【創(chuàng)新方案】2022年高中生物人教版選修三教師用書-1.3-1.4基因工程的應(yīng)用-蛋白質(zhì)工程的崛起

一、植物基因工程的成果1．抗蟲與抗病轉(zhuǎn)基因植物類型項(xiàng)目抗蟲轉(zhuǎn)基因植物抗病轉(zhuǎn)基因植物方法從某些生物中分別出具有殺蟲活性的基因，將其導(dǎo)入作物中將抗病基因?qū)胫参镏谢蚍N類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②抗真菌基因：幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因成果轉(zhuǎn)基因抗蟲棉、轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻等抗煙草花葉病毒的轉(zhuǎn)基因煙草和抗病毒的轉(zhuǎn)基因小麥、甜椒、番茄等意義削減化學(xué)農(nóng)藥的使用，降低生產(chǎn)成本，削減環(huán)境污染，降低了對人體健康的損害2.抗逆轉(zhuǎn)基因植物(1)抗逆基因：利用調(diào)整細(xì)胞滲透壓的基因使作物抗堿抗旱，導(dǎo)入魚的抗凍蛋白基因使作物抗寒；導(dǎo)入抗除草劑基因使作物抗除草劑。(2)成果：抗鹽堿、抗干旱的煙草；抗寒的番茄；抗除草劑的大豆、玉米等。3．利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)實(shí)例一：實(shí)例二：eq\x(將把握番茄果實(shí)成熟的基因?qū)敕?eq\o(→,\s\up7(獲得))eq\x(轉(zhuǎn)基因延熟番茄)實(shí)例三：eq\x(將與植物花青素代謝有關(guān)的基因?qū)氚珷颗?eq\o(→,\s\up7(獲得))eq\x(轉(zhuǎn)基因矮牽牛)二、動物基因工程的應(yīng)用項(xiàng)目應(yīng)用基因來源或處理成果提高動物的生長速度外源生長激素基因轉(zhuǎn)基因綿羊、轉(zhuǎn)基因鯉魚改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)腸乳糖酶基因轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中乳糖含量少轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物藥用蛋白基因＋乳腺蛋白基因的啟動子乳腺生物反應(yīng)器轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體抑制或除去抗原打算基因結(jié)合克隆技術(shù)培育出沒有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官三、基因工程與人體健康1．基因工程藥物(1)概念：基因工程藥物是指利用轉(zhuǎn)基因的工程菌生產(chǎn)的藥物。(2)原理：通過基因工程技術(shù)，使外源基因在工程菌細(xì)胞內(nèi)高效表達(dá)。(3)成果：人胰島素、細(xì)胞因子、抗體、疫苗、激素等。(4)作用：預(yù)防和治療人類腫瘤、心血管疾病、遺傳病、各種傳染病、糖尿病、類風(fēng)濕等疾病。2．基因治療(1)概念：把正?；?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達(dá)到治療疾病的目的。(2)成果：將腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入患者的淋巴細(xì)胞。(3)途徑：分為體內(nèi)基因治療和體外基因治療。(4)現(xiàn)狀：處于初期的臨床試驗(yàn)階段。四、蛋白質(zhì)工程的崛起1．基因工程的不足基因工程只能生產(chǎn)自然界中已存在的蛋白質(zhì)，但自然?蛋白質(zhì)不肯定符合人類生產(chǎn)和生活的需要。2．蛋白質(zhì)工程(1)概念：指以蛋白質(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)，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。(2)目標(biāo)：依據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)。(3)手段：通過基因修飾或基因合成，進(jìn)而指導(dǎo)合成所需蛋白質(zhì)。(4)途徑：預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推想應(yīng)有的氨基酸序列→找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)。(5)蛋白質(zhì)工程流程圖：3．蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景(1)前景迷人：用蛋白質(zhì)工程方法制成電子元件，具有體積小、耗電少和效率高的特點(diǎn)。(2)難度很大：主要是由于蛋白質(zhì)發(fā)揮功能必需依靠于正確的高級結(jié)構(gòu)，這種高級結(jié)構(gòu)格外簡單，而目前科學(xué)家對大多數(shù)蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)的了解還很不夠。一、植物基因工程的應(yīng)用閱讀教材P17～19，探討下列問題：1．培育抗蟲轉(zhuǎn)基因植物，可用于殺蟲的目的基因主要有哪些？提示：Bt毒蛋白基因，蛋白酶抑制基因，淀粉酶抑制基因，植物凝集素基因。2．從環(huán)境愛護(hù)角度分析：抗蟲轉(zhuǎn)基因植物推廣種植，有什么意義？提示：削減農(nóng)藥的使用，降低生產(chǎn)成本；削減環(huán)境污染。3．利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良植物品質(zhì)的途徑有哪些？提示：直接導(dǎo)入把握該性狀的結(jié)構(gòu)蛋白基因；導(dǎo)入與該性狀有關(guān)的某種酶的基因或轉(zhuǎn)變關(guān)鍵酶的活性。二、動物基因工程的應(yīng)用閱讀教材P20～21，探討下列問題：1．動物基因工程的應(yīng)用主要在哪些方面？提示：主要體現(xiàn)在提高動物的生長速度，改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)，用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物等方面。2．試從產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、提取、生產(chǎn)成本角度分析動物乳腺生物反應(yīng)器具有哪些優(yōu)點(diǎn)和限制。提示：優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)量高且易收獲目標(biāo)產(chǎn)品，可以隨乳汁分泌而排到動物體外；產(chǎn)品質(zhì)量好；成本低；易提取。限制：受性別的限制。若從動物尿液中提取目的基因產(chǎn)物則不受性別限制。3．試區(qū)分基因診斷和基因治療。提示：基因診斷是以DNA分子雜交為原理，利用基因探針，快速、精確?????檢測人類疾病。基因治療是把正?；?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中，達(dá)到治療疾病的目的。三、蛋白質(zhì)工程的基本原理閱讀教材P26～27，觀看分析圖1－29，探討下列問題：1．填表比較基因工程與蛋白質(zhì)工程?；蚬こ痰鞍踪|(zhì)工程操作環(huán)境生物體外生物體外操作對象操作水平________水平________水平基本過程剪切→________→導(dǎo)入→表達(dá)確定蛋白質(zhì)功能→應(yīng)有的高級結(jié)構(gòu)→應(yīng)具備的折疊狀態(tài)→應(yīng)有的________→應(yīng)有的堿基序列→改造的蛋白質(zhì)結(jié)果人類需要的________人類需要的新基因，可以制造自然界不存在的蛋白質(zhì)聯(lián)系蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延長出來的其次代基因工程提示：基因基因DNA分子DNA分子拼接氨基酸序列基因產(chǎn)物2．分析通過對基因的操作實(shí)現(xiàn)對自然?蛋白質(zhì)改造的緣由。提示：(1)任何一種自然?蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且改造過的基因可以遺傳下去。假如對蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質(zhì)分子還是無法遺傳的。(2)對基因進(jìn)行改造比對蛋白質(zhì)直接改造要簡潔操作，難度要小得多。繼哺乳動物乳腺生物反應(yīng)器研發(fā)成功后，膀胱生物反應(yīng)器的爭辯也取得了肯定進(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激素并分泌到尿液中。請回答：(1)將人的生長激素基因?qū)胄∈笫荏w細(xì)胞，常用的方法是__________________。(2)進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移時，通常要將外源基因轉(zhuǎn)入________中，緣由是________________________________________________________________________。(3)通常接受____________技術(shù)檢測外源基因是否插入小鼠的基因組中。(4)在研制膀胱生物反應(yīng)器時，應(yīng)使外源基因在小鼠的______________細(xì)胞中特異性表達(dá)。[解析](1)顯微注射技術(shù)是轉(zhuǎn)基因動物中接受最多的，也是最有效的一種方法。(2)轉(zhuǎn)基因動物的受體細(xì)胞一般是選用受精卵，由于受精卵具有最高的全能性，目的基因簡潔表達(dá)。(3)檢測目的基因是否導(dǎo)入時一般是接受DNA分子雜交技術(shù)，就是將轉(zhuǎn)基因生物的基因組DNA提取出來，在含有基因的DNA片段上用放射性同位素標(biāo)記，作為探針，使探針與基因組DNA雜交，假如顯示出雜交帶，就表明目的基因已經(jīng)插入染色體DNA中了。(4)題中研制的是膀胱生物反應(yīng)器，也就是在尿液中提取產(chǎn)物，所以要讓外源基因在小鼠的膀胱上皮細(xì)胞中特異性表達(dá)。[答案](1)顯微注射技術(shù)(2)受精卵(或早期胚胎)受精卵(或早期胚胎細(xì)胞)具有最高的全能性，可使外源基因在相應(yīng)組織細(xì)胞中表達(dá)(3)DNA分子雜交(核酸探針)(4)膀胱上皮(1)利用動物乳腺生物反應(yīng)器技術(shù)時，受體細(xì)胞應(yīng)為受精卵，并且目的基因在乳腺中表達(dá)，為了性狀能穩(wěn)定遺傳應(yīng)選用克隆技術(shù)繁殖。(2)若從尿液中提取目的基因產(chǎn)物，則膀胱上皮細(xì)胞應(yīng)具有合成并分泌目的基因產(chǎn)物的力量，使之直接進(jìn)入尿液，由于腎小球的過濾力量是不允許蛋白質(zhì)通過的。如圖為蛋白質(zhì)工程操作的基本思路，請據(jù)圖回答下列問題：(1)代表蛋白質(zhì)工程操作思路的過程是________；代表中心法則內(nèi)容的是________。(填寫數(shù)字)(2)寫出圖中各數(shù)字代表的生物學(xué)過程的名稱或內(nèi)容：①____________；②____________；③____________；④____________；⑤____________。(3)蛋白質(zhì)工程的目的是________________________，通過________________________實(shí)現(xiàn)。(4)從圖中可以看出蛋白質(zhì)工程的基本途徑與中心法則是________的。[解析]自然?蛋白質(zhì)合成的過程是依據(jù)中心法則進(jìn)行的，而蛋白質(zhì)工程的基本途徑與之相反，即從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推想應(yīng)有的氨基酸序列→找到相應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)。[答案](1)④⑤①②③(2)轉(zhuǎn)錄翻譯折疊分子設(shè)計(jì)DNA合成(3)對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)基因合成或基因修飾(4)相反——————————————[課堂歸納]——————————————————[網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建]填充：①預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)②氨基酸序列③基因④新蛋白質(zhì)⑤抗病、抗蟲、抗逆[關(guān)鍵語句]1．植物基因工程技術(shù)主要用于提高農(nóng)作物的抗逆力量(如抗除草劑、抗蟲、抗病、抗干旱和抗鹽堿等)，改良農(nóng)作物的品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物等方面。2．動物基因工程技術(shù)主要用于提高動物的生長速度、改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)，生產(chǎn)藥物，用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體等。3．利用轉(zhuǎn)基因的工程菌生產(chǎn)的藥物包括細(xì)胞因子、抗體、疫苗、激素等。4．基因治療是把正?；?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達(dá)產(chǎn)