現(xiàn)代生物科技專題知識點
現(xiàn)代生物科技專題是高中生物的重點難點，接下來學(xué)習(xí)啦小編為你整理了現(xiàn)代生物科技專題知識點，一起來看看吧。
現(xiàn)代生物科技專題知識點：基因工程
1、(a)基因工程的誕生
(一)基因工程的概念
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。基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計和施工的，又叫做DNA重組技術(shù)。
2、(a)基因工程的原理及技術(shù)
原理：基因重組
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T4DNA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。③具有標(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(kuò)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：是為了鑒定受體細(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)化的概念：是目的基因進(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：
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)(b)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。
(四)(a)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)工程崛起的緣由：基因工程只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)
(2)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。
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)以上是蛋白質(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)
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
現(xiàn)代生物科技專題知識點：動物細(xì)胞工程
1. 動物細(xì)胞培養(yǎng)(a)
(1)概念：動物細(xì)胞培養(yǎng)就是從動物機(jī)體中取出相關(guān)的組織，將它分散成單個細(xì)胞，然后放在適宜的培養(yǎng)基中，讓這些細(xì)胞生長和繁殖。
(2)動物細(xì)胞培養(yǎng)的流程：取動物組織塊(動物胚胎或幼齡動物的器官或組織)→剪碎→用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理分散成單個細(xì)胞→制成細(xì)胞懸液→轉(zhuǎn)入培養(yǎng)瓶中進(jìn)行原代培養(yǎng)→貼滿瓶壁的細(xì)胞重新用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理分散成單個細(xì)胞繼續(xù)傳代培養(yǎng)。
(3)細(xì)胞貼壁和接觸抑制：懸液中分散的細(xì)胞很快就貼附在瓶壁上，稱為細(xì)胞貼壁。細(xì)胞數(shù)目不斷增多，當(dāng)貼壁細(xì)胞分裂生長到表面相互抑制時，細(xì)胞就會停止分裂增殖，這種現(xiàn)象稱為細(xì)胞的接觸抑制。
(4)動物細(xì)胞培養(yǎng)需要滿足以下條件
?、贌o菌、無毒的環(huán)境：培養(yǎng)液應(yīng)進(jìn)行無菌處理。通常還要在培養(yǎng)液中添加一定量的抗生素，以防培養(yǎng)過程中的污染。此外，應(yīng)定期更換培養(yǎng)液，防止代謝產(chǎn)物積累對細(xì)胞自身造成危害。
?、跔I養(yǎng)：合成培養(yǎng)基成分：糖、氨基酸、促生長因子、無機(jī)鹽、微量元素等。通常需加入血清、血漿等天然成分。
?、蹨囟龋哼m宜溫度：哺乳動物多是36.5℃+0.5℃;pH：7.2～7.4。
?、軞怏w環(huán)境：95%空氣+5%CO2。O2是細(xì)胞代謝所必需的，CO2的主要作用是維持培養(yǎng)液的pH。
(5)動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用：制備病毒疫苗、制備單克隆抗體、檢測有毒物質(zhì)、培養(yǎng)醫(yī)學(xué)研究的各種細(xì)胞。
2.動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物
(1)哺乳動物核移植可以分為胚胎細(xì)胞核移植(比較容易)和體細(xì)胞核移植(比較難)。
(2)選用去核卵(母)細(xì)胞的原因：卵(母)細(xì)胞比較大，容易操作;卵(母)細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)多，營養(yǎng)豐富。
(3)體細(xì)胞核移植的大致過程是：
高產(chǎn)奶牛(提供體細(xì)胞)進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng);同時采集卵母細(xì)胞，在體外培養(yǎng)到減二分裂中期的卵母細(xì)胞，去核(顯微操作)[注：為什么要用卵細(xì)胞?它可以提供充足的營養(yǎng);操作簡便;細(xì)胞質(zhì)不會抑制細(xì)胞核全能性的表達(dá)];將供體細(xì)胞注入去核卵母細(xì)胞;通過電刺激使兩細(xì)胞融合，供體核進(jìn)入受體卵母細(xì)胞，構(gòu)建重組胚胎;將胚胎移入受體(代孕)母牛體內(nèi);生出與供體奶牛遺傳基因相同的犢牛
(4)體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用：
?、偌铀偌倚筮z傳改良進(jìn)程，促進(jìn)良畜群繁育;②保護(hù)瀕危物種，增大存活數(shù)量;
?、凵a(chǎn)珍貴的醫(yī)用蛋白;④作為異種移植的供體;⑤用于組織器官的移植等。
(5)體細(xì)胞核移植技術(shù)存在的問題：
克隆動物存在著健康問題、表現(xiàn)出遺傳和生理缺陷等。
3.動物細(xì)胞融合
(1)動物細(xì)胞融合也稱細(xì)胞雜交，是指兩個或多個動物細(xì)胞結(jié)合形成一個細(xì)胞的過程。融合后形成的具有原來兩個或多個細(xì)胞遺傳信息的單核細(xì)胞，稱為雜交細(xì)胞。
(2)動物細(xì)胞融合與植物原生質(zhì)體融合的原理基本相同，誘導(dǎo)動物細(xì)胞融合的方法與植物原生質(zhì)體融合的方法類似，常用的誘導(dǎo)因素有聚乙二醇、滅活的病毒、電刺激等。
(3)動物細(xì)胞融合的意義：克服了遠(yuǎn)緣雜交的不親和性，成為研究細(xì)胞遺傳、細(xì)胞免疫、腫瘤和生物生物新品種培育的重要手段。
.單克隆抗體
(1)抗體：一個B淋巴細(xì)胞只分泌一種特異性抗體。從血清中分離出的抗體產(chǎn)量低、純度低、特異性差。
(2)單克隆抗體的制備過程：
對免疫小鼠注射特定的抗原蛋白(目的使小鼠產(chǎn)生了效應(yīng)B細(xì)胞);提取B淋巴細(xì)胞;同時用動物細(xì)胞培養(yǎng)的方法培養(yǎng)骨髓瘤細(xì)胞并提取;促使它們細(xì)胞融合[注：融合的結(jié)果是有很多不符合要求的;如有2個B淋巴細(xì)胞融合的細(xì)胞等，所以要進(jìn)行篩選];在特定的選擇培養(yǎng)基上篩選出融合的雜種細(xì)胞[特點是能迅速大量增殖，又能產(chǎn)生專一的抗體];然后對它進(jìn)行克隆化培養(yǎng)和抗體檢測[篩選出能夠分泌所需抗體的雜種細(xì)胞];最后將雜交瘤細(xì)胞在體外做大規(guī)模培養(yǎng)或注射入小鼠腹腔內(nèi)增殖，從細(xì)胞培養(yǎng)液或小鼠腹水中可得到大量的單克隆抗體。
(3)雜交瘤細(xì)胞的特點：既能大量繁殖，又能產(chǎn)生專一的抗體。
(4)單克隆抗體的優(yōu)點：特異性強(qiáng)，靈敏度高，并能大量制備。
(5)單克隆抗體的作用：作為診斷試劑：準(zhǔn)確識別各種抗原物質(zhì)的細(xì)微差異，并跟一定抗原發(fā)生特異性結(jié)合，具有準(zhǔn)確、高效、簡易、快速的優(yōu)點。用于治療疾病和運載藥物：主要用于治療癌癥治療，可制成“生物導(dǎo)彈”，也有少量用于治療其它疾病。
現(xiàn)代生物科技專題知識點：胚胎工程
(一)動物胚胎發(fā)育的基本過程
(1)精子的發(fā)生：補充，精原細(xì)胞先進(jìn)行有絲分裂后進(jìn)行減數(shù)分裂;變形過程中，細(xì)胞核為精子頭的主要部分，高爾基體發(fā)育為頂體，中心體演變?yōu)榫拥奈?，線粒體在尾基部形成線粒體鞘膜，其他物質(zhì)濃縮為原生質(zhì)滴直至脫落。[線粒體為精子運動提供能量]
(2)卵子的發(fā)生：在胎兒時期，卵原細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂演變成初級卵母細(xì)胞[被卵泡細(xì)胞包圍]，減一分裂在排卵前后完成，形成次級卵母細(xì)胞和第一極體進(jìn)入輸卵管準(zhǔn)備受精;減二分裂是在受精過程中完成的。
(3)受精：精子獲能(在雌性動物生殖道內(nèi));卵子的準(zhǔn)備(排出的卵子要在輸卵管中進(jìn)一步成熟到減二中期才具備受精能力);受精階段[卵子周圍的結(jié)構(gòu)由外到內(nèi)：放射冠、透明帶、卵黃膜]，a頂體反應(yīng)：精子釋放頂體酶溶解卵丘細(xì)胞之間的物質(zhì)，穿越放射冠。
b透明帶反應(yīng)：頂體酶可將透明帶溶出孔道，精子穿入，在精子觸及卵黃膜的瞬間阻止后來精子進(jìn)入透明帶的生理反應(yīng)[它是防止多精子入卵受精的第一道屏障];c卵黃膜的封閉作用：精子外膜和卵黃膜融合，精子入卵后，卵黃膜會拒絕其他精子再進(jìn)入卵內(nèi)的過程[它是防止多精子入卵受精的第二道屏障];精子尾部脫落，原有核膜破裂形成雄原核，同時卵子完成減二分裂，形成雌原核[注意：受精標(biāo)志是第二極體的形成;受精完成標(biāo)志是雌雄原核融合成合子]。
(4)胚胎發(fā)育：a卵裂期：細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂，數(shù)量增加，胚胎總體積不增加;b桑椹胚：32個細(xì)胞左右的胚胎[之前所有細(xì)胞都能發(fā)育成完整胚胎的潛能屬全能細(xì)胞];c囊胚：細(xì)胞開始分化，其中個體較大的細(xì)胞叫內(nèi)細(xì)胞團(tuán)將來發(fā)育成胎兒的各種組織;而滋養(yǎng)層細(xì)胞將來發(fā)育成胎膜和胎盤;胚胎內(nèi)部逐漸出現(xiàn)囊胚腔[注：囊胚的擴(kuò)大會導(dǎo)致透明帶的破裂，胚胎伸展出來，這一過程叫孵化];d原腸胚：內(nèi)細(xì)胞團(tuán)表層形成外胚層，下方細(xì)胞形成內(nèi)胚層，由內(nèi)胚層包圍的囊腔叫原腸腔。[細(xì)胞分化在胚胎期達(dá)到最大限度]
9 胚胎工程的理論基礎(chǔ)(識記)
(1)胚胎工程的概念及技術(shù)手段：對動物早期胚胎或配子所進(jìn)行的多種顯微操作和處理技術(shù)，如胚胎移植、體外受精、胚胎分割、胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)等技術(shù)。
(2)體外受精[屬有性生殖過程]：a卵母細(xì)胞的采集和培養(yǎng) 對體型小的動物用促性腺激素處理，從輸卵管沖取卵子(可直接受精);對體型大的動物從卵巢中采集卵母細(xì)胞(要在體外培養(yǎng)成熟)b精子的采集 假陰道法、手握法和電刺激法;獲能 對嚙齒動物、兔、豬等的精子用培養(yǎng)法(放入人工配制的獲能液中);對牛、羊等精子用化學(xué)法(放在肝素或鈣離子載體溶液中)
(3)胚胎的早期培養(yǎng)：a培養(yǎng)液成分：無機(jī)鹽、有機(jī)鹽、維生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等[注意與動物細(xì)胞培養(yǎng)液成分的比較];b當(dāng)胚胎發(fā)育到適宜的階段時，可將其取出向受體移植或冷凍保存。
(4)胚胎移植：a概念：將雌性動物的早期胚胎移植到同種的、生理狀態(tài)相同的其他雌性動物的體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育為新個體的技術(shù)。是生產(chǎn)胚胎的供體和孕育胚胎的受體共同繁殖后代的過程，通過轉(zhuǎn)基因、核移植、體外受精獲得的胚胎必須移植給受體才能獲得后代。
b優(yōu)勢：可以充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力，縮短供體本身的繁殖周期。
c胚胎移植的生理學(xué)基礎(chǔ)：同種動物的供、受體生殖器官的生理變化是相同的[對供體和受體進(jìn)行同期發(fā)情處理];早期胚胎形成后處于游離狀態(tài)，為胚胎的收集提供可能;受體對移入子宮的外來胚胎基本不發(fā)生免疫排斥反應(yīng);移入受體的供體胚胎的遺傳特性在孕育過程中不受影響。
d胚胎移植的程序：對供、受體母牛進(jìn)行選擇，用激素進(jìn)行同期發(fā)情處理;對供體母牛用激素做超數(shù)排卵處理;選擇同種優(yōu)秀公牛配種[有性生殖過程];對胚胎進(jìn)行收集[此時胚胎處于游離狀態(tài)];對胚胎進(jìn)行質(zhì)量檢查[此時胚胎應(yīng)發(fā)育到桑椹胚或囊胚];胚胎移植[或冷凍保存];檢查受體母牛是否受孕;產(chǎn)下胚胎移植的犢牛。
(5)胚胎分割：a概念：用機(jī)械方法將早期胚胎切割成2、4、8等分等，經(jīng)移植獲得同卵雙胎或多胎的技術(shù)[可看作是動物無性繁殖或克隆]
b基本過程：選擇良好的桑椹胚或囊胚移入培養(yǎng)皿中，用分割針或分割刀片將其切開，吸出其中的半個胚胎注入透明帶中或直接移植給受體。[注意：內(nèi)細(xì)胞團(tuán)要均等分割，否則會影響胚胎的恢復(fù)和進(jìn)一步發(fā)育]
10 胚胎干細(xì)胞的移植(識記)
(1)胚胎干細(xì)胞的含義：由早期胚胎[囊胚]或原始性腺[胎兒]中分離出來的一類細(xì)胞，又叫ES或EK細(xì)胞。
(2)特征：形態(tài)上體積小、細(xì)胞核大、核仁明顯;功能上具有發(fā)育的全能性，即可分化為成年動物體內(nèi)任何一種組織細(xì)胞。[體外培養(yǎng)下，ES細(xì)胞可以只增殖不分化]
(3)應(yīng)用：用于治療人類疾病，如利用ES細(xì)胞誘導(dǎo)其分化成新的組織細(xì)胞特性，移植ES細(xì)胞可使壞死或退化的部位得以修復(fù)。
1、胚胎工程是指對動物早期胚胎或配子所進(jìn)行的多種顯微操作和處理技術(shù)，如胚胎移植、體外受精、胚胎分割、胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)等技術(shù)。經(jīng)過處理后獲得的胚胎，還需移植到雌性動物體內(nèi)生產(chǎn)后代，以滿足人類的各種需求。
2、動物胚胎發(fā)育的基本過程
(1)受精場所是母體的輸卵管。
(2)卵裂期：特點：細(xì)胞有絲分裂，細(xì)胞數(shù)量不斷增加，但胚胎的總體體積并不增加，或略有減小。
(3)桑椹胚：特點：胚胎細(xì)胞數(shù)目達(dá)到32個左右時，胚胎形成致密的細(xì)胞團(tuán)，形似桑椹。是全能細(xì)胞。
(4)囊 胚：特點：細(xì)胞開始出現(xiàn)分化(該時期細(xì)胞的全能性仍比較高)。聚集在胚胎一端個體較大的細(xì)胞稱為內(nèi)細(xì)胞團(tuán)，將來發(fā)育成胎兒的各種組織。中間的空腔稱為囊胚腔。
(5)原腸胚：特點：有了三胚層的分化，具有囊胚腔和原腸腔。
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