生物教材梳理第六章第节基因工程及其应用.docxVIP

学必求其心得，业必贵于专精

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庖丁巧解牛

知识·巧学

一、基因工程的原理

1。什么是基因工程

基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说,就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造,然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的，需要有专门的工具.

基因工程的最大优势是能按照人们的意愿，定向地改造生物，满足人们的需要，同时，基因工程也有一定的潜在危险性。

2。基因操作的工具

（1）基因的“剪刀”:指的是限制性核酸内切酶(简称限制酶）。一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在特定的切点上切割DNA分子。例如某种限制酶能够将苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因切割下来。

知识拓展限制酶是生物体内的一类酶,它们能将外来的DNA切断，但对自己的DNA无损害作用，这样可以保护细胞原有的遗传信息。限制酶具有“特异性”，主要存在于微生物中，现在科学家已经从原核生物中分离出了许多限制酶，并且已经商品化，在基因工程中广泛应用。目前已经发现了200多种限制酶。

（2）基因的“针线”：是指DNA连接酶，两种来源不同的DNA用同种限制酶切割后，末端可以相互黏合，但是这种黏合只能使互补的碱基连接起来，脱氧核糖和磷酸交替连接而构成的DNA骨架上的缺口，需要靠DNA连接酶来“缝合”.

(3)基因的运载体：是指基因工程中的运输工具。包括质粒、噬菌体和动植物病毒等.最常用的运载体是质粒,它存在于细菌体内的小型环状DNA分子上。质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物中，是细胞除染色体外能够自主复制的很小的环状DNA分子，最常用的质粒是大肠杆菌的质粒。

知识拓展作为运载体必须具有三个条件：①能够在宿主细胞中复制并稳定地保存;②具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；③具有某些标记基因，便于进行筛选.

大肠杆菌质粒中常含有抗药性基因，如抗四环素的基因,可作为标记基因.一般地，质粒的存在与否对宿主细胞的生存没有决定性作用。但是，质粒的复制必须在宿主细胞内完成。

运载体与质粒不能等同。运载体是基因的运输工具，能将目的基因送到宿主细胞中，并能大量复制;基因操作中常用的运载体有的是细菌的质粒，有的是噬菌体，还有的是经过人工改造的大肠杆菌的质粒。现在人们还在不断寻找新的运载体，如叶绿体或线粒体DNA等也可能成为运载体。

3。基因工程操作的一般步骤

基因工程的操作一般要经历四个步骤：提取目的基因；目的基因与运载体结合；将目的基因导入受体细胞;目的基因的表达和检测。

（1）获得目的基因的方法

①“鸟枪法：具体做法是用限制酶将供体细胞中的DNA切成许多片段,将这些片段分别载入运载体，然后通过运载体分别转入不同的受体细胞，让供体细胞所提供的DNA的所有片段分别在各个受体细胞中大量复制,从中找出含有目的基因的细胞，再用一定的方法把带有目的基因的DNA片段分离出来。

②信使RNA反转录法：是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，从而获得所需要的基因。

人工合成基因还有另一种方法是根据已知的蛋白质氨基酸序列,推测出相应的mRNA序列，然后按照碱基互补配对原则,推测出它的结构基因的核苷酸序列，再通过化学方法以单核苷酸为原料合成目的基因。如合成人的胰岛素基因等。

(2）将目的基因导入受体细胞的方法

用人工的方法将体外重组的DNA分子转移到受体细胞，主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径.例如，如果运载体是质粒，受体细胞是细菌，一般是将细菌用氯化钙处理,以增大细菌细胞壁的通透性，使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞，目的基因导入受体细胞后，就可以随受体细胞的繁殖而复制.

二、基因工程的应用

1。基因工程与作物育种

利用基因工程的方法，获得高产、稳产和具有优良品质的农作物，培育出具有各种抗逆性的作物新品种。基因工程培育新品种有下列优势：能按人们的意愿培育新品种；培育出的新品种具有高产、稳产、优良品质等特点；应用范围广泛。

2.基因工程与药物研制

用基因工程方法制造的“工程菌”,可以高效率地生产出各种高质量、低成本的药品，如胰岛素、干扰素和乙肝疫苗等.基因工程药品是制药工业上的重大突破。1979年，科学家将动物体内能够产生胰岛素的基因与大肠杆菌的DNA分子重组，并且在大肠杆菌内表达获得成功。这样，用2000L大肠杆菌培养液就可以提取100g胰岛素，相当于从2吨猪胰腺中提取的量。1997年，我国自己生产的白细胞介素2、干扰素、乙肝疫苗、人生长激素等几种基因工程药物也已经投产。利用基因工程制药具有高效率、高质量、高产量的特点，最大限度地满足了人们的需要。

3.用于基因诊断和基因治疗

基因诊断是用放射性同位素(如32P)、荧