2022年高中生物人教版选修三教师用书-1.3-1.4基因工程的应用-蛋白质工程的崛起.docx

　　一、植物基因工程的成果
1．抗虫与抗病转基因植物
类型
项目　　
抗虫转基因植物
抗病转基因植物
方法
从某些生物中分别出具有杀虫活性的基因，将其导入作物中
将抗病基因导入植物中
基因种类
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
① 抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因
②抗真菌基因：几丁质酶基因和抗毒素合成基因
成果
转基因抗虫棉、转基因抗虫水稻等
抗烟草花叶病毒的转基因烟草和抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等
意义
削减化学农药的使用，降低生产成本，削减环境污染，降低了对人体健康的损害
2.抗逆转基因植物
(1)抗逆基因：利用调整细胞渗透压的基因使作物抗碱抗旱，导入鱼的抗冻蛋白基因使作物抗寒；导入抗除草剂基因使作物抗除草剂。
(2)成果：抗盐碱、抗干旱的烟草；抗寒的番茄；抗除草剂的大豆、玉米等。
3．利用转基因改良植物的品质
实例一：

实例二：

实例三：

二、动物基因工程的应用

项目
应用　　　
基因来源或处理
成果
提高动物的
生长速度
外源生长激素基因
转基因绵羊、转基因鲤鱼
改善畜产
品的品质
肠乳糖酶基因
转基因牛分泌的乳汁中乳糖含量少
转基因动
物生产药物
药用蛋白基因＋乳腺蛋白基因的启动子
乳腺生物反应器
转基因动物作
器官移植的供体
抑制或除去抗原打算基因
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
三、基因工程与人体健康
1．基因工程药物
(1)概念：基因工程药物是指利用转基因的工程菌生产的药物。
(2)原理：通过基因工程技术，使外源基因在工程菌细胞内高效表达。
(3)成果：人胰岛素、细胞因子、抗体、疫苗、激素等。
(4)作用：预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、遗传病、各种传染病、糖尿病、类风湿等疾病。
2．基因治疗
(1)概念：把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。
(2)成果：将腺苷酸脱氨酶基因转入患者的淋巴细胞。
(3)途径：分为体内基因治疗和体外基因治疗。
(4)现状：处于初期的临床试验阶段。
四、蛋白质工程的崛起
1．基因工程的不足
基因工程只能生产自然界中已存在的蛋白质，但自然 蛋白质不肯定符合人类生产和生活的需要。
2．蛋白质工程
(1)概念：指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。
(2)目标：依据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。
(3)手段：通过基因修饰或基因合成，进而指导合成所需蛋白质。
(4)途径：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推想应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。
(5)蛋白质工程流程图：

3．蛋白质工程的进展和前景
(1)前景迷人：用蛋白质工程方法制成电子元件，具有体积小、耗电少和效率高的特点。
(2)难度很大：主要是由于蛋白质发挥功能必需依靠于正确的高级结构，这种高级结构格外简单，而目前科学家对大多数蛋白质的高级结构的了解还很不够。

一、植物基因工程的应用
阅读教材P17～19，探讨下列问题：
1．培育抗虫转基因植物，可用于杀虫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．从环境爱护角度分析：抗虫转基因植物推广种植，有什么意义？
提示：削减农药的使用，降低生产成本；削减环境污染。
3．利用转基因技术改良植物品质的途径有哪些？
提示：直接导入把握该性状的结构蛋白基因；导入与该性状有关的某种酶的基因或转变关键酶的活性。
二、动物基因工程的应用
阅读教材P20～21，探讨下列问题：
1．动物基因工程的应用主要在哪些方面？
提示：主要体现在提高动物的生长速度，改善畜产品的品质，用转基因动物生产药物等方面。
2．试从产品产量、质量、提取、生产成本角度分析动物乳腺生物反应器具有哪些优点和限制。
提示：优点：产量高且易收获目标产品，可以随乳汁分泌而排到动物体外；产品质量好；成本低；易提取。
限制：受性别的限制。若从动物尿液中提取目的基因产物则不受性别限制。
3．试区分基因诊断和基因治疗。
提示：基因诊断是以DNA分子杂交为原理，利用基因探针，快速、精确     检测人类疾病。基因治疗是把正常基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。
三、蛋白质工程的基本原理
阅读教材P26～27，观看分析图1－29，探讨下列问题：

1．填表比较基因工程与蛋白质工程。

基因工程
蛋白质工程
操作环境
生物体外
生物体外
操作对象

操作水平
________水平
________水平
基本过程
剪切→________→导入→表达
确定蛋白质功能→应有的高级结构→应具备的折叠状态→应有的________→应有的碱基序列→改造的蛋白质
结果
人类需要的________
人类需要的新基因，可以制造自然界不存在的蛋白质
联系
蛋白质工程是在基因工程的基础上延长出来的其次代基因工程
提示：基因　基因　DNA分子　DNA分子　拼接　氨基酸序列　基因产物
2．分析通过对基因的操作实现对自然 蛋白质改造的缘由。
提示：(1)任何一种自然 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，而且改造过的基因可以遗传下去。假如对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造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简洁操作，难度要小得多。

　继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的争辩也取得了肯定进展。最近，科学家培育出一种转基因小鼠，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：
(1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用的方法是__________________。
(2)进行基因转移时，通常要将外源基因转入________中，缘由是________________________________________________________________________。
(3)通常接受____________技术检测外源基因是否插入小鼠的基因组中。
(4)在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的______________细胞中特异性表达。
[解析]　(1)显微注射技术是转基因动物中接受最多的，也是最有效的一种方法。(2)转基因动物的受体细胞一般是选用受精卵，由于受精卵具有最高的全能性，目的基因简洁表达。(3)检测目的基因是否导入时一般是接受DNA分子杂交技术，就是将转基因生物的基因组DNA提取出来，在含有基因的DNA片段上用放射性同位素标记，作为探针，使探针与基因组DNA杂交，假如显示出杂交带，就表明目的基因已经插入染色体DNA中了。(4)题中研制的是膀胱生物反应器，也就是在尿液中提取产物，所以要让外源基因在小鼠的膀胱上皮细胞中特异性表达。
[答案]　(1)显微注射技术　(2)受精卵(或早期胚胎)　受精卵(或早期胚胎细胞)具有最高的全能性，可使外源基因在相应组织细胞中表达　(3)DNA分子杂交(核酸探针)　(4)膀胱上皮

(1)利用动物乳腺生物反应器技术时，受体细胞应为受精卵，并且目的基因在乳腺中表达，为了性状能稳定遗传应选用克隆技术繁殖。
(2)若从尿液中提取目的基因产物，则膀胱上皮细胞应具有合成并分泌目的基因产物的力量，使之直接进入尿液，由于肾小球的过滤力量是不允许蛋白质通过的。
　如图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答下列问题：

(1)代表蛋白质工程操作思路的过程是________；代表中心法则内容的是________。(填写数字)
(2)写出图中各数字代表的生物学过程的名称或内容：
①____________；②____________；③____________；
④____________；⑤____________。
(3)蛋白质工程的目的是________________________，通过________________________实现。
(4)从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则是________的。
[解析]　自然 蛋白质合成的过程是依据中心法则进行的，而蛋白质工程的基本途径与之相反，即从预期的蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推想应有的氨基酸序列→找到相应的脱氧核苷酸序列(基因)。
[答案]　(1)④⑤　①②③　(2)转录　翻译 　折叠
分子设计　DNA合成　(3)对蛋白质的结构进行分子设计　基因合成或基因修饰　(4)相反
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[网络构建]

填充：①预期的蛋白质结构　②氨基酸序列　③基因
④新蛋白质　　　　　⑤抗病、抗虫、抗逆
[关键语句]
1．植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆力量(如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等)，改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。
2．动物基因工程技术主要用于提高动物的生长速度、改善畜产品的品质，生产药物，用转基因动物作器官移植的供体等。
3．利用转基因的工程菌生产的药物包括细胞因子、抗体、疫苗、激素等。
4．基因治疗是把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，是治疗遗传病最有效的手段。基因治疗包括体外基因治疗和体内基因治疗。
5．基因工程只能生产自然界中已存在的蛋白质。
6．蛋白质工程的主要目的是对现有蛋白质进行改造或生产新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需要。
7．蛋白质工程直接操作的对象是基因，而不是蛋白质。
8．蛋白质工程的基本途径：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推想应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列。