現代生物科技專題知識點

　　現代生物科技專題是高中生物的重點難點，接下來小編為你整理了，一起來看看吧。

　　：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願望，進行嚴格的設計，通過體外DNA重組和轉基因技術，賦予生物以新的遺傳特性，創造出更符合人們需要的新的生物型別和生物產品。基因工程是在DNA分子水平上進行設計和施工的，又叫做DNA重組技術。

　　2、***a***基因工程的原理及技術

　　原理：基因重組

　　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，並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***結果：經限制酶切割產生的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連線酶

　　***1***兩種DNA連線酶***E·coliDNA連線酶和T4DNA連線酶***的比較：

　　①相同點：都縫合磷酸二酯鍵。

　　②區別：E·coliDNA連線酶來源於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線起來;而T4DNA連線酶能縫合兩種末端，但連線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連線酶是連線兩個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能在受體細胞中複製並穩定儲存。②具有一至多個限制酶切點，供外源DNA片段插入。③具有標記基因，供重組DNA的鑑定和選擇。

　　***2***最常用的載體是質粒,它是一種裸露的、結構簡單的、獨立於細菌染色體之外，並具有自我複製能力的雙鏈環狀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式

　　第一步：目的基因的獲取

　　1.目的基因是指： 編碼蛋白質的結構基因 。

　　2.原核基因採取直接分離獲得，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錄法_和化學合成法_。

　　3.PCR技術擴增目的基因

　　***1***原理：DNA雙鏈複製

　　***2***過程：第一步：加熱至90～95℃DNA解鏈;第二步：冷卻到55～60℃，引物結合到互補DNA鏈;第三步：加熱至70～75℃，熱穩定DNA聚合酶從引物起始互補鏈的合成。

　　第二步：基因表達載體的構建

　　1.目的：使目的基因在受體細胞中穩定存在，並且可以遺傳至下一代，使目的基因能夠表達和發揮作用。

　　2.組成：目的基因+啟動子+終止子+標記基因

　　***1***啟動子：是一段有特殊結構的DNA片段，位於基因的首端，是RNA聚合酶識別和結合的部位，能驅動基因轉錄出mRNA，最終獲得所需的蛋白質。

　　***2***終止子：也是一段有特殊結構的DNA片段 ，位於基因的尾端。

　　***3***標記基因的作用：是為了鑑定受體細胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來。常用的標記基因是抗生素基因。

　　第三步：將目的基因匯入受體細胞_

　　1.轉化的概念：是目的基因進入受體細胞內，並且在受體細胞內維持穩定和表達的過程。

　　2.常用的轉化方法：

　　將目的基因匯入植物細胞：採用最多的方法是 農桿菌轉化法，其次還有 基因槍法和 花粉管通道法等。

　　將目的基因匯入動物細胞：最常用的方法是 顯微注射技術。此方法的受體細胞多是 受精卵。

　　將目的基因匯入微生物細胞：

　　3.重組細胞匯入受體細胞後，篩選含有基因表達載體受體細胞的依據是標記基因是否表達。

　　第四步：目的基因的檢測和表達

　　1.首先要檢測 轉基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，方法是採用 DNA分子雜交技術。

　　2.其次還要檢測 目的基因是否轉錄出了mRNA，方法是採用 用標記的目的基因作探針與mRNA雜交。

　　3.最後檢測 目的基因是否翻譯成蛋白質，方法是從轉基因生物中提取 蛋白質，用相應的 抗體進行 抗原-抗體雜交。

　　4.有時還需進行 個體生物學水平的鑑定。如 轉基因抗蟲植物是否出現抗蟲性狀。

　　***三******b***基因工程的應用

　　1.植物基因工程：抗蟲、抗病、抗逆轉基因植物，利用轉基因改良植物的品質。

　　2.動物基因工程：提高動物生長速度、改善畜產品品質、用轉基因動物生產藥物。

　　3.基因治療：把正常的外源基因匯入病人體內，使該基因表達產物發揮作用。

　　***四******a***蛋白質工程的概念

　　蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規律及其生物功能的關係作為基礎，通過基因修飾或基因合成，對現有蛋白質進行改造，或製造一種新的蛋白質，以滿足人類的生產和生活的需求。***基因工程在原則上只能生產自然界已存在的蛋白質******1***蛋白質工程崛起的緣由：基因工程只能生產自然界已存在的蛋白質

　　***2***蛋白質工程的基本原理：它可以根據人的需求來設計蛋白質的結構，又稱為第二代的基因工程。

　　基本途徑：從預期的蛋白質功能出發，設計預期的蛋白質結構，推測應有的氨基酸序列，找到相對應的脫氧核苷酸序列***基因***以上是蛋白質工程特有的途徑;以下按照基因工程的一般步驟進行。***注意：目的基因只能用人工合成的方法***

　　設計中的困難：如何推測非編碼區以及內含子的脫氧核苷酸序列

　　：動物細胞工程

　　1. 動物細胞培養***a***

　　***1***概念：動物細胞培養就是從動物機體中取出相關的組織，將它分散成單個細胞，然後放在適宜的培養基中，讓這些細胞生長和繁殖。

　　***2***動物細胞培養的流程：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胞→製成細胞懸液→轉入培養瓶中進行原代培養→貼滿瓶壁的細胞重新用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理分散成單個細胞繼續傳代培養。

　　***3***細胞貼壁和接觸抑制：懸液中分散的細胞很快就貼附在瓶壁上，稱為細胞貼壁。細胞數目不斷增多，當貼壁細胞分裂生長到表面相互抑制時，細胞就會停止分裂增殖，這種現象稱為細胞的接觸抑制。

　　***4***動物細胞培養需要滿足以下條件

　　①無菌、無毒的環境：培養液應進行無菌處理。通常還要在培養液中新增一定量的抗生素，以防培養過程中的汙染。此外，應定期更換培養液，防止代謝產物積累對細胞自身造成危害。

　　②營養：合成培養基成分：糖、氨基酸、促生長因子、無機鹽、微量元素等。通常需加入血清、血漿等天然成分。

　　③溫度：適宜溫度：哺乳動物多是36.5℃+0.5℃;pH：7.2～7.4。

　　④氣體環境：95%空氣+5%CO2。O2是細胞代謝所必需的，CO2的主要作用是維持培養液的pH。

　　***5***動物細胞培養技術的應用：製備病毒疫苗、製備單克隆抗體、檢測有毒物質、培養醫學研究的各種細胞。

　　2.動物體細胞核移植技術和克隆動物

　　***1***哺乳動物核移植可以分為胚胎細胞核移植***比較容易***和體細胞核移植***比較難***。

　　***2***選用去核卵***母***細胞的原因：卵***母***細胞比較大，容易操作;卵***母***細胞細胞質多，營養豐富。

　　***3***體細胞核移植的大致過程是：

　　高產奶牛***提供體細胞***進行細胞培養;同時採集卵母細胞，在體外培養到減二分裂中期的卵母細胞，去核***顯微操作***[注：為什麼要用卵細胞?它可以提供充足的營養;操作簡便;細胞質不會抑制細胞核全能性的表達];將供體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;將胚胎移入受體***代孕***母牛體內;生出與供體奶牛遺傳基因相同的犢牛

　　***4***體細胞核移植技術的應用：

　　①加速家畜遺傳改良程序，促進良畜群繁育;②保護瀕危物種，增大存活數量;

　　③生產珍貴的醫用蛋白;④作為異種移植的供體;⑤用於組織器官的移植等。

　　***5***體細胞核移植技術存在的問題：

　　克隆動物存在著健康問題、表現出遺傳和生理缺陷等。

　　3.動物細胞融合

　　***1***動物細胞融合也稱細胞雜交，是指兩個或多個動物細胞結合形成一個細胞的過程。融合後形成的具有原來兩個或多個細胞遺傳資訊的單核細胞，稱為雜交細胞。

　　***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：克服了遠緣雜交的不親和性，成為研究細胞遺傳、細胞免疫、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淋巴細胞只分泌一種特異性抗體。從血清中分離出的抗體產量低、純度低、特異性差。

　　***2***單克隆抗體的製備過程：

　　對免疫小鼠注射特定的抗原蛋白***目的使小鼠產生了效應B細胞***;提取B淋巴細胞;同時用動物細胞培養的方法培養骨髓瘤細胞並提取;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2個B淋巴細胞融合的細胞等，所以要進行篩選];在特定的選擇培養基上篩選出融合的雜種細胞[特點是能迅速大量增殖，又能產生專一的抗體];然後對它進行克隆化培養和抗體檢測[篩選出能夠分泌所需抗體的雜種細胞];最後將雜交瘤細胞在體外做大規模培養或注射入小鼠腹腔內增殖，從細胞培養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，又能產生專一的抗體。

　　***4***單克隆抗體的優點：特異性強，靈敏度高，並能大量製備。

　　***5***單克隆抗體的作用：作為診斷試劑：準確識別各種抗原物質的細微差異，並跟一定抗原發生特異性結合，具有準確、高效、簡易、快速的優點。用於治療疾病和運載藥物：主要用於治療癌症治療，可製成“生物導彈”，也有少量用於治療其它疾病。

　　：胚胎工程

　　***一***動物胚胎髮育的基本過程

　　***1***精子的發生：補充，精原細胞先進行有絲分裂後進行減數分裂;變形過程中，細胞核為精子頭的主要部分，高爾基體發育為頂體，中心體演變為精子的尾，線粒體在尾基部形成線粒體鞘膜，其他物質濃縮為原生質滴直至脫落。[線粒體為精子運動提供能量]

　　***2***卵子的發生：在胎兒時期，卵原細胞進行有絲分裂演變成初級卵母細胞[被卵泡細胞包圍]，減一分裂在排卵前後完成，形成次級卵母細胞和第一極體進入輸卵管準備受精;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***;卵子的準備***排出的卵子要在輸卵管中進一步成熟到減二中期才具備受精能力***;受精階段[卵子周圍的結構由外到內：放射冠、透明帶、卵黃膜]，a頂體反應：精子釋放頂體酶溶解卵丘細胞之間的物質，穿越放射冠。

　　b透明帶反應：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後來精子進入透明帶的生理反應[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，精子入卵後，卵黃膜會拒絕其他精子再進入卵內的過程[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：受精標誌是第二極體的形成;受精完成標誌是雌雄原核融合成合子]。

　　***4***胚胎髮育：a卵裂期：細胞進行有絲分裂，數量增加，胚胎總體積不增加;b桑椹胚：32個細胞左右的胚胎[之前所有細胞都能發育成完整胚胎的潛能屬全能細胞];c囊胚：細胞開始分化，其中個體較大的細胞叫內細胞團將來發育成胎兒的各種組織;而滋養層細胞將來發育成胎膜和胎盤;胚胎內部逐漸出現囊胚腔[注：囊胚的擴大會導致透明帶的破裂，胚胎伸展出來，這一過程叫孵化];d原腸胚：內細胞團表層形成外胚層，下方細胞形成內胚層，由內胚層包圍的囊腔叫原腸腔。[細胞分化在胚胎期達到最大限度]

　　9 胚胎工程的理論基礎***識記***

　　***1***胚胎工程的概念及技術手段：對動物早期胚胎或配子所進行的多種顯微操作和處理技術，如胚胎移植、體外受精、胚胎分割、胚胎幹細胞培養等技術。

　　***2***體外受精[屬有性生殖過程]：a卵母細胞的採集和培養 對體型小的動物用促性腺激素處理，從輸卵管衝取卵子***可直接受精***;對體型大的動物從卵巢中採集卵母細胞***要在體外培養成熟***b精子的採集 假陰道法、手握法和電刺激法;獲能 對齧齒動物、兔、豬等的精子用培養法***放入人工配製的獲能液中***;對牛、羊等精子用化學法***放在肝素或鈣離子載體溶液中***

　　***3***胚胎的早期培養：a培養液成分：無機鹽、有機鹽、維生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等[注意與動物細胞培養液成分的比較];b當胚胎髮育到適宜的階段時，可將其取出向受體移植或冷凍儲存。

　　***4***胚胎移植：a概念：將雌性動物的早期胚胎移植到同種的、生理狀態相同的其他雌性動物的體內，使之繼續發育為新個體的技術。是生產胚胎的供體和孕育胚胎的受體共同繁殖後代的過程，通過轉基因、核移植、體外受精獲得的胚胎必須移植給受體才能獲得後代。

　　b優勢：可以充分發揮雌性優良個體的繁殖潛力，縮短供體本身的繁殖週期。

　　c胚胎移植的生理學基礎：同種動物的供、受體生殖器官的生理變化是相同的[對供體和受體進行同期發情處理];早期胚胎形成後處於遊離狀態，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生免疫排斥反應;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胚胎移植的程式：對供、受體母牛進行選擇，用激素進行同期發情處理;對供體母牛用激素做超數排卵處理;選擇同種優秀公牛配種[有性生殖過程];對胚胎進行收集[此時胚胎處於遊離狀態];對胚胎進行質量檢查[此時胚胎應發育到桑椹胚或囊胚];胚胎移植[或冷凍儲存];檢查受體母牛是否受孕;產下胚胎移植的犢牛。

　　***5***胚胎分割：a概念：用機械方法將早期胚胎切割成2、4、8等分等，經移植獲得同卵雙胎或多胎的技術[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：內細胞團要均等分割，否則會影響胚胎的恢復和進一步發育]

　　10 胚胎幹細胞的移植***識記***

　　***1***胚胎幹細胞的含義：由早期胚胎[囊胚]或原始性腺[胎兒]中分離出來的一類細胞，又叫ES或EK細胞。

　　***2***特徵：形態上體積小、細胞核大、核仁明顯;功能上具有發育的全能性，即可分化為成年動物體內任何一種組織細胞。[體外培養下，ES細胞可以只增殖不分化]

　　***3***應用：用於治療人類疾病，如利用ES細胞誘導其分化成新的組織細胞特性，移植ES細胞可使壞死或退化的部位得以修復。

　　1、胚胎工程是指對動物早期胚胎或配子所進行的多種顯微操作和處理技術，如胚胎移植、體外受精、胚胎分割、胚胎幹細胞培養等技術。經過處理後獲得的胚胎，還需移植到雌性動物體內生產後代，以滿足人類的各種需求。

　　2、動物胚胎髮育的基本過程

　　***1***受精場所是母體的輸卵管。

　　***2***卵裂期：特點：細胞有絲分裂，細胞數量不斷增加，但胚胎的總體體積並不增加，或略有減小。

　　***3***桑椹胚：特點：胚胎細胞數目達到32個左右時，胚胎形成緻密的細胞團，形似桑椹。是全能細胞。

　　***4***囊 胚：特點：細胞開始出現分化***該時期細胞的全能性仍比較高***。聚集在胚胎一端個體較大的細胞稱為內細胞團，將來發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。