高三生物学一轮复习讲义81 选择性必修3 第九单元 第57讲　基因工程的应用、蛋白质工程及生物技术的安全性与伦理问题

第57讲基因工程的应用、蛋白质工程及生物技术的安全性与伦理问题1．举例说明基因工程在农牧、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质。2．举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。3．概述人们根据基因工程原理，进行蛋白质设计和改造，可以获得性状和功能更符合人类需求的蛋白质。4．转基因产品的安全性引发社会的广泛关注。5．世界范围内应全面禁止生物武器。6．中国禁止生殖性克隆人。考点1基因工程的应用一、基因工程在农牧业方面的应用1．(人教版选择性必修3P88正文)野外种植转基因抗A害虫植物的同时，还种植一定量的同种不抗虫植物，可降低抗性害虫在整个害虫种群中所占比例的增加速率。其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。二、基因工程在医药卫生领域的应用1．2．(人教版选择性必修3P90正文)利用转基因技术获得的已整合药用蛋白基因的转基因小鼠分泌的乳汁中检测不到药用蛋白，根据中心法则分析，其可能的原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。2．器官移植：在器官供体的基因组中导入______________________________，以抑制__________________的表达，或设法除去抗原决定基因，再结合________技术，培育出不会引起____________反应的转基因克隆器官。三、基因工程在食品工业方面的应用1．转基因抗病农作物不需要使用农药。 ()2．若仅种植转基因抗虫大豆，会使害虫种群抗性基因频率迅速提高，导致作物的抗虫效果逐渐减弱。 ()3．用特异启动子诱导表达iaaM(生长素合成基因)可获得无子果实。 ()4．为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵作为受体。 ()5．乳腺生物反应器是将药用蛋白基因导入动物的乳腺细胞中。 ()甜蛋白是一种高甜度的特殊蛋白质，将甜蛋白基因导入番茄可提高番茄甜味，改善果实品质，获得超甜植株。下图是甜蛋白基因和Ti质粒上限制酶切割位点示意图。(1)利用转基因技术获得超甜番茄的核心步骤是基因表达载体的构建，该过程需要选择限制酶切割甜蛋白基因。(2)为了保证甜蛋白基因能够在番茄细胞中表达，应将Ti质粒上的启动子替换为。(3)若得到的超甜番茄体细胞中导入的是2个甜蛋白基因，则让其自交，若子代表型及比例为，说明2个甜蛋白基因插入了两对同源染色体上(含有1个和2个甜蛋白基因的番茄甜味相同)。(4)若在被农杆菌感染成功的玉米细胞中检测到了甜蛋白基因，但没有检测到甜蛋白，分析其原因可能是。基因工程的应用1．(不定项)(链接人教版选择性必修3P88图文信息)为使玉米获得抗除草剂性状，科研人员进行了相关操作(如图所示)。含有内含子的报告基因不能在原核生物中正确表达，其正确表达产物能催化无色物质K呈现蓝色。转化过程中愈伤组织表面常残留农杆菌，会导致未转化的愈伤组织可能在含除草剂的培养基中生长。下列叙述错误的是()A．T-DNA可将基因G转移并整合到愈伤组织细胞的染色体DNA上B．利用物质K和抗生素进行筛选1，可获得农杆菌的蓝色菌落C．利用物质K和除草剂进行筛选2，更易于获得抗除草剂的转基因植株D．提高培养基中细胞分裂素和生长素的比值，有利于诱导生根2．(链接人教版选择性必修3P91正文及相关信息)驹形杆菌可合成细菌纤维素(BC)并将其分泌到胞外组装成膜。作为一种性能优异的生物材料，BC膜应用广泛。研究者设计了酪氨酸酶(可催化酪氨酸形成黑色素)的光控表达载体，将其转入驹形杆菌后构建出一株能合成BC膜并可实现光控染色的工程菌株，为新型纺织原料的绿色制造及印染工艺升级提供了新思路(图一)。回答下列问题：(1)研究者优化了培养基的______________(答两点)等营养条件，并控制环境条件，大规模培养工程菌株后可在气液界面处获得BC菌膜(菌体和BC膜的复合物)。(2)研究者利用T7噬菌体来源的RNA聚合酶(T7RNAP)及蓝光光敏蛋白标签，构建了一种可被蓝光调控的基因表达载体(光控原理见图二a，载体的部分结构见图二b)。构建载体时，选用了通用型启动子PBAD(被工程菌RNA聚合酶识别)和特异型启动子PT7(仅被T7RNAP识别)。为实现蓝光控制染色，启动子①②及③依次为________________，理由是________________________________________________________________________________________________________。(3)光控表达载体携带大观霉素(抗生素)抗性基因。长时间培养时在培养液中加入大观霉素，其作用为_______________________________________(答两点)。(4)根据预设的图案用蓝光照射已长出的BC菌膜并继续培养一段时间，随后将其转至染色池处理，发现只有经蓝光照射的区域被染成黑色，其原因是____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)有企业希望生产其他颜色图案的BC膜。按照上述菌株的构建模式提出一个简单思路：_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。考点2蛋白质工程一、蛋白质工程的概念1．基础：蛋白质分子的____________及其与____________的关系。2．手段：改造或合成基因。3．结果：对现有蛋白质进行改造或制造出______________。二、蛋白质工程的基本流程写出流程图中字母代表的含义：A．________，B．________，C．____________，D．__________，E．____________。三、蛋白质工程与基因工程的异同1．区别项目蛋白质工程基因工程基本思路或过程预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质目的基因的筛选与获取→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实质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，以获得人类所需的生物类型和生物产品结果可生产________________________只能生产________________________2．联系(1)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工程。(2)基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造。(人教版选择性必修3P94图3-17)对天然蛋白质进行改造，应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？原因是什么？____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。四、蛋白质工程的应用1．医药工业方面：研发药物，如延长干扰素的保存时间；降低小鼠单克隆抗体诱发免疫反应的强度。2．其他工业方面：改进______的性能或开发新的____________。3．农业方面：通过改造某些________________________，以提高植物光合作用效率，增加粮食的产量；通过改造微生物__________________，设计优良微生物农药，防治病虫害。1．蛋白质工程实施的前提是获取基因与目标蛋白质的结构数据。 ()2．蛋白质工程通过改变氨基酸的空间结构而制造出新的蛋白质。 ()3．蛋白质工程可以改造酶，提高酶的热稳定性。 ()4．蛋白质工程常借助计算机建立蛋白质的三维结构模型。 ()研究人员通过解析Bt抗虫蛋白晶体的结构发现，第5号螺旋处的第168位氨基酸是孔道结构稳定性的关键，将该位点氨基酸替换为疏水性更强的精氨酸后，就有可能提高孔道结构的稳定性。根据这一研究结果，请写出后续利用蛋白质工程培育出抗虫能力更强的转基因棉花的基本思路。。蛋白质工程的应用1．(链接人教版选择性必修3P94图3-17)科学家利用蛋白质工程技术将水蛭素(一种可用于预防和治疗血栓的蛋白质)第47位的天冬酰胺替换为赖氨酸，显著提高了它的抗凝血活性，流程图如下。已知天冬酰胺对应的密码子为AAU、AAC，赖氨酸对应的密码子为AAA、GUA等。下列叙述错误的是()A．上图的操作流程是从预期的水蛭素功能出发的B．在这项替换研究中目前可行的直接操作对象是基因C．上图中大分子物质a和b的单体序列均是唯一的D．用蛋白质工程可生产基因工程所不能生产的蛋白质2．(链接人教版选择性必修3P95正文)水蛭是我国的传统中药材，主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。科研人员拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构，提高其抗凝血活性。将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性，结果如图所示。下列叙述错误的是()A．水蛭蛋白经两种酶处理后水解产物的抗凝血活性差异主要与其肽含量有关B．酶甲处理使水蛭素抗凝血活性提高的可能原因是使其有活性的结构域部位暴露C．要获得水蛭素的基因，可以从水蛭细胞中提取mRNA，经逆转录获得目的基因D．上述实验目的是了解水蛭素蛋白中影响抗凝血活性的部分以设计蛋白质三维结构考点3生物技术的安全性与伦理问题一、转基因成果领域成果微生物方面①减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的____________②构建高产、优质的基因工程菌来生产氨基酸③用基因工程菌生产药物转基因动物方面①培育____________、________________的转基因家禽、家畜②培育抵抗相应病毒的动物新品种③建立某些人类疾病的转基因动物模型转基因植物方面培育具有抗虫、抗病、抗除草剂和耐储藏等新性状的作物1．(人教版选择性必修3P102相关信息)将来自玉米的α-淀粉酶基因与目的基因一起转入植物中，可以防止转基因花粉传播的原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。二、对转基因产品安全性的争论三、理性看待转基因技术1．理性看待转基因技术的前提(1)清晰地了解转基因技术的________和________规程。(2)看到人们的观点受到许多复杂的政治、经济和________等因素的影响。(3)要靠________的证据和________的逻辑进行思考和辩论。2．我国对转基因技术的态度(1)研究上要________，坚持自主创新。(2)推广上要________，做到确保安全。(3)管理上要________，坚持依法监管。3．我国相关部门制定了一系列的政策、法规并成立相关机构(1)维护了消费者对转基因产品的__________和__________。(2)最大程度地保证了转基因技术和已经上市的转基因产品的__________。(3)为保障农业转基因生物安全提供重要的技术支撑。四、关注生殖性克隆人1．生殖性克隆：指通过________技术产生独立生存的新个体。2．治疗性克隆：指利用克隆技术产生特定的细胞、组织和器官，用它们来修复或替代受损的细胞、组织和器官，从而达到治疗疾病的目的。3．我国__________、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验。我国政府同样重视治疗性克隆所涉及的伦理问题，主张对治疗性克隆进行有效监控和严格审查。4．比较试管婴儿和设计试管婴儿(1)试管婴儿和设计试管婴儿过程(如图所示)(2)试管婴儿和设计试管婴儿的异同点项目试管婴儿设计试管婴儿不同点技术手段无须进行遗传学诊断进行遗传学诊断应用主要解决不孕夫妇的生育问题主要用于白血病、贫血症等遗传疾病的预防及治疗相同点二者都是____________、体外进行早期胚胎培养，再经过______________，从生殖方式上来看都为____________2．(人教版选择性必修3P108正文)我国科学家用4种小分子化合物诱导小鼠的成纤维细胞转变成了iPS细胞，这种诱导方法与转入转录因子诱导产生iPS细胞相比，其优点是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。五、禁止生物武器1．种类：致病菌类、________________、生化毒剂类等。2．中国政府的态度：在任何情况下____________、__________、不储存生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。1．转基因技术已被用于减少啤酒酵母双乙酰的生成。 ()2．理性看待转基因技术，最重要的是，要靠确凿的证据和严谨的逻辑进行思考和辩论。 ()3．可以运用重组DNA技术进行生殖性克隆人研究。 ()4．生物武器仅包括病毒类。 ()科学家运用基因组编辑技术在人类的早期胚胎中修正了与肥厚型心肌病发生相关的基因MYBPC3的突变，使胚胎携带正常MYBPC3基因的概率提高了20%左右。你认为该不该允许对人类胚胎进行基因组编辑的相关研究？请说明理由。。生物技术的安全问题1．(链接人教版选择性必修3P103－104正文)依据《中华人民共和国生物安全法》，生物安全是指国家有效防范和应对危险生物因子及相关因素威胁，生物技术能够稳定健康发展，人民生命健康和生态系统相对处于没有危险和不受威胁的状态，生物领域具备维护国家安全和持续发展的能力。下列叙述错误的是()A．高致病性微生物必须在高等级生物安全实验室中开展实验活动B．生物技术可广泛应用在人类自身基因组改造和新物种创造中C．外来入侵物种可能增加本土食物来源却给自然生态造成破坏D．动物饲料中的抗生素会通过食物链使人体微生物耐药性增强生物技术的伦理问题2．(2023·浙江1月卷)以哺乳动物为研究对象的生物技术已获得了长足的进步。对生物技术应用于人类，在安全与伦理方面有不同的观点，下列叙述正确的是()A．试管婴儿技术应全面禁止B．治疗性克隆不需要监控和审查C．生殖性克隆不存在伦理道德方面的风险D．我国不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验1．(2024·浙江1月卷)关于生物技术的安全与伦理问题在我国相关法规明令禁止的是()A．试管动物的培育B．转基因食品的生产C．治疗性克隆的研究D．生物武器的发展和生产2．(2024·黑、吉、辽卷)将天然Ti质粒改造成含有Vir基因的辅助质粒(辅助T-DNA转移)和不含有Vir基因、含有T-DNA的穿梭质粒，共同转入农杆菌，可提高转化效率。细菌和棉花对密码子偏好不同，为提高翻译效率，增强棉花抗病虫害能力，进行如下操作。回答下列问题：注：F1—F3，R1—R3表示引物；T-DNA-LB表示左边界；T-DNA-RB表示右边界；Ori表示复制原点；KanR表示卡那霉素抗性基因；HygBR表示潮霉素B抗性基因。(1)从苏云金杆菌提取DNA时，需加入蛋白酶，其作用是____________________。提取过程中加入体积分数为95%的预冷酒精，其目的是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)本操作中获取目的基因的方法是________________和____________。(3)穿梭质粒中p35s为启动子，其作用是____________________________，驱动目的基因转录；插入两个p35s启动子，其目的可能是____________________________________________________________________________________