高中生物 專題1 1.3,1.4基因工程的應(yīng)用 蛋白質(zhì)工程的崛起課件 蘇教版選修3.ppt

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一、植物基因工程的成果 1．抗蟲(chóng)與抗病轉(zhuǎn)基因植物,2.抗逆轉(zhuǎn)基因植物 (1)抗逆基因：利用調(diào)節(jié)細(xì)胞 的基因使作物抗堿抗旱，導(dǎo)入魚(yú)的 蛋白基因使作物抗寒；導(dǎo)入抗 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 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：,,,滲透壓,抗凍,除草劑,除草劑,,,二、動(dòng)物基因工程的應(yīng)用,,,生長(zhǎng)激素,腸乳糖酶,蛋白,乳腺,抗原決定基因,克隆技術(shù),免疫排斥反應(yīng),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 生產(chǎn)的藥物。 (2)原理：通過(guò)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、 、各種傳染病、 、類風(fēng)濕等疾病。 2．基因治療 (1)概念：把 導(dǎo)入病人體內(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 和 。 (4)現(xiàn)狀：處于初期的臨床實(shí)驗(yàn)階段。,,,轉(zhuǎn)基因的工程菌,遺傳病,糖尿病,正常基因,體內(nèi)基因治療,體外基因治療,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) 的蛋白質(zhì)，但天然蛋白質(zhì)不一定符合人類生產(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 及其與 的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過(guò) 或 ，對(duì)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)：根據(jù)人們對(duì) 的特定需求， 。進(jìn)行分子設(shè)計(jì)。 (3)手段：通過(guò)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 →推測(cè)應(yīng)有的 序列→找到相對(duì)應(yīng)的 序列(基因)。,,,結(jié)構(gòu)規(guī)律,自然界中已存在,生物功能,蛋白質(zhì)功能,基因合成,基因修飾,對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),氨基酸,脫氧核苷酸,,,體積小,高級(jí)結(jié)構(gòu),(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)前景誘人：用蛋白質(zhì)工程方法制成電子元件，具有 、 和效率高的特點(diǎn)。 (2)難度很大：主要是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)發(fā)揮功能必須依賴于正確的高級(jí)結(jié)構(gòu)，這種高級(jí)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，而目前科學(xué)家對(duì)大多數(shù)蛋白質(zhì)的 的了解還很不夠。,耗電少,一、植物基因工程的應(yīng)用 閱讀教材P17～19，探討下列問(wèn)題： 1．培育抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因植物，可用于殺蟲(chóng)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)境保護(hù)角度分析：抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因植物推廣種植，有什么意義？ 提示：減少農(nóng)藥的使用，降低生產(chǎn)成本；減少環(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)入控制該性狀的結(jié)構(gòu)蛋白基因；導(dǎo)入與該性狀有關(guān)的某種酶的基因或改變關(guān)鍵酶的活性。,二、動(dòng)物基因工程的應(yīng)用 閱讀教材P20～21，探討下列問(wèn)題： 1．動(dòng)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(dòng)物的生長(zhǎng)速度，改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)，用轉(zhuǎn)基因動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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、準(zhǔn)確檢測(cè)人類疾病?；蛑委熓前颜；?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，觀察分析圖1－29，探討下列問(wèn)題： 1．填表比較基因工程與蛋白質(zhì)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(guò)對(duì)基因的操作實(shí)現(xiàn)對(duì)天然蛋白質(zhì)改造的原因。 提示：(1)任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且改造過(guò)的基因可以遺傳下去。如果對(duì)蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造過(guò)的蛋白質(zhì)分子還是無(wú)法遺傳的。 (2)對(duì)基因進(jìn)行改造比對(duì)蛋白質(zhì)直接改造要容易操作，難度要小得多。,,,繼哺乳動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器研發(fā)成功后，膀胱生物反應(yīng) 器的研究也取得了一定進(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(zhǎng)激素并分泌到尿液中。請(qǐng)回答： (1)將人的生長(zhǎng)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(shí)，通常要將外源基因轉(zhuǎn)入________中，原因是___________________________________。 (3)通常采用____________技術(shù)檢測(cè)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(shí)，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(dòng)物中采用最多的，也是最有效的一種方法。(2)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的受體細(xì)胞一般是選用受精卵，因?yàn)槭芫丫哂凶罡叩娜苄?，目的基因容易表達(dá)。 (3)檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入時(shí)一般是采用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(lái)，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，如果顯示出雜交帶，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(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器技術(shù)時(shí)，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)物的能力，使之直接進(jìn)入尿液，因?yàn)槟I小球的過(guò)濾能力是不允許蛋白質(zhì)通過(guò)的。,如圖為蛋白質(zhì)工程操作的基本思路，請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題： (1)代表蛋白質(zhì)工程操作思路的過(guò)程是________；代表中心法則內(nèi)容的是________。(填寫(xiě)數(shù)字) (2)寫(xiě)出圖中各數(shù)字代表的生物學(xué)過(guò)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(guò)________________________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] 天然蛋白質(zhì)合成的過(guò)程是按照中心法則進(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)→推測(cè)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)④⑤ ①②③ (2)轉(zhuǎn)錄 翻譯 折疊 分子設(shè)計(jì) DNA合成 (3)對(duì)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,,,[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(chóng)、抗逆,———————[課堂歸納]—————————,[關(guān)鍵語(yǔ)句] 1．植物基因工程技術(shù)主要用于提高農(nóng)作物的抗逆能力(如抗除草劑、抗蟲(chóng)、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(dòng)物基因工程技術(shù)主要用于提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速度、改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)，生產(chǎn)藥物，用轉(zhuǎn)基因動(dòng)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．基因治療是把正常基因?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，是治療遺傳病最有效的手段?；蛑委煱w外基因治療和體內(nèi)基因治療。,5．基因工程只能生產(chǎn)自然界中已存在的蛋白質(zhì)。 6．蛋白質(zhì)工程的主要目的是對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造或生產(chǎn)新的蛋白質(zhì)，以滿足人類生產(chǎn)和生活的需要。 7．蛋白質(zhì)工程直接操作的對(duì)象是基因，而不是蛋白質(zhì)。 8．蛋白質(zhì)工程的基本途徑：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)→推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列→找到相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列,1．下列不屬于用基因工程方法生產(chǎn)的藥品是( ) A．干擾素 B．白細(xì)胞介素－2 C．青霉素 D．乙肝疫苗 解析：基因工程藥物的成果是人胰島素、細(xì)胞因子、抗體、疫苗、激素等，而青霉素是青霉菌的代謝產(chǎn)物，可以通過(guò)誘變育種來(lái)提高青霉素的產(chǎn)量。,答案：C,2．上海醫(yī)學(xué)遺傳研究所成功培育出第一頭攜帶白蛋白的轉(zhuǎn)基因牛，他們還研究出一種可大大提高基因表達(dá)水平的新方法，使轉(zhuǎn)基因動(dòng)物乳汁中的藥物蛋白含量提高30多倍。“轉(zhuǎn)基因動(dòng)物”是指( ) A．提供基因的動(dòng)物 B．基因組中增加外源基因的動(dòng)物 C．能產(chǎn)生白蛋白的動(dòng)物 D．能表達(dá)基因信息的動(dòng)物 解析：轉(zhuǎn)基因動(dòng)物是指利用基因工程技術(shù)導(dǎo)入外源基因，培育出的能夠?qū)⑿滦誀罘€(wěn)定地遺傳給后代的基因工程動(dòng)物。題中的轉(zhuǎn)基因牛中攜帶有外源的白蛋白基因。,答案：B,3．下列關(guān)于基因工程的成果及應(yīng)用的說(shuō)法，正確的是( ) A．用基因工程方法培育的抗蟲(chóng)植物也能抗病毒 B．基因工程在畜牧業(yè)上應(yīng)用的主要目的是培養(yǎng)體型巨大、品質(zhì)優(yōu)良的動(dòng)物 C．基因工程在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用主要是培育高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、品質(zhì)優(yōu)良和具有抗逆性的農(nóng)作物 D．目前，在發(fā)達(dá)國(guó)家，基因治療已用于臨床實(shí)踐 解析：抗蟲(chóng)基因的產(chǎn)物是毒蛋白，只能對(duì)害蟲(chóng)起作用；基因工程在畜牧業(yè)上應(yīng)用的主要目的是培養(yǎng)生長(zhǎng)速度快、品質(zhì)優(yōu)良的動(dòng)物；在發(fā)達(dá)國(guó)家，基因治療目前處于初期的臨床實(shí)驗(yàn)階段。,答案：C,4．關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說(shuō)法，錯(cuò)誤的是( ) A．蛋白質(zhì)工程中要進(jìn)行基因修飾或基因合成 B．蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對(duì)蛋白質(zhì)分子直接進(jìn)行操作，定向改變其分子結(jié)構(gòu) C．蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生自然界中不存在的新型蛋白質(zhì)分子 D．蛋白質(zhì)工程與基因工程密不可分，又稱為第二代基因工程 解析：蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)是根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求，對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)。由于基因決定蛋白質(zhì)，因此，要對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，最終還必須通過(guò)基因來(lái)完成，要進(jìn)行基因修飾或基因合成，而不是對(duì)蛋白質(zhì)分子直接進(jìn)行操作，定向改變其分子結(jié)構(gòu)；蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生自然界中不存在的新型蛋白質(zhì)分子，又稱為第二代基因工程。,答案：C,5．科學(xué)家們對(duì)一位缺乏腺苷酸脫氨酶基因而患復(fù)合型免疫缺陷癥的美國(guó)女孩進(jìn)行基因治療，其方法是首先將患者的白細(xì)胞取出進(jìn)行體外培養(yǎng)，然后用逆轉(zhuǎn)錄病毒將正常腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入人工培養(yǎng)的白細(xì)胞中，再將這些轉(zhuǎn)基因白細(xì)胞轉(zhuǎn)入患者體內(nèi)，經(jīng)過(guò)多次治療，患者的免疫功能趨于正常。 (1)基因治療是把健康的________導(dǎo)入有________的細(xì)胞中，以達(dá)到治療疾病的目的。 (2)在基因治療過(guò)程中，逆轉(zhuǎn)錄病毒的作用相當(dāng)于基因工程中基因操作工具中的________。此基因工程中的目的基因是____________________，目的基因的受體細(xì)胞是________。 (3)將轉(zhuǎn)基因白細(xì)胞多次轉(zhuǎn)入患者體內(nèi)后，患者的免疫能力趨于正常，是由于白細(xì)胞中能合成____________。 (4)人的腺苷酸脫氨酶基因與胰島素基因相比，其主要差別是__________________________________________________。,解析：基因治療就是把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中，達(dá)到治療疾病的目的。逆轉(zhuǎn)錄病毒的作用是作為載體，將目的基因(腺苷酸脫氨酶基因)導(dǎo)入白細(xì)胞中，目的基因在受體細(xì)胞中經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯，表達(dá)產(chǎn)生腺苷酸脫氨酶。人的不同基因所含有的脫氧核苷酸的排列順序是不同的。 答案：(1)外源基因 基因缺陷 (2)載體(或基因的運(yùn)載工具) 腺苷酸脫氨酶基因 白細(xì)胞 (3)腺苷酸脫氨酶 (4)脫氧核苷酸的排列順序不同,6．蛋白質(zhì)工程是指根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求，對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的過(guò)程。如圖是蛋白質(zhì)工程的基本途徑，試回答下列有關(guān)問(wèn)題：,(1)圖中③過(guò)程的主要依據(jù)是每種氨基酸都有其對(duì)應(yīng)的________，后者位于________分子上，其上的核苷酸序列與基因中的脫氧核苷酸序列之間存在著________關(guān)系。 (2)通過(guò)③過(guò)程獲得的脫氧核苷酸序列不是完整的基因，要使這一序列能夠表達(dá)、發(fā)揮作用，還必須在序列的上、下游加上__________和__________，在這個(gè)過(guò)程中需要________酶的參與。 (3)完成④過(guò)程需要涉及________技術(shù)。,解析：(1)蛋白質(zhì)工程是從氨基酸序列找到相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列，氨基酸與脫氧核苷酸之間的聯(lián)系樞紐是信使RNA，信使RNA由脫氧核糖核酸轉(zhuǎn)錄形成，而密碼子是信使RNA上特定的能決定一個(gè)氨基酸的三個(gè)相鄰的堿基。(2)由人工合成的基因只是基因的編碼序列，完整的基因還包括啟動(dòng)子、終止子等結(jié)構(gòu)，把啟動(dòng)子、終止子等DNA片段連接到基因的編碼區(qū)需要DNA連接酶。(3)由基因合成蛋白質(zhì)的過(guò)程涉及基因工程技術(shù)。 答案：(1)密碼子 信使RNA 堿基互補(bǔ)配對(duì) (2)啟動(dòng)子 終止子 DNA連接 (3)基因工程,