人教版高中生物課堂筆記--生物選修3筆記

1、生物生物選修三知修三知識點基因工程的誕生（三個理論和三個技術）：基因工程的誕生（三個理論和三個技術）：基因工程是在生物化學、分子生物學和微生物學等學科基礎上發(fā)展起來的，正是這些學科的基礎理論和相關技術的發(fā)展催生了基因工程，具體有三大三大理論發(fā)現(xiàn)理論發(fā)現(xiàn)和三個技術突破。三個技術突破。1)理論基礎：理論基礎：DNA是遺傳物質；是遺傳物質；DNA分子的雙螺旋結構和半保留復分子的雙螺旋結構和半保留復制；遺傳密碼的通用性和遺傳信息傳遞的方式；制；

2、遺傳密碼的通用性和遺傳信息傳遞的方式；2)技術基礎：限制性核酸內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn)與技術基礎：限制性核酸內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn)與DNA的切割；的切割；DNA連接酶連接酶的發(fā)現(xiàn)與的發(fā)現(xiàn)與DNA片段的連接；基因工程載體的構建與應用片段的連接；基因工程載體的構建與應用?理論上的三大發(fā)現(xiàn)理論上的三大發(fā)現(xiàn)⑴、發(fā)現(xiàn)了遺傳物質⑴、發(fā)現(xiàn)了遺傳物質——DNA1944年，艾弗里（O.T.Avery）的肺炎雙球菌轉化實驗⑵、揭示了遺傳物質的分子機制：⑵、揭示了遺傳物質的分子機

3、制：DNA分子的雙螺旋結構和半保留復制分子的雙螺旋結構和半保留復制1953年，沃森（J.D.Watson）和克里克（F.Crick）的DNA雙螺旋結構模型、半保留復制圖，獲1958年諾貝爾獎。⑶、確立了遺傳信息的傳遞方式：以密碼形式傳遞⑶、確立了遺傳信息的傳遞方式：以密碼形式傳遞1963年，美國尼倫伯格（M.W.Nirenberg）和馬太（H.Matthaei）確立了遺傳信息以密碼形式傳遞，破譯了編碼氨基酸的遺傳密碼(3個核苷酸=1個密

4、碼子=1個aa)。?技術上的三大突破技術上的三大突破⑴、世界上第一個重組⑴、世界上第一個重組DNA實驗：實現(xiàn)不同來源實驗：實現(xiàn)不同來源DNA的體外重組的體外重組1972年斯坦福大學化學家伯格（P.Berg）借助內(nèi)切酶和連接酶將猴病毒SV40的DNA和大腸桿菌λ噬菌體的DNA在試管中連接在了一起，第一次成功地實現(xiàn)了DNA的體外重組。⑵、第一個基因克隆實驗：重組⑵、第一個基因克隆實驗：重組DNA表達實驗，是世界上第一個基因工表達實驗，是世界

5、上第一個基因工程實驗程實驗1973年美國斯坦福大學醫(yī)學院遺傳學家科恩（S.Cohen）將體外構建的含有四環(huán)素和卡那霉素抗性基因的重組質粒導入大腸桿菌，獲得了具有雙抗性的大腸桿菌轉化子，成功完成了第一個基因克隆實驗。是基因工程是基因工程誕生的標志。誕生的標志。⑶、第一個真核基因在原核生物中的表達：第一次實現(xiàn)了異源真核基因在⑶、第一個真核基因在原核生物中的表達：第一次實現(xiàn)了異源真核基因在原核生物中的表達原核生物中的表達1974年，科恩（S.

6、Cohen）和博耶（H.Boyer）將非洲爪蟾編碼核糖體基因的DNA片斷同pSC101質粒重組，并導入大腸桿菌細胞，結果表明動物基因已進入大腸桿菌并轉錄出相應的mRNA產(chǎn)物，第一次實現(xiàn)了異源真核基因在原核生物中的表達。專題專題1基因工程基因工程基因工程的概念基因工程是指按照人們的愿望，進行嚴格的設計，通過體外體外DNADNA重組和轉基因重組和轉基因技術技術，賦予生物以新的遺傳新的遺傳特性特性，創(chuàng)造出更符合人們需更符合人們需要的新的生物類

7、型和生物產(chǎn)要的新的生物類型和生物產(chǎn)品?；蚬こ淌窃贒NADNA分子水平分子水平上進行設計和施工的，又叫做DNADNA重組技術重組技術。（一）基因工程的基本工具1.“分子手術刀”——限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）（1）來源：主要是從原核生物原核生物中分離純化出來的。（2）功能：能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵斷開，因此具有專一專一性。

8、（3）結果：經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式：粘性末端粘性末端（EcI酶）和平末端平末端(SmaI酶)。2.“分子縫合針”——DNADNA連接酶連接酶(1)兩種DNA連接酶（EcoliDNA連接酶和T4DNA連接酶）的比較：①相同點：都縫合磷酸二酯磷酸二酯鍵。②區(qū)別：EcoliDNA連接酶來源于T4噬菌體噬菌體，只能將雙鏈DNA片段互補的黏性末端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兩種末端，但連接

9、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連接酶是連接兩個兩個DNADNA片段片段的末端，形成磷酸二酯鍵。3.“分子運輸車”——載體載體（1）載體具備的條件：①能在受體細胞中復制并穩(wěn)定保存能在受體細胞中復制并穩(wěn)定保存。②具有一至多個限制酶切點，供外源具有一至多個限制酶切點，供外源DNADNA片段插入片段插入。③具有標記基因，供重組具有標

10、記基因，供重組DNADNA的鑒定和選擇的鑒定和選擇。（2）最常用的載體是質粒質粒它是一種裸露的、結構簡單的、獨立于裸露的、結構簡單的、獨立于細菌染色體細菌染色體之外之外，并具有，并具有自我復制能力自我復制能力的雙鏈的雙鏈環(huán)狀環(huán)狀DNADNA分子分子。（3）其它載體：噬菌體的衍生物、動植物病毒噬菌體的衍生物、動植物病毒(二)基因工程的基本操作程序第一步：目的基因的獲取目的基因的獲取1.目的基因是指：編碼蛋白質的結構基因編碼蛋白質的結構基因

11、。2.原核基因采取直接分離直接分離獲得，真核基因是人工合成人工合成。人工合成目的基因的常用方法有反轉錄法反轉錄法_和化學合成法化學合成法_。①從基因文庫①從基因文庫(基因組文庫或基因組文庫或cDNAcDNA文庫文庫)中獲取中獲?、谌斯ず铣赡康幕颌谌斯ず铣赡康幕?常用的方法有化學合成法和常用的方法有化學合成法和反轉錄法。反轉錄法。3.PCR技術擴增目的基因（1）原理：DNADNA雙鏈復制雙鏈復制（2）過程：第一步：加熱至90～95℃D

12、NADNA解鏈解鏈；第二步：冷卻到55～60℃，引物結合到互補引物結合到互補DNADNA鏈；第三步：加熱至70～75℃，熱穩(wěn)定熱穩(wěn)定DNADNA聚合酶從引物聚合酶從引物起始互補鏈的合成起始互補鏈的合成。第二步：基因表達載體的構建（最核心步驟）基因表達載體的構建（最核心步驟）1.目的：使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在穩(wěn)定存在，并且可以遺傳至下一代遺傳至下一代，使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用表達和發(fā)揮作用。2.組成：目的基因目的基因＋啟動子啟動

13、子＋終止子終止子＋標記基因標記基因（1）啟動子：是一段有特殊結構的DNADNA片段片段，位于基因的首端首端，是RNARNA聚合聚合酶識別和結合的部位，能驅動基因轉錄出轉錄出mRNAmRNA，最終獲得所需的蛋白質蛋白質。（2）終止子：也是一段有特殊結構的DNADNA片段片段，位于基因的尾端尾端。（3）標記基因的作用：是為了鑒定受體細胞中是否含有目的基因是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞有目的基因的細胞篩選出來。常用的標記基因是抗生

14、素基因抗生素基因。提醒：提醒：①與載體相比較①與載體相比較增加啟動子、目的基因和終止子三個基因片段增加啟動子、目的基因和終止子三個基因片段其功其功能各不相同。能各不相同。②啟動子②啟動子(DNA(DNA片段片段)≠起始密碼子≠起始密碼子(RNA)(RNA)終止子終止子(DNA(DNA片段片段)≠終止密碼子終止密碼子(RNA)(RNA)。第三步：將目的基因導入受體細胞將目的基因導入受體細胞_1.轉化的概念：是目的基因進入受體細胞內(nèi)，并且在

15、受體細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表是目的基因進入受體細胞內(nèi)，并且在受體細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達的過程。達的過程。2.常用的轉化方法：將目的基因導入植物細胞：采用最多的方法是農(nóng)桿菌轉化法農(nóng)桿菌轉化法，其次還有基因基因槍法槍法和花粉管通道法花粉管通道法等。將目的基因導入動物細胞：最常用的方法是顯微注射技術顯微注射技術。此方法的受體細胞多是受精卵受精卵。將目的基因導入微生物細胞：原核生物作為受體細胞的原因是繁殖快、多為單繁殖快、多為單細胞、遺傳物質相對較少細

16、胞、遺傳物質相對較少，最常用的原核細胞是大腸桿菌大腸桿菌，其轉化方法是：先用CaCa22處理細胞，使其成為感受態(tài)細胞感受態(tài)細胞，再將重組表達載體重組表達載體DNADNA分子分子溶于緩沖液中與感受態(tài)細胞混合，在一定的溫度下促進感受態(tài)細胞吸收DNA分子，完成轉化過程。3.重組細胞導入受體細胞后，篩選含有基因表達載體受體細胞的依據(jù)是標記基因是否表達。細胞注入去核卵母細胞；通過電刺激使兩細胞融合，供體核進入受體卵母細胞，構建重組胚胎；將胚胎移入

17、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核移植核移植胚胎移植胚胎移植（4）體細胞核移植技術的應用：①加速家畜遺傳改良進程，促進良畜群繁育；加速家畜遺傳改良進程，促進良畜群繁育；②保護瀕危物種，增大存活數(shù)量；保護瀕危物種，增大存活數(shù)量；③生產(chǎn)珍貴的醫(yī)用蛋白；生產(chǎn)珍貴的醫(yī)用蛋白；④作為異種移植的供體；作為異種移植的供體；⑤用于組織器官的移植等用于組織器官的移植等。（5）體細胞核移植技術存在的問題：克隆動物存在著健康健康問題、表

18、現(xiàn)出遺傳和生理遺傳和生理缺陷等。3.動物細胞融合（1）動物細胞融合也稱細胞雜交細胞雜交，是指兩個或多個動物細胞結合形成一個細胞的過程。融合后形成的具有原來兩個或多個兩個或多個細胞遺傳信息的單核細胞，稱為雜交細胞雜交細胞。（2）動物細胞融合與植物原生質體融合的原理基本相同，誘導動物細胞融合的方法與植物原生質體融合的方法類似，常用的誘導因素有聚乙二醇、滅聚乙二醇、滅活的病毒、電刺激活的病毒、電刺激等。（3）動物細胞融合的意義：克服了遠緣雜交

19、的不親和性遠緣雜交的不親和性，成為研究細胞遺細胞遺傳、細胞免疫、腫瘤和生物新品種培育傳、細胞免疫、腫瘤和生物新品種培育的重要手段。（4）動物細胞融合與植物體細胞雜交的比較：細胞工程植物體細胞雜交動物細胞融合理論基礎細胞的全能全能性、細胞膜的流動性細胞增殖增殖、細胞膜的流動性融合前處理酶解法去除細胞壁（纖維素酶、果膠酶）注射特定抗原，免疫處理正常小鼠誘導手段物理法:離心、振動、電激化學法：聚乙二醇（PEG）物理法:離心、振動、電激化學法：

20、聚乙二醇生物法：滅活的病毒活的病毒（滅活的仙臺病毒）誘導過程第一步：原生質體的制備（酶解法）第二步：原生質體融合（物、化法）第三步：雜種細胞的篩選和培養(yǎng)第四步：雜種植株的誘導與鑒定正常小鼠免疫處理動物細胞的融合（物、化、生法）雜交瘤細胞的篩選與培養(yǎng)專一抗體檢驗陽性細胞培養(yǎng)單克隆抗體的提純結果獲取雜種植株種植株獲得雜種細胞，以生產(chǎn)細胞產(chǎn)品用途和意義克服遠緣雜交的不親和障礙，大大擴展雜交的親本組合范圍應用：白菜甘藍等雜種植株（1）制備單克隆

21、抗體（2）診斷、治療、預防疾病，例如“生物導彈”治療癌癥4.單克隆抗體（1）抗體：一個B淋巴細胞只分泌一種特異性抗體特異性抗體。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)生了效應目的使小鼠產(chǎn)生了效應B細胞細胞）；提取B淋巴細胞；同時用動物細胞培養(yǎng)的方法培養(yǎng)骨髓瘤細胞并提??；促使它們細胞融合[注：融合的結果是有很多不符合要求的；如有注：融合的

22、結果是有很多不符合要求的；如有2個B淋巴細胞融合的細胞淋巴細胞融合的細胞等，所以要進行篩選等，所以要進行篩選]；在特定的選擇培養(yǎng)基上篩選出融合的雜種細胞雜種細胞[特點是特點是能迅速大量增殖，又能產(chǎn)生專一的抗體能迅速大量增殖，又能產(chǎn)生專一的抗體]；然后對它進行克隆化培養(yǎng)和抗體檢克隆化培養(yǎng)和抗體檢測[篩選出能夠分泌所需抗體的雜種細胞篩選出能夠分泌所需抗體的雜種細胞]；最后將雜交瘤細胞在體外做大規(guī)模培養(yǎng)或注射入小鼠腹腔內(nèi)增殖，從細胞培養(yǎng)液或小

23、鼠腹水細胞培養(yǎng)液或小鼠腹水中可得到大量的單克隆抗體。（3）雜交瘤細胞的特點：既能大量繁殖繁殖，又能產(chǎn)生專一的抗體專一的抗體。（4）單克隆抗體的優(yōu)點：特異性強，靈敏度高，并能大量制備特異性強，靈敏度高，并能大量制備。（5）單克隆抗體的作用：①作為診斷試劑作為診斷試劑：準確識別各種抗原抗原物質的細微差異，并跟一定抗原一定抗原發(fā)生特異性結合，具有準確、高效、簡易、快速準確、高效、簡易、快速的優(yōu)點。②用于治療疾病和運載藥用于治療疾病和運載藥物：

24、主要用于治療癌癥治療癌癥治療，可制成“生物導彈生物導彈”，也有少量用于治療其它疾病。1.植物組織培養(yǎng)與動物細胞培養(yǎng)的比較植物組織培養(yǎng)與動物細胞培養(yǎng)的比較植物組織培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)原理細胞的全能性胞的全能性細胞的增殖胞的增殖培養(yǎng)基的物理性質固體液體（合成培養(yǎng)基）培養(yǎng)基的成分水、礦質元素、維生素、蔗糖、氨基酸、瓊脂、激素等葡萄糖、氨基酸、無機鹽、維生素、動物血清物血清等結果培育成新的植株或培育成新的植株或組織組織培育成細胞系或胞系或細胞株胞株

25、培養(yǎng)目的①植株快速繁殖②脫毒植株的培育③人工種子④生產(chǎn)藥物、殺蟲劑等⑤轉基因植物的培育①蛋白質生物制品的生產(chǎn)②皮膚移植材料的培育③檢測有毒物質④生理、病理、藥理學研究取材植物幼嫩的部位或花藥等動物胚胎或出生不久的幼齡動物的器官或組織其他條件均為無菌操作，需要適宜的溫度、pH、O2等條件3生物技術與育種生物技術與育種技術原理優(yōu)點缺點誘變育種基因基因突變提高生物便宜的頻率，使后代變異性狀較快穩(wěn)定；可大幅度改良某些性狀，縮短育種進程盲目性大，

26、需大量處理供試材料雜交育種基因基因重組使位于不同個體的優(yōu)良性狀集中于一個個體周期長，難以克服遠緣雜交不親和的障礙單倍體育種染色體染色體變異獲得個體均為純種，明顯縮短育種年限技術復雜，須與雜交育種配合、且需細胞工程參與多倍體育種染色體染色體變異器官大，提高產(chǎn)量和營養(yǎng)成分適用于植物，動物方面難以展開基因工程育種分子分子遺傳遺傳學原理原理打破物種界限，定向地改造生物遺傳性狀技術要求高細胞工程育種細胞生物學胞生物學和分子生物和分子生物學原理、基