高中生物 1.1.3、1.4基因工程的應(yīng)用 蛋白質(zhì)工程的崛起復(fù)習(xí)方略配套課件 新人教版選修3.ppt

1 3 1 4基因工程的應(yīng)用 蛋白質(zhì)工程的崛起 一 基因工程的應(yīng)用1 轉(zhuǎn)基因植物 殺蟲的基因主要有bt毒蛋白基因 蛋白酶抑制劑基因 淀粉酶抑制劑基因 植物凝集素基因等 抗病毒基因 病毒外殼蛋白基因和病毒的復(fù)制酶基因 抗真菌基因 幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因 抗鹽堿和抗干旱的調(diào)節(jié)細胞滲透壓基因 抗凍蛋白基因 抗除草劑基因 轉(zhuǎn)基因玉米中賴氨酸的含量比對照提高30 轉(zhuǎn)基因延熟番茄儲存時間可延長1 2個月 轉(zhuǎn)基因矮牽牛呈現(xiàn)出自然界沒有的顏色變異 2 轉(zhuǎn)基因動物 如轉(zhuǎn)外源生長激素基因綿羊和轉(zhuǎn)外源生長激素基因鯉魚生長速率快 體型大 如將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M 使獲得的轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中 乳糖的含量大大減低 而其他營養(yǎng)成分不受影響 目前 已在牛和山羊等動物乳腺生物反應(yīng)器中表達出了抗凝血酶 血清白蛋白 生長激素和 抗胰蛋白酶等重要藥品 科學(xué)家正試圖利用基因工程方法對豬的器官進行改造 抑制抗原決定基因的表達 或設(shè)法除去抗原決定基因 再結(jié)合克隆技術(shù) 培育出沒有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官 3 基因工程藥物 1 來源 轉(zhuǎn)基因的 2 成果 抗體 激素等 3 作用 預(yù)防和治療 心血管疾病 各種傳染病 糖尿病 類風(fēng)濕等疾病 4 基因治療 1 方法 把 導(dǎo)入病人體內(nèi) 使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能 2 效果 治療 的最有效的手段 3 分類 基因治療和 基因治療 工程菌 細胞因子 疫苗 人類腫瘤 遺傳病 正?；?遺傳病 體內(nèi) 體外 二 蛋白質(zhì)工程1 概念理解 1 基礎(chǔ) 蛋白質(zhì)分子的 及其與生物功能的關(guān)系 2 操作 或基因合成 3 結(jié)果 改造了現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造出 4 目的 滿足人類的 的需求 2 操作過程 從預(yù)期的 出發(fā) 設(shè)計預(yù)期的 推測應(yīng)有的 找到相對應(yīng)的 基因 基因表達 產(chǎn)生需要的蛋白質(zhì) 結(jié)構(gòu)規(guī)律 基因修飾 新的蛋白質(zhì) 生產(chǎn)和生活 蛋白質(zhì)功能 結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì) 氨基酸序列 脫氧核苷酸 序列 乳腺生物反應(yīng)器與工程菌生產(chǎn)藥物1 概念 1 乳腺生物反應(yīng)器是指將外源基因在哺乳動物的乳腺中特異表達 利用動物的乳腺組織生產(chǎn)藥物蛋白 2 工程菌是指用基因工程的方法 使外源基因得到高效表達的菌類細胞株系 2 兩者的區(qū)別 動物基因的結(jié)構(gòu)與人類基因的結(jié)構(gòu)基本相同 細菌或酵母菌等生物基因的結(jié)構(gòu)與人類基因的結(jié)構(gòu)有較大差異 合成的藥物蛋白與天然蛋白質(zhì)相同 細菌細胞內(nèi)沒有內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 高爾基體等細胞器 產(chǎn)生的藥物蛋白可能沒有活性 動物的受精卵 微生物細胞 顯微注射法 感受態(tài)細胞法 不需嚴格滅菌 溫度等外界條件對其影響不大 需嚴格滅菌 嚴格控制工程菌所需的溫度 ph 營養(yǎng)物質(zhì)濃度等外界條件 從動物乳汁中提取 從微生物細胞中提取 畜牧業(yè)生產(chǎn) 加提取設(shè)備 工業(yè)生產(chǎn) 設(shè)備精良 高考警示鐘 并非所有個體都可作為乳腺生物反應(yīng)器操作成功的應(yīng)該是雌性個體 個體本身的繁殖速度較高 泌乳量 蛋白含量等都是應(yīng)該考慮的因素 典例訓(xùn)練1 乳腺生物反應(yīng)器是基于轉(zhuǎn)基因技術(shù)平臺 將外源基因?qū)雱游锘蚪M中并定位表達于動物乳腺 利用動物乳腺能夠天然 高效合成分泌蛋白 如圖為利用生物工程技術(shù)讓羊生產(chǎn)治療心臟病藥物tpa的大致過程 請據(jù)圖分析回答 1 圖中 表示基因表達載體的構(gòu)建 該載體的組成通常有外源基因 等 2 圖中 過程選擇受精卵作為tpa基因受體細胞的主要原因是 3 圖中 表示檢測與篩選過程 通常采用的方法是 4 除利用乳腺 膀胱等生物反應(yīng)器外 人們還可以利用 等方法來生產(chǎn)上述物質(zhì) 而傳統(tǒng)生產(chǎn)上述藥品是 中提取 存在的缺點是 解題指南 1 考查實質(zhì) 借轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物的相關(guān)知識來考查基因工程的工具和操作過程 2 解題關(guān)鍵 1 載體的組成必須具備表達的調(diào)控序列和篩選標記 2 受精卵細胞與體細胞的細胞核相同但細胞質(zhì)不同 3 目的基因的檢測與鑒定應(yīng)包含分子水平和個體水平 4 工程菌與動物細胞代謝的環(huán)境必須是無菌條件 解析 1 重組dna分子除應(yīng)該含有標記基因方便篩選外 還應(yīng)該含有外源目的基因表達所必需的啟動子和終止子等調(diào)控序列 2 受精卵細胞質(zhì)基質(zhì)中含有很多個體發(fā)育所需的營養(yǎng)物質(zhì) 容易產(chǎn)生完整的個體 全能性最高 3 考查目的基因的檢測和表達 用dna分子雜交技術(shù)檢測轉(zhuǎn)基因生物的染色體dna上是否插入了目的基因 用分子雜交技術(shù)檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mrna 即用標記的目的基因作探針與mrna雜交 用抗原 抗體雜交技術(shù)檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì) 即從轉(zhuǎn)基因生物中提取蛋白質(zhì) 用相應(yīng)的抗體進行抗原 抗體雜交 有時還需進行個體生物學(xué)水平的鑒定 通過生物性狀 表達與否來檢測基因工程的成功與否 4 乳腺生物反應(yīng)器和膀胱生物反應(yīng)器是轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物的新方法 傳統(tǒng)生產(chǎn)多以微生物發(fā)酵工程或動物細胞工程為主要方法 但由于受操作條件相對較苛刻等的限制 所以價格較高 答案 1 啟動子標記基因終止子 2 受精卵發(fā)育的全能性最容易表達 3 分子雜交個體生物學(xué)水平鑒定dna分子雜交抗原 抗體雜交 答對任意兩種即可 4 工程菌培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)直接從生物組織 細胞或血液由于受操作條件相對較苛刻等的限制 價格十分昂貴 互動探究 1 過程需要的酶有哪些 提示 限制酶 dna連接酶 分析 目的基因需要從人的dna上剪切下來插入到羊的基因中 剪切需要限制酶 連接需要dna連接酶 2 過程可能涉及哪些生物技術(shù) 提示 早期胚胎培養(yǎng) 胚胎移植 胚胎分割 分析 受精卵細胞發(fā)育成個體 需要在體外進行早期胚胎培養(yǎng) 然后移植到同期發(fā)情處理的雌羊的子宮內(nèi)繼續(xù)發(fā)育 為得到多只羊可能還需要胚胎分割技術(shù) 基因治療與基因診斷的比較 基因表達 堿基互補配對 利用正常基因?qū)胗谢蛉毕莸募毎?以表達出正常性狀來治療 臨床實驗 制作特定dna探針與病人樣品dna混合分析雜交帶情況 臨床應(yīng)用 高考警示鐘 1 基因治療并非把健康的外源基因?qū)牖颊叩乃屑毎?而只是導(dǎo)入某些功能細胞中 且是體細胞 2 基因治療目前只是處于初期的臨床試驗階段 在臨床上未開展 未實現(xiàn)這方面的治療 典例訓(xùn)練2 基因治療是指 a 運用人工誘變的方法 使有基因缺陷的細胞發(fā)生基因突變恢復(fù)正常b 對有基因缺陷的細胞進行修復(fù) 從而使其恢復(fù)正常 達到治療疾病的目的c 把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募毎?達到治療疾病的目的d 運用基因工程技術(shù) 把有缺陷的基因切除 達到治療疾病的目的 解題指南 1 考查實質(zhì) 基因治療的本質(zhì) 2 解題關(guān)鍵 明確基因治療的實質(zhì)是使正?；蛟诩毎麅?nèi)表達 而不是替換缺陷基因 解析 選c 人工誘變和自然突變一樣 具有不定向性 很難使有基因缺陷的細胞發(fā)生基因突變恢復(fù)正常 變式訓(xùn)練 如果通過轉(zhuǎn)基因技術(shù) 成功改造了某血友病女性的造血干細胞 使其凝血功能全部恢復(fù)正常 當她與正常男性結(jié)婚 婚后所生子女的表現(xiàn)型為 a 兒子 女兒全部正常b 兒子 女兒中各一半正常c 兒子全部有病 女兒全部正常d 兒子全部正常 女兒全部有病 解析 選c 血友病為伴x染色體隱性遺傳病 本題中完成轉(zhuǎn)基因的細胞只有造血干細胞 而正常的體細胞和卵原細胞沒有進行轉(zhuǎn)基因 女性患者所產(chǎn)生的卵細胞仍然含有血友病基因 所以 所生兒子都患病 女兒全部正常 變式備選 腺苷酸脫氨酶 ada 基因缺陷癥是一種免疫缺陷癥 對患者采用基因治療的方法是 取出患者的t淋巴細胞 進行體外培養(yǎng)時轉(zhuǎn)入正常ada基因 經(jīng)過培養(yǎng) 轉(zhuǎn)化后 再將這些t淋巴細胞注射入患者體內(nèi) 使其免疫功能增強 能正常生活 下列有關(guān)敘述中 正確的是 a 正常ada基因替換了患者的缺陷基因b 正常ada基因通過控制ada的合成來影響免疫功能c t淋巴細胞需在體外培養(yǎng)至能無限增殖時再注射入患者體內(nèi) 保證體內(nèi)有足量的攜帶正?；虻膖淋巴細胞d 體外培養(yǎng)t淋巴細胞時可以通過顯微注射技術(shù)將正常的ada基因直接導(dǎo)入t淋巴細胞 解析 選b 基因治療是將正常的基因?qū)氲接谢蛉毕莸募毎?正常的ada基因可以控制合成正常的ada來影響免疫功能 能無限增殖的t淋巴細胞已發(fā)生癌變 不能注射到患者體內(nèi) 向受體細胞導(dǎo)入目的基因時 必須先將目的基因和載體結(jié)合 蛋白質(zhì)工程與基因工程 從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā) 設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 推測應(yīng)有的氨基酸序列 找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列 基因 目的基因的獲取 基因表達載體的構(gòu)建 將目的基因?qū)胧荏w細胞 目的基因的檢測與鑒定 定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì) 定向改造生物的遺傳特性 獲得人類所需的生物類型或生物產(chǎn)品 可生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì) 原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì) 1 蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上延伸出來的第二代基因工程 2 基因工程能為蛋白質(zhì)工程提供理論及技術(shù)支持 蛋白質(zhì)工程可對基因工程中所需的某些酶進行修飾 改造 使之更符合需要 典例訓(xùn)練3 干擾素是動物體內(nèi)合成的一種蛋白質(zhì) 可以用于治療病毒感染和癌癥 但體外保存相當困難 如果將其分子上的一個半胱氨酸變成絲氨酸 就可在 70 條件下保存半年 給廣大患者帶來福音 1 蛋白質(zhì)的合成是受基因控制的 因此獲得能夠控制合成 可以保存的干擾素 的基因是生產(chǎn)的關(guān)鍵 依據(jù)蛋白質(zhì)工程原理 設(shè)計實驗流程 讓動物生產(chǎn) 可以保存的干擾素 2 基因工程和蛋白質(zhì)工程相比較 基因工程在原則上只能生產(chǎn) 的蛋白質(zhì) 不一定符合 需要 而蛋白質(zhì)工程是以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ) 通過 或 對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行 或制造一種新的蛋白質(zhì) 以滿足人類的生產(chǎn)和生活需要 3 蛋白質(zhì)工程實施的難度很大 原因是蛋白質(zhì)具有十分復(fù)雜的 結(jié)構(gòu) 4 對天然蛋白質(zhì)進行改造 應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進行操作 還是通過對基因的操作來實現(xiàn) 原因是 解題指南 1 考查實質(zhì) 對蛋白質(zhì)工程的實驗流程的理解 2 解題關(guān)鍵 1 明確蛋白質(zhì)工程的實質(zhì)是根據(jù)蛋白質(zhì)預(yù)期功能推測出相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列 2 明確蛋白質(zhì)工程是通過改造基因來改造蛋白質(zhì) 解析 1 蛋白質(zhì)工程的基本流程為根據(jù)預(yù)期的蛋白質(zhì)功能推測出蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及控制該蛋白質(zhì)的基因的脫氧核苷酸序列 2 蛋白質(zhì)工程的實質(zhì)是通過對基因改造或修飾制造自然界不存在的符合人們生產(chǎn)和生活需要的蛋白質(zhì) 3 蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜 很難根據(jù)預(yù)期功能來預(yù)測出空間結(jié)構(gòu) 4 基因控制蛋白質(zhì)的合成 對基因的改造相當于間接改造了蛋白質(zhì) 答案 1 預(yù)期的蛋白質(zhì)功能預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)有的氨基酸序列相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列 基因 2 自然界已存在人類生產(chǎn)和生活基因修飾基因合成改造 3 空間 或高級 4 應(yīng)該通過對基因的操作來實現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)的改造首先 任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的 改造了基因也就是對蛋白質(zhì)進行了改造 而且改造過的蛋白質(zhì)可以通過改造過的基因遺傳下去 如果對蛋白質(zhì)直接改造 即使改造成功 被改造過的蛋白質(zhì)分子也無法遺傳 其次 對基因進行改造比對蛋白質(zhì)直接進行改造要容易操作 難度要小得多 1 利用基因工程培育抗蟲作物的直接優(yōu)點是 a 減少蟲害的發(fā)生b 害蟲不會產(chǎn)生抗性c 減少農(nóng)藥的用量d 作物不會染病 解析 選a 利用基因工程培育的抗蟲作物 對害蟲具有一定的抗性 減少了蟲害的發(fā)生 減少了農(nóng)藥的用量屬于間接優(yōu)點 種植抗蟲作物較長時間后 害蟲可能會出現(xiàn)抗性 抗蟲作物只能減少蟲害 對細菌 病毒等造成的病害不起作用 2 2012 安慶模擬 科學(xué)家將 干擾素基因進行定點突變導(dǎo)入大腸桿菌表達 使干擾素第十七位的半胱氨酸改變成絲氨酸 結(jié)果大大提高了 干擾素的抗病毒活性 并且提高了儲存穩(wěn)定性 該生物技術(shù)為 a 蛋白質(zhì)工程b 基因工程c 基因突變d 細胞工程 解析 選a 題干中的操作涉及的基因顯然不再是原來的基因 其合成的 干擾素也不是天然 干擾素 而是經(jīng)過改造的 是具有人類所需優(yōu)點的蛋白質(zhì) 因而整個過程利用的生物技術(shù)為蛋白質(zhì)工程 3 基因工程技術(shù)可使大腸桿菌合成人的蛋白質(zhì) 下列敘述不正確的是 a 常用相同的限制性核酸內(nèi)切酶處理目的基因和質(zhì)粒b dna連接酶和rna聚合酶是構(gòu)建重組質(zhì)粒必需的工具酶c 可用含抗生素的培養(yǎng)基檢測大腸桿菌中是否導(dǎo)入了重組質(zhì)粒d 導(dǎo)入大腸桿菌的目的基因不一定能成功表達 解析 選b 構(gòu)建重組質(zhì)粒必需的工具酶是限制性核酸內(nèi)切酶和dna連接酶 rna聚合酶在形成rna時起到連接核糖核苷酸間的磷酸二酯鍵的作用 4 下列有關(guān)蛋白質(zhì)工程的說法正確的是 a 蛋白質(zhì)工程無需構(gòu)建基因表達載體b 通過蛋白質(zhì)工程改造后的蛋白質(zhì)有的仍是天然的蛋白質(zhì)c 蛋白質(zhì)工程需要限制酶和dna連接酶d 蛋白質(zhì)工程是在蛋白質(zhì)分子水平上改造蛋白質(zhì)的 解析 選c 蛋白質(zhì)工程改造蛋白質(zhì)是通過改造基因來實現(xiàn)的 改造后的基因 需要構(gòu)建基因表達載體 然后導(dǎo)入細胞中控制合成相應(yīng)的蛋白質(zhì) 因此需要限制酶和dna連接酶等工具酶 改造后的蛋白質(zhì)是自然界中沒有的 不是天然蛋白質(zhì) 5 如圖是利用奶牛乳汁生產(chǎn)人血清白蛋白的圖解 根據(jù)下圖回答 1 在形成圖中 的過程中 我們稱 為 獲取 的途徑主要有 2 有人對這種牛奶不敢食用 人們對這種轉(zhuǎn)基因食品的擔心表現(xiàn)在 3 人血清白蛋白的生產(chǎn)說明該工程突破了自然界物種之間的 在基因表達載體中 人的血清白蛋白基因前端必須要有 4 對 處理后的分散細胞進行培養(yǎng) 通常要在培養(yǎng)液中添加一定量的 此外應(yīng)定期更換 以便保證被培養(yǎng)的細胞處于 的環(huán)境中 解析 1 血清白蛋白基因是目的基因 獲取目的基因的途徑主要有3個 一是從相應(yīng)生物的基因文庫中獲取 二是利用體外pcr技術(shù)大量擴增 三是基因比較小 核苷酸序列已知 可以用化學(xué)方法直接人工合成 2 人們對轉(zhuǎn)基因食品的擔心表現(xiàn)在 擔心出現(xiàn)滯后效應(yīng) 擔心出現(xiàn)新的過敏原 擔心營養(yǎng)成分改變等 3 利用奶牛乳汁生產(chǎn)人血清白蛋白 突破了自然界物種之間的生殖隔離 啟動子是一段有特殊結(jié)構(gòu)的dna片段 是rna聚合酶識別和結(jié)合的部位 有了它才能驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mrna 翻譯出蛋白質(zhì) 故在基因表達載體中 人血清白蛋白基因前端必須要有啟動子 4 動物細胞培養(yǎng)首先應(yīng)保證被培養(yǎng)的細胞處于無菌 無毒的環(huán)境 通常還要在細胞培養(yǎng)液中添加一定量的抗生素 以防培養(yǎng)過程中的污染 此外 應(yīng)定期更換培養(yǎng)液 以便清