Logros en el desarrollo de las ciencias biológicas modernas

En el mundo actual, las ciencias biológicas se están desarrollando rápidamente y la biotecnología está desempeñando un papel muy importante. Su contenido ha comenzado a aparecer en la enseñanza de la biología y en las preguntas de los exámenes de ingreso a la universidad, y es contemporáneo, exploratorio y abierto. , innovador e integral y otras características, por lo que los requisitos del examen de ingreso a la universidad son más altos. Para responder correctamente a este tipo de preguntas de la prueba, los candidatos primero deben estar familiarizados con el contenido relevante de biotecnología moderna involucrado en las preguntas de la prueba y luego realizar un análisis y una aplicación integrales basados ​​​​en el conocimiento biológico que han aprendido.

Resumen de conocimientos

1. Biotecnología

La biotecnología, también conocida como bioingeniería, es el uso de organismos o partes de organismos para fabricar productos, transformar animales y plantas. y crear productos con métodos para organismos de propósito especial. Los científicos clasifican la biotecnología en ingeniería genética, ingeniería celular, ingeniería de fermentación e ingeniería de enzimas según las propiedades de los materiales biológicos que se manipulan. Esta parte del contenido se presenta en el libro de texto optativo para estudiantes de secundaria. Aquí solo resumimos los conocimientos relevantes del libro de texto. Para obtener más información, consulte los capítulos pertinentes del libro de texto.

En primer lugar, la ingeniería genética

(1) Definición: La ingeniería genética también se denomina tecnología de empalme de genes o tecnología de recombinación de ADN. Esta tecnología utiliza "corte" y "empalme" artificial de moléculas de ADN in vitro para transformar y recombinar genes biológicos, y luego los introduce en las células receptoras para la reproducción asexual, de modo que los genes recombinantes se expresen en las células receptoras para producir los productos genéticos necesarios. por humanos. En términos sencillos, significa copiar los genes individuales de un organismo, modificarlos y luego colocarlos en las células de otro organismo para modificar direccionalmente los rasgos genéticos de ese organismo.

(2) Herramientas de manipulación genética:

1. Gen endonucleasa de restricción de tijera

(1) Existe: en microorganismos.

(2) Características y funciones: las endonucleasas de restricción solo pueden reconocer secuencias de nucleótidos específicas y pueden cortar moléculas de ADN en puntos de corte específicos.

(3) Especies: Hasta el momento se han descubierto más de 200 especies.

2. La aguja y el hilo del gen-ADN ligasa: su función es "coser" el espacio entre los dos extremos del ADN.

3. Herramienta de transporte de genes - vector

(1) Función: introducir genes extraños en las células receptoras.

(2) Características: Puede replicarse y almacenarse de manera estable en las células huésped; tiene múltiples sitios de enzimas de restricción para conectar genes extraños; tiene algunos genes marcadores para una fácil detección.

(3) Ejemplos: plásmidos, fagos, virus animales y vegetales, etc. se utiliza comúnmente.

(3) Pasos de la manipulación genética:

1. Extraer genes diana

(1) Finalidad: obtener genes específicos que las personas necesitan.

(2) Método:

①Método de separación directa: método común - disparo con escopeta (disparo con escopeta)

②Método de síntesis: hay dos tipos Métodos, uno es el método de la transcriptasa inversa y el otro es el método sintético.

2. Unir el gen diana al vector.

(1) Significado: Es el proceso de recombinación del ADN de diferentes fuentes.

(2) Proceso: cortar el plásmido; cortar el gen objetivo; combinar para formar una molécula de ADN recombinante (plásmido recombinante).

3. Introducir el gen diana en las células receptoras.

(1) Células receptoras de uso común: Escherichia coli, Bacillus subtilis, Agrobacterium tumefaciens, levaduras, células animales y vegetales, etc.

(2) Método: Se basa principalmente en las formas en que las bacterias o los virus infectan las células.

4. Detección y expresión de genes diana

(D) Logros y desarrollo de la ingeniería genética

1. (1) Producción de medicamentos genéticamente modificados

①Ventajas: alta calidad y bajo costo.

②Por ejemplo: más de 60 tipos de vacunas de insulina, interferón y hepatitis B.

(2) Diagnóstico genético

Significado: las moléculas de ADN marcadas con isótopos radiactivos y moléculas fluorescentes se utilizan como sondas, y el principio de hibridación de moléculas de ADN se utiliza para identificar genes genéticos en el muestra analizada para lograr el propósito de detectar enfermedades.

② Por ejemplo, el uso de sondas de ADN para detectar virus en pacientes con hepatitis proporciona un método de diagnóstico rápido y sencillo.

Resultados: Se detectaron enterovirus, virus del herpes simple y otros virus. Se ha desarrollado rápidamente en el diagnóstico de enfermedades genéticas; su aplicación en el diagnóstico de tumores ha logrado importantes resultados.

(3) Terapia génica

Significado: Introducir genes exógenos sanos en células con defectos genéticos para lograr el propósito de tratar enfermedades.

②Por ejemplo: galactosemia (causas, resultados de la investigación)

③Perspectivas de desarrollo: los humanos superarán muchas enfermedades genéticas y enfermedades difíciles y complicadas.

2. Agricultura, ganadería e industria alimentaria

(1) Agricultura: cultivo de nuevas variedades de animales y plantas de alto rendimiento, alta calidad o con fines especiales.

(2) Cría de animales: cría de animales genéticamente modificados con tamaños enormes (como súper ratones, súper ovejas, súper peces, etc.) y excelentes cualidades (como resistencia a enfermedades, alta tasa de camada, alta producción de leche). producción, etc.) Buena calidad del pelaje, etc.); utilizar la expresión de genes extraños en mamíferos para obtener diversas sustancias necesarias para el ser humano, como hormonas, anticuerpos, enzimas, etc.

(3) Industria alimentaria: abrir nuevas fuentes de alimentos para la humanidad.

3. Y protección del medio ambiente

(1) Para el seguimiento medioambiental: se pueden utilizar sondas de ADN para detectar el contenido de virus en el agua potable.

Método: Utiliza fragmentos de ADN específicos para fabricar sondas, hibridar con el ADN del virus a detectar y detectar el virus.

② Características: Rápido y sensible.

(2) Se utiliza para purificar ambientes contaminados: "superbacterias" que descomponen el petróleo; bacterias que "comen" el mercurio y degradan el DDT en el suelo; plantas que pueden purificar la contaminación por cadmio; residuos de la industria de la construcción de nuevos pesticidas; reciclaje, etc

Segundo, ingeniería celular

(1) Definición: Utilizar los principios y métodos de la biología celular y la biología molecular, a través de algunos medios de ingeniería, a nivel de toda la célula u orgánulos, Una ciencia y tecnología integrales que modifican el material genético de las células u obtienen productos celulares según los deseos humanos.

(2) Tipo:

1. Ingeniería de células vegetales

(1) Base teórica: totipotencia de las células vegetales

①Definición: La Las células de un organismo tienen el potencial de permitir que las células posteriores formen un individuo completo. Esta propiedad de las células se llama totipotencia celular.

②Principio: Cada célula de un organismo contiene un conjunto completo de material genético exclusivo de la especie, así como todos los genes necesarios para convertirse en un individuo completo.

③El motivo de la diferenciación sin expresión: el resultado de la expresión selectiva de genes en condiciones espaciotemporales específicas.

④Condiciones de realización: condiciones externas, determinados nutrientes, hormonas y otras condiciones externas.

(2)Medios técnicos:

①Cultivo de tejido vegetal:

A. Proceso: recolectar materiales, desdiferenciar (o desdiferenciar) para formar callos y luego diferenciarlos en plántulas de tubo de ensayo, trasplantar y desarrollar hasta plantas completas.

B. Aplicación: rápida propagación y cultivo de plantas libres de virus (consulte el primer volumen del libro de texto obligatorio); producción de medicamentos, aditivos alimentarios, especias, pigmentos y pesticidas; ; cultivo de plantas genéticamente modificadas.

②Hibridación de células somáticas vegetales:

Una definición: es un método para fusionar las células somáticas de dos plantas diferentes en una célula híbrida y cultivar las células híbridas para obtener una nueva planta.

B. Pasos de la operación: hidrólisis enzimática (celulasa y pectinasa) para eliminar la pared celular e inducir la fusión de protoplastos (métodos físicos: centrifugación, vibración, estimulación eléctrica, etc.); método químico: polietileno diol y otros); los reactivos son inductores para inducir la fusión), células híbridas de cultivo de tejidos.

C. Características: Puede superar los obstáculos de la incompatibilidad en la hibridación distante y ampliar en gran medida la gama de combinaciones de padres que se pueden utilizar para la hibridación.

2. Ingeniería de células animales:

Los medios técnicos incluyen:

(1) Cultivo de células animales:

①Composición del medio: glucosa, aminoácidos, sales inorgánicas, vitaminas, etc. (a diferencia de las plantas).

②Proceso: consulte el contenido relevante en el libro de texto optativo para estudiantes de secundaria superior.

③ Aplicación: Producción masiva de productos biológicos proteicos, como vacunas virales, interferones, anticuerpos monoclonales, etc. Trasplante de piel de pacientes quemados; detección de sustancias tóxicas; investigación fisiológica, patológica, farmacológica, etc.

(2) Fusión de células animales:

①Principio: El principio de fusión es básicamente el mismo que el de los protoplastos vegetales.

②Método de inducción: similar al método de inducción de la fusión de protoplastos vegetales, comúnmente se utilizan virus inactivados como inductores.

(3) Anticuerpos monoclonales:

①Definición: Anticuerpos con propiedades químicas únicas y fuerte especificidad.

② Aplicación: Se estudian investigaciones sobre teorías biológicas básicas; diagnóstico, tratamiento y prevención de enfermedades; comercialización de anticuerpos monoclonales;

4. Tecnología de transferencia de embriones: omitida

5. Transferencia nuclear: omitida

Tercera, ingeniería de fermentación

Definición: es la uso de algunas funciones específicas de los microorganismos, el uso de tecnología de ingeniería moderna para producir productos útiles para los humanos o nuevas tecnologías que aplican microorganismos directamente a los procesos de producción industrial.

4. Ingeniería enzimática: breve