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(diǎn)基因工程的誕生（三個(gè)理論和三個(gè)技術(shù)）：基因工程的誕生（三個(gè)理論和三個(gè)技術(shù)）：基因工程是在生物化學(xué)、分子生物學(xué)和微生物學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，正是這些學(xué)科的基礎(chǔ)理論和相關(guān)技術(shù)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(gè)技術(shù)突破。三個(gè)技術(shù)突破。1)理論基礎(chǔ)：理論基礎(chǔ)：DNA是遺傳物質(zhì)；是遺傳物質(zhì)；DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)和半保留復(fù)分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)和半保留復(fù)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(shù)基礎(chǔ)：限制性核酸內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn)與技術(shù)基礎(chǔ)：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(gòu)建與應(yīng)用片段的連接；基因工程載體的構(gòu)建與應(yīng)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(zhì)⑴、發(fā)現(xiàn)了遺傳物質(zhì)——DNA1944年，艾弗里（O.T.Avery）的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)⑵、揭示了遺傳物質(zhì)的分子機(jī)制：⑵、揭示了遺傳物質(zhì)的分子機(jī)

3、制：DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)和半保留復(fù)制分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)和半保留復(fù)制1953年，沃森（J.D.Watson）和克里克（F.Crick）的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型、半保留復(fù)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(gè)核苷酸=1個(gè)密

4、碼子=1個(gè)aa)。?技術(shù)上的三大突破技術(shù)上的三大突破⑴、世界上第一個(gè)重組⑴、世界上第一個(gè)重組DNA實(shí)驗(yàn)：實(shí)現(xiàn)不同來源實(shí)驗(yàn)：實(shí)現(xiàn)不同來源DNA的體外重組的體外重組1972年斯坦福大學(xué)化學(xué)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(shí)現(xiàn)了DNA的體外重組。⑵、第一個(gè)基因克隆實(shí)驗(yàn)：重組⑵、第一個(gè)基因克隆實(shí)驗(yàn)：重組DNA表達(dá)實(shí)驗(yàn)，是世界上第一個(gè)基因工表達(dá)實(shí)驗(yàn)，是世界

5、上第一個(gè)基因工程實(shí)驗(yàn)程實(shí)驗(yàn)1973年美國斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)家科恩（S.Cohen）將體外構(gòu)建的含有四環(huán)素和卡那霉素抗性基因的重組質(zhì)粒導(dǎo)入大腸桿菌，獲得了具有雙抗性的大腸桿菌轉(zhuǎn)化子，成功完成了第一個(gè)基因克隆實(shí)驗(yàn)。是基因工程是基因工程誕生的標(biāo)志。誕生的標(biāo)志。⑶、第一個(gè)真核基因在原核生物中的表達(dá)：第一次實(shí)現(xiàn)了異源真核基因在⑶、第一個(gè)真核基因在原核生物中的表達(dá)：第一次實(shí)現(xiàn)了異源真核基因在原核生物中的表達(dá)原核生物中的表達(dá)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(zhì)粒重組，并導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞，結(jié)果表明動物基因已進(jìn)入大腸桿菌并轉(zhuǎn)錄出相應(yīng)的mRNA產(chǎn)物，第一次實(shí)現(xiàn)了異源真核基因在原核生物中的表達(dá)。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(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，通過體外體外DNADNA重組和轉(zhuǎn)基因重組和轉(zhuǎn)基因技術(shù)技術(shù)，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(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，又叫做DNADNA重組技術(shù)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）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(gè)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(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：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(diǎn)：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(bǔ)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(gè)核苷酸單個(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)兩個(gè)DNADNA片段片段的末端，形成磷酸二酯鍵。3.“分子運(yùn)輸車”——載體載體（1）載體具備的條件：①能在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存能在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存。②具有一至多個(gè)限制酶切點(diǎn)，供外源具有一至多個(gè)限制酶切點(diǎn)，供外源DNADNA片段插入片段插入。③具有標(biāo)記基因，供重組具有標(biāo)

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(zhì)粒質(zhì)粒它是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單的、獨(dú)立于裸露的、結(jié)構(gòu)簡單的、獨(dú)立于細(xì)菌染色體細(xì)菌染色體之外之外，并具有，并具有自我復(fù)制能力自我復(fù)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(zhì)的結(jié)構(gòu)基因編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)錄法反轉(zhuǎn)錄法_和化學(xué)合成法化學(xué)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)中獲取中獲取②人工合成目的基因②人工合成目的基因:常用的方法有化學(xué)合成法和常用的方法有化學(xué)合成法和反轉(zhuǎn)錄法。反轉(zhuǎn)錄法。3.PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因（1）原理：DNADNA雙鏈復(fù)制雙鏈復(fù)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(jié)合到互補(bǔ)引物結(jié)合到互補(bǔ)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(bǔ)鏈的合成起始互補(bǔ)鏈的合成。第二步：基因表達(dá)載體的構(gòu)建（最核心步驟）基因表達(dá)載體的構(gòu)建（最核心步驟）1.目的：使目的基因在受體細(xì)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(dá)和發(fā)揮作用表達(dá)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(biāo)記基因標(biāo)記基因（1）啟動子：是一段有特殊結(jié)構(gòu)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(jié)合的部位，能驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出轉(zhuǎn)錄出mRNAmRNA，最終獲得所需的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)。（2）終止子：也是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNADNA片段片段，位于基因的尾端尾端。（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是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細(xì)胞有目的基因的細(xì)胞篩選出來。常用的標(biāo)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(gè)基因片段增加啟動子、目的基因和終止子三個(gè)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?qū)胧荏w細(xì)胞將目的基因?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

15、受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表是目的基因進(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)的過程。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)化法農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)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?qū)雱游锛?xì)胞：最常用的方法是顯微注射技術(shù)顯微注射技術(shù)。此方法的受體細(xì)胞多是受精卵受精卵。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、多為單繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對較少細(xì)

16、胞、遺傳物質(zhì)相對較少，最常用的原核細(xì)胞是大腸桿菌大腸桿菌，其轉(zhuǎn)化方法是：先用CaCa22處理細(xì)胞，使其成為感受態(tài)細(xì)胞感受態(tài)細(xì)胞，再將重組表達(dá)載體重組表達(dá)載體DNADNA分子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)。細(xì)胞注入去核卵母細(xì)胞；通過電刺激使兩細(xì)胞融合，供體核進(jìn)入受體卵母細(xì)胞，構(gòu)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(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用：①加速家畜遺傳改良進(jìn)程，促進(jìn)良畜群繁育；加速家畜遺傳改良進(jìn)程，促進(jìn)良畜群繁育；②保護(hù)瀕危物種，增大存活數(shù)量；保護(hù)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(xì)胞核移植技術(shù)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(xì)胞融合（1）動物細(xì)胞融合也稱細(xì)胞雜交細(xì)胞雜交，是指兩個(gè)或多個(gè)動物細(xì)胞結(jié)合形成一個(gè)細(xì)胞的過程。融合后形成的具有原來兩個(gè)或多個(gè)兩個(gè)或多個(gè)細(xì)胞遺傳信息的單核細(xì)胞，稱為雜交細(xì)胞雜交細(xì)胞。（2）動物細(xì)胞融合與植物原生質(zhì)體融合的原理基本相同，誘導(dǎo)動物細(xì)胞融合的方法與植物原生質(zhì)體融合的方法類似，常用的誘導(dǎo)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(xì)胞融合的意義：克服了遠(yuǎn)緣雜交

19、的不親和性遠(yuǎn)緣雜交的不親和性，成為研究細(xì)胞遺細(xì)胞遺傳、細(xì)胞免疫、腫瘤和生物新品種培育傳、細(xì)胞免疫、腫瘤和生物新品種培育的重要手段。（4）動物細(xì)胞融合與植物體細(xì)胞雜交的比較：細(xì)胞工程植物體細(xì)胞雜交動物細(xì)胞融合理論基礎(chǔ)細(xì)胞的全能全能性、細(xì)胞膜的流動性細(xì)胞增殖增殖、細(xì)胞膜的流動性融合前處理酶解法去除細(xì)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(dǎo)手段物理法:離心、振動、電激化學(xué)法：聚乙二醇（PEG）物理法:離心、振動、電激化學(xué)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(dǎo)過程第一步：原生質(zhì)體的制備（酶解法）第二步：原生質(zhì)體融合（物、化法）第三步：雜種細(xì)胞的篩選和培養(yǎng)第四步：雜種植株的誘導(dǎo)與鑒定正常小鼠免疫處理動物細(xì)胞的融合（物、化、生法）雜交瘤細(xì)胞的篩選與培養(yǎng)專一抗體檢驗(yàn)陽性細(xì)胞培養(yǎng)單克隆抗體的提純結(jié)果獲取雜種植株種植株獲得雜種細(xì)胞，以生產(chǎn)細(xì)胞產(chǎn)品用途和意義克服遠(yuǎn)緣雜交的不親和障礙，大大擴(kuò)展雜交的親本組合范圍應(yīng)用：白菜甘藍(lán)等雜種植株（1）制備單克隆

21、抗體（2）診斷、治療、預(yù)防疾病，例如“生物導(dǎo)彈”治療癌癥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(yīng)目的使小鼠產(chǎn)生了效應(yīng)B細(xì)胞細(xì)胞）；提取B淋巴細(xì)胞；同時(shí)用動物細(xì)胞培養(yǎng)的方法培養(yǎng)骨髓瘤細(xì)胞并提??；促使它們細(xì)胞融合[注：融合的結(jié)果是有很多不符合要求的；如有注：融合的

22、結(jié)果是有很多不符合要求的；如有2個(gè)B淋巴細(xì)胞融合的細(xì)胞淋巴細(xì)胞融合的細(xì)胞等，所以要進(jìn)行篩選等，所以要進(jìn)行篩選]；在特定的選擇培養(yǎng)基上篩選出融合的雜種細(xì)胞雜種細(xì)胞[特點(diǎn)是特點(diǎn)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(jìn)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(xì)胞篩選出能夠分泌所需抗體的雜種細(xì)胞]；最后將雜交瘤細(xì)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(xì)胞培養(yǎng)液或小

23、鼠腹水細(xì)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(xì)胞的特點(diǎn)：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(diǎn)：特異性強(qiáng)，靈敏度高，并能大量制備特異性強(qiáng)，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(zhǔn)確識別各種抗原抗原物質(zhì)的細(xì)微差異，并跟一定抗原一定抗原發(fā)生特異性結(jié)合，具有準(zhǔn)確、高效、簡易、快速準(zhǔn)確、高效、簡易、快速的優(yōu)點(diǎn)。②用于治療疾病和運(yùn)載藥用于治療疾病和運(yùn)載藥物：

24、主要用于治療癌癥治療癌癥治療，可制成“生物導(dǎo)彈生物導(dǎo)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(xì)胞培養(yǎng)的比較植物組織培養(yǎng)與動物細(xì)胞培養(yǎng)的比較植物組織培養(yǎng)動物細(xì)胞培養(yǎng)原理細(xì)胞的全能性胞的全能性細(xì)胞的增殖胞的增殖培養(yǎng)基的物理性質(zhì)固體液體（合成培養(yǎng)基）培養(yǎng)基的成分水、礦質(zhì)元素、維生素、蔗糖、氨基酸、瓊脂、激素等葡萄糖、氨基酸、無機(jī)鹽、維生素、動物血清物血清等結(jié)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(xì)胞系或胞系或細(xì)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(zhuǎn)基因植物的培育①蛋白質(zhì)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(zhì)④生理、病理、藥理學(xué)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(shù)與育種生物技術(shù)與育種技術(shù)原理優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)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(jìn)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(gè)體的優(yōu)良性狀集中于一個(gè)個(gè)體周期長，難以克服遠(yuǎn)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(gè)體均為純種，明顯縮短育種年限技術(shù)復(fù)雜，須與雜交育種配合、且需細(xì)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(xué)原理原理打破物種界限，定向地改造生物遺傳性狀技術(shù)要求高細(xì)胞工程育種細(xì)胞生物學(xué)胞生物學(xué)和分子生物和分子生物學(xué)原理、基