高三專題生物工程

1、授課人：浙江省椒江一中朱朝義高三生物專題復習高三生物專題復習一、基因工程概念、特點、應用概念：概念：基因工程（也稱遺傳工程）：是指按照人類的愿望，將不同生物的遺傳物質(zhì)在體外人工剪切并和載體重組后轉(zhuǎn)入細胞內(nèi)進行擴增，并表達產(chǎn)生出所需的蛋白質(zhì)的技術。特點：特點：基因工程能夠打破種屬的界限，在基因水平上改變生物遺傳性，并通過工程化手段為人類提供有用的產(chǎn)品及服務。應用：應用：如將人的胰島素基因等導入細菌中，由細菌生產(chǎn)出人的島素。將一些外源基因?qū)胫参锛毎?，培育出諸如抗蟲棉花等植物新品種。將人的有關基因轉(zhuǎn)移到動物細胞，得到諸如含有人干擾素的羊奶等。另外在基因診斷、基因治療、基因工程疫苗、器官移植等方面也

2、展現(xiàn)出廣闊的前景。第一步：獲取目的基因基因的直接分離或人工合成。即獲取含有所需要的完整的遺傳信息的DNA片段。目的基因獲取方法超速離心法分子雜交法反（逆）轉(zhuǎn)錄法人工合成法二、基因工程基本步驟第二步：目的基因與運載體結(jié)合不同來源的DNA重組。一般將目的基因和運載體（細菌的質(zhì)粒、噬菌體等）用相同的限制性內(nèi)切酶切斷，將用適宜的DNA連接酶將其粘性末端連接，形成重組DNA 。第三步：目的基因的導入和表達通過運載體把目的基因帶入某生物體內(nèi)，并使目的基因在受體細胞內(nèi)能準確地轉(zhuǎn)錄和翻譯。基因工程例1、基因工程方法 基因工程在生活、生產(chǎn)中的應用前景極為廣闊，它在生產(chǎn)基因藥物、培育特殊的動植物品種以及環(huán)境保護等

3、方面已展示出極大的魅力和其它傳統(tǒng)育種方法所沒有的優(yōu)點。度運用有關原理分析作答： 在培養(yǎng)轉(zhuǎn)基因植物的基因操作中，所用基因的“剪刀”是 ，基因的“針線”是 ，基因的“運輸工具”是 。 與雜交育種、誘變育種相比，通過基因工程的方法來培育動植物新品種的主要優(yōu)點是： 。 基因工程現(xiàn)已取得長足的發(fā)展，并在許多方面得到應用。不過，在遺傳工程發(fā)展過程中，也可能出現(xiàn)負面影響。試舉一例加以說明：DNA限制性內(nèi)切酶DNA連接酶目的基因的運載體（質(zhì)粒等）目的性強，育種周期短，克服遠緣雜交的障礙。基因工程例1、基因工程方法答案應用參考：例如基因治療：若知某種遺傳病是由某種基因引起的，則可以通過基因工程的方法，把這種引起

4、疾病的基因去除，換上正常的基因，從而達到治病的目的。但是，重組的基因可能使細菌、病毒等發(fā)生突變而成為超級細菌、超級病毒，或被一些戰(zhàn)爭狂人利用。此外，重組基因的生物還可能會產(chǎn)生一些諸如基因污染等難以預測的危害。基因知識問答基因知識問答11、什么是基因？基因是有遺傳效應的DNA片段，染色體是基因的載體、基因在染色體上呈線性排列，基因的實質(zhì)是DNA分子中脫氧核苷酸的排列順序所代表的遺傳信息，基因通過控制蛋白質(zhì)的合成來實現(xiàn)對生物性狀的控制。2、什么是基因組？制造一個機體的全部指令稱作基因組，基因組含有某個細胞或某個機體在有生之年所有細胞結(jié)構(gòu)和細胞活動的藍圖。人體數(shù)萬億細胞的每個細胞核里都有基因組。2、

5、我們共有多少基因？基因是一段DNA它告細胞如何制造某種蛋白質(zhì)。每種氨基酸的代碼都是三個字母組成的序列。細胞的機制解讀這些代碼后就會抓住適合的氨基酸，再把它們串起來，制造出蛋白質(zhì)（轉(zhuǎn)錄和翻譯）。我們共有大約34萬個基因。 3、什么叫堿基對？兩條DNA鏈的堿基通過氫鍵形成堿基對。基因組的大小通常由堿基對的數(shù)量表示。人類基因組計劃大約需要測定24條染色體（22條常染色體和1條性染色體構(gòu)成人的一個染色體組，但因人的X和Y染色差異很大，需單獨測定。）上的大約30億對堿基對的排列順序。基因知識問答基因知識問答2基因研究年表基因研究年表1 1865年：孟德爾通過豌豆的雜交實驗研究指出：生物的性狀都是通過遺傳

6、因子（基因）來傳遞的。1909年：識別出DNA的化學構(gòu)成，首次使用“基因”這個詞1953年：沃森和克里克建立了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。1969年：分離出第一個基因1970年：第一個人造基因誕生1978年：利用細菌制造出胰島素1986年：杜伯克在美國科學雜志上首次提出了人類基因組計劃（HGP）1990年：被譽為生命科學“阿波羅登月計劃”的國際人類基因組計劃啟動。1998年私營的塞利拉基因組公司加入人體基因組研究的競爭。1999年：我國科學家應邀承擔國際人類基因級大規(guī)模測序任務的1%。2000年：美國總統(tǒng)比爾克林頓和英國首相托尼布萊爾聯(lián)合呼吁，讓基因組序列成為全世界都能自由享用的研究成果。研究人員

7、完成第一份人體基因組草圖?；蜓芯磕瓯砘蜓芯磕瓯?人類基因組計劃人類基因組計劃11、人類基因組計劃的內(nèi)容人類基因組計劃（HGP）的目標旨在闡明人類基因組DNA堿基對的序列，發(fā)現(xiàn)所有人類遺傳信息。在2000年6月26日，人類基因組的“工作框架圖” 完成， （參照基因組序列）。接下來研究的是人類DNA序列的差異，以便為人類疾病與人類歷史的研究提供有力的工具（后基因組計劃。人類基因組計劃的提出和實施，以及第一張人類基因組“工作框架圖”的繪制完成，不僅意味著人類從分子水平認識自身的開始，也意味著生物技術產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有了新的方向。人類基因組計劃廣闊的應用前景為基因工程產(chǎn)業(yè)提供了契機，并使人類基因組計劃迅

8、速地由研究領域轉(zhuǎn)向應用領域。人類基因組計劃人類基因組計劃2、人類基因組計劃的研究方向和應用前景結(jié)構(gòu)基因組學研究一是完成基因組全序列圖（完成工作圖），二是不同種族SNP（單核苷酸多態(tài)性）圖；三是基因序列的識別；四是結(jié)構(gòu)信息學和結(jié)構(gòu)功能關系信息學的建立。醫(yī)學基因組學研究主要是通過DNA序列差異的分析，從基因組水平上指導和優(yōu)化臨床應用。蛋白質(zhì)組學的研究在蛋白質(zhì)分子水平上大規(guī)模研究基因功能。基因調(diào)控研究不同條件下基因表達譜的變化是基因組調(diào)控的結(jié)果。人類基因組計劃人類基因組計劃3、人類基因組計劃帶來的啟示人類基因組計劃是人類從分子水平認識自身的開端，特別是它提供了新的治療疾病的手段。任何藥物都是通過影響

9、人類的各種生物學過程發(fā)揮其治療作用的。主要作用對象是以蛋白質(zhì)為主體的相關生物大分子，如各種酶、激素、受體。新藥的有效設計和開發(fā)要求對這些藥物靶標的結(jié)構(gòu)、性能有精確的了解。隨著人類基因給學研究的開展，以藥物靶分子的精細結(jié)構(gòu)為基礎，有理論依據(jù)的設計藥物是最有效的途徑，特別是基于靶分子結(jié)構(gòu)的藥物設計將成為新藥發(fā)展的主流。人類基因組計劃例人類基因組計劃例1 （2000年廣東高考）“人類基因組計劃”的目標是繪制四張圖，具體情況如下：兩張圖上的染色體上都標明人類全部的大約10萬個基因的位置（其中一張圖用遺傳單位表示基因間的距離，另一張圖用核苷酸數(shù)目表示基因原距離）；一張圖顯示出染色體上全部DNA 約30億

10、個堿基對的排列順序；還有一張圖是基因轉(zhuǎn)錄圖。 該計劃需要測定人類的24條染色體的基因和堿基順序。試指出是哪24條染色體？為什么不是23條染色體？ 在上述的24條染色體中，估計基因的堿基對數(shù)目不超過全部堿基對的10%。試問平均每個基因最多含多少個堿基對？ 你認為“人類基因組計劃”有何意義？人類基因組計劃例人類基因組計劃例1答案答案參考答案：參考答案：、是、是2222條常染色體和條常染色體和X X、Y Y兩條性染色體，因為兩條性染色體，因為X X、Y Y染色體染色體 具有不同的基因和堿基順序，所以一共測定具有不同的基因和堿基順序，所以一共測定2424條染色體；條染色體；、30003000；、有利于

11、疾病的診斷和治療；有利于研究生物進化；、有利于疾病的診斷和治療；有利于研究生物進化；有利于培育優(yōu)良和高等動植物品種；有利于研究基因有利于培育優(yōu)良和高等動植物品種；有利于研究基因表達的調(diào)控機制。表達的調(diào)控機制。人類基因組計劃例人類基因組計劃例1說明說明說明：、一個基因組實際就是指一個染色體組，包括、一個基因組實際就是指一個染色體組，包括2222個個常染色體和常染色體和2 2 個性染色體（個性染色體（X X和和Y Y染色體），由于染色體），由于X X染染色體與色體與Y Y染色體在基因組成上有很大的區(qū)別，所以在染色體在基因組成上有很大的區(qū)別，所以在實際測定人類單基因組時，測定實際測定人類單基因組時，

12、測定2424條染色體，即條染色體，即2222條條常染色體和常染色體和2 2條性染色體。條性染色體。、3000000000300000000010%10%100000=3000100000=3000、人類基因組計劃的理論意義和應用價值，目前還、人類基因組計劃的理論意義和應用價值，目前還很難作出全面的估計。但根據(jù)現(xiàn)有的研究成果，在下很難作出全面的估計。但根據(jù)現(xiàn)有的研究成果，在下列幾個方面產(chǎn)生重大的影響：一是疾病的診斷和治療；列幾個方面產(chǎn)生重大的影響：一是疾病的診斷和治療；二是研究生物的進貨；三是培育優(yōu)良的動植物新品種；二是研究生物的進貨；三是培育優(yōu)良的動植物新品種；四是研究基因的表達機制等。四是研

13、究基因的表達機制等。基因工程的利弊基因工程的利弊1轉(zhuǎn)基因生物有利的一面:改變傳統(tǒng)的育種方式縮短育種時間。培育出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、抗病蟲害、抗旱、抗鹽堿，抗除草劑等特性的作物新品種?？朔愒础⑦h源雜交障礙。如可以把動物的基因，甚至人的基因組合到植物里去。生產(chǎn)有利于健康和抗病的食品。培育出符合人們意愿的動物新品種。基因工程的利弊基因工程的利弊2基因工程的弊端：有些轉(zhuǎn)基因食物含的一些物質(zhì)，可能會影響人體健康。大量的轉(zhuǎn)基因生物進入自然界后很可能會與野生物種進行雜交，產(chǎn)生一些超級生物，從而造成基因污染。如有些作物插入抗蟲基因，殺死環(huán)境中有益的生物。基因資源的保護基因資源的保護基因資源是指自然界中的全部基因的總和

14、?；驇焓悄骋环N生物群體全部個體所含的全部基因（包括核內(nèi)和核外基因）。為防止基因資源的流失和基因污染，保護措施大致有以下幾種：建立自然保護區(qū)；建立好各類動植物園；建立種子庫；建立細胞銀行；組織培養(yǎng)；建立基因文庫；細胞工程概念和類型細胞工程概念和類型概念概念：細胞工程是指應用細胞生物學和分子生物學的方法，通過某種工程學手段，在細胞整體水平或細胞器水平上，按照人們的意愿來改變細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細胞產(chǎn)品的一門綜合技術科學。類型：類型：就技術范圍而言，大致有細胞融合技術、細胞拆合技術、染色體導入技術、胚胎移植技術、和細胞組織培養(yǎng)技術等。細胞融合技術是指把兩個不同的細胞在融合劑的作用下，融合成一個細

15、胞的技術。 （如下圖）仙苔病毒、硫酸二乙酯等促融劑融合細胞拆合技術細胞拆合技術也稱為細胞核（包括細胞器）移植技術，是將細胞核和細胞質(zhì)用某種方法拆開，然后再把分離的不同細胞的細胞核和胞質(zhì)體重新組合成一個新細胞。細胞工程的類型細胞培養(yǎng)技術細胞培養(yǎng)技術是將生物體內(nèi)的某一組織分散成單個細胞，接種在人工配制的培養(yǎng)基上，然后在適當?shù)臈l件下（如一定的光照、溫度和pH值等）進行培養(yǎng)技術。由于單個細胞的培養(yǎng)難度大一些，目前多采用組織培養(yǎng)技術。如通過植物胚胎或器官（根尖、莖尖、花藥等）的離體培養(yǎng)，生成新植株（試管苗）。從而快速、大量繁殖一些有價值的植物。細胞工程的應用、單克隆抗體、單克隆抗體將免疫淋巴與骨髓瘤細胞

16、融合在一起，形成雜交瘤細胞。這種細胞既能夠像腫瘤細胞那樣長期進行無性繁殖，又能像淋巴細胞那樣分泌抗體。而且由于這種抗體可以是由單一的無性繁殖細胞系的細胞產(chǎn)生的，故又可以稱單克隆抗體。、植物組織培養(yǎng)、植物組織培養(yǎng)是指將植物的器官、組織或細胞從植物體上取出，在一定的容器里供給適當?shù)臓I養(yǎng)物質(zhì)，使它們得到分化、發(fā)育和生長的培養(yǎng)技術。該技術的基本原理是植物細胞的全能性。珊已得到廣泛的應用。如繁殖名貴優(yōu)良的農(nóng)作物品種，培養(yǎng)脫毒苗等。細胞工程的應用、試管嬰兒、試管嬰兒是指將精子和卵子從人體內(nèi)取出來，在人工提供的生活條件下（通常是試管內(nèi)）進行受精，并讓其發(fā)育到一定的階段形成早期胚胎，再將其移植到“代理母親”的

17、子宮內(nèi)繼續(xù)發(fā)育，直至誕生。、克隆動物、克隆動物克隆即無性繁殖系，是指從一個共同的祖先，通過無性繁殖的方法產(chǎn)生出來的一群遺傳特性相同的分子、細胞或個體?？寺游镆话闶侵竿ㄟ^無性繁殖形成動物后代。如1997年英國生物學家首次用成年羊的（乳腺細胞）體細胞，成功地克隆出一只小母羊“多莉”。（如下圖）1、誰是“多莉”的母親？2、“多莉羊”是雄還是雌？3、是否符合孟德爾遺傳？問問題題卵細胞C母綿羊子宮母綿羊母綿羊乳腺細胞細胞質(zhì)細胞核細胞核移植胚胎移植早期胚胎多莉羊分娩卵裂融合后的卵細胞細胞拆合技術妊娠多莉羊誕生的意義：多莉羊誕生的意義：多莉羊在在技術上的突破之處在多莉羊在在技術上的突破之處在于供核細胞不是

18、胚胎細胞，而是已分于供核細胞不是胚胎細胞，而是已分化的體細胞。這說明已經(jīng)分化的動物化的體細胞。這說明已經(jīng)分化的動物體細胞核，仍然具有全能性體細胞核，仍然具有全能性，在，在合適合適的條件下的條件下，就可以發(fā)育成新的個體。，就可以發(fā)育成新的個體。克隆技術在繁育優(yōu)良家畜、治療克隆技術在繁育優(yōu)良家畜、治療人類遺傳病、搶救瀕危物種和保護生人類遺傳病、搶救瀕危物種和保護生物多樣性等方面有廣闊的應用前景。物多樣性等方面有廣闊的應用前景。克隆的意義與應用克隆的意義與應用細胞工程應用例1、多莉?qū)懗?、所指的細胞工程各稱：。實施細胞工程時，所需的受體細胞大多采用動物卵細胞的原因是： 。多莉面部的毛色是 ，判斷依據(jù)

19、： 。繼植物組織培養(yǎng)之后，克隆綿羊培育成功，證明動物細胞也具有 。 請舉例說明克隆綿羊培育成功的實際意義： 。（ 1999上海高考）世界上第一只克隆綿羊“多莉”的培育等程序如圖所示。請仔細看圖后回答問題：黑面綿羊去黑面綿羊去核卵細胞核卵細胞白面綿羊卵白面綿羊卵腺細胞核腺細胞核重組細胞重組細胞早期胚胎早期胚胎另一頭母綿羊子宮另一頭母綿羊子宮克隆綿羊多莉克隆綿羊多莉ab電脈沖處理妊娠、出生細胞工程應用例1、多莉羊答案1細胞核移植、胚胎移植細胞工程應用例1、多莉羊答案2有利于細胞融合；卵細胞體積大，易操作，最主要的是卵細胞中具有啟動核基因表達的信息蛋白質(zhì)分子，能夠使已經(jīng)高度分化的細胞核脫分化。細胞工

20、程應用例1、多莉羊答案3白色、多莉羊的全部核基因來自白色綿羊。細胞工程應用例1、多莉羊答案4全能性細胞工程應用例1、多莉羊答案5保護瀕危物種，繁育優(yōu)育品種，醫(yī)學上克隆器官等。三、酶工程概念、特點酶工程的概念：酶工程的概念：酶工程是指在一定的生物容器中，利用酶的生物催化作用，生產(chǎn)出人類所需要產(chǎn)品的技術。酶工程的特點：酶工程的特點：酶具有高效性、專一性、多樣性和使用條件溫和性等特點，因此利用酶生產(chǎn)人類所需產(chǎn)品種類多，能耗低，轉(zhuǎn)化率高，產(chǎn)品純度高，產(chǎn)生的污染物少。酶的分類：酶的分類：按酶的專一性可把酶分為氧化還原酶類、轉(zhuǎn)移酶類、水解酶類、裂解酶類、異構(gòu)酶類和合成酶類等六大類酶工程的應用1食品工業(yè)的多

21、面手。如：利用淀粉作原料，通過-淀粉酶、糖化酶、和固定化葡萄糖異構(gòu)酶的催化作用，生產(chǎn)出甜度比蔗糖高得多的高果糖槳。為醫(yī)藥工業(yè)闖新路。如：利用一種專一性的酶，切下并移去豬胰島素鏈上的最后兩個丙氨酸，然后再邊接上一個蘇氨酸，這樣豬的胰島素就變成了人的胰島素，在治療人的糖尿病時就不會再產(chǎn)生免疫反應了。洗衣刷碗的好幫手。日常洗滌用品中通常含有聚磷酸鈉、表面活性劑和氧化劑等成分，現(xiàn)在在其中添加蛋白酶等酶制劑，開發(fā)出多功能、低污染、高效節(jié)能的洗滌用品。酶工程的應用2化學工業(yè)的新伙伴如：利用丙烯腈作原料生產(chǎn)用途廣泛的丙烯酰胺。飲料工業(yè)錦上添花如：將蛋白酶、淀粉酶等作為添加劑補充給幼畜；在植物源飲料中添加水解

22、草酸的酶，消除抗營養(yǎng)因子；添加纖維素酶，提高飲料利用率等。紡織工業(yè)又綻奇葩如利用蛋白酶去除絲毛織物中的絲膠蛋白；利用纖維素酶處理牛仔服和改良苧麻織物的性能等。酶工程的應用3造紙工業(yè)的希望如：在制槳階段幫助漂白的木聚糖酶以及分解松木紙槳中松脂的脂肪酶和脫除廢紙油墨的纖維素酶。得力的環(huán)境衛(wèi)士如：利用磷酸脂酶原地降解有機磷神經(jīng)毒劑和殺蟲劑。基因工程必備工具如：基因工程需要的限制性內(nèi)切酶、DNA連接酶和DNA聚合酶等。神奇的檢測和傳感如：用酶法分析代替?zhèn)鹘y(tǒng)的物理化學分析方法，精確地測定出血尿等液體中某一物質(zhì)的含量。發(fā)酵工程史4000多年前，我國古代人民在自己的實踐中發(fā)現(xiàn)了發(fā)酵現(xiàn)象，并利用它來生產(chǎn)酒飲料

23、和釀造食品，形成了發(fā)酵工程技術最早的產(chǎn)業(yè)釀造業(yè)。17世紀后半葉，荷蘭人列文虎克第一次觀察到與發(fā)酵有關的微生物。19世紀中葉，法國化學家巴士德揭示了發(fā)酵過程的化學本質(zhì)。被譽為發(fā)酵工程之父。1881年，德國科學家柯赫發(fā)明了固體培養(yǎng)基，第一次分離到了微生物得純種。1929年，英國學者弗萊明發(fā)現(xiàn)了青霉素，使厭氧發(fā)酵發(fā)展到深層通氣好氧發(fā)酵。20世紀70年代，基因工程和細胞工程的建立，利用人為改造過的細胞進行發(fā)酵，確立了現(xiàn)代發(fā)酵工程。發(fā)酵和發(fā)酵工程的概念現(xiàn)代發(fā)酵和發(fā)酵工程的概念：發(fā)酵：發(fā)酵：通過微生物、動物細胞和植物細胞在有氧或無氧條件下的培養(yǎng)，大量生成和積累特定的代謝產(chǎn)物或菌體的過程。發(fā)酵工程：發(fā)酵工程：是指采用工程技術手段，利用生物的某些功能，為人