【創(chuàng)新方案】2022年高中生物人教版選修三教師用書-1.3-1.4基因工程的應用-蛋白質工程的崛起

一、植物基因工程的成果1．抗蟲與抗病轉基因植物類型項目抗蟲轉基因植物抗病轉基因植物方法從某些生物中分別出具有殺蟲活性的基因，將其導入作物中將抗病基因導入植物中基因種類Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等抗病毒基因：病毒外殼蛋白基因和病毒的復制酶基因②抗真菌基因：幾丁質酶基因和抗毒素合成基因成果轉基因抗蟲棉、轉基因抗蟲水稻等抗煙草花葉病毒的轉基因煙草和抗病毒的轉基因小麥、甜椒、番茄等意義削減化學農(nóng)藥的使用，降低生產(chǎn)成本，削減環(huán)境污染，降低了對人體健康的損害2.抗逆轉基因植物(1)抗逆基因：利用調整細胞滲透壓的基因使作物抗堿抗旱，導入魚的抗凍蛋白基因使作物抗寒；導入抗除草劑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；抗除草劑的大豆、玉米等。3．利用轉基因改良植物的品質實例一：實例二：eq\x(將把握番茄果實成熟的基因導入番茄)eq\o(→,\s\up7(獲得))eq\x(轉基因延熟番茄)實例三：eq\x(將與植物花青素代謝有關的基因導入矮牽牛)eq\o(→,\s\up7(獲得))eq\x(轉基因矮牽牛)二、動物基因工程的應用項目應用基因來源或處理成果提高動物的生長速度外源生長激素基因轉基因綿羊、轉基因鯉魚改善畜產(chǎn)品的品質腸乳糖酶基因轉基因牛分泌的乳汁中乳糖含量少轉基因動物生產(chǎn)藥物藥用蛋白基因＋乳腺蛋白基因的啟動子乳腺生物反應器轉基因動物作器官移植的供體抑制或除去抗原打算基因結合克隆技術培育出沒有免疫排斥反應的轉基因克隆豬器官三、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轉基因的工程菌生產(chǎn)的藥物。(2)原理：通過基因工程技術，使外源基因在工程菌細胞內(nèi)高效表達。(3)成果：人胰島素、細胞因子、抗體、疫苗、激素等。(4)作用：預防和治療人類腫瘤、心血管疾病、遺傳病、各種傳染病、糖尿病、類風濕等疾病。2．基因治療(1)概念：把正?；驅氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達到治療疾病的目的。(2)成果：將腺苷酸脫氨酶基因轉入患者的淋巴細胞。(3)途徑：分為體內(nèi)基因治療和體外基因治療。(4)現(xiàn)狀：處于初期的臨床試驗階段。四、蛋白質工程的崛起1．基因工程的不足基因工程只能生產(chǎn)自然界中已存在的蛋白質，但自然?蛋白質不肯定符合人類生產(chǎn)和生活的需要。2．蛋白質工程(1)概念：指以蛋白質分子的結構規(guī)律及其與生物功能的關系作為基礎，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。(2)目標：依據(jù)人們對蛋白質功能的特定需求，對蛋白質的結構進行分子設計。(3)手段：通過基因修飾或基因合成，進而指導合成所需蛋白質。(4)途徑：預期蛋白質功能→設計預期的蛋白質結構→推想應有的氨基酸序列→找到相對應的脫氧核苷酸序列(基因)。(5)蛋白質工程流程圖：3．蛋白質工程的進展和前景(1)前景迷人：用蛋白質工程方法制成電子元件，具有體積小、耗電少和效率高的特點。(2)難度很大：主要是由于蛋白質發(fā)揮功能必需依靠于正確的高級結構，這種高級結構格外簡單，而目前科學家對大多數(shù)蛋白質的高級結構的了解還很不夠。一、植物基因工程的應用閱讀教材P17～19，探討下列問題：1．培育抗蟲轉基因植物，可用于殺蟲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)境愛護角度分析：抗蟲轉基因植物推廣種植，有什么意義？提示：削減農(nóng)藥的使用，降低生產(chǎn)成本；削減環(huán)境污染。3．利用轉基因技術改良植物品質的途徑有哪些？提示：直接導入把握該性狀的結構蛋白基因；導入與該性狀有關的某種酶的基因或轉變關鍵酶的活性。二、動物基因工程的應用閱讀教材P20～21，探討下列問題：1．動物基因工程的應用主要在哪些方面？提示：主要體現(xiàn)在提高動物的生長速度，改善畜產(chǎn)品的品質，用轉基因動物生產(chǎn)藥物等方面。2．試從產(chǎn)品產(chǎn)量、質量、提取、生產(chǎn)成本角度分析動物乳腺生物反應器具有哪些優(yōu)點和限制。提示：優(yōu)點：產(chǎn)量高且易收獲目標產(chǎn)品，可以隨乳汁分泌而排到動物體外；產(chǎn)品質量好；成本低；易提取。限制：受性別的限制。若從動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、精確?????檢測人類疾病?；蛑委熓前颜；驅胗谢蛉毕莸募毎?，達到治療疾病的目的。三、蛋白質工程的基本原理閱讀教材P26～27，觀看分析圖1－29，探討下列問題：1．填表比較基因工程與蛋白質工程。基因工程蛋白質工程操作環(huán)境生物體外生物體外操作對象操作水平________水平________水平基本過程剪切→________→導入→表達確定蛋白質功能→應有的高級結構→應具備的折疊狀態(tài)→應有的________→應有的堿基序列→改造的蛋白質結果人類需要的________人類需要的新基因，可以制造自然界不存在的蛋白質聯(lián)系蛋白質工程是在基因工程的基礎上延長出來的其次代基因工程提示：基因基因DNA分子DNA分子拼接氨基酸序列基因產(chǎn)物2．分析通過對基因的操作實現(xiàn)對自然?蛋白質改造的緣由。提示：(1)任何一種自然?蛋白質都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質進行了改造，而且改造過的基因可以遺傳下去。假如對蛋白質直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質分子還是無法遺傳的。(2)對基因進行改造比對蛋白質直接改造要簡潔操作，難度要小得多。繼哺乳動物乳腺生物反應器研發(fā)成功后，膀胱生物反應器的爭辯也取得了肯定進展。最近，科學家培育出一種轉基因小鼠，其膀胱上皮細胞可以合成人的生長激素并分泌到尿液中。請回答：(1)將人的生長激素基因導入小鼠受體細胞，常用的方法是__________________。(2)進行基因轉移時，通常要將外源基因轉入________中，緣由是________________________________________________________________________。(3)通常接受____________技術檢測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器時，應使外源基因在小鼠的______________細胞中特異性表達。[解析](1)顯微注射技術是轉基因動物中接受最多的，也是最有效的一種方法。(2)轉基因動物的受體細胞一般是選用受精卵，由于受精卵具有最高的全能性，目的基因簡潔表達。(3)檢測目的基因是否導入時一般是接受DNA分子雜交技術，就是將轉基因生物的基因組DNA提取出來，在含有基因的DNA片段上用放射性同位素標記，作為探針，使探針與基因組DNA雜交，假如顯示出雜交帶，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胞中特異性表達。[答案](1)顯微注射技術(2)受精卵(或早期胚胎)受精卵(或早期胚胎細胞)具有最高的全能性，可使外源基因在相應組織細胞中表達(3)DNA分子雜交(核酸探針)(4)膀胱上皮(1)利用動物乳腺生物反應器技術時，受體細胞應為受精卵，并且目的基因在乳腺中表達，為了性狀能穩(wěn)定遺傳應選用克隆技術繁殖。(2)若從尿液中提取目的基因產(chǎn)物，則膀胱上皮細胞應具有合成并分泌目的基因產(chǎn)物的力量，使之直接進入尿液，由于腎小球的過濾力量是不允許蛋白質通過的。如圖為蛋白質工程操作的基本思路，請據(jù)圖回答下列問題：(1)代表蛋白質工程操作思路的過程是________；代表中心法則內(nèi)容的是________。(填寫數(shù)字)(2)寫出圖中各數(shù)字代表的生物學過程的名稱或內(nèi)容：①____________；②____________；③____________；④____________；⑤____________。(3)蛋白質工程的目的是________________________，通過________________________實現(xiàn)。(4)從圖中可以看出蛋白質工程的基本途徑與中心法則是________的。[解析]自然?蛋白質合成的過程是依據(jù)中心法則進行的，而蛋白質工程的基本途徑與之相反，即從預期的蛋白質功能→設計預期的蛋白質結構→推想應有的氨基酸序列→找到相應的脫氧核苷酸序列(基因)。[答案](1)④⑤①②③(2)轉錄翻譯折疊分子設計DNA合成(3)對蛋白質的結構進行分子設計基因合成或基因修飾(4)相反——————————————[課堂歸納]——————————————————[網(wǎng)絡構建]填充：①預期的蛋白質結構②氨基酸序列③基因④新蛋白質⑤抗病、抗蟲、抗逆[關鍵語句]1．植物基因工程技術主要用于提高農(nóng)作物的抗逆力量(如抗除草劑、抗蟲、抗病、抗干旱和抗鹽堿等)，改良農(nóng)作物的品質和利用植物生產(chǎn)藥物等方面。2．動物基因工程技術主要用于提高動物的生長速度、改善畜產(chǎn)品的品質，生產(chǎn)藥物，用轉基因動物作器官移植的供體等。3．利用轉基因的工程菌生產(chǎn)的藥物包括細胞因子、抗體、疫苗、激素等。4．基因治療是把正?；驅氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達產(chǎn)