江苏专版高考生物一轮复习第十三单元基因工程第42课时基因工程的应用和蛋白质工程.ppt

考纲导学,教材研读,考点突破,栏目索引,单击此处编辑母版标题,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,江苏版 生物,第42课时基因工程的应用和蛋白质工程,考纲内容,要求,命题特点,备考指南,(1)基因工程的应用,B,考查内容:基因工程的应,用、转基因生物的安全性和伦理性问题、蛋白质工程,考查形式:以选择题或非,选择题的形式考查基因工程的应用;以选择题的形式考查转基因生物的安全性和伦理性问题;以选择题的形式考查蛋白质工程的原理及蛋白质工程与基因工程的区别和联系,1.用列表比较法,比较动植物基因工程的应用、转基因的安全性评价、蛋白质工程与基因工程,2.结合有关病例,分析基因诊断和基因治疗的原理和方法,3.联系细菌、病毒等有关知识,了解生物武器的概念及特点,4.联系中心法则有关内容,结合有关图解,理解蛋白质工程的原理和设计过程等,(2)转基因生物的安全性问题,A,(3)蛋白质工程,A,(4)生物技术中的伦理性问题,A,(5)生物武器对人类的威胁,A,考纲导学,考点一基因工程的应用,一、植物基因工程的应用,1.抗病转基因植物:利用基因工程技术,可将一些,导入小,麦、甜椒或番茄等作物,获得新品种。,2.抗虫转基因植物:科学家已将从苏云金芽孢杆菌中分离出来的编码苏云,金杆菌,的基因导入植物。其中,的发展特别迅速。,3.抗逆转基因植物:科学家已经成功培育出了抗冻转基因番茄,抗盐碱、抗,干旱的烟草,抗除草剂农作物等。,教材研读,抗病基因,Bt毒蛋白,抗虫棉,二、动物基因工程的应用,1.改善畜产品品质:如将编码乳糖酶的基因导入奶牛基因组后,获得的转基,因牛生产出来的牛奶中,的含量就大大降低。,2.提高动物生长速度:如导入外源,基因获得的转基因绵羊,其生长速度明显提高;导入外源生长激素基因获得的转基因鲑鱼,在同样的,生长周期中,体重明显大于野生鲑鱼。,3.生产药物:如科学家将编码合成人抗凝血酶的基因导入山羊乳腺细胞,内,培育出能产生人抗凝血酶的山羊乳腺生物反应器。,4.用转基因动物作,的供体。,乳糖,生长激素,器官移植,1.概念:是指利用基因工程技术导入,培育出的、能够将,稳定地遗传给后代的生物。,2.最突出的优点:能打破常规育种难以突破的,的界限。,四、基因工程和人类健康的关系,1.基因工程药物:利用转基因,已经生产出60多种药物,包括细,胞因子、抗体、,、激素等。,2.基因诊断:又称为DNA诊断,是采用,的方法来判断患者是,否出现了基因异常(如遗传病患者的基因缺陷)或携带病原体(如乙型肝炎,病毒)等。,3.基因治疗:是指利用正常基因,缺陷基因的治疗方法,其,三、转基因生物,外源基因,新性状,物种之间,工程菌,疫苗,基因检测,置换或弥补,基本步骤包括目的基因的转移;目的基因的,;,的实施。,表达,安全措施,考点二转基因生物的安全性问题,一、转基因生物的安全性,1.转基因植物的安全性问题:除了要考虑转基因植物的食用安全问题外,还,要考虑其对生态系统的影响。例如,(1)转基因植物的扩散对,有无影响。(2)导入的基因是否会扩散漂移到,体内而导致自然界的混乱。(3)若大面积种植转基因植物,其残体分解物、根部分泌物等是否会对,造成大规模的负面效应。,2.转基因动物的安全性问题:转基因动物对,的影响、对生,态系统的影响等。,生物多样性,其他物种,生态与环境,人体健康,1.利用转基因技术,在一些不致病的微生物体内插入,或在,一些致病的细菌或病毒中插入能对抗普通疫苗或药物的基因,就会培育出,新的致病微生物或新的抗药性增强的微生物。这些微生物可能被制造成毒性更强的生物武器。,2.人类基因组计划的完成也为生物武器的研制创造了条件。例如,对不同,种群的,特性的阐明,就有可能被用于研制针对特定种群的,生物武器。,3.科学技术是一把“双刃剑”,生物科学技术也不例外,它既可能在许多方,面造福人类,也可能,人类。必须要用,和道德规范管,好这把“双刃剑”,这样生物科学才会朝着真正造福于人类的方向健康发,展。,二、生物武器的危害性,致病基因,容易储存,便于携带,基因组成,危害,法律,考点三蛋白质工程,1.概念:,蛋白质工程是指通过物理化学与生物化学等技术了解蛋白质的,并借助计算机辅助设计、基因定点诱变和重组DNA技术,改造,以,改造天然蛋白质,甚至创造出自然界不存在,的蛋白质的技术。,2.一般过程:先根据新蛋白质预期功能设计相关,进而设,计对应的,在此基础上合成可产生新蛋白质的相关,序列(基因),再利用,技术合成新的蛋白质。,3.关键技术:,是蛋白质工程的关键技术。蛋白质工程又被,称为,。,结构与功能,基因,定向,蛋白质结构,氨基酸序列,脱氧核苷酸,基因工程,基因工程,第二代基因工程,4.根据蛋白质被改造部位的多少,可以将这种改造分为,、,和,。“大改”是指根据氨基酸的性质和特点,设计并制,造出,的全新蛋白质,使之具有特定的氨基酸序列、,空间结构和预期功能。“中改”是指改变蛋白质分子中某一个肽段或一,个特定的结构域。“小改”是指通过基因工程中的定点诱变技术,有目的,地改造蛋白质分子中,的1个或几个氨基酸残基,以改善,蛋白质的性质和功能。基因的,是改变蛋白质结构的,核心技术之一。,5.应用,(1)工业生产:如改造酶的结构,有目的地提高酶的,。,(2)生物工程制药领域:如改造抗体的结构。,大改,中改,小改,自然界中不存在,某活性部位,定点诱变技术,热稳定性,1.(2013江苏单科,15B)国际上大多数国家都在转基因食品标签上警示性注,明可能的危害。,(),2.(2013江苏单科,15D)目前对转基因生物安全性的争论主要集中在食用安,全性和环境安全性上。,(),3.转基因作物被动物食用后,目的基因会转入动物体细胞中。,(),4.(2013江苏单科,13C)种植转基因植物有可能因基因扩散影响野生植物的,遗传多样性。,(),5.转入油菜的抗除草剂基因,可能通过花粉传入环境中。,(),6.理论上通过对关键氨基酸的置换与增删是进行蛋白质工程的唯一方,法。,(,),7.与乳腺生物反应器相比,膀胱生物反应器不受性别等限制,受体来源更广,泛。,(),8.在任何情况下都不发展、不生产生物武器,但可储存少量的生物武器用,于研究。,(),9.转基因的受体细胞通常限制在遗传上有特定缺陷的生物上。,(),突破一基因工程的应用,1.植物基因工程的应用,考点突破,项目,类型,外源基因类型及举例,成果举例,抗虫转基,因植物,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,抗虫水稻、抗虫,棉、抗虫玉米,抗病转基,因植物,(1)抗病毒基因:病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因;(2)抗真菌基因:几丁质酶基,因、抗毒素合成基因,抗病毒烟草、抗病毒小麦、抗病毒番茄、抗病毒甜椒,抗逆转基,因植物,抗逆基因:调节细胞渗透压基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因,抗盐碱和抗干旱的烟草、抗寒番茄、抗除草剂的大豆和玉米,改良品质,的转基因,植物,优良性状基因:提高必需氨基酸含量的蛋白质编码基因、控制番茄成熟的基因、与花青素代谢有关的基因,高赖氨酸玉米、耐储存番,茄、新花色矮牵牛,2.动物基因工程的应用,项目,类型,外源基因类型及举例,成果举例,提高生长速度的转基因动物,外源生长激素基因,转基因绵羊、转基因鲤鱼,改善畜产品品质的转基因动物,肠乳糖酶基因,乳汁中含乳糖较少的转基因牛,生产药物的转基因动物,药用蛋白基因+乳腺蛋白基因的启动子等调控组件,转基因动物具有乳腺生物反应器,作器官移植供体的转基因动物,导入某种调节因子以抑制抗原决定基因的表达或设法除去供体的抗原决定基因,无免疫排斥反应的转基因,克隆猪器官,3.基因治疗与基因诊断的不同点,原理,操作过程,进展,基因,治疗,基因重组及,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(疾病),临床,试验,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,知能拓展实验注意事项,(1)基因治疗能从根本上治疗遗传病,不能治疗传染病,但由于尚未全面了解,基因调控机制和疾病的分子机理,只处于初期的试验阶段。,(2)基因治疗并非把健康的外源基因导入患者的所有细胞中,而只是导入某,些功能细胞中,且是体细胞。,考向以选择题或非选择题的形式考查基因工程的应用,1.(2015江苏南京第三次调研,13,2分)科学家利用生物技术将人的生长激素,基因导入小鼠受精卵的细胞核中,经培育获得一种转基因小鼠,其膀胱上皮,细胞可以合成并分泌人的生长激素,在医学研究及相关疾病的治疗方面都,具有重要意义。下列有关叙述错误的是,(),A.选择受精卵作为外源基因的受体细胞是因为该细胞全能性较高,B.采用DNA分子杂交技术可检测外源基因在小鼠细胞内是否成功表达,C.人的生长激素基因能在小鼠细胞中成功表达,说明遗传密码具有通用性,D.与乳腺生物反应器相比,膀胱生物反应器不受性别等限制,受体来源更广,泛,答案B动物基因工程中,选择受精卵作为外源基因的受体细胞是因,为该细胞全能性较高,A正确;采用DNA分子杂交技术可检测外源基因在小,鼠细胞内是否稳定存在及是否正常转录,但不能检测其是否翻译,B错误;人,的生长激素基因能在小鼠细胞中成功表达,说明遗传密码具有通用性,C正,确;与乳腺生物反应器相比,膀胱生物反应器不受性别等限制,受体来源更,广泛,D正确2.(2015江苏苏、锡、常、镇二模,33,8分)医学研究发现,番茄红素具有一定,的抗癌效果,其合成、转化途径如图一。由于普通番茄合成的番茄红素易,发生转化,科学家设计了一种重组DNA(质粒三)能表达出双链RNA(发卡),番茄细胞可以识别侵入的双链RNA并将该双链RNA及具有相同序列的单,链RNA一起降解,提高了果实中番茄红素的含量(图二)。请分析回答下列,问题:,图一:,前体物质,番茄红素,胡萝卜素,叶黄素,脱氢酶番茄红素环化酶,图二:,(1)表达出“发卡”的DNA片段实际上是两个反向连接的,基因,由于“发卡”阻止了其在细胞内的,(填“转录”或“翻译”)过程,所以提高了果实中番茄红素的含量。,(2)为保证第二个目的基因片段反向连接,处理已开环质粒所用的两种限制,酶是,和,。,(3)科学家发现,培育成功的转基因番茄植株对光能的利用能力有所下降,据,图一推测可能的原因是,为解决此问题,可,以按照乳腺生物反应器的原理,在此表达出“发卡”的DNA片段前面加入,只在果实中发挥作用的,。,(4)去磷酸化是去掉黏性末端最外侧游离的磷酸基团。对已开环的质粒二,两端去磷酸化的主要作用是阻止其,该DNA分子仍可以和目的,基因连接,形成缺少,个磷酸二酯键的重组质粒,随后在细胞中被修,复。,答案(1)番茄红素环化酶翻译,(2),Ecl,Bam,H (3)胡萝卜素、叶黄素合成受阻,光反应被抑制启动子,4)自身成环(自身环化)2,解析(1)根据题干信息,“发卡”是由重组DNA质粒三表达出来的,从质,粒三可以看出,反向重组了两个目的基因片段即番茄红素环化酶基因,转录,形成了发卡状的mRNA。由于发卡的存在阻碍了tRNA与mRNA的结合,从,而阻碍了蛋白质的合成,即翻译过程。(2)为保证第二个目的基因片段反向,连接最好使用不同的限制酶切割,分析目的基因上带的限制酶的种类,由此,可知应选择,Ecl,、,Bam,H两种限制酶。(3)据图一分析可知,图一是关于胡,萝卜素和叶黄素的合成机制。由此可推测因胡萝卜素、叶黄素合成受阻,光反应被抑制,使得转基因番茄植株光合能力下降。由于转录时需要RNA,聚合酶而RNA聚合酶结合的位点是启动子部位,因此经处理让发卡DNA,片段只在果实中表达。(4)根据题中信息,去磷酸化是去掉黏性末端最外侧游离的磷酸基团,以防止自身环化。由于每一个,DNA,片段有,2,个游离的磷酸基团,这样的,DNA,分子与目的基因连接后,形成的重组质粒中缺少,2,个磷酸二酯键。,突破二转基因生物的安全性问题,1.转基因生物的安全性辨析,关注焦点,正方观点,反方观点,食物安全,有严谨的安全性评价、科学家负责的态度、无实例无证据,反对“实质性等同”、出现滞后效应、出现新的过敏原、营养成分改变,生物安全,(对生物,多样性的,影响),生命力有限、存在生殖隔离、花粉传播距离有限、花粉存活时间有限,扩散到种植区之外变成野生种类、成为外来入侵物种、重组出有害病原体、成为超级杂草、有可能造成“基因污染”,环境安全,(对生态,系统稳定,性的影响),不改变生物原有的分类地位、减少农药使用、保护农田土壤环境,打破物种界限、二次污染、重组出有,害的病原微生物、毒蛋白等可能通过,食物链进入人体,2.基因检测引发的伦理问题,(1)基因检测的优点:通过基因检测可以及早采取预防措施,及早治疗,达到,挽救患者生命的目的。,(2)基因检测引发的问题及解决办法,问题:目前人类对基因结构及基因间相互作用尚缺乏足够的认识,通过基,因检测达到预防疾病的目的是很困难的,基因检测结果会给受检测者带来,巨大的心理压力个人基因资讯的泄露会造成基因歧视。,解决办法:对于基因歧视现象,可通过正确的科学知识传播、伦理道德教,育和立法等手段解决。,3.通过基因工程可重组出杀伤力更强的致病菌,若被不法分子用作生物武,器,将对人类造成巨大的威胁。,知能拓展如何理性看待转基因技术?,首先认识到转基因技术的应用前景是非常广阔的,以基因工程为代表的一大批生物技术成果,进入人类的生产和生活,特别是在医药和农业生产上发挥了极大的作用。第二,要正视转基因技术带来的安全性问题,切实认识到个别有害转基因生物的危害性,要趋利避害。第三,要完善相应的法令法规,利用法制手段确保转基因生物的安全性。第四,增强科学家的法制意识,提高科学家的研究道德水平。,考向以选择题的形式考查转基因生物的安全性问题,1.(2015江苏镇江高考模拟,19,2分)下列关于现代生物工程技术应用安全性,评价的叙述中,正确的是,(),A.由于存在生殖隔离,大量种植转基因抗除草剂农作物不存在安全性问题,B.转基因的受体细胞通常限制在遗传上有特定缺陷的生物上,C.中国政府不反对治疗性克隆,可以有限制地进行生殖性克隆研究,D.在任何情况下都不发展、不生产生物武器,但可储存少量的生物武器用,于研究,答案B转基因植物与正常植物间不存在生殖隔离,大量种植转基因,抗除草剂农作物存在安全性问题,会造成基因污染,故,A,错误,;,转基因的受体细胞通常限制在遗传上有特定缺陷的生物上,以达到基因治疗的目的,故,B,正确,;,中国政府不反对治疗性克隆,反对进行生殖性克隆研究,故,C,错误,;,在任何情况下都不发展、不生产生物武器,也不可储存少量的生物武器用于研究,故,D,错误。,2.下列关于转基因生物安全性的叙述,错误的是,(),A.种植转基因作物应与传统农业种植区隔离,B.转基因作物被动物食用后,目的基因会转入动物体细胞中,C.种植转基因植物有可能因基因扩散而影响野生植物的遗传多样性,D.转基因植物的目的基因可能转入根际微生物,答案B本题主要考查转基因生物安全性的相关问题,种植转基因作,物时为了避免基因污染,应与传统农业种植区隔离,故A对;转基因作物被动,物食用后,目的基因会被动物消化,不会转入动物体细胞中,故B错;转基因,植物有可能将基因扩散至野生植物中,从而影响野生植物的遗传多样性,故,C对;转基因植物的目的基因可能转入根际微生物,故D对。,突破三蛋白质工程,1.蛋白质工程的设计思路,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,序列找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)利用基因工程手段生产所需,蛋白质。,2.对已知空间结构的蛋白质的改造方法,改造类型,操作程序,大改,根据氨基酸的性质和特点,设计并制造出自然界中不存在的全新蛋白质,使之具有特定的氨基酸序列、空间结构和预期功能,中改,在蛋白质分子中替代某一个肽段或一个特定的结构域,小改,通过基因工程中的定点诱变技术,有目的地改造蛋白质分,子中某活性部位的1个或几个氨基酸残基,以改善蛋白质,的性质和功能,3.对空间结构不清楚的蛋白质的改造,(1)方法:采用非定点诱变的方法来进行改造蛋白质。,(2)缺点:缺乏像定点诱变技术那样的目的性和针对性。,(3)优点:突变位点多,有时会产生意想不到的改造效果。,4.蛋白质工程与基因工程的关系,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找到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,可以生产自然界没有的蛋白质,生产自然界中已有的蛋白质,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;基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程,进行修饰、改造,知能拓展蛋白质工程与基因工程的判断方法,(1)对基因的操作方法:如果仅将基因用限制酶从DNA片段中切割下来,没,有经过对编码蛋白质的基因的碱基序列进行修饰、加工,或仅对其调控序,列进行加工,则属于基因工程;如果将目的基因经过了一些实质性的改造,如对编码蛋白序列进行了碱基对替换或增添或去除,则属于蛋白质工程。,(2)目的基因的合成方式:基因工程和蛋白质工程都可以反转录合成目的基,因,或根据蛋白质的氨基酸序列先合成mRNA,再合成目的基因。如果合成,目的基因时mRNA或氨基酸序列没有经过改造,则为基因工程;如果合成目,的基因时mRNA或氨基酸序列经过了改造且mRNA或氨基酸序列是根据,蛋白质预期的功能人工设计的,则为蛋白质工程。,(3)合成蛋白质种类:如果合成的蛋白质是天然蛋白质,则是基因工程;如果,合成的蛋白质和天然蛋白质有差别,甚至是自然界中所没有的,则为蛋白质,工程。,考向一以选择题的形式考查蛋白质工程的原理和过程,1.(2015江苏三模,9,2分)下列关于蛋白质工程说法不正确的是(),A.蛋白质工程能将人抗体某些区段替代鼠单克隆抗体的区段,降低鼠单克,隆抗体免疫原性,B.蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性等加,以改变,C.理论上通过对关键氨基酸的置换与增删是进行蛋白质工程的唯一方法,D.蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要,答案C蛋白质工程的类型主要有两种:一是从头设计,即完全按照人,的意志设计合成蛋白质;二是定位突变与局部修饰,即在已有的蛋白质基础,上,只进行局部的修饰,通过造成一个或几个碱基定位突变,以达到修饰蛋,白质分子结构的目的,A正确;蛋白质工程可以在已有的蛋白质基础上,只进,行局部的修饰,通过造成一个或几个碱基定位突变,以达到修饰蛋白质分子,结构的目的,蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热,变性等加以改变,B正确;蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研,究的需要,D正确。,2.(2015江苏铜山中学阶段测试,15,2分)以下关于蛋白质工程的说法正确的,是,(),A.蛋白质工程以基因工程为基础,B.蛋白质工程就是酶工程的延伸,C.蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造,D.蛋白质工程只能生产天然的蛋白质,答案A由蛋白质工程的定义可知,蛋白质工程是以基因工程为基础,的,又称为第二代基因工程。蛋白质工程不仅能生产天然蛋白质,还可以根,据需要改造控制蛋白质合成的相应基因中脱氧核苷酸序列或人工合成所,需要的自然界原本不存在的基因片段,从而合成自然界中本来不存在的蛋,白质。,考向二以选择题的形式考查基因工程和蛋白质工程的关系,3.下列有关基因工程和蛋白质工程的叙述,正确的是,(),A.基因工程需对基因进行分子水平操作,蛋白质工程不对基因进行操作,B.基因工程合成的是天然存在的蛋白质,蛋白质工程合成的可以不是天然,存在的蛋白质,C.基因工程是分子水平操作,蛋白质工程是细胞水平(或性状水平)操作,D.基因工程完全不同于蛋白质工程,答案B蛋白质工程是先设计蛋白质的结构与功能,再反推其基因结,构,然后从基因的水平进行改造,从而对蛋白质进行改造或制造出自然界没,有的蛋白质,两者都是从分子水平进行的操作,但基因工程只能合成天然存,在的蛋白质。,4.(2015江苏连云港赣榆期中,15,2分)下列有关基因工程和蛋白质工程的叙,述,正确的是,(),A.通过基因工程产生的蛋白质都符合人类需要,B.通过基因工程能得到自然界中不存在的蛋白质,C.蛋白质工程通常是对蛋白质结构进行直接改造,D.蛋白质工程可以创造新的、自然界中不存在的蛋白质,答案D基因工程通常是以改造生物的遗传特性为目的,所以基因工,程的产物不一定是人类需要的蛋白质,A错误;基因工程中的目的基因通常,是天然的,它控制合成天然蛋白质,因此基因工程获得的是自然界原有的蛋,白质,B错误;蛋白质工程并不是直接改造蛋白质结构,而是改造某种基因,从而对这种基因控制合成的蛋白质进行改造,C错误;蛋白质工程可以创造,新的、自然界中不存在的蛋白质,D正确。,