高中三年級(jí)下學(xué)期生物《考點(diǎn)39 基因工程應(yīng)用及蛋白質(zhì)工程》教學(xué)課件

考點(diǎn)39基因工程的應(yīng)用與蛋白質(zhì)工程二輪復(fù)習(xí)微課基因工程應(yīng)用蛋白質(zhì)工程基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用蛋白質(zhì)工程崛起的緣由蛋白質(zhì)工程的基本原理蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用其它方面改良動(dòng)植物品種、提高作物和畜產(chǎn)品產(chǎn)量等生產(chǎn)基因工程藥物、獲得乳腺生物反應(yīng)器、解決器官移植來(lái)源不足的問(wèn)題等生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸、維生素等培養(yǎng)基因工程菌生產(chǎn)能源、解決環(huán)境污染問(wèn)題按照人類(lèi)需求改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造一種新的蛋白質(zhì)與中心法則相反研發(fā)藥物、改進(jìn)酶的性能、研發(fā)新的工業(yè)用酶等一、乳腺生物反應(yīng)器與基因工程菌名稱(chēng)乳腺生物反應(yīng)器工程菌含義使外源基因在哺乳動(dòng)物的乳腺中特異表達(dá)，利用動(dòng)物的乳腺組織生產(chǎn)藥物蛋白用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達(dá)的菌類(lèi)基因結(jié)構(gòu)動(dòng)物基因的結(jié)構(gòu)與人類(lèi)基因的結(jié)構(gòu)基本相同細(xì)菌和酵母菌等生物基因的結(jié)構(gòu)與人類(lèi)基因的結(jié)構(gòu)有較大差異基因表達(dá)合成的藥物蛋白與天然蛋白質(zhì)相同細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)沒(méi)有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細(xì)胞器，產(chǎn)生的藥物蛋白可能沒(méi)有活性受體細(xì)胞動(dòng)物的受精卵微生物細(xì)胞導(dǎo)入目的基因的方式顯微注射法感受態(tài)細(xì)胞法（Ca2+處理法）生產(chǎn)條件不需嚴(yán)格滅菌，溫度等外界條件對(duì)其影響不大需嚴(yán)格滅菌，嚴(yán)格控制工程菌所需的溫度、PH、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度等外界條件藥物提取從動(dòng)物乳汁中提取從微生物細(xì)胞中提取乳腺能成為基因工程藥物最理想的表達(dá)場(chǎng)所的原因(1)乳腺是一個(gè)外分泌器官,乳汁不進(jìn)入體內(nèi)循環(huán),不會(huì)影響轉(zhuǎn)基因動(dòng)物本身的生理代謝反應(yīng)。(2)從乳汁中獲取目的基因產(chǎn)物，產(chǎn)量高、易提取,表達(dá)的蛋白質(zhì)已經(jīng)過(guò)充分的修飾加工,具有穩(wěn)定的生物活性。(3)從乳汁中源源不斷獲得目的基因產(chǎn)物的同時(shí),不影響轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的繁殖拓展膀胱反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn):1.可以從動(dòng)物一出生就收集產(chǎn)物，不論動(dòng)物的性別和是否正處于生殖期。2.從尿液中提取蛋白質(zhì)比從乳汁中提取更簡(jiǎn)便、高效。研制膀胱生物反應(yīng)器時(shí)，應(yīng)如何處理目的基因？將目的基因與膀胱上皮細(xì)胞中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子重組例1、繼哺乳動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器研究成功后，膀胱生物反應(yīng)器的研究也取得了一定進(jìn)展。最近，科學(xué)家培育出一種轉(zhuǎn)基因小鼠，其膀胱上皮細(xì)胞可以合成人的生長(zhǎng)激素并分泌到尿液中。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：（1）將人的生長(zhǎng)激素基因?qū)胄∈笫荏w細(xì)胞，常用方法是__________。（2）進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移時(shí)，通常要將外源基因轉(zhuǎn)入__________________中，原因是__________________。（3）通常采用_________技術(shù)檢測(cè)外源基因是否插入了小鼠的染色體DNA上。（4）在研制膀胱生物反應(yīng)器時(shí)，應(yīng)使外源基因在小鼠的____________細(xì)胞中特異表達(dá)。（5）若使外源基因在乳腺細(xì)胞中表達(dá)，在構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí)，還需加入_________________等調(diào)控元件。啟動(dòng)子的作用是______________。答案：（1）顯微注射法（2）受精卵受精卵的全能性高（3）DNA分子雜交技術(shù)（4）膀胱上皮（5）乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子作為RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位，驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄例2、通過(guò)基因工程的方法可實(shí)現(xiàn)β-珠蛋白的大量生產(chǎn)。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：（1）若采用基因工程的方法使大腸桿菌產(chǎn)生鼠的β-珠蛋白，則目的基因最好從____________________（填基因組文庫(kù)或cDNA文庫(kù)）中獲取，原因是________________________________________。（2）利用乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)β-珠蛋白時(shí)，首先需要將β-珠蛋白基因與__________________等調(diào)控元件重組在一起，常通過(guò)_______________方法將目的基因?qū)氩溉閯?dòng)物的受精卵中，進(jìn)而培養(yǎng)出可在乳腺細(xì)胞中表達(dá)β-珠蛋白的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。（3）獲得乳腺生物反應(yīng)器的過(guò)程中，可在胚胎的囊胚期取___________細(xì)胞對(duì)胚胎進(jìn)行性別鑒定，選擇____________胚胎進(jìn)行移植。最終所得轉(zhuǎn)基因動(dòng)物中只有乳腺細(xì)胞產(chǎn)生了β-珠蛋白，其原因是______________。（4）與利用乳腺生物反應(yīng)器相比，利用工程菌生產(chǎn)β-珠蛋白的優(yōu)點(diǎn)是____________________________________。答案：（1）cDNA文庫(kù)大腸桿菌是原核生物，cDNA文庫(kù)中沒(méi)有內(nèi)含子（非編碼序列），基因結(jié)構(gòu)與原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)更接近（2）乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子

顯微注射

（3）滋養(yǎng)層

雌性

只有乳腺細(xì)胞中的目的基因進(jìn)行了選擇性表達(dá)，合成了β?珠蛋白（4）工程菌代謝旺盛，繁殖周期短，可以在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)目的基因的大量擴(kuò)增和表達(dá)二、基因工程的應(yīng)用例1.

下列關(guān)于基因工程的敘述，正確的是（）A．若受體大腸桿菌含有構(gòu)建重組質(zhì)粒時(shí)用到的限制性核酸內(nèi)切酶，則一定有利于該重組質(zhì)粒進(jìn)入受體并保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定B．抗除草劑基因轉(zhuǎn)入某抗鹽植物，獲得2個(gè)穩(wěn)定遺傳轉(zhuǎn)基因品系，抗性鑒定為抗除草劑抗鹽和抗除草劑不抗鹽。表明一定是抗鹽性的改變與抗除草劑基因的轉(zhuǎn)入無(wú)關(guān)C．抗除草劑基因轉(zhuǎn)入某植物獲得轉(zhuǎn)基因植株，其DNA檢測(cè)均含目的基因，抗性鑒定為抗除草劑和不抗除草劑。表明一定是前者表達(dá)了抗性蛋白而后者只表達(dá)抗性基因RNAD．已知不同分子量DNA可分開(kāi)成不同條帶，相同分子量的為一條帶。用某種限制性核酸內(nèi)切酶完全酶切環(huán)狀質(zhì)粒后，出現(xiàn)3條帶，表明該質(zhì)粒上一定至少有3個(gè)被該酶切開(kāi)的位置答案：D三、蛋白質(zhì)工程（原理和應(yīng)用）蛋白質(zhì)工程的概念

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(guò)改造或合成基因，來(lái)改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿(mǎn)足人類(lèi)生產(chǎn)和生活的需求。蛋白質(zhì)工程的基本原理1.蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求，因此要對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造2.蛋白質(zhì)工程的實(shí)質(zhì)

改造或合成基因（來(lái)定向改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造新的蛋白質(zhì)）思考：為什么蛋白質(zhì)工程改造基因而不是直接改造蛋白質(zhì)？①蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，直接改造難度大；②蛋白質(zhì)是由基因編碼的，改造了基因可以間接改造蛋白質(zhì)；③基因可以遺傳，蛋白質(zhì)無(wú)法遺傳；蛋白質(zhì)工程流程圖預(yù)期功能生物功能蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)氨基酸序列多肽鏈分子設(shè)計(jì)折疊基因DNADNA合成翻譯mRNA轉(zhuǎn)錄速效胰島素B鏈中28號(hào)與29號(hào)氨基酸對(duì)換速效胰島素兩條多肽鏈氨基酸序列速效胰島素基因轉(zhuǎn)錄速效胰島素mRNA翻譯折疊（1）基礎(chǔ):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。（2）手段:通過(guò)基因修飾或基因合成，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)。例1.已知生物體內(nèi)有一種蛋白質(zhì)（P），該蛋白質(zhì)是一種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，由305個(gè)氨基酸組成。如果將P分子中第158位的絲氨酸變成亮氨酸，第240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸，改變后的蛋白質(zhì)（P1）不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性?；卮鹣铝袉?wèn)題。（1）從上述資料可知，若要改變蛋白質(zhì)的功能，可以考慮對(duì)蛋白質(zhì)的________進(jìn)行改造。（2）以P基因序列為基礎(chǔ)，獲得P1基因的途徑有修飾____基因或合成____基因。所獲得的基因在表達(dá)時(shí)是遵循中心法則的，中心法則的全部?jī)?nèi)容包括（以圖表示）____________。（3）蛋白質(zhì)工程也被稱(chēng)為第二代基因工程，其基本途徑是從預(yù)期蛋白質(zhì)功能出發(fā)，通過(guò)_________和___________，進(jìn)而確定相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列，據(jù)此獲得目的基因，再經(jīng)表達(dá)、純化獲得目標(biāo)蛋白質(zhì)，之后還需要對(duì)該蛋白質(zhì)的生物_______進(jìn)行鑒定。答案：（1）氨基酸序列（或結(jié)構(gòu)）

（2）

PP1

（3）設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)

推測(cè)相應(yīng)氨基酸序列功能

四、基因工程與蛋白質(zhì)工程的比較項(xiàng)目蛋白質(zhì)工程基因工程區(qū)別操作對(duì)象基因基因操作水平DNA分子水平DNA分子水平操作流程預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的功能→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列→找到并改變相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質(zhì)目的基因的篩選與獲取→基因表達(dá)載體的構(gòu)建→將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞→目的基因的檢測(cè)與鑒定結(jié)果生產(chǎn)自然界沒(méi)有的蛋白質(zhì)生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì)實(shí)質(zhì)通過(guò)改造或合成基因，定向改造或生產(chǎn)人類(lèi)所需蛋白質(zhì)基因重組，定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類(lèi)所需的生物類(lèi)型或產(chǎn)品應(yīng)用及現(xiàn)狀主要集中在對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造，在設(shè)計(jì)全新蛋白質(zhì)方面尚有難題未克服在轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物、藥品生產(chǎn)等領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用聯(lián)系①蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延伸出來(lái)的第二代基因工程②蛋白質(zhì)工程離不開(kāi)基因工程,蛋白質(zhì)工程在改造基因時(shí)需要與基因工程有關(guān)的工具酶,需要構(gòu)建基因表達(dá)載體;改造后的基因要表達(dá)出相應(yīng)的蛋白質(zhì),同樣需要將改造或合成的基因?qū)胧荏w細(xì)胞例1.胰島素可以用于治療糖尿病，但是胰島素被注射到人體后，會(huì)堆積在皮下，要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的時(shí)間才能進(jìn)入血液，而進(jìn)入血液的胰島素又容易分解，因此，治療效果會(huì)受到影響。如圖是用蛋白質(zhì)工程設(shè)計(jì)速效胰島素的生產(chǎn)過(guò)程，請(qǐng)據(jù)圖回答有關(guān)問(wèn)題：

(1)構(gòu)建新的蛋白質(zhì)模型是蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵,圖中構(gòu)建新的胰島素模型的主要依據(jù)是_____________________________________________________。(2)通過(guò)人工合成DNA形成的新基因應(yīng)與__________結(jié)合后轉(zhuǎn)移到_________中才能得到準(zhǔn)確表達(dá)。(3)若要利用大腸桿菌生產(chǎn)速效胰島素,則需用到的生物工程有___