸序列，通过化学方法合成目的基因。

来源：
- 自然界中已有物种中分离出来。
- 人工方法合成。
目的基因：主要指的是编码蛋白质的结构基因，也可以是一些有调控作用的因子。
原核基因直接分离获得，真核基因人工合成。
人工合成的常用方法有：反转录法和化学合成法。
基因文库和部分基因文库(cDNA)文库的区别：
构建过程不同，基因文库直接构建，cDNA文库反转录构建.
文库大小不同，cDNA 文库小，基因组文库大。
cDNA 文库无启动子，基因组文库有启动子。
cDNA 文库无内含子，基因组文库有内含子。
cDNA 文库包含某生物部分基因，基因组文库包含全部基因。
cDNA 文库可以实现物种间基因交流，而基因组文库只有部分基因可以。

PCR 技术扩增目的基因

全称：多聚酶链式反应
原理：DNA 双链复制
条件：
1. 1.
  模板：含有目的基因的 DNA
2. 2.
  原料：四种脱氧核苷酸（作为原料，也提供能量）
3. 3.
  酶：热稳定 DNA 聚合酶（Taq 酶）
4. 4.
  一对 DNA 引物：使 DNA 聚合酶能够从引物的 3' 端开始连接脱氧核苷酸。
前提：一段已知的目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物。
过程：
1. 1.
  加热至度左右，DNA 解链。
2. 2.
  冷却到度左右，引物结合到互补 DNA 链。
3. 3.
  加热至度左右，热稳定 DNA 聚合酶从引物起始互补链的合成。

一条 DNA 复制次后：( 为循环次数)

DNA 数链数

总数 $2^n$ $2 \times 2^n$

含有引物 $2^n$ $2 \times (2^n - 1)$

只含一种引物 $2^n - 1$ $2^n - 1$

同时含有两种引物 $2^n -2$ $0$
目的基因在 DNA 片段的中部时，需要第三轮才能出现想要的目的基因。
一个 DNA 分子进行轮扩增，可以产生个目的基因。#存疑#

	DNA 数	链数
总数	$2^n$	$2 \times 2^n$
含有引物	$2^n$	$2 \times (2^n - 1)$
只含一种引物	$2^n - 1$	$2^n - 1$
同时含有两种引物	$2^n -2$	$0$

基因表达载体的构建

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。

组成：目的基因+启动子+终止子+标记基因+复制原点
启动子：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，能够驱动转录出 mRNA，最终获得蛋白质。
终止子：DNA片段，位于尾端。
标记基因的作用：鉴定受体细胞中是否含有目的基因，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。

将目的基因导入受体细胞

转化的概念：目的基因进入受体细胞，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。

常用方法：

导入植物细胞，常用 农杆菌转化法 ，此外还有 基因枪法 和 花粉管通道法。
导入动物细胞，常用 显微注射技术，受体细胞多为 受精卵。
导入微生物：原核生物作用受体细胞原因是繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少，最常用大肠杆菌，转化方法：感受态细胞法。
用处理细胞，使其成为 感受态细胞，再将 重组表达载体 DNA 分子 溶解于缓冲液中与gas后台细胞混合，在一定的温度下促进细胞吸收 DNA 分子。

生物种类	植物细胞	动物细胞	微生物细胞
常用方法	农杆菌转化法	显微注射技术	钙离子处理法
受体细胞	体细胞或受精卵	受精卵	原核细胞
转化过程	将目的基因插入T-DNA上，导入农杆菌，再导入植物细胞，整合到受体细胞的 DNA 上，表达。	将含有目的基因的表达载体提纯，取卵进行显微注射，受精卵发育为由新性状的动物。	钙离子处理细胞，微生物细胞壁通透性增加，重组质粒与感受态细胞混合，感受态细胞吸收 DNA 分子。

重组 DNA 导入受体细胞后，筛选含有基因表达载体受体细胞的依据：标记基因是否表达。

目的基因的检测和鉴定

意义：检测转基因生物染色体的 DNA 上是否插入了目的基因，并且可以维持稳定和表达其遗传特性。

方法：

1.
检测染色体 DNA 上是否插入目的基因
这是目的基因在真核生物中稳定遗传的关键。
方法：DNA分子杂交技术
提取该生物的基因组DNA，在含有目的基因的 DNA 片段上用放射性同位素等做标记，作为探针与基因组 DNA 杂交，若出现杂交带则表明基因已插入到染色体 DNA 中。
2.
检测目的基因是否转录出 mRNA
这是检测目的基因是否发挥作用的第一步，方法是DNA分子杂交技术。
从转基因生物中提取 mRNA，用标记的目的基因作为探针，与 mRNA 杂交。
出现杂交带，则表明已转录。
3.
检测目的基因是否翻译成蛋白质
这是检测目的基因是否成功表达，方法是提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原-抗体杂交。
4.
个体生物学水平的鉴定
如果是获得转基因生物，则进行相应的接种实验，如转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。
若是获得产物，则进行产物活性比较。

基因工程的应用

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。

例子：转基因抗虫棉为例。

苏云金芽孢杆菌中获取 Bt 毒蛋白基因
基因表达载体的构建
将目的基因导入受体细胞
分子水平检测和抗虫接种实验。

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。

例子：乳腺生物反应器。

目的基因获取：药用蛋白基因。
基因表达载体的构建：将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起。
将目的基因导入到哺乳动物受精卵中，用显微注射法。
将受精卵送入母体动物内，使其生长发育成转基因（雌性）动物。
转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌的乳汁生产所需的产品。

基因治疗

将正常的外源基因导入患者体内，使该基因表达产物发挥作用。

例子：体外基因治疗复合型免疫综合征。

从患者体内分理处淋巴细胞进行培养
用限制酶从正常人体细胞中获取腺苷酸脱氨酶基因，并构建基因表达载体。
将基因表达载体导入淋巴细胞。
检测筛选出成功转化的淋巴细胞，导入患者体内。
一段时间后，检测患者体内是否含有被改造的淋巴细胞，是否产生腺苷酸脱氨酶。

蛋白质工程

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。

崛起原因

基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。
这些天然蛋白质，结构和功能符合特定物种的生存需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。

基本原理

目标：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。
实质：改造编码蛋白质的基因。

基本途径

从预期的蛋白质功能出发
设计预期的蛋白质结构
推测应有的氨基酸序列
找到相应的脱氧核苷酸序列（基因）
目的基因的获取
基因表达载体的构建
将目的基因导入受体细胞
目的基因的检测和表达

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