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一、植物基因工程的成果 1．抗蟲與抗病轉基因植物,2.抗逆轉基因植物 (1)抗逆基因：利用調節(jié)細胞 的基因使作物抗堿抗旱，導入魚的 蛋白基因使作物抗寒；導入抗 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 的大豆、玉米等。 3．利用轉基因改良植物的品質 實例一：,,,滲透壓,抗凍,除草劑,除草劑,,,二、動物基因工程的應用,,,生長激素,腸乳糖酶,蛋白,乳腺,抗原決定基因,克隆技術,免疫排斥反應,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 生產的藥物。 (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、 、各種傳染病、 、類風濕等疾病。 2．基因治療 (1)概念：把 導入病人體內，使該基因的表達產物發(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 和 。 (4)現狀：處于初期的臨床實驗階段。,,,轉基因的工程菌,遺傳病,糖尿病,正?；?體內基因治療,體外基因治療,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 的蛋白質，但天然蛋白質不一定符合人類生產和生活的需要。 2．蛋白質工程 (1)概念：指以蛋白質分子的 及其與 的關系作為基礎，通過 或 ，對現有蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類的生產和生活的需求。 (2)目標：根據人們對 的特定需求， 。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 →推測應有的 序列→找到相對應的 序列(基因)。,,,結構規(guī)律,自然界中已存在,生物功能,蛋白質功能,基因合成,基因修飾,對蛋白質的結構,蛋白質結構,氨基酸,脫氧核苷酸,,,體積小,高級結構,(5)蛋白質工程流程圖： 3．蛋白質工程的進展和前景 (1)前景誘人：用蛋白質工程方法制成電子元件，具有 、 和效率高的特點。 (2)難度很大：主要是因為蛋白質發(fā)揮功能必須依賴于正確的高級結構，這種高級結構十分復雜，而目前科學家對大多數蛋白質的 的了解還很不夠。,耗電少,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)境保護角度分析：抗蟲轉基因植物推廣種植，有什么意義？ 提示：減少農藥的使用，降低生產成本；減少環(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：直接導入控制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改變關鍵酶的活性。,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：主要體現在提高動物的生長速度，改善畜產品的品質，用轉基因動物生產藥物等方面。 2．試從產品產量、質量、提取、生產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：產量高且易收獲目標產品，可以隨乳汁分泌而排到動物體外；產品質量好；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、準確檢測人類疾病?；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，觀察分析圖1－29，探討下列問題： 1．填表比較基因工程與蛋白質工程。,,,提示：基因 基因 DNA分子 DNA分子 拼接 氨基酸序列 基因產物 2．分析通過對基因的操作實現對天然蛋白質改造的原因。 提示：(1)任何一種天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。如果對蛋白質直接改造，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容易操作，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 器的研究也取得了一定進展。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，原因是___________________________________。 (3)通常采用____________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采用最多的，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，因為受精卵具有最高的全能性，目的基因容易表達。 (3)檢測目的基因是否導入時一般是采用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，如果顯示出雜交帶，就表明目的基因已經插入染色體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物，則膀胱上皮細胞應具有合成并分泌目的基因產物的能力，使之直接進入尿液，因為腎小球的過濾能力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________；代表中心法則內容的是________。(填寫數字) (2)寫出圖中各數字代表的生物學過程的名稱或內容： ①____________；②____________；③____________； ④____________；⑤____________。 (3)蛋白質工程的目的是________________________，通過________________________實現。 (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] 天然蛋白質合成的過程是按照中心法則進行的，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→推測應有的氨基酸序列→找到相應的脫氧核苷酸序列(基因)。 [答案] (1)④⑤ ①②③ (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,,,[網絡構建] 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,———————[課堂歸納]—————————,[關鍵語句] 1．植物基因工程技術主要用于提高農作物的抗逆能力(如抗除草劑、抗蟲、抗病、抗干旱和抗鹽堿等)，改良農作物的品質和利用植物生產藥物等方面。 2．動物基因工程技術主要用于提高動物的生長速度、改善畜產品的品質，生產藥物，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，使該基因的表達產物發(fā)揮功能，從而達到治療疾病的目的，是治療遺傳病最有效的手段?；蛑委煱w外基因治療和體內基因治療。,5．基因工程只能生產自然界中已存在的蛋白質。 6．蛋白質工程的主要目的是對現有蛋白質進行改造或生產新的蛋白質，以滿足人類生產和生活的需要。 7．蛋白質工程直接操作的對象是基因，而不是蛋白質。 8．蛋白質工程的基本途徑：預期蛋白質功能→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到相對應的脫氧核苷酸序列,1．下列不屬于用基因工程方法生產的藥品是( ) A．干擾素 B．白細胞介素－2 C．青霉素 D．乙肝疫苗 解析：基因工程藥物的成果是人胰島素、細胞因子、抗體、疫苗、激素等，而青霉素是青霉菌的代謝產物，可以通過誘變育種來提高青霉素的產量。,答案：C,2．上海醫(yī)學遺傳研究所成功培育出第一頭攜帶白蛋白的轉基因牛，他們還研究出一種可大大提高基因表達水平的新方法，使轉基因動物乳汁中的藥物蛋白含量提高30多倍?！稗D基因動物”是指( ) A．提供基因的動物 B．基因組中增加外源基因的動物 C．能產生白蛋白的動物 D．能表達基因信息的動物 解析：轉基因動物是指利用基因工程技術導入外源基因，培育出的能夠將新性狀穩(wěn)定地遺傳給后代的基因工程動物。題中的轉基因牛中攜帶有外源的白蛋白基因。,答案：B,3．下列關于基因工程的成果及應用的說法，正確的是( ) A．用基因工程方法培育的抗蟲植物也能抗病毒 B．基因工程在畜牧業(yè)上應用的主要目的是培養(yǎng)體型巨大、品質優(yōu)良的動物 C．基因工程在農業(yè)上的應用主要是培育高產、穩(wěn)產、品質優(yōu)良和具有抗逆性的農作物 D．目前，在發(fā)達國家，基因治療已用于臨床實踐 解析：抗蟲基因的產物是毒蛋白，只能對害蟲起作用；基因工程在畜牧業(yè)上應用的主要目的是培養(yǎng)生長速度快、品質優(yōu)良的動物；在發(fā)達國家，基因治療目前處于初期的臨床實驗階段。,答案：C,4．關于蛋白質工程的說法，錯誤的是( ) A．蛋白質工程中要進行基因修飾或基因合成 B．蛋白質工程是在分子水平上對蛋白質分子直接進行操作，定向改變其分子結構 C．蛋白質工程能產生自然界中不存在的新型蛋白質分子 D．蛋白質工程與基因工程密不可分，又稱為第二代基因工程 解析：蛋白質工程的目標是根據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。由于基因決定蛋白質，因此，要對蛋白質的結構進行改造，最終還必須通過基因來完成，要進行基因修飾或基因合成，而不是對蛋白質分子直接進行操作，定向改變其分子結構；蛋白質工程能產生自然界中不存在的新型蛋白質分子，又稱為第二代基因工程。,答案：C,5．科學家們對一位缺乏腺苷酸脫氨酶基因而患復合型免疫缺陷癥的美國女孩進行基因治療，其方法是首先將患者的白細胞取出進行體外培養(yǎng)，然后用逆轉錄病毒將正常腺苷酸脫氨酶基因轉入人工培養(yǎng)的白細胞中，再將這些轉基因白細胞轉入患者體內，經過多次治療，患者的免疫功能趨于正常。 (1)基因治療是把健康的________導入有________的細胞中，以達到治療疾病的目的。 (2)在基因治療過程中，逆轉錄病毒的作用相當于基因工程中基因操作工具中的________。此基因工程中的目的基因是____________________，目的基因的受體細胞是________。 (3)將轉基因白細胞多次轉入患者體內后，患者的免疫能力趨于正常，是由于白細胞中能合成____________。 (4)人的腺苷酸脫氨酶基因與胰島素基因相比，其主要差別是__________________________________________________。,解析：基因治療就是把健康的外源基因導入有基因缺陷的細胞中，達到治療疾病的目的。逆轉錄病毒的作用是作為載體，將目的基因(腺苷酸脫氨酶基因)導入白細胞中，目的基因在受體細胞中經過轉錄和翻譯，表達產生腺苷酸脫氨酶。人的不同基因所含有的脫氧核苷酸的排列順序是不同的。 答案：(1)外源基因 基因缺陷 (2)載體(或基因的運載工具) 腺苷酸脫氨酶基因 白細胞 (3)腺苷酸脫氨酶 (4)脫氧核苷酸的排列順序不同,6．蛋白質工程是指根據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、生產的過程。如圖是蛋白質工程的基本途徑，試回答下列有關問題：,(1)圖中③過程的主要依據是每種氨基酸都有其對應的________，后者位于________分子上，其上的核苷酸序列與基因中的脫氧核苷酸序列之間存在著________關系。 (2)通過③過程獲得的脫氧核苷酸序列不是完整的基因，要使這一序列能夠表達、發(fā)揮作用，還必須在序列的上、下游加上__________和__________，在這個過程中需要________酶的參與。 (3)完成④過程需要涉及________技術。,解析：(1)蛋白質工程是從氨基酸序列找到相對應的脫氧核苷酸序列，氨基酸與脫氧核苷酸之間的聯系樞紐是信使RNA，信使RNA由脫氧核糖核酸轉錄形成，而密碼子是信使RNA上特定的能決定一個氨基酸的三個相鄰的堿基。(2)由人工合成的基因只是基因的編碼序列，完整的基因還包括啟動子、終止子等結構，把啟動子、終止子等DNA片段連接到基因的編碼區(qū)需要DNA連接酶。(3)由基因合成蛋白質的過程涉及基因工程技術。 答案：(1)密碼子 信使RNA 堿基互補配對 (2)啟動子 終止子 DNA連接 (3)基因工程,