高中生物 1.1.3、1.4基因工程的应用 蛋白质工程的崛起配套课件 新人教版选修3.ppt

1 3 1 4基因工程的应用 蛋白质工程的崛起 一 基因工程的应用1 转基因植物 杀虫的基因主要有bt毒蛋白基因 蛋白酶抑制剂基因 淀粉酶抑制剂基因 植物凝集素基因等 抗病毒基因 病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因 抗真菌基因 几丁质酶基因和抗毒素合成基因 抗盐碱和抗干旱的调节细胞渗透压基因 抗冻蛋白基因 抗除草剂基因 转基因玉米中赖氨酸的含量比对照提高30 转基因延熟番茄储存时间可延长1 2个月 转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色变异 2 转基因动物 转外源生长激素 转外源生长激素 肠乳糖酶 乳腺生物反应器 抗原决定基因 免疫排斥反应 抗原决定基因 3 基因工程药物 1 来源 转基因的 2 成果 抗体 激素等 3 作用 预防和治疗 心血管疾病 各种传染病 糖尿病 类风湿等疾病 4 基因治疗 1 方法 把 导入病人体内 使该基因的表达产物发挥功能 2 效果 治疗 的最有效的手段 3 分类 基因治疗和 基因治疗 工程菌 细胞因子 疫苗 人类肿瘤 遗传病 正常基因 遗传病 体内 体外 二 蛋白质工程1 概念理解 1 基础 蛋白质分子的 及其与生物功能的关系 2 操作 或基因合成 3 结果 改造了现有蛋白质或制造出 4 目的 满足人类的 的需求 2 操作过程从预期的 出发 设计预期的 推测应有的 找到相对应的 基因 基因表达 产生需要的蛋白质 结构规律 基因修饰 新的蛋白质 生产和生活 蛋白质功能 蛋白质结构 氨基酸序列 脱氧核苷酸序列 基因工程的应用成果1 乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较 1 概念 乳腺生物反应器是指将外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达 利用动物的乳腺组织生产药物蛋白 工程菌是指用基因工程的方法 使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系 2 两者的区别 动物基因的结构与人类基因的结构基本相同 细菌或酵母菌等生物基因的结构与人类基因的结构有较大差异 合成的药物蛋白与天然蛋白质相同 细菌细胞内没有内质网 高尔基体等细胞器 产生的药物蛋白可能没有活性 动物的受精卵 微生物细胞 显微注射法 感受态细胞法 不需严格灭菌 温度等外界条件对其影响不大 需严格灭菌 严格控制工程菌所需的温度 ph 营养物质浓度等外界条件 从动物乳汁中提取 从微生物细胞中提取 畜牧业生产 加提取设备 工业生产 设备精良 2 基因治疗与基因诊断 基因表达 碱基互补配对 利用正常基因导入有基因缺陷的细胞中 以表达出正常性状来治疗 临床实验 制作特定dna探针与病人样品dna混合分析杂交带情况 临床应用 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 对原来细胞中存在缺陷的基因没有清除或改变 典例训练1 乳腺生物反应器是基于转基因技术平台 将外源基因导入动物基因组中并定位表达于动物乳腺 利用动物乳腺能够天然 高效合成分泌蛋白 如图为利用生物工程技术让羊生产治疗心脏病药物tpa的大致过程 请据图分析回答 1 图中 表示基因表达载体的构建 该载体的组成通常有外源基因 等 2 图中 过程选择受精卵作为tpa基因受体细胞的主要原因是 3 图中 表示检测与筛选过程 通常采用的方法是 4 除利用乳腺 膀胱等生物反应器外 人们还可以利用 等方法来生产上述物质 而传统生产上述药品是 中提取 存在的缺点是 解题指南 1 考查实质 借转基因动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 载体的组成必须具备表达的调控序列和筛选标记 2 受精卵细胞与体细胞的细胞核相同但细胞质不同 3 目的基因的检测与鉴定应包含分子水平和个体水平 4 工程菌与动物细胞代谢的环境必须是无菌条件 解析 1 重组dna分子除应该含有标记基因方便筛选外 还应该含有外源目的基因表达所必需的启动子和终止子等调控序列 2 受精卵细胞质基质中含有很多个体发育所需的营养物质 容易产生完整的个体 全能性最高 3 考查目的基因的检测和表达 用dna分子杂交技术检测转基因生物的染色体dna上是否插入了目的基因 用分子杂交技术检测目的基因是否转录出了mrna 即用标记的目的基因作探针与mrna杂交 用抗原 抗体杂交技术检测目的基因是否翻译成蛋白质 即从转基因生物中提取蛋白质 用相应的抗体进行抗原 抗体杂交 有时还需进行个体生物学水平的鉴定 通过生物性状表达与否来检测基因工程的成功与否 4 乳腺生物反应器和膀胱生物反应器是转基因动物生产药物的新方法 传统生产多以微生物发酵工程或动物细胞工程为主要方法 但由于受操作条件相对较苛刻等的限制 所以价格较高 答案 1 启动子标记基因终止子 2 受精卵发育的全能性最容易表达 3 分子杂交个体生物学水平鉴定dna分子杂交抗原 抗体杂交 答对任意两种即可 4 工程菌培养动物细胞培养直接从生物组织 细胞或血液由于受操作条件相对较苛刻等的限制 价格十分昂贵 互动探究 1 过程需要的酶有哪些 提示 限制酶 dna连接酶 分析 目的基因需要从人的dna上剪切下来插入到羊的基因中 剪切需要限制酶 连接需要dna连接酶 2 过程可能涉及哪些生物技术 提示 早期胚胎培养 胚胎移植 胚胎分割 分析 受精卵细胞发育成个体 需要在体外进行早期胚胎培养 然后移植到同期发情处理的雌羊的子宫内继续发育 为得到多只羊可能还需要胚胎分割技术 蛋白质工程与基因工程 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 1 能够使植物体表达动物蛋白的育种方法是 a 单倍体育种b 杂交育种c 基因工程育种d 多倍体育种 解析 选c 常用的育种方法存在着远缘杂交不亲和的问题 动物 植物更不能杂交育种 而基因工程育种是从分子水平上操作 可克服远缘杂交不亲和的问题 2 如图表示蛋白质工程的操作过程 下列说法不正确的是 a 蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作b 蛋白质工程是完全摆脱基因工程技术的一项全新的生物工程技术c a b过程分别是转录 翻译d 蛋白质工程中可能构建出一种全新的基因 解析 选b 蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作 如蛋白质的空间结构 氨基酸的排列顺序等 这对于合成或改造基因至关重要 蛋白质工程的进行离不开基因工程 因为对蛋白质的改造不是直接进行的 而是通过对基因的改造来完成的 图中a b过程分别是转录 翻译过程 蛋白质工程中可能根据已经明确的蛋白质的结构构建出一种全新的基因 3 科学家为提高玉米中赖氨酸的含量 计划将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸 将二氢吡啶二羧酸合成酶的第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸 变化后就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍 该生物技术为 a 基因工程b 蛋白质工程c 诱变育种d 细胞工程 解析 选b 天冬氨酸激酶属于蛋白质 将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸 将二氢吡啶二羧酸合成酶的第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸 这是对蛋白质进行改造 以满足人类的生产和生活的需求 属于蛋白质工程 4 2012 潮州模拟 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 5 双选 基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质 下列叙述不正确的是 a 常用相同的限制性核酸内切酶处理目的基因和质粒b dna连接酶和rna聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶c 可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中目的基因是否表达d 导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达 解析 选b c 在基因工程中 如果以质粒作为载体 首先要用一定的限制性核酸内切酶切割质粒 使质粒出现一个切口 露出黏性末端 然后用同一种限制性核酸内切酶切断目的基因 使其产生相同的黏性末端 将切下的目的基因片段插入到质粒的切口处 再加入适量的dna连接酶 质粒的黏性末端与目的基因dna片段的黏性末端就会通过碱基互补配对而结合 形成一个重组dna分子 含抗生素的培养基主要是检测目的基因是否导入 导入的目的基因只有少部分能表达 检测目的基因是否表达需用抗原 抗体分子杂交法 rna聚合酶主要用于rna的转录过程 在基因工程中并非必须使用 6 阅读以下资料 完成各题 一个眼科专家小组将能够产生 探色 蛋白质的基因注入两只患有色盲症的猴子眼中 帮助这些动物第一次看到红色和绿色 一些研究人员一直建议使用冰冻猛犸象尸体的皮肤或毛发 克隆 猛犸象 一些学者假想将经过改造的转基因植物作为改造某些自然条件恶劣地区的先锋植物 1 资料 所采用的技术手段是 工程 这一技术大体可以分为四个阶段 目的基因的提取 基因表达载体的构建 目的基因的检测与鉴定 一个基因表达载体的组成除了目的基因外 还必须有 以及标记基因 2 以下是某些研究人员设想的利用冰冻猛犸象尸体的皮肤或毛发复活猛犸象的过程 第一步 从已灭绝的动物身上提取dna 对片段进行排序和组装以获得完整基因组 第二步 利用获得的基因组在数量合理的染色体内重建已灭绝动物的dna 第三步 将染色体 打包 植入一个人造细胞核 而后将细胞核注入来自相配替代品的卵子 第四步 胚胎植入现代象子宫内 使之顺利发育成幼兽 其中第四步运用的技术手段是 技术 3 资料 中采用的措施主要可能造成 两方面的安全问题 该过程应用的主要生物技术是 解析 1 从四个阶段的内容提示上分析 将外源基因导入