高中生物工程有哪些

　　生物工程是高中生物課程的重點(diǎn)內(nèi)容，需要同學(xué)們掌握生物工程知識(shí)點(diǎn)。下面是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的高中生物工程知識(shí)點(diǎn)，希望對(duì)大家有所幫助!

　　高中生物工程一： 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(guò)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(lèi)型和生物產(chǎn)品?；蚬こ淌窃贒NA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(lái)源：主要是從原核生物中分離純化出來(lái)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(kāi)，因此具有專(zhuān)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(lái)源于大腸桿菌，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(lái);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(chē)”——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。

　?、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(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：λ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)PCR的含義：是一項(xiàng)在生物體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。

　　(2)目的：獲取大量的目的基因

　　(3)原理：DNA雙鏈復(fù)制

　　(4)過(guò)程：

　　第一步：加熱至90～95℃DNA解鏈為單鏈;

　　第二步：冷卻到55～60℃，引物與兩條單鏈DNA結(jié)合;

　　第三步：加熱至70～75℃，熱穩(wěn)定DNA聚合酶從引物起始進(jìn)行互補(bǔ)鏈的合成。

　　(5)特點(diǎn)：指數(shù)(2n)形式擴(kuò)增

　　第二步：基因表達(dá)載體的構(gòu)建(核心)

　　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：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(lái)。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(guò)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)。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(guò)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(DNA-DNA)技術(shù)。

　　2. 其次還要檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA，方法是采用分子雜交(DNA-RNA)技術(shù)。

　　3. 最后檢測(cè)目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)，方法是采用抗原—抗體雜交技術(shù)。

　　4. 有時(shí)還需進(jìn)行個(gè)體生物學(xué)水平的鑒定。如生物抗蟲(chóng)或抗病的鑒定等。

　　(三)基因工程的應(yīng)用

　　1. 植物基因工程：抗蟲(chóng)、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。

　　4. 基因診斷：又稱(chēng)為DNA診斷，是采用基因檢測(cè)的方法來(lái)判斷患者是否出現(xiàn)了基因異?；驍y帶病原體。

　　(四)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(guò)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(mǎn)足人類(lèi)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))

　　蛋白質(zhì)工程的基本途徑：

　　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)

　　★蛋白質(zhì)工程與基因工程區(qū)別

　　高中生物工程二：細(xì)胞工程

　　(一)植物細(xì)胞工程

　　1. 理論基礎(chǔ)(原理)：細(xì)胞全能性

　　全能性表達(dá)的難易程度：受精卵>生殖細(xì)胞>干細(xì)胞>體細(xì)胞;植物細(xì)胞>動(dòng)物細(xì)胞

　　2. 植物組織培養(yǎng)技術(shù)

　　(1)過(guò)程：離體的植物器官、組織或細(xì)胞→愈傷組織→試管苗→植物體

　　(2)用途：微型繁殖、作物脫毒、制造人工種子、單倍體育種、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。

　　(3)地位：是培育轉(zhuǎn)基因植物、植物體細(xì)胞雜交培育植物新品種的最后一道工序。

　　(二)動(dòng)物細(xì)胞工程

　　1. 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)

　　(1)概念：動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)就是從動(dòng)物機(jī)體中取出相關(guān)的組織，將它分散成單個(gè)細(xì)胞，然后放在適宜的培養(yǎng)基中，讓這些細(xì)胞生長(zhǎng)和繁殖。

　　(2)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的流程：取動(dòng)物組織塊(動(dòng)物胚胎或幼齡動(dòng)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(gè)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(mǎn)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(gè)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(chēng)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(zhǎng)到表面相互抑制時(shí)，細(xì)胞就會(huì)停止分裂增殖，這種現(xiàn)象稱(chēng)為細(xì)胞的接觸抑制。

　　(4)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)需要滿(mǎn)足以下條件

　?、贌o(wú)菌、無(wú)毒的環(huán)境：培養(yǎng)液應(yīng)進(jìn)行無(wú)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(guò)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(duì)細(xì)胞自身造成危害。

　?、跔I(yíng)養(yǎng)：合成培養(yǎng)基成分：糖、氨基酸、促生長(zhǎng)因子、無(wú)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(dòng)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(dòng)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(cè)有毒物質(zhì)、培養(yǎng)醫(yī)學(xué)研究的各種細(xì)胞。

　　2. 動(dòng)物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動(dòng)物

　　(1)哺乳動(dòng)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(yíng)養(yǎng)豐富。卵細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)可使體細(xì)胞細(xì)胞核全能性得到表達(dá)。

　　(3)體細(xì)胞核移植的大致過(guò)程是：

　　(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;

　?、诒Ｗo(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;

　?、萦糜诮M織器官的移植等。

　　(5)體細(xì)胞核移植技術(shù)存在的問(wèn)題：克隆動(dòng)物存在著健康問(wèn)題、表現(xiàn)出遺傳和生理缺陷等。

　　3. 動(dòng)物細(xì)胞融合

　　(1)動(dòng)物細(xì)胞融合也稱(chēng)細(xì)胞雜交，是指兩個(gè)或多個(gè)動(dòng)物細(xì)胞結(jié)合形成一個(gè)細(xì)胞的過(guò)程。融合后形成的具有原來(lái)兩個(gè)或多個(gè)細(xì)胞遺傳信息的單核細(xì)胞，稱(chēng)為雜交細(xì)胞。

　　(2)動(dòng)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(dòng)物細(xì)胞融合的方法與植物原生質(zhì)體融合的方法類(lèi)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(dòng)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。

　　4. 單克隆抗體

　　(1)抗體：一個(gè)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(guò)程：

　　兩次篩選：第一次篩選出雜交瘤細(xì)胞，第二次篩選出能產(chǎn)生特異性抗體的雜交瘤細(xì)胞。

　　(3)雜交瘤細(xì)胞的特點(diǎn)：既能大量繁殖，又能產(chǎn)生專(zhuān)一的抗體。

　　(4)單克隆抗體的優(yōu)點(diǎn)：特異性強(qiáng)，靈敏度高，并能大量制備。

　　(5)在腹腔內(nèi)增殖的優(yōu)點(diǎn)：不需要特定的培養(yǎng)基，不需要嚴(yán)格的外界條件。

　　(6)篩選的時(shí)候用：特定的選擇性培養(yǎng)基進(jìn)行篩選。

　　(5)單克隆抗體的作用：

　?、僮鳛樵\斷試劑：準(zhǔn)確識(shí)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(jiǎn)易、快速的優(yōu)點(diǎn)。

　?、谟糜谥委熂膊『瓦\(yùn)載藥物：主要用于治療癌癥治療，可制成“生物導(dǎo)彈”(借助單克隆抗體的導(dǎo)向作用)，也有少量用于治療其它疾病。