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高中生物基因工程與蛋白質(zhì)工程知識點總結(jié)

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  凡事預(yù)則立,不預(yù)則廢。學(xué)習(xí)生物需要講究方法和技巧,更要學(xué)會對知識點進(jìn)行歸納整理。下面是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的高中生物基因工程與蛋白質(zhì)工程知識點,希望對大家有所幫助!

  基因工程與蛋白質(zhì)工程知識點總結(jié)

  一、基因工程

  基因工程是指按照人們的愿望,進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計,通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因技術(shù),賦予生物以新的遺傳特性,創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品?;蚬こ淌窃贒NA分子水平上進(jìn)行設(shè)計和施工的,又叫做DNA重組技術(shù)。

  (一)基因工程的基本工具:

  1.“分子手術(shù)刀”——限制性核酸內(nèi)切酶(限制酶)

  (1)來源:主要是從原核生物中分離純化出來的。

  (2)功能:能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列,并且使每一條鏈 中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開,因此具有專一性。

  (3)結(jié)果:經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式:黏性末端和平末端。

  2.“分子縫合針”——DNA連接酶

  (1)兩種DNA連接酶(E•coliDNA連接酶和T4-DNA連接酶)的比較:

 ?、傧嗤c:都縫合磷酸二酯鍵。

 ?、趨^(qū)別:E•coliDNA連接酶來源于T4噬菌體,只能將雙鏈DNA片段互補的黏性末端之間的磷酸二酯鍵連接起來;而T4DNA連接酶能縫合兩種末端,但連接平末端的之間的效率較低。

  (2)與DNA聚合酶作用的異同: DNA聚合酶只能將單個核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端,形成磷酸二酯鍵。DNA連接酶是連接兩個DNA片段的末端,形成磷酸二酯鍵。

  3.“分子運輸車”——載體

  (1)載體具備的條件:①能在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存。

  ②具有一至多個限制酶切點,供外源DNA片段插入。

 ?、劬哂袠?biāo)記基因,供重組DNA的鑒定和選擇。

  (2)最常用的載體是--質(zhì)粒,它是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單的、獨立于細(xì)菌染色體之外,并具有自我復(fù)制能力的雙鏈環(huán)狀DNA分子。

  (3)其它載體:噬菌體的衍生物、動植物病毒

  (二)基因工程的基本操作程序

  第一步:目的基因的獲取

  1.目的基因是指:編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因。

  2.原核基因采取直接分離獲得,真核基因是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有反轉(zhuǎn)錄法和化學(xué)合成法。

  3.PCR技術(shù)擴增目的基因

  (1)原理:DNA雙鏈復(fù)制

  (2)過程:第一步:加熱至90~95 ℃DNA解鏈;第二步:冷卻到55~60 ℃,引物結(jié)合到互補DNA鏈;第三步:加熱至70~75 ℃,熱穩(wěn)定DNA聚合酶從引物起始互補鏈的合成。

  第二步:基因表達(dá)載體的構(gòu)建

  1.目的:使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在,并且可以遺傳至下一代,使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。

  2.組成:目的基因+啟動子+終止子+標(biāo)記基因

  (1)啟動子:是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段,位于基因的首端,是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位,能驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA,最終獲得所需的蛋白質(zhì)。

  (2)終止子:也是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段,位于基因的尾端。

  (3)標(biāo)記基因的作用:鑒定受體細(xì)胞中是否含有目的基因,從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來。常用的標(biāo)記基因是抗生素基因。

  第三步:將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞

  1.轉(zhuǎn)化:目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi),并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過程。

  2.常用的轉(zhuǎn)化方法:

  將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞:采用最多的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,其次還有基因槍法和花粉管通道法等。

  將目的基因?qū)雱游锛?xì)胞:最常用的方法是顯微注射技術(shù)。此方法的受體細(xì)胞多是受精卵。

  將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞:原核生物作為受體細(xì)胞的原因是繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對較少,最常用的原核細(xì)胞是大腸桿菌,其轉(zhuǎn)化方法是:先用 Ca2+處理細(xì)胞,使其成為感受態(tài)細(xì)胞,再將重組表達(dá)載體DNA分子溶于緩沖液中與感受態(tài)細(xì)胞混合,在一定的溫度下促進(jìn)感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子,完成轉(zhuǎn)化過程。

  3.重組細(xì)胞導(dǎo)入受體細(xì)胞后,篩選含有基因表達(dá)載體受體細(xì)胞的依據(jù)是標(biāo)記基因是否表達(dá)。

  第四步:目的基因的檢測和表達(dá)

  1.首先要檢測轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因,方法是采用DNA分子雜交技術(shù)。

  2.其次還要檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA,方法是采用用標(biāo)記的目的基因作探針與 mRNA雜交。

  3.最后檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì),方法是從轉(zhuǎn)基因生物中提取蛋白質(zhì),用相應(yīng)的抗體進(jìn)行抗原-抗體雜交。

  4.有時還需進(jìn)行個體生物學(xué)水平的鑒定。如轉(zhuǎn)基因抗蟲植物是否出現(xiàn)抗蟲性狀。

  (三)基因工程的應(yīng)用

  1.植物基因工程:抗蟲、抗病、抗逆轉(zhuǎn)基因植物,利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)。

  2.動物基因工程:提高動物生長速度、改善畜產(chǎn)品品質(zhì)、用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物。

  3.基因治療:把正常的外源基因?qū)氩∪梭w內(nèi),使該基因表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮作用。

  二、蛋白質(zhì)工程的概念

  蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ),通過基因修飾或基因合成,對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,或制造一種新的蛋白質(zhì),以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。(基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì))

  1.蛋白質(zhì)工程的基本原理:它可以根據(jù)人的需求來設(shè)計蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),又稱為第二代的基因工程。

  2.基本途徑:從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā),設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),推測應(yīng)有的氨基酸序列,找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)是蛋白質(zhì)工程特有的途徑;以下按照基因工程的一般步驟進(jìn)行。(注意:目的基因只能用人工合成的方法)

  3.設(shè)計中的困難:如何推測非編碼區(qū)以及內(nèi)含子的脫氧核苷酸序列。

  【高考真題鏈接】

  (2015年•全國卷Ⅱ第40題)

  40.[生物——選修3:現(xiàn)代生物科技專題](15分)

  已知生物體內(nèi)有一種蛋白質(zhì)(P),該蛋白質(zhì)是一種轉(zhuǎn)動蛋白,由305個氨基酸組成。如果將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸,240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸,改變后的蛋白質(zhì)(P1)不但保留P的功能,而且具有了酶的催化活性?;卮鹣铝袉栴}:

  (1)從上述資料可知,若要改變蛋白質(zhì)的功能,可以考慮對蛋白質(zhì)的_____ 進(jìn)行改造。

  (2)以P基因序列為基礎(chǔ),獲得P1基因的途徑有修飾_____ 基因或合成_____ 基因。所獲得的基因表達(dá)時是遵循中心法則的,中心法則的全部內(nèi)容包括_____ 的復(fù)制;以及遺傳信息在不同分子之間的流動,即_____ 。

  (3)蛋白質(zhì)工程也被程為第二代基因工程,其基本途徑是從預(yù)期蛋白質(zhì)功能出發(fā),通過_____ 和_____ ,進(jìn)而確定相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列。據(jù)此獲得基因,再經(jīng)表達(dá)、純化獲得蛋白質(zhì),之后還需要對蛋白質(zhì)的生物_____ 進(jìn)行鑒定。

  【答案】(15分)

  氨基酸序列(或結(jié)構(gòu))(1分,其他合理答案也給分)

  PP1(每空2分,共4分)DNA和RNA(或遺傳物質(zhì))(2分)

  DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白質(zhì)(或轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄、翻譯)(3分)

  (3)設(shè)計蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 推測氨基酸序列(每空2分,共4分) 功能(1分)

  【考點】本題考查蛋白質(zhì)工程。

  【解析】(1)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定蛋白質(zhì)的功能,題中蛋白質(zhì)P更改2個氨基酸后,不但保留原有功能,還具有了酶的催化活性,所以可以通過改造蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)來改變蛋白質(zhì)的功能。

  (2)獲得新的基因序列可以通過對原有基因的修飾或者利用化學(xué)方法人工合成,所以可以修飾P基因或合成P1基因??茖W(xué)家克里克總結(jié)了遺傳信息傳遞的一般規(guī)律,并把它命名為中心法則。包括DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、逆轉(zhuǎn)錄、RNA的自我復(fù)制等過程。

  (3)蛋白質(zhì)工程的基本途徑是從預(yù)期蛋白質(zhì)的功能出發(fā),設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),推測應(yīng)有氨基酸序列,找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列。經(jīng)過表達(dá)獲得的蛋白質(zhì),還要鑒定其生物功能。
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凡事預(yù)則立,不預(yù)則廢。學(xué)習(xí)生物需要講究方法和技巧,更要學(xué)會對知識點進(jìn)行歸納整理。下面是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的高中生物基因工程與蛋白質(zhì)工程知識點,希望對大家有所幫助! 基因工程與蛋白質(zhì)工程知識點總結(jié) 一、基因工程 基因工程是
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