2012高三生物一轮复习课件《课堂新坐标》苏教版：选修三第二课基因工程的应用和蛋白质工程.ppt

1、第二课 基因工程的应用和蛋白质工程1.对转基因生物的理解原理方法结果优点举例基因工程技术将外源基因导入特定受体细胞获得能够将新性状稳定遗传给后代的基因工程生物打破常规育种难以突破的物种之间的界限转基因大豆、谷物、马铃薯、番茄和木瓜等2.动、植物基因工程的应用类型意义举例动物基因工程应用提高抗病能力提高动物对疾病的抗性抗猪瘟病毒的转基因猪和抗口蹄疫病毒的转基因兔提高产品产量为提高产品产量奠定了基础转基因鲑鱼改善产品品质在某些方面转基因动物的产品品质明显改善转基因牛生产无乳糖的牛奶生产药用蛋白能大量生产药用蛋白生物“反应器”植物基因工程应用提高植物的光合作用效率提高对CO2的固定效率、增强对光能的

2、吸收和转化效率转基因水稻延长果实的储藏期延长了储藏期转基因葡萄提高植物次生代谢产物的产率对消除白色污染有重大意义转基因拟南芥提高植物的抗性提高植物对逆境的适应能力转基因烟草动物基因工程主要是为了改善畜产品品质，不是为了产生体型巨大的个体。培育转基因动物时，受体细胞一般选用受精卵；培育转基因植物时，受体细胞可选用受精卵或体细胞。3基因治疗的过程(以镰刀型细胞贫血症的治疗为例)步骤过程获取正常的血红蛋白基因用限制性核酸内切酶从人的DNA分子中切取血红蛋白基因形成重组DNA分子用同一种限制性核酸内切酶在载体DNA上切开一个切口，用DNA连接酶将正常血红蛋白基因连接在载体DNA上，形成重组DNA分子重

3、组DNA分子的转化与筛选将携带正常血红蛋白基因的重组DNA分子导入患者的造血干细胞中，并将重组DNA分子插入到染色体上。用选择培养基筛选出含重组质粒的造血干细胞将含正常血红蛋白基因的造血干细胞输入患者骨髓将携带正常血红蛋白基因的造血干细胞输入患者骨髓中，此造血干细胞产生含正常血红蛋白的红细胞，以根治镰刀型细胞贫血症基因治疗是治疗人类遗传病的根本方法，基因治疗的方法主要是基因置换、基因修正、基因修饰、基因抑制、基因封闭等。1以下关于抗病毒转基因植物的说法中正确的是()A抗病毒转基因植物可以抵抗所有病毒B抗病毒转基因植物对病毒的抗性具有局限性或特异性C抗病毒转基因植物可以抗害虫D抗病毒转基因植物可

4、以稳定遗传，不会变异【解析】抗病毒转基因植物只可以抵抗某些病毒，不是所有病毒，不可以抗虫。抗病毒基因和植物体的其他基因一样存在基因突变的可能性。【答案】B2近年来基因工程的发展非常迅猛，科学家可以用DNA探针和外源基因导入的方法进行遗传病的诊断和治疗，下列做法中不正确的是()A用DNA探针检测镰刀型细胞贫血症B用DNA探针检测病毒性肝炎C用导入外源基因的方法治疗半乳糖血症D用基因替换的方法治疗21三体综合征【解析】镰刀型细胞贫血症是由于基因突变引起的疾病，用珠蛋白的DNA探针可以检测到；用DNA探针也可以很方便地检测出肝炎患者的病毒；半乳糖血症是由于体内缺少半乳糖苷转移酶，将带有半乳糖苷转移酶

5、的基因导入半乳糖血症患者的体内，可以治疗这种疾病；21三体综合征是由于患者多了一条21号染色体，不能用基因替换的方法治疗。【答案】D1.转基因生物的安全性问题(1)转基因生物与食品安全长期食用转基因食品是否会导致某种毒素在人体内积累。(2)转基因生物与环境安全转基因植物的扩散对生物多样性有无影响。导入的目的基因是否会扩散漂移到其他物种而导致自然界的混乱。若大面积种植转基因植物，其残体分解物、根际分泌物等是否对生态与环境造成大规模的负面效应等。(3)措施保障公众对所购食品是否来源于转基因生物拥有知情权。国家应建立相应的评估及预警机制。2生物武器(1)种类种类例证病菌炭疽杆菌、霍乱弧菌病毒天花病毒

6、、埃博拉病毒生化毒剂肉毒杆菌毒素等经基因重组的致病菌通过转基因技术改造的炭疽杆菌、重组流感病毒等(2)特点传染性强。污染面广，危害时间长。直接喷洒的生物气溶胶，可随风飘到较远的地区，杀伤范围可达数百至数千平方千米。在适宜条件下，生物武器存活时间较长，不易被发现。难以防治。具有一定的潜伏期。受自然条件影响大。(3)局限性生物武器主要指病原微生物，所以它们的生存、繁殖、死亡易受环境条件的影响。受地形、风向等多种条件影响。生物武器使用不易控制，使用不当可能危害本土安全。3(2010安徽四校联考)下列关于转基因生物与环境安全的叙述错误的是()A重组的微生物在降解污染物的过程中可能产生二次污染B种植抗虫

7、棉可以减少农药的使用量，对环境没有任何负面影响C如果转基因花粉中有毒蛋白或过敏蛋白，可能会通过食物链传递到人体内D转基因生物所带来的环境安全问题是可以解决的【解析】抗虫棉固然可以减少农药的使用，但外源基因可能通过花粉逸散到近缘的其他植物，从而造成基因污染。【答案】B1.蛋白质工程概念的理解技术改造对象方法目的关键技术物理化学、生物化学等基因计算机辅助设计、基固定点诱变、重组DNA技术定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋白质基因工程2.类型(1)大改：设计并制造出自然界中不存在的全新蛋白质。(2)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。(3)小改：改造蛋白质分子中某活性部位

8、的1个或几个氨基酸残基。3蛋白质工程与基因工程的比较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制备重组DNA分子转化受体细胞筛选出获得目的基因的受体细胞培养受体细胞并诱导目的基因的表达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生产自然界中没有的蛋白质一般是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(因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现)4下列关于蛋白质工程的说法正确的

9、是()A蛋白质工程以基因工程为基础B蛋白质工程就是提高蛋白质产量的工程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【解析】蛋白质工程就是根据人们对蛋白质功能的特定需求，设计出特定蛋白质并通过基因工程生产出来的生物工程，能生产出自然界本没有的蛋白质。其操作对象是基因，对基因进行改造，以生产出特定蛋白质。【答案】A(2010安庆四校联考)番茄营养丰富，是人们喜爱的一类果蔬。但普通番茄细胞中含有多聚半乳糖醛酸酶基因，控制细胞产生多聚半乳糖醛酸酶，该酶能破坏细胞壁，使番茄软化，不耐贮藏。为满足人们的生产生活需要，科学家们通过基因工程技术，培育出了抗软化、保鲜时间长的番茄新品

10、种(操作流程如图)。请回答：番茄抗软化过程培养示意图(1)将目的基因插入质粒得到重组DNA，操作过程所需的酶是_。(2)在番茄新品种的培育过程中，将目的基因导入受体细胞的方法叫做_。(3)从 图 中 可 见，mRNA1和 mRNA2的 结 合 直 接 导 致 了_无法合成，最终使番茄获得了抗软化的性状。(4)普通番茄细胞导入目的基因后，先要接种到诱导培养基上培养，经脱分化过程后得到_，再诱导出试管苗，然后进一步培养成正常植株。(5)目的基因能否在番茄细胞内稳定遗传的关键是_。可采用_方法检测目的基因是否转录出了mRNA2。(6)与杂交育种相比，基因工程育种的优点有_。【解析】(1)得到重组DN

11、A要用到同一种限制性核酸内切酶处理目的基因和载体，得到相同的黏性末端，再用DNA连接酶将之连接起来构成基因表达载体。(2)将目的基因导入到植物细胞中常用的方法为农杆菌转化法，除此之外还有基因枪法和花粉管通道法。(3)mRNA1和mRNA2结合使mRNA1无法与核糖体结合，进而不能翻译出多聚半乳糖醛酸酶。(4)考查植物组织培养，离体的组织和器官通过脱分化形成愈伤组织，再通过再分化形成具有生根发芽功能的胚状体，进而发育成植株。(5)目的基因能否在生物体中稳定遗传的关键是目的基因是否插入到转基因生物染色体的DNA上，要检测是否转录出RNA，检测方法同样采用分子杂交技术。(6)基因工程育种的优点是打破

12、生物种属的界限，在分子水平上定向改变生物的遗传特性。【答案】(1)限制性核酸内切酶和DNA连接酶(2)农杆菌介导转化技术(3)多聚半乳糖醛酸酶(4)愈伤组织(5)目的基因是否整合到受体细胞的染色体DNA上分子杂交(6)能打破生物种属的界限(或在分子水平上定向改变生物的遗传特性)(2011南通模拟)对番茄的研究发现，害虫损伤番茄叶片后，叶上的细胞壁能释放出一种类激素因子，这种物质通过细胞组织扩散到茎和其他叶片上，启动了蛋白酶抑制剂的基因，开始高效合成蛋白酶抑制剂，并在茎叶中迅速积累，以对付害虫的再次侵袭。蛋白酶抑制剂对害虫的消化酶有抑制作用，因此害虫取食后，就会因无法消化食物而被杀死。人们尝试着

13、将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米，让玉米获得与番茄相似的抗虫性状，以对付异常猖獗的玉米螟(一种玉米害虫)。试分析回答下列问题：(1)番茄的蛋白酶抑制剂很可能是在茎叶细胞的_处合成的。(2)将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米内，使玉米形成新的性状，这种变异属于_。(3)能抗玉米螟的抗虫玉米的生态效益显著，有人认为抗虫玉米就是无虫玉米，不必防治害虫。你是否赞成这种说法？说明理由。(4)有人对食用这种转基因玉米的安全性感到担忧，你认为这种担忧有道理吗？试以学过的知识进行简要的分析说明。【解析】番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米体内，玉米也就具有抗虫性状，其抗虫原理是体内产生了蛋白酶抑制剂，阻止害虫对蛋白质

14、的消化，从而杀灭害虫。由于玉米体内含有蛋白酶抑制剂，人食用后是否构成对人体的伤害？可能有，也可能没有，由此可以展开讨论。【答案】(1)核糖体(2)基因重组(3)不赞成。转基因玉米能抵抗玉米螟，并不能抵抗所有的害虫。(4)开放性问题，可从赞成和否定两方面回答，只要合理即可。如：有道理。这种转基因玉米的果实中可能含有蛋白酶抑制剂，食用后可能抑制人体消化酶的活性，使人无法对食物进行消化而患病。无必要。因为人与害虫消化酶的结构存在差异，玉米的蛋白酶抑制剂对害虫的消化酶有抑制作用，但对人可能无影响。无必要。人类食用的通常是煮熟后的玉米食品，玉米蛋白酶抑制剂在高温下已经破坏，因此不会对人的消化造成不良影响

15、。转基因生物的安全隐患食物安全方面：可能合成出毒蛋白，出现新的过敏原，改变食物的营养成分。生物安全方面：有可能造成“基因污染”，危害生物的多样性。环境安全方面：有可能打破物种界限，改变生态系统的能量流动和物质循环；造成二次污染或产生危害动植物和人类的生物或产物。在人类的遗传病中，有一种重症联合免疫缺陷病(简称SCID)，这种患者缺乏正常的人体免疫功能，只要稍被细菌或病毒感染，就会发病死亡。经研究证实，SCID病人细胞的一个常染色体上编码腺苷酸脱氨酶(简称ADA)的基因发生了突变。目前，人们已经找到了治疗该疾病的方案。如图：(1)载体必须具备的条件是()A能在宿主细胞中复制并保存B具有多个限制性

16、核酸内切酶切割位点，以便与外源基因连接C具有标记基因，便于进行筛选D是环状形态的DNA分子(2)在图示过程中，所用到的基因操作工具分别是_。(3)研究人员将ADA注入淋巴细胞，而不是其他细胞，其原因是_。(4)图中的治疗方法是_(“体内”或“体外”)基因治疗法，这是对基因工程生物技术的应用。请列举除了在医学领域之外，该 生 物 技 术 在 其 他 领 域 的 一 些 成 就。(举 两 例)_。【解析】此题考查基因工程的应用基因治疗，具体分析如下：(1)载体是把目的基因导入受体细胞并使其复制、表达的工具，因此基因工程载体需具备以下条件：能在宿主细胞中复制并保存以便于目的基因的复制与保存，具有多个

17、限制性核酸内切酶切割位点，以便与目的基因连接，具有标记基因，便于进行筛选。(2)构建基因表达载体时，需用同种限制性核酸内切酶切割目的基因和载体，再用DNA连接酶连接，通过基因表达载体将目的基因导入受体细胞。(3)腺苷酸脱氨酶基因在淋巴细胞内可进行基因表达，因此应将腺苷酸脱氨酶基因导入人体淋巴细胞才能产生腺苷酸脱氨酶。(4)由题意知，腺苷酸脱氨酶基因在体外完成了转移，筛选出含有腺苷酸脱氨酶的基因的受体细胞后导入患者体内，该过程属于体外基因治疗。转基因技术还可应用在形成转基因动物、转基因植物、转基因微生物等方面。【答案】(1)ABC(2)限制性核酸内切酶、DNA连接酶、载体(3)腺苷酸脱氨酶是人体

18、免疫系统发挥正常功能所必需的，而淋巴细胞才能产生抗体等免疫物质(4)体外 如抗虫转基因植物，抗逆转基因植物等(1)基因治疗只是导入正常的基因，并未替换原来的基因，原有的致病基因与导入的正常基因都能表达。如果导入的正常基因是作为显性基因存在，则有疗效，也就是说，基因治疗只可治疗隐性遗传病。(2)基因诊断是采用基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体；基因治疗指利用正常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法。1科学家将干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌体内，使干扰素第十七位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高了干扰素的抗病活性，并且提高了储存稳定性。该生物技术为()A基因工程 B蛋白质工程

19、C基因突变D细胞工程【解析】基因工程是通过对基因的操作，将符合人们需要的目的基因导入适宜的生物体，使其高效表达，从中提取所需的基因控制合成的蛋白质，或表现某种性状，蛋白质产品仍然为天然存在的蛋白质，而蛋白质工程却是对控制蛋白质合成的基因进行改造，从而实现对其编码的蛋白质的改变。所得到的已不是天然的蛋白质。题目中的操作中涉及的基因显然不再是原来的基因，其合成的干扰素也不是天然干扰素，而是经过改造的，具有人类所需优点的蛋白质，因而整个过程利用的生物技术应为蛋白质工程。【答案】B2与常规武器相比，生物武器具有()传染性强污染面积广，不易被发现有一定的潜伏期像核武器一样破坏建筑物自然条件下的大雪、低温

20、、干燥、日晒等不影响生物武器的杀伤力ABCD【解析】生物武器不会像核武器那样破坏建筑物，但与常规武器相比，生物武器具有传染性强、污染面积广、不易被发现，有一定的潜伏期，并且受自然条件影响大，大雪、低温、干燥、日晒等，都能加速病菌的消亡。【答案】A3(2011南通模拟)下列哪项不是转基因食物潜在的安全隐患()A转基因植物有可能合成出对人体有直接毒性或潜在毒性的蛋白质B转基因植物含的某些新的蛋白质有可能成为某些人的过敏原C某些转基因生物可以合成干扰素，进入人体增强相应细胞的免疫力D某些基因足以使植物体内某些代谢途径发生变化，导致转基因农作物营养成分的改变【解析】转基因生物引发食物安全的主要理由如下

21、：对食物的安全性检测不够；担心出现滞后效应；担心出现新的过敏原；担心营养成分改变等。因此A、B、D三项都属于转基因食物潜在的安全隐患，只有C项不是，它是基因工程在制药方面的应用。【答案】C4(2011徐州质检)有一种病人不能抵抗疾病，只能生活在无菌室里，如果离开无菌室，就会受到病毒感染而死亡，原因是其体内缺乏一种腺苷酶基因。其治疗方案如图所示。(1)仿照上述方案设计一个为某男性患者治疗血友病的方案，请完成有关步骤：第一步：取出患者的皮肤细胞进行细胞培养；第二步：提取目的基因；第三步：_；第四步：将重组体导入受体细胞，让这种携带有正常凝血因子基因的无害病毒去感染_；第五步：根据病毒上的标记基因检

22、测皮肤细胞是否导入正常凝血因子基因，并检测是否产生了_；第六步：将含有目的基因的皮肤细胞扩大培养，当各种指标达到要求后，再与胶原细胞混合，制成注射针剂。将含有这种活细胞的针剂注射到患者体内，并在患者体内表达，使患者的凝血因子达到可以止血的含量。(2)取患者本人的皮肤细胞作为受体细胞进行培养，是为了_。(3)基因工程中常用的受体细胞有细菌、真菌、_。(4)假设以大肠杆菌质粒作为载体，并以同一种限制性内切酶切割载体与目的基因，将切割后的载体与目的基因片段混合，并加入DNA连接酶。连接产物中至少有_种DNA分子，它们分别是_。【解析】此题的情景材料很新，题中考查了基因工程、实验设计等内容。本题中(1)(3)难度不大，只要掌握了基因工程的操作过程，就可以解答出来。(4)的难度最大，用同一种限制性内切酶切割了目的基因和载体以后，目的基因和载体上具有完全相同的黏性末端，因此会出现三种连接在一起的DNA分子，分别是：载体载体、目的基因目的基因、载体目的基因。【答案】(1)第三步：目的基因与载体结合，将正常凝血因子基因重组到无害病毒的基因组中，形成重组体第四步：在体外培养的患者本人的皮肤细胞第五步：凝血因子(2)防止发生免疫反应(3)动植物细胞(4)3载体载体、目的基因目的基因、载体目的基因