高考生物大一轮复习 基因工程的应用 蛋白质工程 中图版选修精选文档.ppt

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1、高考生物大一轮复习 基因工程的应用 蛋白质工程课件 中图版选修本讲稿第一页，共三十三页第二节基因工程的应用第三节蛋白质工程本讲稿第二页，共三十三页【考考纲纲考情考情】最新考纲及要求三年考情(以山东高考卷为例)2014年2013年2012年基因工程的应用T36非选择题无无蛋白质工程无无无本讲稿第三页，共三十三页【知知识识梳理梳理】考点一考点一 基因工程的工具基因工程的工具1.1.转基因植物：转基因植物：类别应用实例抗虫杀虫基因主要有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本讲稿第

2、四页，共三十三页类别应用实例抗逆抗盐碱和抗干旱的调节细胞渗透压基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因改良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12个月转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色变异本讲稿第五页，共三十三页2.2.转基因动物：转基因动物：类别应用实例提高生长速度转外源生长激素基因绵羊和转外源生长激素基因鲤鱼生长速率快、体型大改善畜产品品质将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大减低，而其他营养成分不受影响本讲稿第六页，共三十三页类别应用实例生产药物在牛和山羊等动物乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和-抗胰蛋白酶

3、等重要药品作器官移植的供体利用基因工程方法对猪的器官进行改造，抑制抗原决定基因的表达设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官本讲稿第七页，共三十三页3.3.基因治疗与基因诊断：基因治疗与基因诊断：原理操作过程进展基因治疗基因表达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基因诊断碱基互补配对制作特定DNA探针与病人样品DNA混合分析杂交带情况临床应用本讲稿第八页，共三十三页考点二考点二 蛋白质工程与基因工程蛋白质工程与基因工程1.1.区别：区别：项目蛋白质工程基因工程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相对应

4、的脱氧核苷酸序列目的基因的获得重组载体的构建重组载体的导入和筛选目的基因的表达和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或生物产品结果可生产自然界没有的蛋白质只能生产自然界已有的蛋白质本讲稿第九页，共三十三页2.2.联联系：系：(1)(1)蛋白蛋白质质工程是在基因工程的基工程是在基因工程的基础础上，延伸出来的第二代基因工程。上，延伸出来的第二代基因工程。(2)(2)基因工程中所利用的某些基因工程中所利用的某些酶酶需要通需要通过过蛋白蛋白质质工程工程进进行修行修饰饰、改造。、改造。本讲稿第十页，共三十三页类型一类型一 基因工程的应用基因工程的应用【典

5、例典例1 1】(2015(2015济南模拟济南模拟)图图1 1表示科学家通过基因工程培表示科学家通过基因工程培育抗虫棉时，从苏云金杆菌中提取抗虫基因，将其育抗虫棉时，从苏云金杆菌中提取抗虫基因，将其“放入放入”棉花细胞中与棉花的棉花细胞中与棉花的DNADNA分子结合起来而发挥作用的过程示意分子结合起来而发挥作用的过程示意图。请据图回答下列有关问题：图。请据图回答下列有关问题：本讲稿第十一页，共三十三页(1)(1)图图2 2表示在图表示在图1 1过程过程中同时利用中同时利用EcoREcoR、EcoR52EcoR52切割目的基因和切割目的基因和载体，以形成两种不同的黏性末端，这种双酶切的优点是载体

6、，以形成两种不同的黏性末端，这种双酶切的优点是_。本讲稿第十二页，共三十三页(2)(2)图图1 1中中过过程程涉及的生物技涉及的生物技术术是是；在含；在含四四环环素的培养基中培养植物素的培养基中培养植物细细胞，胞，导导入重入重组质组质粒的粒的细细胞能否增殖胞能否增殖?，依据是，依据是 。(3)(3)判断基因判断基因转转化是否成功，化是否成功，应对转应对转基因植物基因植物进进行行鉴鉴定，如果培育定，如果培育成功的植株能抗虫，成功的植株能抗虫，还应进还应进行行水平水平鉴鉴定，以确定定，以确定该变该变异异能否能否遗传给遗传给后代。将上述抗虫棉植株的后代种子种植下去后，往往后代。将上述抗虫棉植株的后代

7、种子种植下去后，往往有很多植株不再具有抗虫性，原因是有很多植株不再具有抗虫性，原因是_ ，为获得稳定遗传的转基因植株，为获得稳定遗传的转基因植株，还需要对转基因植株进行严格的还需要对转基因植株进行严格的_。本讲稿第十三页，共三十三页(4)(4)图图3 3表示苏云金杆菌细胞中的某些生命活动过程，则表示苏云金杆菌细胞中的某些生命活动过程，则处需要有处需要有酶的催化，酶的催化，两处共有的一种碱基配对方两处共有的一种碱基配对方式是式是 。本讲稿第十四页，共三十三页【解题指南解题指南】解答本题应明确以下三点：解答本题应明确以下三点：(1)(1)限制性内切酶的特点。限制性内切酶的特点。(2)(2)三幅图示

8、代表的过程。三幅图示代表的过程。(3)(3)基因转化成功的标志。基因转化成功的标志。【解析解析】(1)(1)使用双酶切，质粒上的黏性末端不同，用使用双酶切，质粒上的黏性末端不同，用DNADNA连接酶处理时，连接酶处理时，质粒不能自身环化，同样技术获得的目的基因也不能自身环化。能够保质粒不能自身环化，同样技术获得的目的基因也不能自身环化。能够保证目的基因定向插入到特定的位置。证目的基因定向插入到特定的位置。(2)(2)图图1 1中过程中过程是重组载体的构建，是重组载体的构建，是导入受体细胞，是导入受体细胞，是由受体细胞获得是由受体细胞获得棉花植株，原理是植物细胞的全能性，技术手段是植物组织培养。

9、分析图示，棉花植株，原理是植物细胞的全能性，技术手段是植物组织培养。分析图示，目的基因插入的位置是四环素抗性基因所在目的基因插入的位置是四环素抗性基因所在本讲稿第十五页，共三十三页位置，即四环素抗性基因被破坏，倘若培养基中含有四环素，则导入重组位置，即四环素抗性基因被破坏，倘若培养基中含有四环素，则导入重组质粒的细胞不能增殖。质粒的细胞不能增殖。(3)(3)生物变异分为可遗传变异和不可遗传变异，不可生物变异分为可遗传变异和不可遗传变异，不可遗传变异不涉及遗传物质，是由环境条件变化引起的，可遗传的变异涉及遗传遗传变异不涉及遗传物质，是由环境条件变化引起的，可遗传的变异涉及遗传物质，因此，此种变异

10、能否遗传，要通过基因物质，因此，此种变异能否遗传，要通过基因(分子分子)水平的鉴定。抗虫基因水平的鉴定。抗虫基因导入植物细胞后会整合到细胞中的染色体上，两条同源染色体上只有一导入植物细胞后会整合到细胞中的染色体上，两条同源染色体上只有一条会整合抗虫基因，相当于杂合体植株。条会整合抗虫基因，相当于杂合体植株。(4)(4)分析图示，分析图示，处进行的生处进行的生命活动是转录过程，命活动是转录过程，处进行的是翻译过程。处进行的是翻译过程。本讲稿第十六页，共三十三页答案：答案：(1)(1)保证目的基因定向插入特定位置、防止目的基因和质粒环化保证目的基因定向插入特定位置、防止目的基因和质粒环化(答对答对

11、一点即可一点即可)(2)(2)植物组织培养不能在构建基因表达载体的过程中，四环素抗性植物组织培养不能在构建基因表达载体的过程中，四环素抗性基因片段被切除基因片段被切除(3)(3)分子分子(基因基因)抗虫植株产生的雌雄配子中各有抗虫植株产生的雌雄配子中各有1/21/2不含抗虫基因，受不含抗虫基因，受精时雌雄配子随机结合，可以产生精时雌雄配子随机结合，可以产生1/41/4左右的不具有抗虫性植株连续自左右的不具有抗虫性植株连续自交交(4)RNA(4)RNA聚合聚合A AU U本讲稿第十七页，共三十三页【互互动动探究探究】(1)(1)图图1 1中中过过程常用方法有哪些程常用方法有哪些?提示：提示：农杆

12、菌转化法、基因枪法和花粉管通道法。农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法。(2)(2)对转对转基因抗虫棉基因抗虫棉进进行分子水平的行分子水平的鉴鉴定有哪些方法定有哪些方法?提示：提示：转录的鉴定：核酸分子杂交；转录的鉴定：核酸分子杂交；翻译的鉴定：抗原和抗体杂交。翻译的鉴定：抗原和抗体杂交。本讲稿第十八页，共三十三页【加固加固训练训练】乳腺生物反乳腺生物反应应器是基于器是基于转转基因技基因技术术平台，将外源基因平台，将外源基因导导入入动动物基物基因因组组中并定位表达于中并定位表达于动动物乳腺，利用物乳腺，利用动动物乳腺能物乳腺能够够天然、高效合成分泌蛋白。如天然、高效合成分泌蛋白。如图为图为利用

13、生物工程技利用生物工程技术让术让羊生羊生产产治治疗疗心心脏脏病病药药物物tPAtPA的大致的大致过过程。程。请请据据图图分分析回答：析回答：本讲稿第十九页，共三十三页(1)(1)图图中中过过程程选择选择受精卵作受精卵作为为tPAtPA基因受体基因受体细细胞的主要原因是胞的主要原因是。(2)(2)图图中中表示表示检测检测与与筛选过筛选过程，通常采用的方法是程，通常采用的方法是_、。(3)(3)除利用乳腺、膀胱等生物反除利用乳腺、膀胱等生物反应应器外，人器外，人们还们还可以利用可以利用_、等方法来生等方法来生产产上述物上述物质质，而，而传统传统生生产产上上述述药药品是品是中提取的，存在的缺点是中提

14、取的，存在的缺点是_ 。本讲稿第二十页，共三十三页【解析解析】(1)(1)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。生完整的个体，全能性最高。(2)(2)考查目的基因的检测和表达：用考查目的基因的检测和表达：用DNADNA分子杂交技术检测转基因生物的分子杂交技术检测转基因生物的染色体染色体DNADNA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录出了mRNAmRNA，即用标记的目的基因作探针与，即用标记的目的基因作探针与mRNAm

15、RNA杂交；用抗原杂交；用抗原-抗体杂交技术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。过生物性状表达与否来检测基因工程的成功与否。本讲稿第二十一页，共三十三页(3)(3)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

16、主要方法，但由于受操作条件相对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。较苛刻等的限制，所以价格较高。本讲稿第二十二页，共三十三页答案：答案：(1)(1)受精卵发育的全能性最容易表达受精卵发育的全能性最容易表达(2)(2)分子杂交个体生物学水平鉴定分子杂交个体生物学水平鉴定DNADNA分子杂交抗原分子杂交抗原抗体杂交抗体杂交(答对答对任意两种即可任意两种即可)(3)(3)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，价格十分昂贵条件相对较苛刻等的

17、限制，价格十分昂贵本讲稿第二十三页，共三十三页类类型二型二 蛋白蛋白质质工程的工程的应应用用【典例典例2 2】(2013(2013新新课标课标全国卷全国卷节选节选)阅读阅读如下如下资资料：料：资资料：料：T T4 4溶菌溶菌酶酶在温度在温度较较高高时时易失去活性。科学家易失去活性。科学家对编码对编码T T4 4溶菌溶菌酶酶的基因的基因进进行行了改造，使其表达的了改造，使其表达的T T4 4溶菌溶菌酶酶第第3 3位的异亮氨酸位的异亮氨酸变为变为半胱氨酸，在半胱氨酸，在该该半胱氨酸与第半胱氨酸与第9797位的半胱氨酸之位的半胱氨酸之间间形成了一个二硫形成了一个二硫键键，提高了，提高了T T4 4溶

18、菌溶菌酶酶的耐的耐热热性。性。本讲稿第二十四页，共三十三页回答下列回答下列问题问题：该资该资料属于料属于_工程的范畴。工程的范畴。该该工程是指以分子生物学相关理工程是指以分子生物学相关理论为论为基基础础，通，通过过基因修基因修饰饰或基因合成，或基因合成，对对_进进行改造，或制造一种行改造，或制造一种_的技的技术术。在。在该实该实例中，引起例中，引起T T4 4溶菌溶菌酶酶空空间结间结构改构改变变的原因是的原因是组组成成该该酶酶肽链肽链的的_序列序列发发生了改生了改变变。本讲稿第二十五页，共三十三页【解析解析】资料中对基因进行改造，结果得到耐热性提高的蛋白质，因资料中对基因进行改造，结果得到耐热

19、性提高的蛋白质，因此属于蛋白质工程的范畴。蛋白质工程是指以分子生物学相关理论为此属于蛋白质工程的范畴。蛋白质工程是指以分子生物学相关理论为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有的蛋白质进行改造，或制造基础，通过基因修饰或基因合成，对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新蛋白质的技术。对基因进行改造后，第一种新蛋白质的技术。对基因进行改造后，第3 3位的异亮氨酸变为半胱位的异亮氨酸变为半胱氨酸，该半胱氨酸与第氨酸，该半胱氨酸与第9797位的半胱氨酸之间形成了二硫键，引起了空间结位的半胱氨酸之间形成了二硫键，引起了空间结构的改变，所以最终是由于氨基酸序列的改变导致了空间结构的改变。构的改变，所以最终是由

20、于氨基酸序列的改变导致了空间结构的改变。答案：答案：蛋白质现有的蛋白质新蛋白质氨基酸蛋白质现有的蛋白质新蛋白质氨基酸本讲稿第二十六页，共三十三页【加固加固训练训练】胰胰岛岛素可以用于治素可以用于治疗疗糖尿病，但是胰糖尿病，但是胰岛岛素被注射入人体后，素被注射入人体后，会堆会堆积积在皮下，要在皮下，要经过较长时间经过较长时间才能才能进进入血液，而入血液，而进进入血液的胰入血液的胰岛岛素又容素又容易分解，治易分解，治疗疗效果受到影响。如效果受到影响。如图图是用蛋白是用蛋白质质工程工程设计设计的速效胰的速效胰岛岛素的生素的生产过产过程，程，请请据据图图回答有关回答有关问题问题：本讲稿第二十七页，共三

21、十三页(1)(1)构建新的蛋白构建新的蛋白质质模型是蛋白模型是蛋白质质工程的关工程的关键键，图图中构建新的胰中构建新的胰岛岛素素模型的主要依据是模型的主要依据是。(2)(2)图图中从新的胰中从新的胰岛岛素模型到新的胰素模型到新的胰岛岛素基因的基本思路是什么素基因的基本思路是什么?(3)(3)新的胰新的胰岛岛素基因与素基因与载载体体(质质粒粒)结结合合过过程中需要限制性内切程中需要限制性内切酶酶和和DNADNA连连接接酶酶。已知限制性内切。已知限制性内切酶酶的的识别识别序列和切点是序列和切点是-G-GGATCC-GATCC-。请请画出画出质质粒被限制性内切粒被限制性内切酶酶切割后所形成的黏性末端

22、：切割后所形成的黏性末端：。DNADNA连连接接酶酶对对所所连连接的接的DNADNA两端碱基序列两端碱基序列是否有是否有专专一性要求一性要求?。本讲稿第二十八页，共三十三页(4)(4)若将含有新的胰若将含有新的胰岛岛素基因的表达素基因的表达载载体体导导入植物入植物细细胞中，最常用胞中，最常用的方法是的方法是。(5)(5)若要利用大若要利用大肠肠杆菌生杆菌生产产速效胰速效胰岛岛素，需用到的生物工程有素，需用到的生物工程有、和和发发酵工程。酵工程。本讲稿第二十九页，共三十三页【解析解析】(1)(1)构建新的胰岛素模型的主要依据是蛋白质的预期功能。构建新的胰岛素模型的主要依据是蛋白质的预期功能。(2

23、)(2)根据蛋白质的预期功能，推测新的胰岛素中氨基酸的序列，进而根据蛋白质的预期功能，推测新的胰岛素中氨基酸的序列，进而推断基因中的脱氧核苷酸序列来合成新的胰岛素基因。推断基因中的脱氧核苷酸序列来合成新的胰岛素基因。(3)(3)将目的基因导入植物中，最常用的转化方法是农杆菌转化法。将目的基因导入植物中，最常用的转化方法是农杆菌转化法。(4)(4)限制性内切酶识别特定的核苷酸序列，产生特定的黏性末端或平限制性内切酶识别特定的核苷酸序列，产生特定的黏性末端或平末端，而末端，而DNADNA连接酶对所连接的连接酶对所连接的DNADNA两端碱基序列却没有专一性要求。两端碱基序列却没有专一性要求。(5)(

24、5)生产自然界中本来没有的蛋白质需要用到蛋白质工程、基因工程生产自然界中本来没有的蛋白质需要用到蛋白质工程、基因工程等技术。等技术。本讲稿第三十页，共三十三页答案：答案：(1)(1)蛋白质的预期功能蛋白质的预期功能(2)(2)根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用然后利用DNADNA合成仪来合成新的胰岛素基因。合成仪来合成新的胰岛素基因。(3)(3)否否(4)(4)农杆菌转化法农杆菌转化法(5)(5)蛋白质工程基因工程蛋白质工程基因工程本讲稿第三十一页，共三十三页【资资源平台源平台】蛋白蛋白质组计质组计划和人划和人类类基因基因组计组计划的比划的比较较项目蛋白质组计划人类基因组计划启动时间2003年正式启动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，中国是惟一的发展中国家本讲稿第三十二页，共三十三页项目蛋白质组计划人类基因组计划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本讲稿第三十三页，共三十三页