高中生物 3.1.2、3基因工程的应用 蛋白质工程课件 苏教版选修3.ppt

第二 三节基因工程的应用 蛋白质工程 一 基因工程的应用1 转基因生物 物种之间 外源基因 2 动 植物基因工程的应用 提高抗病能力 提高动物对疾病的抗性抗 猪瘟病毒的转基因猪和抗口蹄疫病毒的转基因兔 提高产品产量 为提高产品产量奠定了基础 转基因鲑鱼 改善产品品质 在某些方面转基因动物的产品品质明显改善 转基因牛生产无乳糖的牛奶 生产药用蛋白 能大量生产药用蛋白 生物 反应器 提高植物的光合作用效率 提高对co2的固定效率 增强对光能的吸收和转化效率 转基因水稻 延长果实的储藏期 延长了储藏期 转基因葡萄 提高植物次生代谢产物的产率 对消除白色污染有重大意义 转基因拟南芥 提高植物的抗性 提高植物对逆境的适应能力 转基因烟草 点拨 1 动物基因工程主要是为了改善畜产品品质 不是为了产生体型巨大的个体 2 培育转基因动物时 受体细胞一般选用受精卵 培育转基因植物时 受体细胞可选用受精卵或体细胞 二 转基因生物的安全性与生物武器1 关注转基因生物的安全性 1 食用安全问题 长期食用某种转基因食品是否会导致 在人体内积累 2 环境安全问题 转基因植物的扩散对 有无影响 导入的目的基因是否会 到其他物种体内而导致自然界的混乱 若大面积种植转基因植物 其 等是否会对生态与环境造成大规模的负面效应等 残体分解物 根际分泌物 某种 毒素 生物多样性 扩散漂移 2 转基因生物安全性的保障措施 1 保障公众对所购食品是否来源于转基因生物拥有 2 国家应建立相应的 机制 3 生物武器的危害性 1 所用微生物种类 细菌 霍乱弧菌 等 病毒 埃博拉病毒 等 知情权 评估及预警 炭疽杆菌 天花病毒 2 被用作生物武器的方法 将 插入不致病的微生物体内 将 的基因插入致病细菌或病毒中 用于研制针对某一特定种群的生物武器 致病基因 抗普通疫苗或药物 点拨 转基因生物导入了外源基因 在生存 竞争能力等方面优于自然界中现存的生物 类似于外来的物种 有可能对当地的生态系统平衡造成破坏 所以要提高警惕 三 蛋白质工程1 蛋白质工程概念 定向改造 基因 自然界不存在 2 类型 1 大改 设计并制造出自然界中 2 中改 在蛋白质分子中替代 3 小改 改造蛋白质分子中 3 基本过程 不存在的全新蛋白质 某一个肽段或一个特定的结构域 某活性部位的1个或几个氨基酸残基 结构预测与设计 蛋白质纯化 4 应用 1 改造酶的结构 提高酶的 2 生物工程制药 3 疾病 点拨 1 基因工程是把一种生物的基因在另一种生物体内表达且产生相应的蛋白质 而蛋白质工程可以根据人类的需要生产出自然界不存在的蛋白质 2 蛋白质工程不是直接改造蛋白质 而是通过基因修饰或基因合成间接改造蛋白质 可遗传下去 诊断 热稳定性 基因工程的应用1 转基因动 植物的区别与联系 受精卵或体细胞 一般为受精卵 土壤农杆菌转化法 显微注射法 植物组织培养 胚胎移植 1 培育的流程和技术环节基本一致 所用的工具和操作原理基本相同 2 都能加快育种的进程 缩短时间 克服远源杂交不亲和障碍 3 都能获得一些具有优良性状的个体 获得具有抗逆性 抗病虫害的植物 获得生长速度快 有抗病能力的动物 2 基因治疗与基因诊断 高考警示钟 1 并非所有个体都可作为乳腺生物反应器操作成功的应该是雌性个体 个体本身的繁殖速度较高 泌乳量 蛋白含量等都是应该考虑的因素 2 基因治疗后 缺陷基因没有改变基因治疗是把正常基因导入受体细胞中 以表达正常产物从而治疗疾病 原来细胞中存在缺陷的基因没有清除或改变 典例训练1 2012 泰州模拟 据报道 美国佛罗里达大学的亨利 丹尼尔教授利用基因工程 研制出转基因莴苣 可用其中的有效药物成分制造胰岛素胶囊来治疗糖尿病 如图所示是获得转基因莴苣的技术流程 请据图回答下列问题 1 过程需要的酶有 2 为了便于筛选 质粒a上应具有 3 接受重组质粒的受体细胞可能有三种情况 如果受体细胞是土壤农杆菌 则导入它是为了 以便于得到大量的含目的基因的土壤农杆菌 然后用土壤农杆菌侵染受体细胞c2 受体细胞c2可以是 或其他细胞 然后应用组织培养技术 经 和 过程 形成转基因莴苣 4 这种药物是从转基因莴苣中提取制得的 也必须制成粉末状 装入胶囊后才能使用 因为服用剂量必须仔细加以控制 如果服用的量太大 可能导致患者出现 症状 解题指南 1 考查实质借转基因植物生产药物的相关知识来考查基因工程的工具和操作过程 2 解题关键 1 明确载体应具有的条件 2 农杆菌转化法是将目的基因导入受体细胞的常用方法 解析 基因表达载体的构建要用到限制性核酸内切酶和dna连接酶 且切割载体和目的基因用同一种限制性核酸内切酶 载体上抗生素抗性标记基因的作用是便于筛选和选择 在基因工程中 受体细胞有三种类型 有植物细胞 动物细胞 微生物细胞 导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法 人体内的激素具有高效性 答案 1 同一种限制性核酸内切酶和dna连接酶 2 抗生素抗性标记基因 3 重组质粒的筛选与扩增受精卵 答成体细胞或具体的植物细胞或受精卵都可以 脱分化再分化 4 低血糖 互动探究 1 b由哪几部分组成 提示 复制原点 目的基因和抗生素抗性标记基因 2 图示中可能涉及到哪些生物技术 提示 转基因技术 植物组织培养 蛋白质工程基因工程 从预期的蛋白质功能出发 设计预期的蛋白质结构 推测应有的氨基酸序列 找到相对应的脱氧核苷酸序列 基因 目的基因的获取 基因表达载体的构建 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定 定向改造或生产人类所需的蛋白质 定向改造生物的遗传特性 获得人类所需的生物类型或生物产品 可生产自然界没有的蛋白质 原则上只能生产自然界已存在的蛋白质 1 蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程 2 基因工程能为蛋白质工程提供理论及技术支持 蛋白质工程可对基因工程中所需的某些酶进行修饰 改造 使之更符合需要 高考警示钟 1 蛋白质工程中的生物性状可以稳定遗传 原因是控制新性状的遗传物质被改变并可以稳定遗传 2 蛋白质工程与dna分子重组技术是分不开的 常用到基因工程工具酶 如限制性核酸内切酶和dna连接酶 典例训练2 下列关于蛋白质工程和基因工程的比较 不合理的是 a 基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质 而蛋白质工程可以对现有的蛋白质进行改造 从而制造一种新的蛋白质b 蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的 蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成c 当得到可以在 70 条件下保存半年的干扰素后 在相关酶 氨基酸和适宜的温度 ph条件下 干扰素可以大量自我合成d 基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的 解题指南 1 考查实质本题主要考查基因工程 蛋白质工程 蛋白质的特性 2 解题关键 1 明确基因工程与蛋白质工程都是通过对dna的改造生产所需的蛋白质 都属于可遗传的变异 2 明确干扰素的化学本质是蛋白质 解析 选c 基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质 而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造 从而制造一种新的蛋白质 蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的 蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成 这样产生的改变才能遗传下去 蛋白质不是遗传物质 不可能自我复制 由于基因工程和蛋白质工程都是对基因进行操作 因此 基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的 变式备选 当前医学上 蛋白质工程药物正逐步取代第一代基因工程多肽蛋白质类替代治疗剂 则基因工程药物与蛋白质工程药物的区别是 a 都与天然产物完全相同b 都与天然产物不相同c 基因工程药物与天然产物完全相同 蛋白质工程药物与天然产物不相同d 基因工程药物与天然产物不相同 蛋白质工程药物与天然产物完全相同 解析 选c 基因工程只能合成天然存在的蛋白质 因此 基因工程药物与天然产物相同 蛋白质工程则能根据人类的需要来改造蛋白质 如改造药物蛋白 使之更有效 更容易储存等 因此 蛋白质工程药物与天然产物不同 理性看待转基因生物1 转基因生物的优缺点 2 转基因生物及其产品的安全性主要包括三个方面 1 转基因生物在食品 饲料和其他消费领域的安全性 食物安全 2 各类活的转基因生物体释放到环境中 对生物多样性是否能构成潜在的风险和威胁 生物安全 3 转基因生物对生态系统的稳定性和人类的生活环境是否能造成破坏 环境安全 3 对待转基因生物的正确态度 1 对转基因生物出现激烈的伦理方面的争论是正常的 关键是社会应有正确的舆论导向 从而促进科学技术的发展 2 国家对转基因技术要制定符合本国利益的政策和法规 3 在转基因生物或其产品研究过程中 科学家要自觉遵守科学研究道德 高考警示钟 转基因技术的利弊分析 1 转基因技术已经成为人类解决饥饿和贫困不可或缺的技术 2 现代生物技术的研究 开发 应用以及转基因生物的跨国转移可能会对生物多样性 生态环境和人体健康构成潜在的风险与威胁 典例训练3 2012 泰州模拟 下列关于转基因生物与环境安全的叙述正确的是 多选 a 重组的微生物在降解污染物的过程中可能产生二次污染b 种植抗虫棉可以减少农药的使用量 对环境没有任何负面影响c 如果转基因花粉中有毒蛋白或过敏蛋白 可能会通过食物链传递到人体内d 对转基因生物所带来的环境安全问题要提高警惕 解题指南 1 考查实质基因工程 生态系统的食物链 转基因生物的安全性 2 解题关键 1 明确转基因生物表现出的特性 2 明确转基因植物在食物链中的传递途径 解析 选a c d 重组的微生物在降解污染物的过程中产生的物质可能造成污染 种植抗虫棉可以减少农药的使用量 但抗虫基因有可能通过杂交方式传播到其他植物体内 造成基因污染 变式训练 2010 江苏高考 下列关于转基因植物的叙述 正确的是 a 转入到油菜的抗除草剂基因可能通过花粉传入环境中b 转抗虫基因的植物 不会导致昆虫群体抗性基因频率增加c 动物的生长激素基因转入植物后不能表达d 如转基因植物的外源基因来源于自然界 则不存在安全性问题 解析 选a 本题以转基因植物为载体 主要考查对基本概念的识记能力 若转入到油菜的抗除草剂基因存在于油菜的染色体上 则可能通过花粉传入环境中 由此判断a项正确 转抗虫基因的植物 对昆虫进行了定向选择 会导致昆虫群体抗性基因频率增加 由此判断b项错误 因生物体共用一套遗传密码 动物的生长激素基因转入植物后可能会表达 由此判断c项错误 如转基因植物的外源基因来源于自然界 可能打破原有的生态平衡 或通过转基因植物散播 具有不确定性 存在一定的安全性问题 由此判断d项错误 1 利用基因工程培育抗虫作物的直接优点是 a 减少虫害的发生b 害虫不会产生抗性c 减少农药的用量d 作物不会染病 解析 选a 利用基因工程培育的抗虫作物 对害虫具有一定的抗性 减少了虫害的发生 减少了农药的用量属于间接优点 种植抗虫作物较长时间后 害虫可能会出现抗性 抗虫作物只能减少虫害 对细菌 病毒等造成的病害不起作用 2 2012 南京模拟 下列关于蛋白质工程的说法 正确的是 a 蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作b 蛋白质工程能生产出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子c 对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mrna来实现的d 蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是相同的 解析 选b 蛋白质工程是第二代基因工程 是对基因的改造从而改变蛋白质的结构 整个过程是中心法则的逆转 与天然蛋白质合成的过程不同 并能够生产出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子 3 近年来基因工程的发展非常迅猛 科学家可以用dna探针和外源基因导入的方法进行遗传病的诊断和治疗 下列做法中不正确的是 a 用dna探针检测镰刀型细胞贫血症b 用dna探针检测病毒性肝炎c 用导入外源基因的方法治疗半乳糖血症d 用基因替换的方法治疗21三体综合征 解析 选d 镰刀型细胞贫血症是由于基因突变引起的疾病 用 珠蛋白的dna探针可以检测到 用dna探针也可以很方便地检测出人体内是否存在相关病毒 半乳糖血症是由于基因突变导致体内缺少半乳糖苷转移酶 理论上将正常的半乳糖苷转移酶基因导入半乳糖血症患者的体内 就可以治疗这种疾病 21三体综合征是由于患者多了一条21号染色体 属于染色体异常遗传病 不能用基因替换的方法治疗 4 2012 兴化模拟 与常规武器相比 生物武器具有的特点是 传染性强 污染面积广 不易被发现 有一定的潜伏期 像核武器一样破坏建筑物 自然条件下的大雪 低温 干燥 日晒等不影响生物武器的杀伤力a b c d 解析 选a 所谓生物武器是指用来杀伤人员 牲畜和毁坏农作物的致病性微生物及其毒素 它的杀伤破坏作用靠的是生物与生物之间的克制 生物武器的施放装置包括炮弹 炸弹 火箭弹 导弹弹头和布撒器 喷雾器 气溶胶发生器等 用生物杀死有生力量和毁坏植物的武器统称为生物武器 生物武器的特点主要有致命性 传染性强 生物专一性 面积效应大 危害时间长 难以发现等 5 2012 徐州模拟 关于现代生物工程技术应用的安全性 下列说法正确的是 多选 a 对待生物武器的态度应明确而坚定 即坚决禁止生物武器b 中国对于克隆的态度是不反对治疗性克隆 可以有限制地进行克隆人的实验c 对转基因植物外源dna要进行认真选择 避免产生对人体有害的或过敏的蛋白质d 一旦发现转基因生物出现了安全性问题 要马上停止实验 并销毁重组生物 解析 选a c d 中国对于克隆的态度是不反对治疗性克隆 禁止进行克隆人的实验 6 2012 镇江模拟 日本某大学人谷明教授等把菠菜的基因植入猪的受精卵内 成功地培育出了不饱和脂肪酸含量高的猪 在对这种猪的脂肪组织进行分析后