生物基因工程应用及蛋白质工程新人教选修学习PPT教案.pptx

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1、项目项目具体具体应用应用目的基因目的基因作用作用受体受体生物生物备注备注植物基因植物基因工程常用工程常用方法：方法：农杆菌农杆菌转化法转化法基因枪基因枪法法花粉管花粉管通道法通道法抗虫抗虫转基转基因植因植物物抗虫基因抗虫基因: :BtBt毒蛋白毒蛋白基因、蛋基因、蛋白酶抑制白酶抑制剂基因、剂基因、淀粉酶抑淀粉酶抑制剂基因、制剂基因、植物凝集植物凝集素基因素基因抗虫：抗虫：BtBt毒蛋毒蛋白水解成多肽白水解成多肽与肠上皮细胞与肠上皮细胞结合结合, ,形成穿形成穿孔孔, ,细胞肿胀细胞肿胀裂解致死裂解致死; ;两两种抑制剂分别种抑制剂分别抑制相应酶活抑制相应酶活性性, ,影响消化影响消化; ;植物

2、凝集素为植物凝集素为糖蛋白糖蛋白, ,与肠与肠黏膜结合黏膜结合, ,影影响营养物质的响营养物质的吸 收 和 利 用吸 收 和 利 用棉花、棉花、水稻、水稻、 玉米玉米等等抗虫但不抗病抗虫但不抗病毒、细菌、真菌毒、细菌、真菌等等培育抗虫作物培育抗虫作物优点：减少环境优点：减少环境污染、降低生产污染、降低生产成本成本不同抗虫基因不同抗虫基因作用机理不同作用机理不同BtBt毒蛋白基因毒蛋白基因来自苏云金芽孢来自苏云金芽孢杆菌杆菌1、3 基因工程的应用基因工程的应用植物植物基因基因工程工程常用常用方法方法: :农农杆菌杆菌转化转化法法基基因枪因枪法法花花粉管粉管通道通道法法抗病抗病转基转基因植因植物物

3、病毒外壳蛋白基因、病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因、病毒复制酶基因、几丁质酶基因、抗几丁质酶基因、抗毒素合成基因毒素合成基因前两种为抗前两种为抗病毒作用病毒作用;后后两种为抗真两种为抗真菌作用菌作用烟草烟草(抗病抗病毒毒)、小麦、小麦(抗病毒抗病毒)等等引起植物生病引起植物生病的微生物有病的微生物有病毒、细菌、真毒、细菌、真菌三大类菌三大类抗逆抗逆转基转基因植因植物物调节细胞渗透压调节细胞渗透压基因基因抗冻蛋白基因抗冻蛋白基因(从从鱼体内获取鱼体内获取)抗除草剂基因抗除草剂基因通过改变通过改变细胞内渗透细胞内渗透压压,提高抗盐提高抗盐碱、抗旱能碱、抗旱能力力耐寒能力耐寒能力提高提高 抗除草剂抗

4、除草剂烟草烟草(抗旱、抗旱、抗盐碱抗盐碱);番茄番茄(抗抗寒寒);大豆、大豆、玉米玉米(抗除抗除草剂草剂)抗逆指抵抗不抗逆指抵抗不良环境的能力良环境的能力,如盐碱、干如盐碱、干旱、低温、涝旱、低温、涝害等害等转基转基因改因改良植良植物的物的品质品质含必需氨基酸的蛋含必需氨基酸的蛋白质编码基因白质编码基因控制番茄果实控制番茄果实成熟的基因成熟的基因花青素代谢有关的花青素代谢有关的基因基因控制合成控制合成的蛋白质含的蛋白质含必需氨基酸必需氨基酸多多延迟番茄延迟番茄成熟成熟改变花瓣改变花瓣的颜色的颜色玉米、番玉米、番茄、矮牵茄、矮牵牛等牛等赖氨酸、亮氨赖氨酸、亮氨酸等都属于必酸等都属于必需氨基酸需氨

5、基酸动物基因动物基因工程常用工程常用方法：显方法：显微注射法微注射法受体细受体细胞：胞：一般用受一般用受精卵精卵提高动物提高动物生长速度生长速度生长激素生长激素基因基因促进生长促进生长,提高生长提高生长速度速度鲤鱼鲤鱼注意：不能注意：不能导入生长素导入生长素基因基因改善畜产改善畜产品的品质品的品质肠乳糖酶肠乳糖酶基因基因将乳糖分将乳糖分解解,降低降低牛奶中乳牛奶中乳糖的含量糖的含量奶牛奶牛部分人对乳部分人对乳糖会发生过糖会发生过敏反应敏反应转基因动转基因动物生产药物生产药物物(生物生物反应器或反应器或乳房生物乳房生物反应器反应器)药用蛋白药用蛋白基因基因+乳乳腺蛋白基腺蛋白基因因+启动启动子子

6、分泌乳汁分泌乳汁来生产所来生产所需要的药需要的药品品牛和牛和山羊山羊已生产出的已生产出的药品有抗凝药品有抗凝血酶、血清血酶、血清蛋白、生长蛋白、生长激素和激素和抗胰蛋白酶抗胰蛋白酶动物基因动物基因工程常用工程常用方法：显方法：显微注射法微注射法受体细受体细胞：一般胞：一般用受精卵用受精卵转基因动转基因动物作器官物作器官移植的供移植的供 体体某种调节某种调节因子因子设法除去设法除去抗原决定基抗原决定基因因抑制抑制抗原决抗原决定基因定基因的表达的表达不能不能合成相合成相应抗原应抗原猪猪选择猪的器官选择猪的器官做人器官替代做人器官替代品的原因：品的原因：其内脏构造、其内脏构造、大小、血管分大小、血管

7、分布与人相似布与人相似体内隐藏的致体内隐藏的致病基因少病基因少基因工程基因工程药品药品控 制 药 品 合控 制 药 品 合成 的 相 应 基成 的 相 应 基因因,如人的胰如人的胰岛素基岛素基因、干扰素因、干扰素基因、乙肝基因、乙肝疫苗基因等疫苗基因等生产合生产合成相应成相应的药品的药品,如胰岛如胰岛素、干素、干扰素、扰素、乙肝疫乙肝疫苗等苗等微生物微生物, 如大肠如大肠杆菌、杆菌、酶母菌酶母菌等等选择微生物作选择微生物作受体的原因：受体的原因：繁殖快、单细繁殖快、单细胞、遗传物质胞、遗传物质 少少基因基因检测检测和基和基因治因治疗疗基基因因检检测测制作相应探针制作相应探针, ,利用利用DNA

8、DNA分子杂交分子杂交原理原理, ,快速、准确检测人类某种快速、准确检测人类某种疾病疾病临床应用阶段临床应用阶段基基因因治治疗疗把健康的外源基因导入有基因缺把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中陷的细胞中, ,可分为体外基因治可分为体外基因治疗和体内基因治疗两种方法疗和体内基因治疗两种方法仅处于实验阶段仅处于实验阶段, ,仍仍有许多问题和困难有许多问题和困难制约该技术的开展制约该技术的开展, ,所以该技术并未在所以该技术并未在临床开展临床开展总结：总结：1.1.四种商业化应用的转基因作物：大豆、棉花、油菜、玉米四种商业化应用的转基因作物：大豆、棉花、油菜、玉米2.2.转基因作物种植最大的四个国

9、家：美国、阿根延、加拿大、中转基因作物种植最大的四个国家：美国、阿根延、加拿大、中国国; ;3.3.基因芯片有多种用途基因芯片有多种用途, ,基本原理是基本原理是DNADNA分子杂交分子杂交, ,检测对象为检测对象为DNA,DNA,但必须是单链的但必须是单链的, ,即将双链即将双链DNADNA打开后才能检测打开后才能检测 提醒提醒 动物基因工程主要为了改善畜产品的品动物基因工程主要为了改善畜产品的品 质质, ,而不是为了产生体型巨大的个体。而不是为了产生体型巨大的个体。 基因治疗目前只是处于初期的临床试验阶段基因治疗目前只是处于初期的临床试验阶段, ,在在 临床上未开展、未实现这方面的治疗。临

10、床上未开展、未实现这方面的治疗。 DNADNA分子制作探针进行检测时应检测单链分子制作探针进行检测时应检测单链, ,即将即将 双链双链DNADNA分子打开。分子打开。 BtBt毒蛋白基因产生毒蛋白基因产生BtBt毒蛋白并无毒性毒蛋白并无毒性, ,进入昆虫进入昆虫 消化道被分解成多肽后产生毒性。消化道被分解成多肽后产生毒性。 青霉素是青霉菌产生的青霉素是青霉菌产生的, ,不是通过基因工程生不是通过基因工程生 产的。产的。 原核生物基因原核生物基因( (如抗虫基因如抗虫基因) )可做为真核生物可做为真核生物( (棉棉 花花) )的目的基因。的目的基因。方法、技巧、规律总结： 转基因植物、转基因动物

11、都是将目的基因以基因工程的方法导入相应生物体内，利用目的基因的表达得到人们所需要的产品或生物本身。所以有关这方面的考题一定会与基因工程的四个步骤相联系，主要考察基因工程的基本操作。思维误区提示： 不管目的基因导入植物细胞、动物细胞还是微生物细胞，都必须事先将目的基因与载体结合，这样才能保证导入的目的基因稳定地保存并复制和表达。 目的基因导入是否成功，还有一个检测和鉴定的过程，就是看导入了目的基因的生物是否具有了相应的遗传特性。1、4蛋白质工程的崛起蛋白质工程的概念 是研究蛋白质的结构及结构与功能的关系，然后人为地设计一个新蛋白质，并按这个设计的蛋白质结构去改变其基因结构，从而产生新的蛋白质。

12、或者从蛋白质结构与功能的关系出发，定向地改造天然蛋白质的结构，特别是对功能基因的修饰，也可以制造新型的蛋白质。 1.你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家承担了什么任务？ 提示：人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科学领域一项重大的科学命题。2001年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。之后，该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动：一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是以美国科学家牵头执行的“人类血浆蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。 “人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类组织器官的蛋白质组计划，由我国贺福初

13、院士牵头，这是中国科学家第一次领衔的重大国际科研协作计划，总部设在北京，目前有16个国家和地区的80多个实验室报名参加。它的科学目标是揭示并确认肝脏的蛋白质，为重大肝病预防、诊断、治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础。 人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白质工程的有力推动和理论支持。 2. 对天然蛋白质进行改造，你认为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？ 答：毫无疑问应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造，主要原因如下： （1）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造

14、过的蛋白质分子还是无法遗传的。 （2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小得多。一、蛋白质的改造 干扰素在体外保存困难 玉米中赖氨酸含量比较低将分子中的一个半胱氨酸转变成丝氨酸将分子中的一个半胱氨酸转变成丝氨酸第第104位的位的天冬酰胺天冬酰胺变成变成异亮氨酸异亮氨酸第第352位的位的苏氨酸苏氨酸变成变成异亮氨酸异亮氨酸解除赖氨酸对酶活性的限制解除赖氨酸对酶活性的限制赖氨酸赖氨酸天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶二、蛋白质工程的基本原理天然蛋白质的合成过程时怎样的？遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变蛋白质工程的途径预期蛋白质功能预期蛋白质功能

15、设计蛋白质结构设计蛋白质结构推测氨基酸序列相应的脱氧核苷酸序列（基因）投入生产投入生产依赖于什么工程根据什么预期包括哪些方面的结构依据是什么 讨论：某多肽链的一段氨基酸序列是： 丙氨酸色氨酸赖氨酸甲硫氨酸苯 丙氨酸（1） 怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。有多少种？ （2） 确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因（DNA）？（1） 怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。有多少种？ （2） 确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因（DNA）？mRNA序列为：序列为：GCU（或（或C或或A或或G）UGGAAA（或

16、（或G）AUGUUU（或（或C） 脱氧核苷酸序列：脱氧核苷酸序列：CGA（或（或G或或T或或C）ACCTTT（或（或C）TACAAA（或（或G）。）。 16种种确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的需要改确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。 蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程的不同 基因工程是遵循中心法则， 从DNAmRNA蛋白质折叠产生功能， 生产出自然界已有的蛋白质。 蛋白质工程是：确定蛋白质的功能蛋白质应有的高级结构蛋白质应具备的折叠状态应有的氨基酸序列应有的碱基排列， 创造自然界不存

17、在的蛋白质。 蛋白质工程的进展和前景 1、蛋白质工程的诞生是有其理论与技术条件的，它是随着分子生物学、晶体学以及计算机技术的发展而诞生的，与基因组学、蛋白质组学、生物信息学的发展等因素有关 2、现状：成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构，而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。 蛋白质工程与基因工程的比较蛋白质工程与基因工程的比较项目项目蛋白质工程蛋白质工程基因工程基因工程区区别别过过程程预期蛋白质功能预期蛋白质功能设计预期的设计预期的蛋白质结构蛋白质结构推测应有的氨基推测应有的氨基酸序列酸序列推测相对应的脱氧核推测相对应的脱氧核 苷酸序列苷酸序列合成合成D

18、NA表达出表达出 蛋白质蛋白质获取目的基因获取目的基因构建构建基因表达载体基因表达载体将目将目的基因导入受体细胞的基因导入受体细胞 目的基因的检测与目的基因的检测与 鉴定鉴定实实质质定向改造或生产人类所需蛋白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定向改造生物的遗传特性性,以获得人类所需的生以获得人类所需的生物类型或生物产品物类型或生物产品结结果果生产自然界没有的蛋白质生产自然界没有的蛋白质一般是生产自然界已有一般是生产自然界已有的蛋白质的蛋白质联系联系 蛋白质工程是在基因工程的基础上蛋白质工程是在基因工程的基础上,延伸出来的第二代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

19、造新的蛋白质基因工程。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必须通过基因修饰或基因合成实现 蛋白质组计划和人类基因组计划的比较蛋白质组计划和人类基因组计划的比较蛋白质组计划蛋白质组计划基因组计划基因组计划启动时间启动时间20012001年成立组织年成立组织19901990年正式启动年正式启动主要内容主要内容“肝脏蛋白质肝脏蛋白质”和和“血血 浆 蛋 白 质浆 蛋 白 质 ” 的 研 究的 研 究测 定 人 类 基 因 组测 定 人 类 基 因 组 2 42 4 条条染色体上全部染色体上全部DNADNA序列序列参加国家参加国家1616个国家个国家,80,80多个实

20、验多个实验室室6 6个国家个国家, ,中国是唯一中国是唯一的发展中国家的发展中国家我国承我国承担任务担任务牵头执行牵头执行“人类肝脏蛋人类肝脏蛋白质组计划白质组计划”承担承担1%1%的测序工作的测序工作意义意义揭示并确认肝脏揭示并确认肝脏( (血浆血浆) )蛋白质为重大疾病预防、蛋白质为重大疾病预防、诊 断 、 治 疗 以 及 新诊 断 、 治 疗 以 及 新药研发提供科学基础药研发提供科学基础; ;推动 支 持 蛋 白 质 工 程推动 支 持 蛋 白 质 工 程遗 传 病 的 诊 断 和 治 疗遗 传 病 的 诊 断 和 治 疗 ; ;揭 示 基 因 表 达 的 机 理揭 示 基 因 表 达

21、 的 机 理酶工程简介 酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。由酶制剂的生产和应用两方面组成的。 酶工程通常是用工程菌生产酶制剂，重点在于对已存酶的合理充分利用。蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造。 随着蛋白质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中，使酶工程成为蛋白质工程的一部分。 对位训练1.1.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. A.RNARNA聚合酶对于抗虫基因在棉花细胞中的表达 不可缺少 B.B.重

22、组DNADNA分子中增加一个碱基对，不一定导致 毒蛋白的毒性丧失 C.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.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对位训练2.2.下列关于蛋白质工程应用的叙述，不正确的是（ ） A.A.蛋白质工程可以改造酶的结构，提高酶的热稳 定性 B.B.通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性 C.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.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解题思路探究解题思路探究思维误区警示思维误区警示易错分析易错分析 1.1.对乳腺对乳腺( (膀胱膀

23、胱) )反应器与微生物生产基因产品混肴反应器与微生物生产基因产品混肴不清不清 乳腺生物反应器与微生物生产的比较乳腺生物反应器与微生物生产的比较乳腺生物反应器乳腺生物反应器微生物生产微生物生产( (原核生物原核生物) )基因结构基因结构动物基因结构与人动物基因结构与人类 基 因 结 构 相 同类 基 因 结 构 相 同与人类基因结与人类基因结构不同构不同类型类型项目项目 提醒提醒 乳腺生物反应器受生物性别和年龄的限乳腺生物反应器受生物性别和年龄的限 制制, ,若从动物尿液中提取目的基因产物则不受性若从动物尿液中提取目的基因产物则不受性别和别和 年龄限制。年龄限制。基因基因表达表达与天然蛋白质活与

24、天然蛋白质活 性没有区别性没有区别由于缺少内质网、高由于缺少内质网、高尔基体等细胞器尔基体等细胞器, ,产物产物可能不具有生物活性可能不具有生物活性产物产物提取提取从乳汁中较易分从乳汁中较易分 离提取离提取从细胞中提取从细胞中提取, ,较为较为 复杂复杂生产生产设备设备畜牧业生产畜牧业生产; ;提取提取设备设备工业生产工业生产; ;设备精良设备精良 2.2.对对“基因诊断基因诊断”和和“基因治疗基因治疗”概念及应用辩析概念及应用辩析不清不清 (1)(1)基因诊断基因诊断 基因诊断是用放射性同位素基因诊断是用放射性同位素( (如如3232P)P)、荧光分子、荧光分子等标记的等标记的DNADNA分

25、子做探针分子做探针, ,利用利用DNADNA分子杂交原理分子杂交原理, ,鉴鉴定被检测标本上的遗传信息定被检测标本上的遗传信息, ,达到检测疾病的目的达到检测疾病的目的。 (2)(2)基因治疗的原理及实例基因治疗的原理及实例 原理：把健康动物的正常基因导入含有缺陷原理：把健康动物的正常基因导入含有缺陷基因的受体细胞中基因的受体细胞中, ,存在基因缺陷的病人细胞中既含存在基因缺陷的病人细胞中既含有缺陷基因有缺陷基因, ,又含有通过基因工程导入的正常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在病人体内两种基因都能表达, ,正常基因的表达产正常基因的表达产 物掩盖了缺陷基

26、因的表达产物物掩盖了缺陷基因的表达产物, ,从而治愈了有基因从而治愈了有基因 缺陷的疾病。缺陷的疾病。 镰刀型细胞贫血症基因治疗过程镰刀型细胞贫血症基因治疗过程步骤步骤过程过程获取正常的血获取正常的血红蛋白基因红蛋白基因用限制酶从人的用限制酶从人的DNADNA分子中切取血红分子中切取血红蛋白基因蛋白基因形成重组载体形成重组载体用同一种限制酶切取目的基因和切割用同一种限制酶切取目的基因和切割载体载体DNA,DNA,再用再用DNADNA连接酶将正常血红连接酶将正常血红蛋白基因连接在载体蛋白基因连接在载体DNADNA上上, ,形成形成重组载体重组载体重组载体的导入重组载体的导入与筛选与筛选将携带正常

27、血红蛋白基因的重组载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体导入患者的造血干细胞中, ,并将并将重组载体插入到染色体重组载体插入到染色体DNADNA上。用上。用选择培养基筛选出含重组质粒的造选择培养基筛选出含重组质粒的造血干细胞血干细胞将含正常血红蛋将含正常血红蛋白基因的造血干白基因的造血干细胞回输给患者细胞回输给患者骨髓骨髓将携带正常血红蛋白基因的造血干将携带正常血红蛋白基因的造血干细胞输入患者骨髓中细胞输入患者骨髓中, ,此造血干细此造血干细胞产生正常血红蛋白胞产生正常血红蛋白, ,以根治镰刀以根治镰刀型细胞贫血症型细胞贫血症纠正训练纠正训练1.1.继哺乳动物乳腺生物反应器

28、研发成功后继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后, ,膀胱生物膀胱生物 反应器的研究也取得了一定进展。最近反应器的研究也取得了一定进展。最近, ,科学家培科学家培 育出一种转基因小鼠育出一种转基因小鼠, ,其膀胱上皮细胞可以合成人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：的生长激素并分泌到尿液中。请回答： (1)(1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞中将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞中, ,常常 用方法是用方法是 。 (2)(2)进行基因转移时进行基因转移时, ,通常要将外源基因转入通常要将外源基因转入 中中, ,原因是原因是 。 (3)(3)通常采用通常采用 技术检测外源基

29、技术检测外源基 因是否插入了小鼠的基因组。因是否插入了小鼠的基因组。 (4)(4)在研制膀胱生物反应器时在研制膀胱生物反应器时, ,应使外源基因在小应使外源基因在小 鼠的鼠的 细胞中特异表达。细胞中特异表达。 解析解析 转基因生物反应器是指利用转基因活体动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进行工业化生产活性功能蛋白的技术, ,该技术的第该技术的第 一步就是导入外源基因一步就是导入外源基因, ,对于动物细胞来说对于动物细胞来说, ,常采常采 用的方法是显微注射法。显微注射法的

30、优点是导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入的外源基因片段可长达50kb,50kb,且无需载体且无需载体, ,外源外源 基因在宿主染色体上的整合率相对较高。基因在宿主染色体上的整合率相对较高。 答案答案 (1)(1)显微注射显微注射 (2)(2)受精卵受精卵( (或早期胚胎细胞或早期胚胎细胞) ) 受精卵受精卵( (或早期胚胎细胞或早期胚胎细胞) )具有全能性具有全能性, ,可使外源基可使外源基 因在相应组织细胞中表达因在相应组织细胞中表达 (3)DNA(3)DNA分子杂交分子杂交( (核核 酸探针酸探针) (4) (4)膀胱上皮膀胱上皮2.2.下列关于基因工程

31、应用的叙述下列关于基因工程应用的叙述, ,错误的是错误的是 ( )( ) A. A.基因治疗需要将正常基因导入有基因治疗需要将正常基因导入有基因缺陷的细胞基因缺陷的细胞 B.B.基因诊断的基本原理是基因诊断的基本原理是DNADNA分子杂交分子杂交 C.C.一种基因探针只能检测水体中的一种病毒一种基因探针只能检测水体中的一种病毒 D.D.原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良 解析解析 基因治疗是把正常基因导入病人体内基因治疗是把正常基因导入病人体内, ,使该使该 基因的表达产物发挥功能基因的表达产物发挥功能, ,从而达到治疗疾病的目从而达到治疗疾病的目 的

32、。基因诊断是用放射性同位素、荧光分子等标的。基因诊断是用放射性同位素、荧光分子等标 记的记的DNADNA分子作探针分子作探针, ,利用利用DNADNA分子杂交原理分子杂交原理, ,鉴定鉴定 被检测标本上的遗传信息被检测标本上的遗传信息, ,达到检测疾病或水体中达到检测疾病或水体中 病毒的目的病毒的目的, ,因此一种基因探针只能检测相应的遗因此一种基因探针只能检测相应的遗 传信息。在基因工程中传信息。在基因工程中, ,由于由于DNADNA分子规则的双螺分子规则的双螺 旋结构在所有旋结构在所有DNADNA分子中相同分子中相同, ,因此因此, ,可以在任何不可以在任何不 同同DNADNA分子之间进行

33、操作。分子之间进行操作。 答案答案 D知识知识综合综合应用应用重点提示重点提示 通过通过“基因工程和蛋白质工程综合基因工程和蛋白质工程综合”的考查的考查, ,提提升升“把握所学知识的要点和知识之间内在的联系把握所学知识的要点和知识之间内在的联系”的能力。的能力。典例分析典例分析 ( (20092009广东卷广东卷,39,39)(1)(1)饲料加工过程温度较高饲料加工过程温度较高, ,要要 求植酸酶具有较好的高温稳定性。利用蛋白质工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程技术对其进行改造时, ,首先必须了解植酸酶的首先必须了解植酸酶的 , ,然后改变植酸酶的然后改变植酸

34、酶的 , , 从而得到新的植酸酶。从而得到新的植酸酶。 (2) (2)培育转植酸酶基因的大豆培育转植酸酶基因的大豆, ,可提高其作为饲料可提高其作为饲料 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 常用的方法是常用的方法是 。请简述获得。请简述获得 转基因植株的完整过程：转基因植株的完整过程： 。 (3)(3)为了提高猪对饲料中磷的利用率为了提高猪对饲料中磷的利用率, ,科学家将带科学家将带 有植酸酶基因的重组质粒通过有植酸酶基因的重组质粒通过 转转 入猪的受精卵中。该受精卵培养至一定时期可通入猪的受精卵中。该受精卵培养至一定时期可通 过过 方法方法,

35、 ,从而一次得到多个转从而一次得到多个转 基因猪个体。基因猪个体。 (4)(4)若这些转基因动、植物进入生态环境中若这些转基因动、植物进入生态环境中, ,对生对生 态环境有何影响？态环境有何影响？ 解析解析 (1)(1)蛋白质工程首先要根据已有蛋白质蛋白质工程首先要根据已有蛋白质, ,从从 预期的蛋白质功能出发预期的蛋白质功能出发, ,设计预期的蛋白质结构设计预期的蛋白质结构, , 推测应有的氨基酸序列推测应有的氨基酸序列, ,找到相应的脱氧核苷酸序找到相应的脱氧核苷酸序 列列, ,合成目的基因合成目的基因, ,再通过基因工程产生转基因生物再通过基因工程产生转基因生物。 (2)(2)将目的基因

36、导入植物细胞的方法有：农杆菌转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化法、基因枪法和花粉管通道法, ,其中有其中有80%80%的转的转 基因植物都是通过农杆菌转化法产生的。基因植物都是通过农杆菌转化法产生的。 (3)(3)动物细胞核的全能性受细胞质的抑制动物细胞核的全能性受细胞质的抑制, ,故目的故目的 基因需注入到受精卵中基因需注入到受精卵中, ,再将注射了目的基因的受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精卵移植到雌性动物的输卵管或子宫内, ,使其发育使其发育 成具有新性状的动物。成具有新性状的动物。 (4)(4)转基因生物可造成基因污染

37、等不良影响。转基因生物可造成基因污染等不良影响。 答案答案 (1)(1)分子结构及预期功能分子结构及预期功能 基因基因 (2)(2)农杆菌浸染法农杆菌浸染法 首先将目的基因与质粒组合首先将目的基因与质粒组合, , 构建基因表达载体构建基因表达载体, ,将含目的基因的表达载体导入将含目的基因的表达载体导入 植物细胞植物细胞, ,通过植物组织培养获得表现新性状的植物通过植物组织培养获得表现新性状的植物 (3)(3)显微注射法显微注射法 胚胎分割胚胎分割 (4)(4)转基因生物及其产品对生物多样性、生态环境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：转可能产生的影

38、响主要表现在以下几个方面：转 基因生物打破了物种的原有界限基因生物打破了物种的原有界限, ,改变了物质循环改变了物质循环 和能量流动和能量流动, ,对生态系统的稳定性造成破坏对生态系统的稳定性造成破坏; ;重重 组组DNADNA与微生物杂交与微生物杂交, ,可能出现对动、植物和人类可能出现对动、植物和人类 有害的病原微生物有害的病原微生物; ;增加目标害虫的抗性和进化增加目标害虫的抗性和进化 速度速度; ;转基因植物通过传粉进行基因转移转基因植物通过传粉进行基因转移, ,导致导致 超级杂草出现超级杂草出现; ;转基因植物的花粉如含有有毒蛋转基因植物的花粉如含有有毒蛋 白或过敏蛋白白或过敏蛋白,

39、 ,通过蜜蜂的采集通过蜜蜂的采集, ,很可能进入蜜蜂很可能进入蜜蜂 中中, ,再经过食物链的传递再经过食物链的传递, ,最后有可能进入其他动最后有可能进入其他动 物和人体内。物和人体内。定时检测定时检测组题说明组题说明特别推荐特别推荐 热点材料与知识间横向联系综合题热点材料与知识间横向联系综合题5 5； 基因工程与其他技术手段联系综合题基因工程与其他技术手段联系综合题3 3、4 4。考点考点题号题号基因工程应用基因工程应用1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7蛋白质工程蛋白质工程5 5、8 81.1.在植物基因工程中在植物基因工程中, ,获取目的基因后获取目的基因后, ,用农杆

40、菌中用农杆菌中 的的TiTi质粒作为载体质粒作为载体, ,把目的基因重组入把目的基因重组入TiTi质粒上的质粒上的 T-DNAT-DNA片段中片段中, ,再将重组的再将重组的T-DNAT-DNA导入植物细胞中导入植物细胞中, , 经植物组织培养经植物组织培养得得到转基因植物到转基因植物。 (1)(1)科学家在进行上述实验操作时科学家在进行上述实验操作时, ,要用同一种要用同一种 分别切割质粒和目的基因分别切割质粒和目的基因, ,质粒的质粒的 黏性末端与目的基因黏性末端与目的基因DNADNA片段的黏性末端的片段的黏性末端的“缝缝 合合”需要需要 的帮助。的帮助。 (2)(2)将携带抗除草剂基因的

41、重组将携带抗除草剂基因的重组TiTi质粒导入二倍体质粒导入二倍体 油菜细胞油菜细胞, ,经培养、筛选获得一株有抗除草剂特性经培养、筛选获得一株有抗除草剂特性 的转基因植株。经分析的转基因植株。经分析, ,该植株含有一个携带目的该植株含有一个携带目的 基因的基因的T-DNAT-DNA片段片段, ,因此可以把它看作是杂合子。因此可以把它看作是杂合子。 理论上理论上, ,在该转基因植株自交后的在该转基因植株自交后的F F1 1代中代中, ,仍具有抗仍具有抗 除草剂特性的植株占总数的除草剂特性的植株占总数的 , , 原因是原因是 。 (3)(3)种植上述转基因油菜种植上述转基因油菜, ,它所携带的目的

42、基因可它所携带的目的基因可 以通过花粉传递给近缘物种以通过花粉传递给近缘物种, ,造成造成“基因污染基因污染”。 如果把目的基因导入叶绿体如果把目的基因导入叶绿体DNADNA中中, ,就可以避免就可以避免 “ “基因污染基因污染”, ,原因是原因是 。 解析解析 (1)(1)基因工程操作时基因工程操作时, ,要用同一种限制性核要用同一种限制性核 酸内切酶切割质粒和目的基因酸内切酶切割质粒和目的基因, ,质粒的黏性末端与质粒的黏性末端与 目的基因目的基因DNADNA片段的黏性末端的片段的黏性末端的“缝合缝合”需要需要DNADNA 连接酶的帮助。连接酶的帮助。(2)(2)由由“把它看作是杂合子把它

43、看作是杂合子”, ,可可 以判断抗除草剂基因为显性以判断抗除草剂基因为显性, ,杂合子自交后代显性杂合子自交后代显性 性状占性状占3/43/4。(3)(3)因为花粉中几乎没有细胞质因为花粉中几乎没有细胞质, ,所以所以 叶绿体叶绿体DNADNA不会通过花粉传递。不会通过花粉传递。 答案答案 (1)(1)限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶 DNADNA连接酶连接酶 (2)3/4 (2)3/4 雌、雄配子各有雌、雄配子各有1/21/2含抗除草剂基因的可含抗除草剂基因的可 能能, ,受精时受精时, ,雌、雄配子随机结合雌、雄配子随机结合 (3)(3)花粉中几花粉中几 乎没有细胞质乎没有细胞质, ,叶绿

44、体叶绿体DNADNA不会通过花粉传递不会通过花粉传递2.2.科学家通过基因工程科学家通过基因工程, ,成功培育出能抗棉铃虫的棉成功培育出能抗棉铃虫的棉 花植株花植株抗虫棉抗虫棉, ,其过程大致如下图所示：其过程大致如下图所示： (1)(1)细菌的基因之所以能在棉花细胞内表达细菌的基因之所以能在棉花细胞内表达, ,产生产生 抗性抗性, ,其原因是其原因是 。 (2) (2)上述过程中上述过程中, ,将目的基因导入棉花细胞内使用将目的基因导入棉花细胞内使用 的方法是的方法是 , ,这种导入方法较经济、这种导入方法较经济、 有效。目的基因能否在棉株体内稳定维持和表达有效。目的基因能否在棉株体内稳定维

45、持和表达 其遗传特性的关键是目的基因是否插入到受体细其遗传特性的关键是目的基因是否插入到受体细 胞染色体胞染色体DNADNA上上, ,这需要通过检测才能知道这需要通过检测才能知道, ,检测采检测采 用的最好方法是用的最好方法是 。 (3)(3)上述基因工程中的核心步骤是上述基因工程中的核心步骤是 , , 其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在, ,并且并且 可以可以 给下一代给下一代, ,同时同时, ,使目的基因使目的基因 能够表达和发挥作用。能够表达和发挥作用。 (4) (4)利用基因工程技术培育抗虫棉利用基因工程技术培育抗虫棉, ,与诱变育种和与诱变育

46、种和 杂交育种方法相比杂交育种方法相比, ,具有具有 和和 等等 突出的优点突出的优点, ,但是目前基因工程仍不能取代杂交育但是目前基因工程仍不能取代杂交育 种和诱变育种。与基因工程技术相比种和诱变育种。与基因工程技术相比, ,杂交育种和杂交育种和 诱变育种方法主要具有诱变育种方法主要具有 的优点。的优点。 答案答案 (1)(1)它们共用一套遗传密码它们共用一套遗传密码 (2)(2)农杆菌转农杆菌转 化法化法 DNADNA分子杂交技术分子杂交技术 (3)(3)基因表达载体的构基因表达载体的构 建建 遗传遗传 (4)(4)目的性强目的性强 克服远缘杂交不亲和克服远缘杂交不亲和 性性( (或能有效

47、地打破物种的生殖隔离界限或能有效地打破物种的生殖隔离界限) ) 操作操作 简便易行简便易行3.3.应用生物工程技术能获得人们需要的生物新品种应用生物工程技术能获得人们需要的生物新品种 或新产品。请据图回答下列问题：或新产品。请据图回答下列问题： (1) (1)在培育转人生长激素基因牛的过程中在培育转人生长激素基因牛的过程中, ,过程过程 需要的工具酶是需要的工具酶是 , ,过程常用的过程常用的 方法是方法是 。 (2)(2)转基因牛可通过分泌的乳汁来生产人生长激素转基因牛可通过分泌的乳汁来生产人生长激素, , 则说明基因工程能够突破自然界的则说明基因工程能够突破自然界的 。 在基因表达载体中在

48、基因表达载体中, ,人生长激素基因的前端必须有人生长激素基因的前端必须有 。过程培养到一定阶段。过程培养到一定阶段, ,可以采用可以采用 技术技术, ,培育出多头完全相同培育出多头完全相同 的转基因牛犊。的转基因牛犊。 (3)prG(3)prG能激发细胞不断分裂能激发细胞不断分裂, ,通过基因工程导入该通过基因工程导入该 调控基因来制备单克隆抗体调控基因来制备单克隆抗体,最可能是最可能是 细细 胞胞,代表的细胞具有代表的细胞具有 的特点。的特点。 (4)(4)在抗虫棉培育过程中在抗虫棉培育过程中, ,进行过程最常用的方进行过程最常用的方 法是法是 。 解析解析 基因工程中用到的工具有限制酶、基

49、因工程中用到的工具有限制酶、DNADNA连接连接 酶和载体。基因工程的步骤为第一步为提取目的酶和载体。基因工程的步骤为第一步为提取目的 基因基因; ;第二步为目的基因的整合第二步为目的基因的整合, ,形成重组质粒或形成重组质粒或 重组重组DNA;DNA;第三步导入宿主细胞第三步导入宿主细胞; ;第四步检测与表第四步检测与表 达。在将目的基因导入受体细胞时达。在将目的基因导入受体细胞时, ,在细胞工程中在细胞工程中 常用显微注射技术来实现。受体细胞是植物细胞常用显微注射技术来实现。受体细胞是植物细胞 时时, ,常用农杆菌转化法。而在得到目的细胞之后可常用农杆菌转化法。而在得到目的细胞之后可 进一

50、步培育成个体或者进行胚胎分割移植得到多进一步培育成个体或者进行胚胎分割移植得到多 个个体。在动物细胞工程中个个体。在动物细胞工程中, ,细胞融合是获得单克细胞融合是获得单克 隆抗体的前提隆抗体的前提, ,得到的细胞既能无限增殖又能产生得到的细胞既能无限增殖又能产生 特异性抗体。基因工程能否成功的标志是基因能特异性抗体。基因工程能否成功的标志是基因能 否成功表达否成功表达, ,即能否进行转录和翻译。所以基因要即能否进行转录和翻译。所以基因要 表达必须要有启动子的启动。表达必须要有启动子的启动。 答案答案 (1)(1)限制酶、限制酶、DNADNA连接酶连接酶 显微注射法显微注射法 (2)(2)生殖