備課素材：基因工程概念辨析-高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修三

基因工程概念辨析“基因工程”是2019版高中生物學(xué)選擇性必修三的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。學(xué)生對于這一專題，有很多概念比較難以區(qū)分。1．啟動子、起始密碼和復(fù)制原點(diǎn)

啟動子：是基因的一個(gè)組成部分，其化學(xué)本質(zhì)是DNA的部分序列，控制基因轉(zhuǎn)錄的起始時(shí)間和基因表達(dá)的程度。啟動子就像“開關(guān)”，決定基因的活動。啟動子存在于基因編碼區(qū)上游的非編碼區(qū)，是位于結(jié)構(gòu)基因5'端上游的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之與模板DNA準(zhǔn)確的結(jié)合并具有轉(zhuǎn)錄起始的特異性。在啟動子上有與RNA聚合酶結(jié)合的位點(diǎn)。

起始密碼子：堿基順序作為遺傳信息而被正確翻譯通常需要從某個(gè)特定的位置開始翻譯，這個(gè)起始點(diǎn)的密碼子就叫做起始密碼子。起始密碼子由mRNA上相鄰的3個(gè)堿基組成，從這3個(gè)堿基開始決定蛋白質(zhì)合成。蛋白質(zhì)是由許多氨基酸組成的，而組成蛋白質(zhì)的第一個(gè)氨基酸就是由起始密碼子決定的。真核生物的起始密碼子AUG翻譯對應(yīng)的是甲硫氨酸。少數(shù)細(xì)菌（屬于原核生物）以GUG（纈氨酸）為起始密碼。復(fù)制原點(diǎn)：DNA的復(fù)制有特定的起始位點(diǎn)，叫做復(fù)制原點(diǎn)。DNA的復(fù)制是由許多復(fù)制原點(diǎn)處形成的起始復(fù)制叉開始的。多個(gè)復(fù)制原點(diǎn)及由復(fù)制原點(diǎn)開始向DNA兩端同時(shí)復(fù)制，都有利于加快DNA復(fù)制速度。2．終止子和終止密碼

終止子：是給予RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄終止信號的DNA序列（存在于基因的編碼區(qū)下游的非編碼區(qū)）。終止子可分為兩類：一類不依賴于蛋白輔助因子就能實(shí)現(xiàn)終止作用；另一類則需依賴蛋白輔助因子才能實(shí)現(xiàn)終止作用。

終止密碼：是指蛋白質(zhì)翻譯過程中終止肽鏈合成的mRNA的三聯(lián)體堿基序列。在已知的64組密碼子中，有3組不編碼任何氨基酸，而是專司終止多肽合成，它們分別是UAG、UAA和UGA。3．DNA聚合酶、TaqDNA聚合酶和DNA連接酶

DNA聚合酶：是細(xì)胞進(jìn)行DNA復(fù)制過程中起主要作用的酶。以DNA為模板，DNA聚合酶負(fù)責(zé)把一個(gè)個(gè)脫氧核苷酸通過脫水縮合的方式連接在一起。復(fù)制方向是由DNA的5'端到3'端，即DNA聚合酶只能將單個(gè)脫氧核苷酸加到已有的核酸片段的1末端的羥基上，形成磷酸二酯鍵。

TaqDNA聚合酶：由一種水生熱菌yT1株分離提取出來，是迄今發(fā)現(xiàn)的耐熱DNA聚合酶中活性最高的一種。

DNA連接酶：DNA復(fù)制過程中，DNA連接酶的作用是催化兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵（而不是在單個(gè)脫氧核苷酸與DNA片段之間形成磷酸二酯鍵）。在構(gòu)建重組DNA時(shí)（將合成好的一些DNA單鏈小片段連接在一起）也會使用DNA連接酶。4．限制酶和解旋酶

限制性核酸內(nèi)切酶：是指可以識別DNA分子中某種特定的核苷酸序列，并在識別位點(diǎn)或其周圍切割雙鏈DNA的一類內(nèi)切酶，簡稱限制酶。限制酶的識別序列一般為4~6個(gè)堿基，也有8個(gè)堿基的。每一種限制酶都有自己特定的作用位點(diǎn)，切割點(diǎn)是DNA單鏈上的磷酸二酯鍵。如果切割位點(diǎn)的DNA的兩條單鏈上識別序列（4~8個(gè)堿基）從5'端閱讀時(shí)是完全一樣的，這種結(jié)構(gòu)叫做“回文”結(jié)構(gòu)。酶切回文序列后，如果在雙鏈DNA上形成切口錯(cuò)開的兩個(gè)末端，稱為黏性末端。

解旋酶：是指一類解開氫鍵的酶，而不是單一的一種酶。解旋酶需要ATP供給能量來解開DNA的氫鍵。5．膜載體和運(yùn)載體

膜載體：是存在于生物膜內(nèi)負(fù)責(zé)各種溶質(zhì)分子穿膜轉(zhuǎn)運(yùn)的載體蛋白，有助于完成協(xié)助擴(kuò)散和主動轉(zhuǎn)運(yùn)。

運(yùn)載體：指在基因工程重組DNA技術(shù)中將DNA片段（一般指目的基因）轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞的一種能自我復(fù)制的DNA分子。三類最常用的載體是細(xì)菌質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒。但是，并非所有質(zhì)粒都可以作為運(yùn)載體，作為運(yùn)載體的質(zhì)粒需要具備以下特點(diǎn)：多個(gè)酶切位點(diǎn)、對受體細(xì)胞沒有危害并易于分離、能自我復(fù)制并穩(wěn)定保存、具有特殊的標(biāo)記基因等。另外，還可利用運(yùn)載體在宿主細(xì)胞內(nèi)對目的基因進(jìn)行大量的復(fù)制(稱為克?。?。6．質(zhì)粒和環(huán)狀DNA

質(zhì)粒：存在于許多細(xì)菌以及酵母菌等生物中，是細(xì)胞染色體外能夠自主復(fù)制的小型環(huán)狀DNA分子。

環(huán)狀DNA：有環(huán)狀單鏈DNA和環(huán)狀雙鏈DNA，可存在于病毒、細(xì)菌中，也存在真核生物的線粒體和葉綠體中。環(huán)狀DNA—般比線性DNA結(jié)合更緊密、更穩(wěn)定，儲存的遺傳信息更多。原核細(xì)胞中構(gòu)成擬核的就是環(huán)狀DNA。7．PCR與DNA復(fù)制

聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR)：是一種用于擴(kuò)增特定的DNA片段的分子生物學(xué)技術(shù)，它可看作是生物體外的特殊DNA復(fù)制。PCR的最大特點(diǎn)是能將微量的DNA大幅增加。過程是：變性（體外95℃高溫時(shí)DNA變性變成單鏈）→加引物（經(jīng)常是60℃左右，引物與單鏈按堿基互補(bǔ)配對的原則結(jié)合。引物為DNA片段）→延伸（72℃左右，DNA聚合酶最適反應(yīng)溫度，DNA聚合酶沿著磷酸到五碳糖即5'-3'的方向合成互補(bǔ)鏈）。基于聚合酶制造的PCR儀實(shí)際就是一個(gè)溫控設(shè)備，能在變性溫度、復(fù)性溫度、延伸溫度之間很好地進(jìn)行控制。

DNA復(fù)制：是指DNA雙鏈在細(xì)胞分裂以前進(jìn)行的復(fù)制過程，復(fù)制的結(jié)果是一條雙鏈變成兩條一樣的雙鏈（如果復(fù)制過程正常的話），每條雙鏈都與原來的雙鏈一樣。這個(gè)過程是通過半保留復(fù)制的機(jī)制來得以順利完成的。已知DNA聚合酶合成方向均為5'—3'方向，因此每一個(gè)復(fù)制叉（DNA解旋后形成的“Y”狀結(jié)構(gòu)）只有一條鏈能按正確方向指導(dǎo)新鏈從頭到尾合成;另一條鏈就只能一段一段（稱為岡崎片段）復(fù)制后再在DNA連接酶作用下連接起來。細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制與PCR不同之處：一是邊解旋邊復(fù)制，即DNA不是一下子變成兩條單鏈，而是一邊解旋一邊復(fù)制，復(fù)制形成的新鏈再螺旋；二是細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制的引物為一段RNA鏈。8．cDNA與DNA

cDNA：構(gòu)成基因的雙鏈DNA分子用一條單鏈作為模板，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生與其序列互補(bǔ)的mRNA分子。然后，在反轉(zhuǎn)錄酶的作用下，以mRNA分子為模板，合成一條與mRNA序列互補(bǔ)的單鏈DNA。最后，再以單鏈DNA為模板合成另一條與其互補(bǔ)的單鏈DNA,兩條互補(bǔ)的單鏈DNA分子組成一個(gè)雙鏈cDNA分子。真核生物的cDNA不等同于原基因，因?yàn)檎婧松锘蛟谵D(zhuǎn)錄產(chǎn)生mRNA時(shí)，一些不編碼的序列即內(nèi)含子被刪除，保留的只是編碼序列，即外顯子。所以，真核生物cDNA序列都比原基因序列要短得多。

cDNA屬于DNA中的一類。9．目的基因與標(biāo)記基因

目的基因：在基因工程中，把需要研究的基因（需要轉(zhuǎn)移或改造的基因）稱為目的基因，有時(shí)也稱為插入基因。例如，抗蟲基因、抗病基因、人的胰島素基因、干擾素基因等。

標(biāo)記基因：標(biāo)記基因是一種已知功能或已知序列的基因，能夠起著特異性標(biāo)記的作用。在基因工程中，它是重組DNA載體的重要標(biāo)記，通常用來檢驗(yàn)導(dǎo)入成功與否，以及用來定位細(xì)胞中的目的基因。例如，抗生素抗性基因、熒光素蛋白