第42课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起

第42课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起高频考点突破考点一基因工程应用项目具体应用目的基因作用受体生物备注植物基因工程常用方法：①农杆菌转化法②基因枪法③花粉管通道法抗虫转基因植物抗虫基因:Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因抗虫：Bt毒蛋白水解成多肽与肠上皮细胞结合,形成穿孔,细胞肿胀裂解致死;两种抑制剂分别抑制相应酶活性,影响消化;植物凝集素为糖蛋白,与肠黏膜结合,影响营养物质的吸收和利用棉花、水稻、玉米等①抗虫但不抗病毒、细菌、真菌等②培育抗虫作物优点：减少环境污染、降低生产成本③不同抗虫基因作用机理不同④Bt毒蛋白基因来自苏云金芽孢杆菌植物基因工程常用方法:①农杆菌转化法②基因枪法③花粉管通道法抗病转基因植物病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因、几丁质酶基因、抗毒素合成基因前两种为抗病毒作用;后两种为抗真菌作用烟草(抗病毒)、小麦(抗病毒)等引起植物生病的微生物有病毒、细菌、真菌三大类抗逆转基因植物①调节细胞渗透压基因②抗冻蛋白基因(从鱼体内获取)③抗除草剂基因①通过改变细胞内渗透压,提高抗盐碱、抗旱能力②耐寒能力提高③抗除草剂烟草(抗旱、抗盐碱);番茄(抗寒);大豆、玉米(抗除草剂)抗逆指抵抗不良环境的能力,如盐碱、干旱、低温、涝害等转基因改良植物的品质①含必需氨基酸的蛋白质编码基因②控制番茄果实成熟的基因③花青素代谢有关的基因①控制合成的蛋白质含必需氨基酸多②延迟番茄成熟③改变花瓣的颜色玉米、番茄、矮牵牛等赖氨酸、亮氨酸等都属于必需氨基酸动物基因工程常用方法：显微注射法受体细胞：一般用受精卵提高动物生长速度生长激素基因促进生长,提高生长速度鲤鱼注意：不能导入生长素基因改善畜产品的品质肠乳糖酶基因将乳糖分解,降低牛奶中乳糖的含量奶牛部分人对乳糖会发生过敏反应转基因动物生产药物(生物反应器或乳房生物反应器)药用蛋白基因+乳腺蛋白基因+启动子分泌乳汁来生产所需要的药品牛和山羊已生产出的药品有抗凝血酶、血清蛋白、生长激素和α—抗胰蛋白酶动物基因工程常用方法：显微注射法受体细胞：一般用受精卵转基因动物作器官移植的供体①某种调节因子②设法除去抗原决定基因①抑制抗原决定基因的表达②不能合成相应抗原猪选择猪的器官做人器官替代品的原因：①其内脏构造、大小、血管分布与人相似②体内隐藏的致病基因少基因工程药品控制药品合成的相应基因,如人的胰岛素基因、干扰素基因、乙肝疫苗基因等生产合成相应的药品,如胰岛素、干扰素、乙肝疫苗等微生物,如大肠杆菌、酶母菌等选择微生物作受体的原因：繁殖快、单细胞、遗传物质少基因检测和基因治疗基因检测制作相应探针,利用DNA分子杂交原理,快速、准确检测人类某种疾病临床应用阶段基因治疗把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中,可分为体外基因治疗和体内基因治疗两种方法仅处于实验阶段,仍有许多问题和困难制约该技术的开展,所以该技术并未在临床开展1.2.3.基因芯片有多种用途,基本原理是DNA分子杂交,检测对象为DNA,但必须是单链的,即将双链DNA打开后才能检测提醒①动物基因工程主要为了改善畜产品的品质,而不是为了产生体型巨大的个体。②基因治疗目前只是处于初期的临床试验阶段,在临床上未开展、未实现这方面的治疗。③DNA分子制作探针进行检测时应检测单链,即将双链DNA分子打开。④Bt毒蛋白基因产生Bt毒蛋白并无毒性,进入昆虫消化道被分解成多肽后产生毒性。⑤青霉素是青霉菌产生的,不是通过基因工程生产的。⑥原核生物基因(如抗虫基因)可做为真核生物(棉花)的目的基因。对位训练1.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，培育出了抗虫棉。下列叙述不正确的是()A.RNA聚合酶对于抗虫基因在棉花细胞中的表达不可缺少B.重组DNA分子中增加一个碱基对，不一定导致毒蛋白的毒性丧失C.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D.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D考点二蛋白质工程1.概念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,通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质,以满足人类的生产和生活的需求。2.蛋白质工程与基因工程的比较项目蛋白质工程基因工程区别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→推测相对应的脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质获取目的基因→构建基因表达载体→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或生物产品结果生产自然界没有的蛋白质一般是生产自然界已有的蛋白质联系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。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质,必须通过基因修饰或基因合成实现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基因组计划启动时间2001年成立组织1990年正式启动主要内容“肝脏蛋白质”和“血浆蛋白质”的研究测定人类基因组24条染色体上全部DNA序列参加国家16个国家,80多个实验室6个国家,中国是唯一的发展中国家我国承担任务牵头执行“人类肝脏蛋白质组计划”承担1%的测序工作意义揭示并确认肝脏(血浆)蛋白质为重大疾病预防、诊断、治疗以及新药研发提供科学基础;推动支持蛋白质工程遗传病的诊断和治疗;揭示基因表达的机理对位训练2.下列关于蛋白质工程应用的叙述，不正确的是（）A.蛋白质工程可以改造酶的结构，提高酶的热稳定性B.通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性C.利用蛋白质工程可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素D.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C解题思路探究思维误区警示易错分析1.对乳腺(膀胱)反应器与微生物生产基因产品混肴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微生物生产(原核生物)基因结构动物基因结构与人类基因结构相同与人类基因结构不同类型项目提醒乳腺生物反应器受生物性别和年龄的限制,若从动物尿液中提取目的基因产物则不受性别和年龄限制。基因表达与天然蛋白质活性没有区别由于缺少内质网、高尔基体等细胞器,产物可能不具有生物活性产物提取从乳汁中较易分离提取从细胞中提取,较为复杂生产设备畜牧业生产;提取设备工业生产;设备精良2.对“基因诊断”和“基因治疗”概念及应用辩析不清(1)基因诊断基因诊断是用放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子做探针,利用DNA分子杂交原理,鉴定被检测标本上的遗传信息,达到检测疾病的目的。(2)基因治疗的原理及实例①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,存在基因缺陷的病人细胞中既含有缺陷基因,又含有通过基因工程导入的正常基因,在病人体内两种基因都能表达,正常基因的表达产物掩盖了缺陷基因的表达产物,从而治愈了有基因缺陷的疾病。②镰刀型细胞贫血症基因治疗过程步骤过程获取正常的血红蛋白基因用限制酶从人的DNA分子中切取血红蛋白基因形成重组载体用同一种限制酶切取目的基因和切割载体DNA,再用DNA连接酶将正常血红蛋白基因连接在载体DNA上,形成重组载体重组载体的导入与筛选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,并将重组载体插入到染色体DNA上。用选择培养基筛选出含重组质粒的造血干细胞将含正常血红蛋白基因的造血干细胞回输给患者骨髓将携带正常血红蛋白基因的造血干细胞输入患者骨髓中,此造血干细胞产生正常血红蛋白,以根治镰刀型细胞贫血症纠正训练1.继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后,膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近,科学家培育出一种转基因小鼠,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：(1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞中,常用方法是。(2)进行基因转移时,通常要将外源基因转入中,原因是。(3)通常采用技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。(4)在研制膀胱生物反应器时,应使外源基因在小鼠的细胞中特异表达。解析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,该技术的第一步就是导入外源基因,对于动物细胞来说,常采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50kb,且无需载体,外源基因在宿主染色体上的整合率相对较高。答案(1)显微注射(2)受精卵(或早期胚胎细胞)受精卵(或早期胚胎细胞)具有全能性,可使外源基因在相应组织细胞中表达(3)DNA分子杂交(核酸探针)(4)膀胱上皮2.下列关于基因工程应用的叙述,错误的是()A.基因治疗需要将正常基因导入有基因缺陷的细胞B.基因诊断的基本原理是DNA分子杂交C.一种基因探针只能检测水体中的一种病毒D.原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良解析基因治疗是把正常基因导入病人体内,使该基因的表达产物发挥功能,从而达到治疗疾病的目的。基因诊断是用放射性同位素、荧光分子等标记的DNA分子作探针,利用DNA分子杂交原理,鉴定被检测标本上的遗传信息,达到检测疾病或水体中病毒的目的,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,由于DNA分子规则的双螺旋结构在所有DNA分子中相同,因此,可以在任何不同DNA分子之间进行操作。答案D知识综合应用重点提示通过“基因工程和蛋白质工程综合”的考查,提升“把握所学知识的要点和知识之间内在的联系”的能力。典例分析(2009·广东卷,39)(1)饲料加工过程温度较高,要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,首先必须了解植酸酶的,然后改变植酸酶的,从而得到新的植酸酶。(2)培育转植酸酶基因的大豆,可提高其作为饲料原料时磷的利用率。将植酸酶基因导入大豆细胞常用的方法是。请简述获得转基因植株的完整过程：。(3)为了提高猪对饲料中磷的利用率,科学家将带有植酸酶基因的重组质粒通过转入猪的受精卵中。该受精卵培养至一定时期可通过方法,从而一次得到多个转基因猪个体。(4)若这些转基因动、植物进入生态环境中,对生态环境有何影响？解析(1)蛋白质工程首先要根据已有蛋白质,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,找到相应的脱氧核苷酸序列,合成目的基因,再通过基因工程产生转基因生物。(2)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,其中有80%的转基因植物都是通过农杆菌转化法产生的。(3)动物细胞核的全能性受细胞质的抑制,故目的基因需注入到受精卵中,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,使其发育成具有新性状的动物。(4)转基因生物可造成基因污染等不良影响。答案(1)分子结构及预期功能基因(2)农杆菌浸染法首先将目的基因与质粒组合,构建基因表达载体,将含目的基因的表达载体导入植物细胞,通过植物组织培养获得表现新性状的植物(3)显微注射法胚胎分割(4)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：①转基因生物打破了物种的原有界限,改变了物质循环和能量流动,对生态系统的稳定性造成破坏;②重组DNA与微生物杂交,可能出现对动、植物和人类有害的病原微生物;③增加目标害虫的抗性和进化速度;④转基因植物通过传粉进行基因转移,导致超级杂草出现;⑤转基因植物的花粉如含有有毒蛋白或过敏蛋白,通过蜜蜂的采集,很可能进入蜜蜂中,再经过食物链的传递,最后有可能进入其他动物和人体内。定时检测组题说明特别推荐热点材料与知识间横向联系综合题——5；基因工程与其他技术手段联系综合题——3、4。考点题号基因工程应用1、2、3、4、5、6、7蛋白质工程5、81.在植物基因工程中,获取目的基因后,用农杆菌中的Ti质粒作为载体,把目的基因重组入Ti质粒上的T-DNA片段中,再将重组的T-DNA导入植物细胞中,经植物组织培养得到转基因植物。(1)科学家在进行上述实验操作时,要用同一种分别切割质粒和目的基因,质粒的黏性末端与目的基因DNA片段的黏性末端的“缝合”需要的帮助。(2)将携带抗除