课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起课件

1、课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起第第4242课时课时 基因工程的应用和蛋白质工基因工程的应用和蛋白质工高频考点突破高频考点突破考点一考点一 基因工程应用基因工程应用课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起项目项目具体具体应用应用目的基因目的基因作用作用受体生受体生物物备注备注植物基因植物基因工程常用工程常用方法：方法：农杆菌农杆菌转化法转化法基因枪基因枪法法花粉管花粉管通道法通道法抗虫抗虫转基转基因植因植物物抗虫基因抗虫基因: :BtBt毒蛋白毒蛋白基因、蛋基因、蛋白酶抑制白酶抑制剂基因、剂基因、淀粉酶抑淀粉酶抑制剂基因制剂基因、植物凝集植物凝集素基因素基因抗虫：抗虫：BtBt毒蛋毒蛋白水解成

2、多肽白水解成多肽与肠上皮细胞与肠上皮细胞结合结合, ,形成穿形成穿孔孔, ,细胞肿胀细胞肿胀裂解致死裂解致死; ;两两种抑制剂分别种抑制剂分别抑制相应酶活抑制相应酶活性性, ,影响消化影响消化; ;植物凝集素为植物凝集素为糖蛋白糖蛋白, ,与肠与肠黏膜结合黏膜结合, ,影影响营养物质的响营养物质的吸 收 和 利 用吸 收 和 利 用棉花、棉花、水稻、水稻、 玉米玉米等等抗虫但不抗病抗虫但不抗病毒、细菌、真菌毒、细菌、真菌等等培育抗虫作物培育抗虫作物优点：减少环境优点：减少环境污染、降低生产污染、降低生产成本成本不同抗虫基因不同抗虫基因作用机理不同作用机理不同BtBt毒蛋白基因毒蛋白基因来自苏云

3、金芽孢来自苏云金芽孢杆菌杆菌课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起植物植物基因基因工程工程常用常用方法方法: :农农杆菌杆菌转化转化法法基基因枪因枪法法花花粉管粉管通道通道法法抗病抗病转基转基因植因植物物病毒外壳蛋白基因病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因病毒复制酶基因、几丁质酶基因、抗几丁质酶基因、抗毒素合成基因毒素合成基因前两种为抗前两种为抗病毒作用病毒作用;后后两种为抗真两种为抗真菌作用菌作用烟草烟草(抗病抗病毒毒)、小麦、小麦(抗病毒抗病毒)等等引起植物生病引起植物生病的微生物有病的微生物有病毒、细菌、真毒、细菌、真菌三大类菌三大类抗逆抗逆转基转基因植因植物物调节细胞渗透压调节细胞渗透压基因

4、基因抗冻蛋白基因抗冻蛋白基因(从从鱼体内获取鱼体内获取)抗除草剂基因抗除草剂基因通过改变通过改变细胞内渗透细胞内渗透压压,提高抗盐提高抗盐碱、抗旱能力碱、抗旱能力耐寒能力耐寒能力提高提高 抗除草剂抗除草剂烟草烟草(抗旱抗旱、抗盐碱抗盐碱);番茄番茄(抗抗寒寒);大豆、大豆、玉米玉米(抗除抗除草剂草剂)抗逆指抵抗不抗逆指抵抗不良环境的能力良环境的能力,如盐碱、干如盐碱、干旱、低温、涝旱、低温、涝害等害等转基转基因改因改良植良植物的物的品质品质含必需氨基酸的含必需氨基酸的蛋白质编码基因蛋白质编码基因控制番茄果实控制番茄果实成熟的基因成熟的基因花青素代谢有关花青素代谢有关的基因的基因控制合成控制合成

5、的蛋白质含的蛋白质含必需氨基酸必需氨基酸多多延迟番茄延迟番茄成熟成熟改变花瓣改变花瓣的颜色的颜色玉米、番玉米、番茄、矮牵茄、矮牵牛等牛等赖氨酸、亮氨赖氨酸、亮氨酸等都属于必酸等都属于必需氨基酸需氨基酸课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起动物基因动物基因工程常用工程常用方法：显方法：显微注射法微注射法受体细受体细胞：胞：一般用受一般用受精卵精卵提高动物提高动物生长速度生长速度生长激素生长激素基因基因促进生长促进生长,提高生长提高生长速度速度鲤鱼鲤鱼注意：不能注意：不能导入生长素导入生长素基因基因改善畜产改善畜产品的品质品的品质肠乳糖酶肠乳糖酶基因基因将乳糖分将乳糖分解解,降低降低牛奶中乳牛奶中乳

6、糖的含量糖的含量奶牛奶牛部分人对乳部分人对乳糖会发生过糖会发生过敏反应敏反应转基因动转基因动物生产药物生产药物物(生物生物反应器或反应器或乳房生物乳房生物反应器反应器)药用蛋白药用蛋白基因基因+乳乳腺蛋白基腺蛋白基因因+启动启动子子分泌乳汁分泌乳汁来生产所来生产所需要的药需要的药品品牛和牛和山羊山羊已生产出的已生产出的药品有抗凝药品有抗凝血酶、血清血酶、血清蛋白、生长蛋白、生长激素和激素和抗胰蛋白酶抗胰蛋白酶课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起动物基因动物基因工程常用工程常用方法：显方法：显微注射法微注射法受体细受体细胞：一般胞：一般用受精卵用受精卵转基因动转基因动物作器官物作器官移植的供移植

7、的供 体体某种调节某种调节因子因子设法除去设法除去抗原决定基抗原决定基因因抑制抑制抗原决抗原决定基因定基因的表达的表达不能不能合成相合成相应抗原应抗原猪猪选择猪的器官选择猪的器官做人器官替代做人器官替代品的原因：品的原因：其内脏构造、其内脏构造、大小、血管分大小、血管分布与人相似布与人相似体内隐藏的致体内隐藏的致病基因少病基因少基因工程基因工程药品药品控制药品合控制药品合成的相应基成的相应基因因 , 如 人 的如 人 的胰 岛 素 基胰 岛 素 基因、干扰素因、干扰素基因、乙肝基因、乙肝疫苗基因等疫苗基因等生产合生产合成相应成相应的药品的药品,如胰岛如胰岛素、干素、干扰素、扰素、乙肝疫乙肝疫苗

8、等苗等微生物微生物, 如大肠如大肠杆菌、杆菌、酶母菌酶母菌等等选择微生物作选择微生物作受体的原因：受体的原因：繁殖快、单细繁殖快、单细胞、遗传物质胞、遗传物质 少少课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起基因基因检测检测和基和基因治因治疗疗基基因因检检测测制作相应探针制作相应探针, ,利用利用DNADNA分子杂交原分子杂交原理理, ,快速、准确检测人类某种疾病快速、准确检测人类某种疾病临床应用阶段临床应用阶段基基因因治治疗疗把健康的外源基因导入有基因缺陷把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中的细胞中, ,可分为体外基因治疗和可分为体外基因治疗和体内基因治疗两种方法体内基因治疗两种方法仅处于实验阶段

9、仅处于实验阶段, ,仍仍有许多问题和困难有许多问题和困难制约该技术的开展制约该技术的开展, ,所以该技术并未在所以该技术并未在临床开展临床开展总结：总结：1.1.四种商业化应用的转基因作物：大豆、棉花、油菜、玉米四种商业化应用的转基因作物：大豆、棉花、油菜、玉米2.2.转基因作物种植最大的四个国家：美国、阿根延、加拿大、中国转基因作物种植最大的四个国家：美国、阿根延、加拿大、中国3.3.基因芯片有多种用途基因芯片有多种用途, ,基本原理是基本原理是DNADNA分子杂交分子杂交, ,检测对象为检测对象为DNA,DNA,但但 必须是单链的必须是单链的, ,即将双链即将双链DNADNA打开后才能检测

10、打开后才能检测课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起 提醒提醒 动物基因工程主要为了改善畜产品的品动物基因工程主要为了改善畜产品的品 质质, ,而不是为了产生体型巨大的个体。而不是为了产生体型巨大的个体。 基因治疗目前只是处于初期的临床试验阶段基因治疗目前只是处于初期的临床试验阶段, ,在在 临床上未开展、未实现这方面的治疗。临床上未开展、未实现这方面的治疗。 DNADNA分子制作探针进行检测时应检测单链分子制作探针进行检测时应检测单链, ,即将即将 双链双链DNADNA分子打开。分子打开。 BtBt毒蛋白基因产生毒蛋白基因产生BtBt毒蛋白并无毒性毒蛋白并无毒性, ,进入昆虫进入昆虫 消化道被

11、分解成多肽后产生毒性。消化道被分解成多肽后产生毒性。 青霉素是青霉菌产生的青霉素是青霉菌产生的, ,不是通过基因工程生不是通过基因工程生 产的。产的。 原核生物基因原核生物基因( (如抗虫基因如抗虫基因) )可做为真核生物可做为真核生物( (棉棉 花花) )的目的基因。的目的基因。课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起对位训练对位训练1.1.我国科学家运用基因工程技术，将苏云金芽孢杆我国科学家运用基因工程技术，将苏云金芽孢杆 菌的抗虫基因导入棉花细胞并成功表达，培育出菌的抗虫基因导入棉花细胞并成功表达，培育出 了抗虫棉。下列叙述不正确的是了抗虫棉。下列叙述不正确的是 ( )( ) A. A.RN

12、ARNA聚合酶对于抗虫基因在棉花细胞中的表达聚合酶对于抗虫基因在棉花细胞中的表达 不可缺少不可缺少 B.B.重组重组DNADNA分子中增加一个碱基对，不一定导致分子中增加一个碱基对，不一定导致 毒蛋白的毒性丧失毒蛋白的毒性丧失 C.C.抗虫棉的抗虫基因可通过花粉传递至近缘作抗虫棉的抗虫基因可通过花粉传递至近缘作 物，从而造成基因污染物，从而造成基因污染 D.D.转基因棉花是否具有抗虫特性是通过检测棉花转基因棉花是否具有抗虫特性是通过检测棉花 对抗生素抗性来确定的对抗生素抗性来确定的D课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起考点二考点二 蛋白质工程蛋白质工程1.1.概念概念 蛋白质工程是指以蛋白质分

13、子的结构规律及其与蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与 生物功能的关系作为基础生物功能的关系作为基础, ,通过基因修饰或基因合通过基因修饰或基因合 成成, ,对现有蛋白质进行改造对现有蛋白质进行改造, ,或制造一种新的蛋白或制造一种新的蛋白 质质, ,以满足人类的生产和生活的需求。以满足人类的生产和生活的需求。课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起2.2.蛋白质工程与基因工程的比较蛋白质工程与基因工程的比较项目项目蛋白质工程蛋白质工程基因工程基因工程区区别别过过程程预期蛋白质功能预期蛋白质功能设计预期的设计预期的蛋白质结构蛋白质结构推测应有的氨基推测应有的氨基酸序列酸序列推测相对应的脱氧核

14、推测相对应的脱氧核 苷酸序列苷酸序列合成合成DNA表达出表达出 蛋白质蛋白质获取目的基因获取目的基因构建构建基因表达载体基因表达载体将目将目的基因导入受体细胞的基因导入受体细胞 目的基因的检测与目的基因的检测与 鉴定鉴定实实质质定向改造或生产人类所需蛋白质定向改造或生产人类所需蛋白质定向改造生物的遗传特定向改造生物的遗传特性性,以获得人类所需的生以获得人类所需的生物类型或生物产品物类型或生物产品结结果果生产自然界没有的蛋白质生产自然界没有的蛋白质一般是生产自然界已有一般是生产自然界已有的蛋白质的蛋白质联系联系蛋白质工程是在基因工程的基础上蛋白质工程是在基因工程的基础上,延伸出来的第二代基因延伸

15、出来的第二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质,必须通必须通过基因修饰或基因合成实现过基因修饰或基因合成实现课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起 拓展延伸拓展延伸 蛋白质组计划和人类基因组计划的比较蛋白质组计划和人类基因组计划的比较蛋白质组计划蛋白质组计划基因组计划基因组计划启动时间启动时间20012001年成立组织年成立组织19901990年正式启动年正式启动主要内容主要内容“肝脏蛋白质肝脏蛋白质”和和“血血 浆 蛋 白 质浆 蛋 白 质 ” 的 研 究的 研 究测定人类基因组测定人类基因组2424条条染色体上全部染色体上全部DNAD

16、NA序列序列参加国家参加国家1616个国家个国家,80,80多个实验多个实验室室6 6个国家个国家, ,中国是唯一中国是唯一的发展中国家的发展中国家我国承我国承担任务担任务牵头执行牵头执行“人类肝脏蛋人类肝脏蛋白质组计划白质组计划”承担承担1%1%的测序工作的测序工作意义意义揭示并确认肝脏揭示并确认肝脏( (血浆血浆) )蛋白质为重大疾病预防蛋白质为重大疾病预防、诊 断诊 断、治 疗 以 及 新治 疗 以 及 新药研发提供科学基础药研发提供科学基础; ;推动支持蛋白质工程推动支持蛋白质工程遗传病的诊断和治疗遗传病的诊断和治疗; ;揭示基因表达的机理揭示基因表达的机理课时基因工程的应用和蛋白质工

17、程的崛起对位训练对位训练2.2.下列关于蛋白质工程应用的叙述，不正确的是下列关于蛋白质工程应用的叙述，不正确的是（ ） A.A.蛋白质工程可以改造酶的结构，提高酶的热稳蛋白质工程可以改造酶的结构，提高酶的热稳 定性定性 B.B.通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性 C.C.利用蛋白质工程可以在大肠杆菌细胞中得到人利用蛋白质工程可以在大肠杆菌细胞中得到人 的胰岛素的胰岛素 D.D.蛋白质工程可以对胰岛素进行改造和修饰，合蛋白质工程可以对胰岛素进行改造和修饰，合 成速效型胰岛素制剂成速效型胰岛素制剂C课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起解题思路探究解题思路探究思维误

18、区警示思维误区警示易错分析易错分析 1.1.对乳腺对乳腺( (膀胱膀胱) )反应器与微生物生产基因产品混肴反应器与微生物生产基因产品混肴不清不清 乳腺生物反应器与微生物生产的比较乳腺生物反应器与微生物生产的比较乳腺生物反应器乳腺生物反应器微生物生产微生物生产( (原核生物原核生物) )基因结构基因结构动物基因结构与人动物基因结构与人类 基 因 结 构 相 同类 基 因 结 构 相 同与人类基因结与人类基因结构不同构不同类型类型项目项目课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起 提醒提醒 乳腺生物反应器受生物性别和年龄的限乳腺生物反应器受生物性别和年龄的限 制制, ,若从动物尿液中提取目的基因产物则不

19、受性若从动物尿液中提取目的基因产物则不受性别和别和 年龄限制。年龄限制。基因基因表达表达与天然蛋白质活与天然蛋白质活 性没有区别性没有区别由于缺少内质网、高由于缺少内质网、高尔基体等细胞器尔基体等细胞器, ,产物产物可能不具有生物活性可能不具有生物活性产物产物提取提取从乳汁中较易分从乳汁中较易分 离提取离提取从细胞中提取从细胞中提取, ,较为较为 复杂复杂生产生产设备设备畜牧业生产畜牧业生产; ;提取提取设备设备工业生产工业生产; ;设备精良设备精良课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起 2.2.对对“基因诊断基因诊断”和和“基因治疗基因治疗”概念及应用辩析概念及应用辩析不清不清 (1)(1)基

20、因诊断基因诊断 基因诊断是用放射性同位素基因诊断是用放射性同位素( (如如3232P)P)、荧光分子、荧光分子等标记的等标记的DNADNA分子做探针分子做探针, ,利用利用DNADNA分子杂交原理分子杂交原理, ,鉴鉴定被检测标本上的遗传信息定被检测标本上的遗传信息, ,达到检测疾病的目的达到检测疾病的目的。 (2)(2)基因治疗的原理及实例基因治疗的原理及实例 原理：把健康动物的正常基因导入含有缺陷原理：把健康动物的正常基因导入含有缺陷基因的受体细胞中基因的受体细胞中, ,存在基因缺陷的病人细胞中既含存在基因缺陷的病人细胞中既含有缺陷基因有缺陷基因, ,又含有通过基因工程导入的正常基因又含有

21、通过基因工程导入的正常基因, ,课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起 在病人体内两种基因都能表达在病人体内两种基因都能表达, ,正常基因的表达产正常基因的表达产 物掩盖了缺陷基因的表达产物物掩盖了缺陷基因的表达产物, ,从而治愈了有基因从而治愈了有基因 缺陷的疾病。缺陷的疾病。 镰刀型细胞贫血症基因治疗过程镰刀型细胞贫血症基因治疗过程步骤步骤过程过程获取正常的血获取正常的血红蛋白基因红蛋白基因用限制酶从人的用限制酶从人的DNADNA分子中切取血红分子中切取血红蛋白基因蛋白基因形成重组载体形成重组载体用同一种限制酶切取目的基因和切割用同一种限制酶切取目的基因和切割载体载体DNA,DNA,再用再用

22、DNADNA连接酶将正常血红连接酶将正常血红蛋白基因连接在载体蛋白基因连接在载体DNADNA上上, ,形成形成重组载体重组载体课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起重组载体的导入重组载体的导入与筛选与筛选将携带正常血红蛋白基因的重组载将携带正常血红蛋白基因的重组载体导入患者的造血干细胞中体导入患者的造血干细胞中, ,并将并将重组载体插入到染色体重组载体插入到染色体DNADNA上。用上。用选择培养基筛选出含重组质粒的造选择培养基筛选出含重组质粒的造血干细胞血干细胞将含正常血红蛋将含正常血红蛋白基因的造血干白基因的造血干细胞回输给患者细胞回输给患者骨髓骨髓将携带正常血红蛋白基因的造血干将携带正常血红

23、蛋白基因的造血干细胞输入患者骨髓中细胞输入患者骨髓中, ,此造血干细此造血干细胞产生正常血红蛋白胞产生正常血红蛋白, ,以根治镰刀以根治镰刀型细胞贫血症型细胞贫血症课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起纠正训练纠正训练1.1.继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后, ,膀胱生物膀胱生物 反应器的研究也取得了一定进展。最近反应器的研究也取得了一定进展。最近, ,科学家培科学家培 育出一种转基因小鼠育出一种转基因小鼠, ,其膀胱上皮细胞可以合成人其膀胱上皮细胞可以合成人 的生长激素并分泌到尿液中。请回答：的生长激素并分泌到尿液中。请回答： (1)(1)将人的生长激素基因

24、导入小鼠受体细胞中将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞中, ,常常 用方法是用方法是 。 (2)(2)进行基因转移时进行基因转移时, ,通常要将外源基因转入通常要将外源基因转入 中中, ,原因是原因是 。 (3)(3)通常采用通常采用 技术检测外源基技术检测外源基 因是否插入了小鼠的基因组。因是否插入了小鼠的基因组。 (4)(4)在研制膀胱生物反应器时在研制膀胱生物反应器时, ,应使外源基因在小应使外源基因在小 鼠的鼠的 细胞中特异表达。细胞中特异表达。课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起 解析解析 转基因生物反应器是指利用转基因活体动转基因生物反应器是指利用转基因活体动 物的某种能够高效表达外

25、源基因的器官或组织来物的某种能够高效表达外源基因的器官或组织来 进行工业化生产活性功能蛋白的技术进行工业化生产活性功能蛋白的技术, ,该技术的第该技术的第 一步就是导入外源基因一步就是导入外源基因, ,对于动物细胞来说对于动物细胞来说, ,常采常采 用的方法是显微注射法。显微注射法的优点是导用的方法是显微注射法。显微注射法的优点是导 入的外源基因片段可长达入的外源基因片段可长达50kb,50kb,且无需载体且无需载体, ,外源外源 基因在宿主染色体上的整合率相对较高。基因在宿主染色体上的整合率相对较高。 答案答案 (1)(1)显微注射显微注射 (2)(2)受精卵受精卵( (或早期胚胎细胞或早期

26、胚胎细胞) ) 受精卵受精卵( (或早期胚胎细胞或早期胚胎细胞) )具有全能性具有全能性, ,可使外源基可使外源基 因在相应组织细胞中表达因在相应组织细胞中表达 (3)DNA(3)DNA分子杂交分子杂交( (核核 酸探针酸探针) (4) (4)膀胱上皮膀胱上皮课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起2.2.下列关于基因工程应用的叙述下列关于基因工程应用的叙述, ,错误的是错误的是 ( )( ) A. A.基因治疗需要将正常基因导入有基因治疗需要将正常基因导入有基因缺陷的细胞基因缺陷的细胞 B.B.基因诊断的基本原理是基因诊断的基本原理是DNADNA分子杂交分子杂交 C.C.一种基因探针只能检测水体

27、中的一种病毒一种基因探针只能检测水体中的一种病毒 D.D.原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良 解析解析 基因治疗是把正常基因导入病人体内基因治疗是把正常基因导入病人体内, ,使该使该 基因的表达产物发挥功能基因的表达产物发挥功能, ,从而达到治疗疾病的目从而达到治疗疾病的目 的。基因诊断是用放射性同位素、荧光分子等标的。基因诊断是用放射性同位素、荧光分子等标 记的记的DNADNA分子作探针分子作探针, ,利用利用DNADNA分子杂交原理分子杂交原理, ,鉴定鉴定课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起 被检测标本上的遗传信息被检测标本上的遗传信息, ,达到

28、检测疾病或水体中达到检测疾病或水体中 病毒的目的病毒的目的, ,因此一种基因探针只能检测相应的遗因此一种基因探针只能检测相应的遗 传信息。在基因工程中传信息。在基因工程中, ,由于由于DNADNA分子规则的双螺分子规则的双螺 旋结构在所有旋结构在所有DNADNA分子中相同分子中相同, ,因此因此, ,可以在任何不可以在任何不 同同DNADNA分子之间进行操作。分子之间进行操作。 答案答案 D课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起知识知识综合综合应用应用重点提示重点提示 通过通过“基因工程和蛋白质工程综合基因工程和蛋白质工程综合”的考查的考查, ,提提升升“把握所学知识的要点和知识之间内在的联系把

29、握所学知识的要点和知识之间内在的联系”的能力。的能力。典例分析典例分析 ( (20092009广东卷广东卷,39,39)(1)(1)饲料加工过程温度较高饲料加工过程温度较高, ,要要 求植酸酶具有较好的高温稳定性。利用蛋白质工求植酸酶具有较好的高温稳定性。利用蛋白质工 程技术对其进行改造时程技术对其进行改造时, ,首先必须了解植酸酶的首先必须了解植酸酶的 , ,然后改变植酸酶的然后改变植酸酶的 , , 从而得到新的植酸酶。从而得到新的植酸酶。课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起 (2) (2)培育转植酸酶基因的大豆培育转植酸酶基因的大豆, ,可提高其作为饲料可提高其作为饲料 原料时磷的利用率。

30、将植酸酶基因导入大豆细胞原料时磷的利用率。将植酸酶基因导入大豆细胞 常用的方法是常用的方法是 。请简述获得。请简述获得 转基因植株的完整过程：转基因植株的完整过程： 。 (3)(3)为了提高猪对饲料中磷的利用率为了提高猪对饲料中磷的利用率, ,科学家将带科学家将带 有植酸酶基因的重组质粒通过有植酸酶基因的重组质粒通过 转转 入猪的受精卵中。该受精卵培养至一定时期可通入猪的受精卵中。该受精卵培养至一定时期可通 过过 方法方法, ,从而一次得到多个转从而一次得到多个转 基因猪个体。基因猪个体。 (4)(4)若这些转基因动、植物进入生态环境中若这些转基因动、植物进入生态环境中, ,对生对生 态环境有

31、何影响？态环境有何影响？课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起 解析解析 (1)(1)蛋白质工程首先要根据已有蛋白质蛋白质工程首先要根据已有蛋白质, ,从从 预期的蛋白质功能出发预期的蛋白质功能出发, ,设计预期的蛋白质结构设计预期的蛋白质结构, , 推测应有的氨基酸序列推测应有的氨基酸序列, ,找到相应的脱氧核苷酸序找到相应的脱氧核苷酸序 列列, ,合成目的基因合成目的基因, ,再通过基因工程产生转基因生物再通过基因工程产生转基因生物。 (2)(2)将目的基因导入植物细胞的方法有：农杆菌转将目的基因导入植物细胞的方法有：农杆菌转 化法、基因枪法和花粉管通道法化法、基因枪法和花粉管通道法, ,其

32、中有其中有80%80%的转的转 基因植物都是通过农杆菌转化法产生的。基因植物都是通过农杆菌转化法产生的。 (3)(3)动物细胞核的全能性受细胞质的抑制动物细胞核的全能性受细胞质的抑制, ,故目的故目的 基因需注入到受精卵中基因需注入到受精卵中, ,再将注射了目的基因的受再将注射了目的基因的受 精卵移植到雌性动物的输卵管或子宫内精卵移植到雌性动物的输卵管或子宫内, ,使其发育使其发育 成具有新性状的动物。成具有新性状的动物。 (4)(4)转基因生物可造成基因污染等不良影响。转基因生物可造成基因污染等不良影响。课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起 答案答案 (1)(1)分子结构及预期功能分子结构及

33、预期功能 基因基因 (2)(2)农杆菌浸染法农杆菌浸染法 首先将目的基因与质粒组合首先将目的基因与质粒组合, , 构建基因表达载体构建基因表达载体, ,将含目的基因的表达载体导入将含目的基因的表达载体导入 植物细胞植物细胞, ,通过植物组织培养获得表现新性状的植物通过植物组织培养获得表现新性状的植物 (3)(3)显微注射法显微注射法 胚胎分割胚胎分割 (4)(4)转基因生物及其产品对生物多样性、生态环境转基因生物及其产品对生物多样性、生态环境 可能产生的影响主要表现在以下几个方面：可能产生的影响主要表现在以下几个方面：转转 基因生物打破了物种的原有界限基因生物打破了物种的原有界限, ,改变了物

34、质循环改变了物质循环 和能量流动和能量流动, ,对生态系统的稳定性造成破坏对生态系统的稳定性造成破坏; ;重重 组组DNADNA与微生物杂交与微生物杂交, ,可能出现对动、植物和人类可能出现对动、植物和人类课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起 有害的病原微生物有害的病原微生物; ;增加目标害虫的抗性和进化增加目标害虫的抗性和进化 速度速度; ;转基因植物通过传粉进行基因转移转基因植物通过传粉进行基因转移, ,导致导致 超级杂草出现超级杂草出现; ;转基因植物的花粉如含有有毒蛋转基因植物的花粉如含有有毒蛋 白或过敏蛋白白或过敏蛋白, ,通过蜜蜂的采集通过蜜蜂的采集, ,很可能进入蜜蜂很可能进入蜜

35、蜂 中中, ,再经过食物链的传递再经过食物链的传递, ,最后有可能进入其他动最后有可能进入其他动 物和人体内。物和人体内。课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起定时检测定时检测组题说明组题说明特别推荐特别推荐 热点材料与知识间横向联系综合题热点材料与知识间横向联系综合题5 5； 基因工程与其他技术手段联系综合题基因工程与其他技术手段联系综合题33、4 4。考点考点题号题号基因工程应用基因工程应用1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7蛋白质工程蛋白质工程5 5、8 8课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起1.1.在植物基因工程中在植物基因工程中, ,获取目的基因后获取目的基因后, ,

36、用农杆菌中用农杆菌中 的的TiTi质粒作为载体质粒作为载体, ,把目的基因重组入把目的基因重组入TiTi质粒上的质粒上的 T-DNAT-DNA片段中片段中, ,再将重组的再将重组的T-DNAT-DNA导入植物细胞中导入植物细胞中, , 经植物组织培养经植物组织培养得得到转基因植物到转基因植物。 (1)(1)科学家在进行上述实验操作时科学家在进行上述实验操作时, ,要用同一种要用同一种 分别切割质粒和目的基因分别切割质粒和目的基因, ,质粒的质粒的 黏性末端与目的基因黏性末端与目的基因DNADNA片段的黏性末端的片段的黏性末端的“缝缝 合合”需要需要 的帮助。的帮助。 (2)(2)将携带抗除草剂

37、基因的重组将携带抗除草剂基因的重组TiTi质粒导入二倍体质粒导入二倍体 油菜细胞油菜细胞, ,经培养、筛选获得一株有抗除草剂特性经培养、筛选获得一株有抗除草剂特性课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起 的转基因植株。经分析的转基因植株。经分析, ,该植株含有一个携带目的该植株含有一个携带目的 基因的基因的T-DNAT-DNA片段片段, ,因此可以把它看作是杂合子。因此可以把它看作是杂合子。 理论上理论上, ,在该转基因植株自交后的在该转基因植株自交后的F F1 1代中代中, ,仍具有抗仍具有抗 除草剂特性的植株占总数的除草剂特性的植株占总数的 , , 原因是原因是 。 (3)(3)种植上述转基因

38、油菜种植上述转基因油菜, ,它所携带的目的基因可它所携带的目的基因可 以通过花粉传递给近缘物种以通过花粉传递给近缘物种, ,造成造成“基因污染基因污染”。 如果把目的基因导入叶绿体如果把目的基因导入叶绿体DNADNA中中, ,就可以避免就可以避免 “ “基因污染基因污染”, ,原因是原因是 。课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起 解析解析 (1)(1)基因工程操作时基因工程操作时, ,要用同一种限制性核要用同一种限制性核 酸内切酶切割质粒和目的基因酸内切酶切割质粒和目的基因, ,质粒的黏性末端与质粒的黏性末端与 目的基因目的基因DNADNA片段的黏性末端的片段的黏性末端的“缝合缝合”需要需要D

39、NADNA 连接酶的帮助。连接酶的帮助。(2)(2)由由“把它看作是杂合子把它看作是杂合子”, ,可可 以判断抗除草剂基因为显性以判断抗除草剂基因为显性, ,杂合子自交后代显性杂合子自交后代显性 性状占性状占3/43/4。(3)(3)因为花粉中几乎没有细胞质因为花粉中几乎没有细胞质, ,所以所以 叶绿体叶绿体DNADNA不会通过花粉传递。不会通过花粉传递。 答案答案 (1)(1)限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶 DNADNA连接酶连接酶 (2)3/4 (2)3/4 雌、雄配子各有雌、雄配子各有1/21/2含抗除草剂基因的可含抗除草剂基因的可 能能, ,受精时受精时, ,雌、雄配子随机结合雌、雄

40、配子随机结合 (3)(3)花粉中几花粉中几 乎没有细胞质乎没有细胞质, ,叶绿体叶绿体DNADNA不会通过花粉传递不会通过花粉传递课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起2.2.科学家通过基因工程科学家通过基因工程, ,成功培育出能抗棉铃虫的棉成功培育出能抗棉铃虫的棉 花植株花植株抗虫棉抗虫棉, ,其过程大致如下图所示：其过程大致如下图所示： (1)(1)细菌的基因之所以能在棉花细胞内表达细菌的基因之所以能在棉花细胞内表达, ,产生产生 抗性抗性, ,其原因是其原因是 。课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起 (2) (2)上述过程中上述过程中, ,将目的基因导入棉花细胞内使用将目的基因导入棉花细胞

41、内使用 的方法是的方法是 , ,这种导入方法较经济、这种导入方法较经济、 有效。目的基因能否在棉株体内稳定维持和表达有效。目的基因能否在棉株体内稳定维持和表达 其遗传特性的关键是目的基因是否插入到受体细其遗传特性的关键是目的基因是否插入到受体细 胞染色体胞染色体DNADNA上上, ,这需要通过检测才能知道这需要通过检测才能知道, ,检测采检测采 用的最好方法是用的最好方法是 。 (3)(3)上述基因工程中的核心步骤是上述基因工程中的核心步骤是 , , 其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在, ,并且并且 可以可以 给下一代给下一代, ,同时同时, ,使目的

42、基因使目的基因 能够表达和发挥作用。能够表达和发挥作用。课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起 (4) (4)利用基因工程技术培育抗虫棉利用基因工程技术培育抗虫棉, ,与诱变育种和与诱变育种和 杂交育种方法相比杂交育种方法相比, ,具有具有 和和 等等 突出的优点突出的优点, ,但是目前基因工程仍不能取代杂交育但是目前基因工程仍不能取代杂交育 种和诱变育种。与基因工程技术相比种和诱变育种。与基因工程技术相比, ,杂交育种和杂交育种和 诱变育种方法主要具有诱变育种方法主要具有 的优点。的优点。 答案答案 (1)(1)它们共用一套遗传密码它们共用一套遗传密码 (2)(2)农杆菌转农杆菌转 化法化法

43、DNADNA分子杂交技术分子杂交技术 (3)(3)基因表达载体的构基因表达载体的构 建建 遗传遗传 (4)(4)目的性强目的性强 克服远缘杂交不亲和克服远缘杂交不亲和 性性( (或能有效地打破物种的生殖隔离界限或能有效地打破物种的生殖隔离界限) ) 操作操作 简便易行简便易行课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起3.3.应用生物工程技术能获得人们需要的生物新品种应用生物工程技术能获得人们需要的生物新品种 或新产品。请据图回答下列问题：或新产品。请据图回答下列问题：课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起 (1) (1)在培育转人生长激素基因牛的过程中在培育转人生长激素基因牛的过程中, ,过程过程 需

44、要的工具酶是需要的工具酶是 , ,过程常用的过程常用的 方法是方法是 。 (2)(2)转基因牛可通过分泌的乳汁来生产人生长激素转基因牛可通过分泌的乳汁来生产人生长激素, , 则说明基因工程能够突破自然界的则说明基因工程能够突破自然界的 。 在基因表达载体中在基因表达载体中, ,人生长激素基因的前端必须有人生长激素基因的前端必须有 。过程培养到一定阶段过程培养到一定阶段, ,可以采用可以采用 技术技术, ,培育出多头完全相同培育出多头完全相同 的转基因牛犊。的转基因牛犊。 (3)prG(3)prG能激发细胞不断分裂能激发细胞不断分裂, ,通过基因工程导入该通过基因工程导入该课时基因工程的应用和蛋

45、白质工程的崛起 调控基因来制备单克隆抗体调控基因来制备单克隆抗体,最可能是最可能是 细细 胞胞,代表的细胞具有代表的细胞具有 的特点。的特点。 (4)(4)在抗虫棉培育过程中在抗虫棉培育过程中, ,进行进行过程最常用的方过程最常用的方 法是法是 。 解析解析 基因工程中用到的工具有限制酶、基因工程中用到的工具有限制酶、DNADNA连接连接 酶和载体。基因工程的步骤为第一步为提取目的酶和载体。基因工程的步骤为第一步为提取目的 基因基因; ;第二步为目的基因的整合第二步为目的基因的整合, ,形成重组质粒或形成重组质粒或 重组重组DNA;DNA;第三步导入宿主细胞第三步导入宿主细胞; ;第四步检测与

46、表第四步检测与表 达。在将目的基因导入受体细胞时达。在将目的基因导入受体细胞时, ,在细胞工程中在细胞工程中 常用显微注射技术来实现。受体细胞是植物细胞常用显微注射技术来实现。受体细胞是植物细胞 时时, ,常用农杆菌转化法。而在得到目的细胞之后可常用农杆菌转化法。而在得到目的细胞之后可课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起 进一步培育成个体或者进行胚胎分割移植得到多进一步培育成个体或者进行胚胎分割移植得到多 个个体。在动物细胞工程中个个体。在动物细胞工程中, ,细胞融合是获得单克细胞融合是获得单克 隆抗体的前提隆抗体的前提, ,得到的细胞既能无限增殖又能产生得到的细胞既能无限增殖又能产生 特异性

47、抗体。基因工程能否成功的标志是基因能特异性抗体。基因工程能否成功的标志是基因能 否成功表达否成功表达, ,即能否进行转录和翻译。所以基因要即能否进行转录和翻译。所以基因要 表达必须要有启动子的启动。表达必须要有启动子的启动。 答案答案 (1)(1)限制酶、限制酶、DNADNA连接酶连接酶 显微注射法显微注射法 (2)(2)生殖隔离生殖隔离 启动子启动子 胚胎分割移植胚胎分割移植( (胚胎分割胚胎分割 和胚胎移植和胚胎移植) ) (3) (3)浆浆 既能无限增殖又能产生特异性抗体既能无限增殖又能产生特异性抗体 (4)(4)农杆菌转化法农杆菌转化法课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起4.20074

48、.2007年年1111月月2020日日, ,日本学者日本学者Shinya YamanakaShinya Yamanaka和美和美 国学者国学者James ThomsonJames Thomson分别在分别在细胞细胞和和科学科学 杂志上发表重量级论文杂志上发表重量级论文, ,他们用逆转录病毒为他们用逆转录病毒为“分分 子运输车子运输车”, ,用用“化学剪刀化学剪刀”和和“化学浆糊化学浆糊”将四将四 个不同作用的关键基因转入体细胞内个不同作用的关键基因转入体细胞内, ,令其与原有令其与原有 基因发生重组基因发生重组, ,然后让体细胞重新返回到然后让体细胞重新返回到“生命原生命原 点点”, ,变成一

49、个多功能的干细胞变成一个多功能的干细胞, ,具有胚胎干细胞具有胚胎干细胞 的特性。得知此消息后的特性。得知此消息后,“,“多利羊之父多利羊之父”IanIan Wilmut Wilmut随即宣布放弃用体细胞核移植技术研究胚随即宣布放弃用体细胞核移植技术研究胚 胎干细胞胎干细胞, ,他认为此种新方法才是今后治疗疑难病他认为此种新方法才是今后治疗疑难病 症的关键。症的关键。课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起 (1) (1)传统的细胞核移植技术传统的细胞核移植技术, ,如多利羊的培育过程如多利羊的培育过程 中中, ,用到的受体细胞是用到的受体细胞是 。 (2)(2)让体细胞回到让体细胞回到“生命原点

50、生命原点”, ,帮助其恢复帮助其恢复 , , 类似于植物组织培养中的类似于植物组织培养中的 过程。过程。 (3)(3)在基因工程中在基因工程中, ,被用作被用作“分子运输车分子运输车”的除了的除了 病毒外病毒外, ,还有还有 , ,后者的形状呈后者的形状呈 , ,化化 学本质是学本质是 。文中提到的。文中提到的“化学剪刀化学剪刀”和和 “ “化学浆糊化学浆糊”分别是指分别是指 。课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起 (4) (4)下列四条下列四条DNADNA分子分子, ,彼此间能够粘连起来拼接成彼此间能够粘连起来拼接成 新的新的DNADNA分子的一组是分子的一组是 ( )( ) A. A. B

51、. B. C. C. D. D. (5) (5)异种生物的基因能拼接在一起异种生物的基因能拼接在一起, ,是因为它们的是因为它们的 分子都具有分子都具有 结构。在细菌细胞内能够表达结构。在细菌细胞内能够表达 出人的蛋白出人的蛋白, ,一方面是因为基因能控制一方面是因为基因能控制 , , 另一方面是因为所有的生物另一方面是因为所有的生物 。课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起 解析解析 体细胞核移植技术是把体细胞细胞核移入体细胞核移植技术是把体细胞细胞核移入 去核卵细胞去核卵细胞( (减数第二次分裂中期的次级卵母细减数第二次分裂中期的次级卵母细 胞胞) )。“生命原点生命原点”是指个体发育的起点

52、是指个体发育的起点, ,正常情正常情 况下况下, ,个体发育的起点是受精卵个体发育的起点是受精卵, ,其全能性最高其全能性最高, ,体体 细胞返回到细胞返回到“生命原点生命原点”是恢复其全能性是恢复其全能性, ,类似于类似于 脱分化过程。基因工程常用的载体有质粒、动植脱分化过程。基因工程常用的载体有质粒、动植 物病毒、物病毒、噬菌体的衍生物等。质粒是环状的噬菌体的衍生物等。质粒是环状的DNADNA 分子。基因工程中的分子。基因工程中的“剪刀剪刀”是限制性核酸内切是限制性核酸内切 酶酶,“,“浆糊浆糊”是是DNADNA连接酶。由于连接酶。由于DNADNA分子规则的双分子规则的双 螺旋结构螺旋结构

53、, ,所以异种生物的基因能拼接起来所以异种生物的基因能拼接起来; ;基因基因 在不同的受体细胞内能表达是因为基因能控制蛋在不同的受体细胞内能表达是因为基因能控制蛋课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起 白质合成白质合成, ,在蛋白质合成过程中在蛋白质合成过程中, ,所有生物共用一所有生物共用一 套密码子。图示的套密码子。图示的4 4个个DNADNA片段中片段中, ,只有只有和和的碱的碱 基之间能通过碱基互补配对粘连起来。基之间能通过碱基互补配对粘连起来。 答案答案 (1)(1)去核卵细胞去核卵细胞 (2)(2)全能性全能性 脱分化脱分化 (3)(3)质粒质粒 环状环状 DNA DNA 限制性核酸

54、内切酶限制性核酸内切酶( (限制酶限制酶) ) 和和DNADNA连接酶连接酶 (4)D (4)D (5) (5)双螺旋双螺旋 蛋白质的合成蛋白质的合成 共用一套密码子共用一套密码子课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起5.20085.2008年诺贝尔化学奖授予了三位在研究绿色荧光年诺贝尔化学奖授予了三位在研究绿色荧光 蛋白蛋白(GFP)(GFP)方面做出突出贡献的科学家。绿色荧光方面做出突出贡献的科学家。绿色荧光 蛋白能在蓝光或紫外光的激发下发出荧光蛋白能在蓝光或紫外光的激发下发出荧光, ,这样借这样借 助助GFPGFP发出的荧光就可以跟踪蛋白质在细胞内部的发出的荧光就可以跟踪蛋白质在细胞内部的

55、 移动情况移动情况, ,帮助推断蛋白质的功能。下图为我国首帮助推断蛋白质的功能。下图为我国首 例绿色荧光蛋白例绿色荧光蛋白(GFP)(GFP)转基因克隆猪的培育过程示转基因克隆猪的培育过程示 意图意图, ,据图回答据图回答：课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起 (1) (1)图中通过过程图中通过过程、形成重组质粒形成重组质粒, ,需要限制需要限制 酶切取目的基因、切割质粒。限制酶酶切取目的基因、切割质粒。限制酶的识别序的识别序 列和切点是列和切点是GGGATCC,GATCC,限制酶限制酶的识别序列和的识别序列和 切点是切点是GATCGATC。在质粒上有酶。在质粒上有酶的一个切点的一个切点, ,

56、 在目的基因的两侧各有在目的基因的两侧各有1 1个酶个酶的切点。的切点。 请画出质粒被限制酶请画出质粒被限制酶切割后所形成的黏性末端切割后所形成的黏性末端。 在在DNADNA连接酶的作用下连接酶的作用下, ,上述两种不同限制酶切上述两种不同限制酶切 割后形成的黏性末端能否连接起来割后形成的黏性末端能否连接起来? ? 。 理由是理由是 。 (2)(2)过程过程将重组质粒导入猪胎儿成纤维细胞时将重组质粒导入猪胎儿成纤维细胞时, , 采用最多也最有效的方法是采用最多也最有效的方法是 。课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起 (3) (3)如果将切取的如果将切取的GFPGFP基因与抑制小猪抗原表达的基因

57、与抑制小猪抗原表达的 基因一起构建到载体上基因一起构建到载体上,GFP,GFP基因可以作为基因表基因可以作为基因表 达载体上的标记基因达载体上的标记基因, ,其作用是其作用是 。 获得的转基因克隆猪获得的转基因克隆猪, ,可以解决的医学难题是可以可以解决的医学难题是可以 避免避免 。 (4)(4)目前科学家们通过蛋白质工程制造出了蓝色荧目前科学家们通过蛋白质工程制造出了蓝色荧 光蛋白、黄色荧光蛋白等光蛋白、黄色荧光蛋白等, ,采用蛋白质工程技术制采用蛋白质工程技术制 造出蓝色荧光蛋白过程的正确顺序是造出蓝色荧光蛋白过程的正确顺序是 ( (用用 数字表示数字表示) )。 推测蓝色荧光蛋白的氨基酸

58、序列和基因的核苷推测蓝色荧光蛋白的氨基酸序列和基因的核苷课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起 酸序列酸序列 蓝色荧光蛋白的功能分析和结构设计蓝色荧光蛋白的功能分析和结构设计 蓝色荧光蛋白基因的修饰蓝色荧光蛋白基因的修饰( (合成合成) ) 表达出蓝表达出蓝 色荧光蛋白色荧光蛋白 解析解析 限制性核酸内切酶识别特定的核苷酸序列限制性核酸内切酶识别特定的核苷酸序列, , 并在特定的切割位点切割并在特定的切割位点切割, ,产生黏性末端。限制酶产生黏性末端。限制酶 和和切割后产生的黏性末端相同切割后产生的黏性末端相同, ,即均产生即均产生GATCGATC 序列序列, ,因此可以用因此可以用DNADNA

59、连接酶连接起来。目的基因连接酶连接起来。目的基因 导入动物细胞最常用、最有效的方法是显微注射导入动物细胞最常用、最有效的方法是显微注射 法。标记基因可以检测目的基因是否导入受体细法。标记基因可以检测目的基因是否导入受体细 胞。用转基因克隆猪进行器官移植等医学难题胞。用转基因克隆猪进行器官移植等医学难题, ,可可 以避免发生免疫排斥反应以避免发生免疫排斥反应。课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起 答案答案 (1)(1)( (只写出切割后形成的的部分即可只写出切割后形成的的部分即可) ) G GGATC C GATC C G GATCCG GATCC C C CTAGCTAGG CCTAG GG

60、CCTAG G 可以连接可以连接 因为由两种不同限制酶切割后形成因为由两种不同限制酶切割后形成 的黏性末端是相同的的黏性末端是相同的( (或是可以互补的或是可以互补的) ) (2) (2)显微注射技术显微注射技术 (3)(3)鉴定受体细胞中是否含有目的基因鉴定受体细胞中是否含有目的基因 发生免疫发生免疫 排斥反应排斥反应 (4)(4)用酶用酶切割切割课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起6.6.下图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过下图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过 程示意图程示意图, ,请据图作答。请据图作答。 (1)(1)判断某人患糖尿病的主要方法有判断某人患糖尿病的主要方法有