高中生物基因工程與蛋白質(zhì)工程知識(shí)點(diǎn)總結(jié)
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(huì)對(duì)知識(shí)點(diǎn)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(shí)點(diǎn)，希望對(duì)大家有所幫助!
基因工程與蛋白質(zhì)工程知識(shí)點(diǎn)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(jì)，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(jì)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(shí)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(gè)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(diǎn)：都縫合磷酸二酯鍵。
②區(qū)別：E•coliDNA連接酶來源于T4噬菌體，只能將雙鏈DNA片段互補(bǔ)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(gè)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(gè)DNA片段的末端，形成磷酸二酯鍵。
3.“分子運(yùn)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。
?、诰哂幸恢炼鄠€(gè)限制酶切點(diǎn)，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(jiǎn)單的、獨(dú)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(dòng)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(bǔ)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(bǔ)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(dòng)子+終止子+標(biāo)記基因
(1)啟動(dòng)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(shí)別和結(jié)合的部位，能驅(qū)動(dòng)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?dòng)物細(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(duì)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(cè)和表達(dá)
1.首先要檢測(cè)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(cè)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(cè)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(shí)還需進(jìn)行個(gè)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(dòng)物基因工程：提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度、改善畜產(chǎn)品品質(zhì)、用轉(zhuǎn)基因動(dòng)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(duì)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(jì)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(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列，找到相對(duì)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(jì)中的困難：如何推測(cè)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(guó)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(dòng)蛋白,由305個(gè)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(duì)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(shí)是遵循中心法則的,中心法則的全部?jī)?nèi)容包括_____ 的復(fù)制;以及遺傳信息在不同分子之間的流動(dòng),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(duì)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(duì)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(jì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 推測(cè)氨基酸序列(每空2分,共4分) 功能(1分)
【考點(diǎn)】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(gè)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(duì)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。科學(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(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),推測(cè)應(yīng)有氨基酸序列,找到相對(duì)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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