Ventajas de la ingeniería genética

La ingeniería genética se refiere al diseño estricto de acuerdo con los deseos de las personas, utilizando la recombinación de ADN in vitro y tecnología transgénica para dar a los organismos nuevas características genéticas y crear nuevos tipos de organismos y productos biológicos que están más acordes con las necesidades de las personas. La ingeniería genética se diseña y construye a nivel molecular del ADN, también llamada tecnología de ADN recombinante.

2. Principios y principios técnicos de la ingeniería genética: tecnología de recombinación genética

Herramientas básicas de la ingeniería genética

1. “Bisturí molecular”-Endonucleasa de restricciones

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Fuente: Principalmente aislado y purificado de procariotas.

Función: Capaz de reconocer una secuencia de nucleótidos específica en una molécula de ADN bicatenario y romper el enlace fosfodiéster entre dos nucleótidos en una ubicación específica de cada cadena.

Resultados: Los extremos de los fragmentos de ADN producidos por corte con enzimas de restricción suelen presentarse en dos formas: extremos pegajosos y extremos romos.

2. "Aguja de sutura molecular" - ADN ligasa

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Comparación de dos ADN ligasas:

① Similitud: ambas cosen enlaces fosfodiéster.

②. Diferencia: La ADN ligasa de E?coli se deriva del bacteriófago T4 y solo puede conectar los enlaces fosfodiéster entre los extremos pegajosos complementarios de los fragmentos de ADN de doble cadena, mientras que la ADN ligasa T4 puede unir dos hebras. extremos de especies, pero unir extremos romos es menos eficiente.

Similitudes y diferencias con la ADN polimerasa: La ADN polimerasa sólo puede añadir un único nucleótido al final de un fragmento de nucleótido existente para formar un enlace fosfodiéster. La ADN ligasa une los extremos de dos fragmentos de ADN para formar un enlace fosfodiéster.

3. "Vehículo de transporte molecular" - vector

Condiciones que cumple el vector:

① Puede replicarse y almacenarse de forma estable en las células receptoras.

②Tienen uno o más sitios de corte de enzimas de restricción para la inserción de fragmentos de ADN extraños.

③Tiene genes marcadores para la identificación y selección de ADN recombinante.

El vector más utilizado es el plásmido:

Es un ADN circular, bicatenario, desnudo, de estructura simple, independiente de los cromosomas bacterianos y que tiene la capacidad de replicarse molecularmente. .

Otros vectores: derivados de fagos, virus animales y vegetales

Procedimientos operativos básicos de la ingeniería genética

Paso uno: Obtener el gen diana

1. Gen diana se refiere a: gen estructural que codifica proteína.

2. Los genes procarióticos se obtienen por aislamiento directo, mientras que los genes eucariotas se sintetizan artificialmente. Los métodos comunes para sintetizar artificialmente genes diana incluyen la transcripción inversa y la síntesis química.

3. Tecnología PCR para amplificar el gen objetivo

Principio: replicación bicatenaria del ADN

Proceso: ①Calentar a 90 ~ 95 ℃ para derretir el ADN;

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② Enfriar a 55~60℃, el cebador se une a la cadena de ADN complementaria

③Calentar a 70~75℃, la ADN polimerasa termoestable inicia la síntesis de; la hebra complementaria del cebador

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Segundo paso: Construcción del vector de expresión génica

1. Propósito: Hacer que el gen diana exista de manera estable en las células receptoras y sea heredado a la siguiente generación, de modo que el gen objetivo pueda expresarse y ejercer efecto.

2.Composición: gen diana promotor terminador gen marcador

Promotor: Es un fragmento de ADN con una estructura especial, situado en el extremo de la cabeza del gen, y se utiliza para el ARN. El reconocimiento de la polimerasa y el sitio de unión pueden hacer que el gen se transcriba en ARNm y, en última instancia, obtener la proteína requerida.

Terminator: También es un fragmento de ADN con una estructura especial, situado al final del gen.

La función del gen marcador es identificar si las células receptoras contienen el gen diana, para descartar las células que contienen el gen diana. Los genes marcadores comúnmente utilizados son genes de antibióticos.

Paso 3: Introducir el gen diana en la célula receptora

1. El concepto de transformación: el gen diana ingresa a la célula receptora y mantiene la estabilidad y expresión en el proceso de la célula receptora.

2. Métodos de transformación más utilizados: introducción del gen diana en células vegetales: el método más utilizado es el método de transformación de Agrobacterium, seguido del método del cañón genético y del método del canal del tubo polínico.

3. Introducir el gen diana en células animales: el método más utilizado es la tecnología de microinyección. Las células receptoras de este método son en su mayoría óvulos fertilizados. Introducir el gen diana en las células microbianas:

4. Después de que las células recombinantes se introducen en las células receptoras, la base para examinar las células receptoras que contienen el vector de expresión génica es si

se expresa el gen marcador.

Paso 4: Detección y expresión del gen diana

1 En primer lugar, es necesario detectar si el gen diana se ha insertado en el ADN cromosómico de. el organismo modificado genéticamente mediante el uso de tecnología de hibridación molecular de ADN.

2. En segundo lugar, es necesario detectar si el gen objetivo se ha transcrito en ARNm. El método consiste en utilizar el gen objetivo marcado como sonda. hibridar con el ARNm

.

3. Finalmente, probar si el gen diana se traduce en proteína extrayendo

la proteína del organismo genéticamente modificado y utilizando el anticuerpo correspondiente para realizar la hibridación antígeno-anticuerpo.

4. En ocasiones es necesario realizar una identificación a nivel biológico individual. Por ejemplo, si las plantas transgénicas resistentes a los insectos tienen rasgos de resistencia a los insectos.

Aplicaciones de la ingeniería genética:

1. Ingeniería genética vegetal: plantas genéticas resistentes a insectos, resistentes a enfermedades y con resistencia inversa, utilizando transgenes para mejorar la calidad de las plantas.

2. Ingeniería genética animal: aumentar la tasa de crecimiento de los animales, mejorar la calidad de los productos ganaderos y utilizar animales genéticamente modificados para producir medicamentos.

3. Terapia génica: Introducir genes extraños normales en el cuerpo del paciente para que el producto de expresión genética pueda surtir efecto.

El concepto de ingeniería de proteínas:

Ingeniería de proteínas:

Se refiere a las reglas estructurales de las moléculas de proteínas y la relación entre sus funciones biológicas como base, mediante modificación genética o síntesis genética implica modificar proteínas existentes o crear una nueva proteína para satisfacer las necesidades de la producción y la vida humana.

La razón del auge de la ingeniería de proteínas: la ingeniería genética sólo puede producir proteínas que ya existen en la naturaleza

El principio básico de la ingeniería de proteínas: puede diseñar la estructura de las proteínas de acuerdo con necesidades humanas, también conocida como Ingeniería Genética de Segunda Generación.

Enfoque básico: partiendo de la función proteica esperada, diseñe la estructura proteica esperada, especule sobre la secuencia de aminoácidos y encuentre la secuencia de desoxinucleótidos correspondiente. Lo anterior es un enfoque único para la ingeniería de proteínas. Basado en el gen. Se llevan a cabo los pasos generales del proyecto.

Dificultades en el diseño: Cómo inferir las secuencias de desoxinucleótidos de regiones no codificantes e intrones

Tres puntos clave de conocimiento en las asignaturas optativas de biología de secundaria

1. Gen El nacimiento de la ingeniería

Ingeniería genética: diseñar estrictamente de acuerdo con los deseos de las personas y utilizar recombinación de ADN in vitro y tecnologías transgénicas para crear nuevos tipos biológicos y productos biológicos que satisfagan mejor las necesidades de las personas.

La base teórica para el nacimiento de la ingeniería genética se desarrolló sobre la base de la bioquímica, la biología molecular y la microbiología. El soporte técnico incluye el descubrimiento de vectores de transferencia de genes, enzimas herramienta, síntesis de ADN e invenciones de secuenciadores. etc.

2. Principios y técnicas de la ingeniería genética

En las operaciones de ingeniería genética se utilizan enzimas de restricción, ADN ligasas y transportadores

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En producción agrícola: Se utiliza principalmente para mejorar la resistencia al estrés de los cultivos, mejorar la calidad de los cultivos y utilizar plantas para producir medicamentos.

La terapia génica no es la reparación de genes enfermos. Las moléculas de ADN utilizadas en las pruebas genéticas deben procesarse en hebras individuales antes de que puedan hibridarse con la muestra que se está analizando según el principio de emparejamiento de bases.

4. Ingeniería de proteínas

La esencia de la ingeniería de proteínas es modificar proteínas existentes o crear nuevas proteínas mediante modificación genética o síntesis de genes, por eso se la llama vívidamente la segunda ingeniería genética; En principio, la ingeniería genética solo puede producir proteínas que ya existen en la naturaleza

Tres puntos de conocimiento para las asignaturas optativas de biología de la escuela secundaria

1. Cultivo de tejidos vegetales

Ingeniería celular: Se refiere a una ciencia y tecnología integrales que aplican los principios y métodos de la biología celular y la biología molecular para cambiar el material genético de las células u obtener productos celulares según los deseos de las personas mediante operaciones a nivel celular o de orgánulos. Cambiar el material genético de las células a nivel de orgánulos es ingeniería celular.

Totipotencia celular: Cualquier célula con toda la información genética de un determinado organismo tiene potencial para desarrollarse hasta convertirse en un organismo completo.

Puntos de prueba refinados:

① Todos tienen toda la información genética del organismo, por lo que, en teoría, cada célula viva del organismo debería ser totipotente.

②La razón por la que las células no muestran totipotencia in vivo es la expresión selectiva de genes.

③Las condiciones para realizar la totipotencia de las células vegetales son el aislamiento, los nutrientes y hormonas adecuados y el funcionamiento aséptico.

④ Entre todas las células de los organismos, los óvulos fertilizados tienen la mayor totipotencia.

Cultivo de tejidos vegetales: en condiciones estériles y controladas artificialmente, se cultivan órganos, tejidos y células vegetales aislados en medios de cultivo configurados artificialmente y se les dan las condiciones de cultivo adecuadas para inducir su producción de tejido calloso y racimos de yemas. , y finalmente la planta completa.

Puntos de prueba refinados:

① El proceso en el que las células diferenciadas pierden su estructura y función únicas y se transforman en células indiferenciadas después de la inducción se llama desdiferenciación.

②Rediferenciación significa que el callo continúa cultivándose y se rediferencia en órganos como raíces o brotes.

③Las células del callo están dispuestas de manera laxa e irregular, y son células de parénquima amorfas y muy vacuoladas.

④ Los componentes del medio de cultivo durante el cultivo de tejidos vegetales incluyen elementos minerales, sacarosa, vitaminas, hormonas vegetales y aditivos orgánicos. En comparación con el cultivo de células animales, se requieren sacarosa y hormonas vegetales, y suero animal. no es necesario.

⑤ Durante el proceso de desdiferenciación del cultivo de tejidos vegetales, se necesitan hormonas vegetales

⑥ Se requiere esterilidad durante todo el proceso del cultivo de tejidos vegetales y no se requiere luz antes del callo

Aplicaciones de la tecnología de cultivo de tejidos vegetales: micropropagación, desintoxicación de cultivos, fabricación de semillas artificiales, mejoramiento de haploides y producción industrial de productos celulares.

Puntos de prueba refinados:

①Utilice las puntas del tallo y las raíces de las plantas para obtener plantas libres de virus.

②El endospermo artificial en las semillas artificiales es equivalente a la soja. Semillas Los cotiledones, las semillas artificiales, tienen una mayor tasa de germinación en comparación con las semillas normales.

③El cultivo de plantas transgénicas requiere cultivo de tejidos vegetales.

Las células somáticas de diferentes especies de plantas se fusionan bajo ciertas condiciones en células híbridas, y las células híbridas se cultivan para obtener nuevas plantas. llamada hibridación somática vegetal.

Puntos de prueba refinados:

①Utilice celulasa y pectinasa para eliminar la pared celular para obtener protoplastos.

②Métodos físicos: estimulación eléctrica, oscilación, centrifugación; método químico: polietilenglicol

③La señal de finalización de la hibridación de células somáticas vegetales es la formación de nuevas paredes celulares

④Las células híbridas fusionadas pueden desarrollarse hasta convertirse en plantas completas mediante el cultivo de tejidos vegetales somáticos

La mayor ventaja del método de reproducción de hibridación de células somáticas vegetales es superar el obstáculo de incompatibilidad de la hibridación a distancia

2 Cultivo de células animales y clonación de células somáticas

Técnicas de uso común. Los métodos en ingeniería de células animales incluyen cultivo de células animales, transferencia nuclear de células animales, fusión de células animales, producción de anticuerpos monoclonales, trasplante de embriones, etc.

El cultivo de células animales se ha sometido a cultivo primario y subcultivo

Puntos de prueba refinados:

①Los componentes del líquido de cultivo de células animales incluyen azúcar, aminoácidos, factores promotores del crecimiento, sales inorgánicas, oligoelementos, etc.

②Fluido de cultivo de células animales , el medio de cultivo de células vegetales es sólido y las células animales cultivadas generalmente se toman de tejidos y órganos de embriones y animales jóvenes

②El ambiente gaseoso cuando se cultivan células animales es una mezcla de gases de 95% aire 5 carbono El dióxido de carbono y el CO2 desempeñan un papel importante Ajuste del valor del pH

③Utilice tripsina para dispersar el tejido animal en células individuales

④El cultivo inicial después de procesar el tejido animal para dispersar las células se llama primario cultivo

⑤ Las células que cubren las paredes de la botella deben tratarse con tripsina nuevamente y luego dividirse en botellas para continuar cultivando y permitir que las células continúen proliferando. A este proceso cultural se le suele llamar subcultura.

3. Fusión celular y anticuerpos monoclonales

La diferencia entre la fusión de células animales y la fusión de protoplastos vegetales: los pasos de la operación son diferentes: la fusión de protoplastos vegetales necesita eliminar primero la pared celular, la animal. las células no tienen paredes celulares; Los métodos de inducción son diferentes: la fusión de células animales puede utilizar métodos físicos, químicos y biológicos, mientras que la fusión de protoplastos vegetales solo puede utilizar métodos físicos y químicos, el propósito final es diferente: la fusión de protoplastos vegetales es, en última instancia, obtener; Plantas híbridas, la fusión de células animales es la más El objetivo principal es obtener anticuerpos monoclonales.

En comparación con los anticuerpos séricos, los anticuerpos monoclonales tienen una especificidad más fuerte y una mayor sensibilidad y se pueden preparar en grandes cantidades.

Esté familiarizado con el proceso de preparación de los anticuerpos monoclonales.

Puntos de prueba refinados

① La producción de células de hibridoma requiere la fusión de linfocitos B y células de mieloma.

② Después de la inyección del antígeno correspondiente, se extrae del bazo de ratones excretan linfocitos B

③Las células de hibridoma pueden proliferar en grandes cantidades y producir anticuerpos específicos.

④ Se requieren dos exámenes en el proceso de preparación de anticuerpos monoclonales.

Ventajas de la ingeniería genética en Biología de secundaria

A. todas las transformaciones dirigidas Los rasgos genéticos de los organismos pueden superar el obstáculo de la incompatibilidad de hibridación distante. A es correcto. B. El proceso de hibridación de células somáticas vegetales requiere celulasa y pectinasa, el proceso de cultivo de células animales requiere tripsina y la ingeniería genética requiere enzimas de restricción y ADN. la ligadura, B es correcta; C. El proceso de cultivo de animales de clonación implica la transferencia nuclear de células animales, el cultivo temprano de embriones y la transferencia de embriones, etc., mientras que el proceso de cultivo de fertilización in vitro implica la fertilización in vitro, el cultivo temprano de embriones y la transferencia de embriones. etc. C es incorrecto; D. Uso de animales Las ventajas de los anticuerpos monoclonales preparados mediante ingeniería celular son una gran especificidad y una alta sensibilidad, se pueden preparar en grandes cantidades y su D es precisa. Por eso elegí: ABD.

Desventajas de la ingeniería genética

Las desventajas del mejoramiento mediante ingeniería genética son que puede causar crisis ecológicas y es técnicamente difícil.

El principio: recombinación genética.

El método: extraer el gen diana → cargarlo en el vector → introducirlo en las células receptoras → expresión genética → seleccionar nuevas variedades que cumplan los requisitos.

Las ventajas: No está restringido por especie y puede llevarse a cabo intencionadamente según las necesidades humanas.