第二节基因的结构 第三节基因工程简介知识精讲
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开放市齐备阳光实验学校第二节基因的结构 第三节基因工程简介 一. 本周教学内容 第二节 基因的结构 第三节 基因工程简介 二. 学习 1. 原核细胞的基因结构。 2. 真核细胞的基因结构。 3. 基因工程的操作工具及过程。 三. 学习过程 无论是核基因还是质基因，都能够储存、传递和表达遗传信息，也都可能发生突变，从而决生物体的性状。基因的结构究竟是怎样的呢？ 〔一〕原核细胞的基因结构 原核细胞的基因是由成百上千个核苷酸对组成的。组成基因的核苷酸序列可以分为不同的区段。在基因表达的过程中，不同区段所起的作用并不相同。1. 编码区：能够转录为相的信使RNA，进而指导蛋白质的合成的区段。 2. 非编码区：不能转录为信使RNA，也就是说不能编码蛋白质的区段。 非编码区虽然不能编码蛋白质，但是对于遗传信息的表达是不可缺少的。在非编码区上，有调控遗传信息表达的核苷酸序列，主要包括启动子、终止子。启动子：位于编码区上游紧靠着转录起点的位置。它的主要功能是引导RNA聚合酶与基因的正确部位结合。RNA聚合酶才能准确地从转录起始点开始，沿着编码区正常地进行转录。 终止子：位于编码区下游紧靠着转录终点的位置。它能够阻碍RNA聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来。 〔二〕真核细胞的基因结构 真核细胞的基因也是由编码区和非编码区两组成的。 1. 编码区：是间隔的、不连续的。也就是说，能够编码蛋白质的序列被不能够编码蛋白质的序列分隔开来，成为一种断裂的形式。 外显子：最终能够编码蛋白质的序列。 内含子：不能够编码蛋白质的序列。 内含子的功能可能对基因的转录具有某种调控作用，或是作为一种进化过程中的残存物而存在于DNA序列中。 2. 非编码区上：同样有具有调控作用的启动子和终止子，只是要相对复杂。〔三〕人类基因组方案〔HGP，Human Genome Project〕 1. 概念：人类基因组方案就是研究人类的基因组，即分析人类基因组的核苷酸序列。人类基因组是指人体DNA分子所携带的遗传信息。其主要内容包括绘制人类基因组的四张图，即遗传图、物理图、序列图和转录图。绘制这四张图好比是建立一个“人体地图〞，沿着地图中一个个路标，如“遗传标记〞、“物 理标记〞，可以一步步地找到每一个基因，搞清楚每一个基因的核苷酸序列。 2. 意义：人类基因组研究的理论与技术上的进展，对于各种疾病，尤其是各种遗传病的诊断、治疗具有划时代的意义；对于进一步了解基因表达的调控机制、细胞的生长、分化和个体发育的机制，以及生物的进化也具有重要的意义。同时，这一方案的实施，将推动生物高技术的开展，并产生巨大的经济效益。 四. 基因工程简介 〔一〕基因工程的根本内容 基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。这种技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切〞和“拼接〞，对生物的基因进行改造和重组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。通俗地说，就是按照人们的主观意愿，把一种生物的个别基因复制出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，向地改造生物的遗传性状。 〔二〕基因操作的工具 1. 基因的剪刀——限制性内切酶： 〔1〕特点：识别特序列，切割特的位点。 〔2〕结果：暴露出粘性末端。 限制酶主要存在于微生物中。目前已经发现了二百多种限制酶，它们的切点各不相同。 2. 基因的针线——DNA连接酶： 〔1〕特点：连接相同粘性末端之间的酯键。 〔2〕结果：连接不同来源的DNA分子。实现DNA重组。 3. 基因的运输工具——运载体： 〔1〕特点：能够在宿主细胞中复制并稳地保存；具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；具有某些标记基因，便于进行筛选。 〔2〕种类：经常使用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒。 质粒：是基因工程最常用的运载体，它广泛地存在于细菌中，质粒能够“〞地“借居〞在宿主细胞中，可以在宿主细胞内复制。大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌细菌中都有质粒。因为土壤农杆菌很容易感染植物细胞，所以家培育转基因植物时，常常用土壤农杆菌中的质粒做运载体。 〔三〕基因操作的根本步骤 进行基因操作一般要经历四个根本步骤，也就是基因操作的“四步曲〞。 1. 提取目的基因： 主要有两条途径：一条是从供体细胞的DNA中直接别离基因；另一条是人工合成基因。 〔1〕“鸟枪法〞：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(外源DNA)的所有片段分别在各个受体细胞量复制(在遗传叫做扩增)，从中找出含有目的基因的细胞，再用一的方法把带有目的基因的DNA片段别离出来。如许多抗虫、抗病毒的基因都可以用上述方法获得。 用“鸟枪法〞获取目的基因的缺点是工作量大，具有一的盲目性。用于提取原核细胞的基因。 〔2〕人工合成基因的方法：目前人工合成基因的方法主要有两条途径。 一条途径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。 另一条途径是根据的蛋白质的氨基酸序列，推测出相的信使RNA序列，然后按照碱基互补配对原那么，推测出它的结构基因的核苷酸序列，再通过化学的方法，以单核苷酸为原料合成目的基因。 对提取出来的基因通过一种扩增DNA的技术〔也叫PCR技术〕，使目的基因片段在短时间内成百万倍地扩增。 2. 目的基因与运载体结合： 将目的基因与运载体结合的过程，实际上是不同来源的DNA重组合的过程。先利用相同的限制酶分别切割运载体和目的基因，使其产生相同的黏性末端。 再利用适量的DNA连接酶，连接质粒的黏性末端与目的基因DNA片段的黏性末端，形成了一个重组DNA分子，也叫重组质粒。 3. 目的基因导入受体细胞： 用人工的方法使体外重组的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，就可以随着受体细胞的繁殖而复制，由于细菌繁殖的速度非常快，在很短的时间内就能够获得大量的目的基因。 4. 目的基因的检测和表达： 检测：主要检测受体细胞是否获得了重组DNA分子。例如，大肠杆菌的某种质粒具有青霉素抗性基因，当这种质粒与外源DNA组合在一起形成重组质粒，并被转入受体细胞后，就可以根据受体细胞是否具有青霉素抗性来判断受体细胞是否获得了目的基因。 表达：重组的DNA分子进入受体细胞后，受体细胞必须表现出特的性状，才能说明目的基因完成了表达过程。例如，家最初做抗虫棉时，虽然已经检测出棉的植株中含有抗虫的基因，但让棉铃虫食用棉的叶片时，棉铃虫并没有被杀死，这说明抗虫基因还不能在高植物中表达。家在研究的根底上，又一次对棉植株中的抗虫基因进行了修饰，然后再让棉铃虫食用棉的叶片，结果食用的第二天棉铃虫就中毒死亡了。这说明抗虫基因在棉植株中得到了表达。 〔四〕基因工程的用 蛋白质产品的生产；生物性状的改变；基因诊断和基因治疗；水质监测。 【模拟试题】 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/ae2281e75bf5f61fb7360b4c2e3f5727a5e924b9.html