高三生物一輪復(fù)習(xí)課件【知識建構(gòu)+精講精練】基因工程的應(yīng)用和蛋白質(zhì)工程

基因工程的應(yīng)用和蛋白質(zhì)工程基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用①轉(zhuǎn)基因抗蟲植物②轉(zhuǎn)基因抗病植物③轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物④轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)提高作物抗逆能力改良作物的品質(zhì)改良動物的品質(zhì)⑤用于提高動物生長速度⑥用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)01基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用①轉(zhuǎn)基因抗蟲植物提高作物抗逆能力從某些生物中分離出抗蟲基因?qū)胱魑?，使之具有抗蟲性狀①-1優(yōu)點：減少化學(xué)農(nóng)藥的使用、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)量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

①-2抗蟲基因：①-3實例：轉(zhuǎn)基因抗蟲棉、玉米、大豆、水稻和馬鈴薯等。轉(zhuǎn)基因抗蟲棉01基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用②轉(zhuǎn)基因抗病植物提高作物抗逆能力將某些病毒、真菌等的抗病基因?qū)胱魑铮嘤隹共∽魑?。?1優(yōu)點：減少化學(xué)農(nóng)藥的使用、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)量②-2抗病基因：②-3實例：抗病毒轉(zhuǎn)基因甜椒、番木瓜和煙草等抗病毒的目的基因抗真菌的目的基因病毒外殼蛋白基因病毒復(fù)制酶基因幾丁質(zhì)酶基因抗毒素合成基因01基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用②轉(zhuǎn)基因抗病植物提高作物抗逆能力易感（非轉(zhuǎn)基因）番木瓜品種被PRSV感染。在非轉(zhuǎn)基因番木瓜田的植物中沒有收獲果實。工程抗病毒木瓜領(lǐng)域完全免受PRSV感染。病毒外殼蛋白基因(CP)的機理a.在植物細胞中積累的外殼蛋白會將入侵的病毒核酸包裹，抑制核酸的復(fù)制和表達；b.抑制病毒脫外殼；c.外殼蛋白基因轉(zhuǎn)錄出的RNA和病毒RNA相互作用。01基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用③轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物提高作物抗逆能力抗草甘膦玉米抗草甘膦大豆實驗01基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用干擾素是動物或人體受到病毒侵染后產(chǎn)生的一種細胞因子，是一種具有干擾病毒復(fù)制作用的糖蛋白，因此在臨床上常作為抗病毒的特效藥?！锷a(chǎn)過程01基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用反芻動物乳腺人生長激素基因顯微注射01基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用阿斯巴甜天冬氨酸-苯丙氨酸利用基因工程菌除了可以生產(chǎn)藥物，還能生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等。01

以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過改造或合成基因，來改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類生產(chǎn)和生活的需求。(教材P93黑體字)---第二代基因工程途徑目的蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程的原理和利用02基因工程的局限性：原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。天然蛋白質(zhì)符合特定物種生存需要不一定符合人類生產(chǎn)、生活需要蛋白質(zhì)工程改造蛋白質(zhì)工程的原理和利用02干擾素改造干擾素（半胱氨酸）體外很難保存干擾素（絲氨酸）體外可以保存半年賴氨酸（人體必需氨基酸）玉米中含量較低蛋白質(zhì)工程改造蛋白質(zhì)工程的原理和利用02天冬氨酸激酶二氫吡啶二羧酸合成酶前體物質(zhì)賴氨酸玉米活性很低，造成賴氨酸含量較低天冬氨酸激酶（352位的蘇氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）天冬氨酸激酶（異亮氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶（異亮氨酸）改造改造提高產(chǎn)量蛋白質(zhì)工程的原理和利用02根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計改造。--目的預(yù)期功能生物功能設(shè)計氨基酸推測改造或合成轉(zhuǎn)錄翻譯折疊行使實質(zhì)：通過改造或合成基因，定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)工程的原理和利用02想一想：蛋白質(zhì)工程操作程序的基本思路與基因工程有什么不同？▲基因工程是遵循中心法則，DNA→mRNA→蛋白質(zhì)→折疊產(chǎn)生功能，基本上是生產(chǎn)出自然界已有的蛋白質(zhì)?！鞍踪|(zhì)工程是按照以下思路進行的：確定蛋白質(zhì)的功能→蛋白質(zhì)應(yīng)有的高級結(jié)構(gòu)→蛋白質(zhì)應(yīng)具備的折疊狀態(tài)→應(yīng)有的氨基酸序列→應(yīng)有的堿基排列，創(chuàng)造出自然界不存在的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)工程的原理和利用02基因工程與蛋白質(zhì)工程的比較項目蛋白質(zhì)工程基因工程區(qū)別操作對象基因基因操作水平DNA分子水平DNA分子水平操作流程預(yù)期蛋白質(zhì)的功能→設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到并改變相對應(yīng)的DNA序列或合成新的基因→獲得所需的蛋白質(zhì)目的基因的篩選與獲取→基因表達載體的構(gòu)建→將目的基因?qū)胧荏w細胞→目的基因的檢測與鑒定。結(jié)果生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì)生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì)實質(zhì)天然蛋白質(zhì)是生物在長期進化過程中形成的，它們的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要，卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，后者可以產(chǎn)生它本不能產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，進而表現(xiàn)出新性狀不足生產(chǎn)符合人類生產(chǎn)和生活的需要的蛋白質(zhì)在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)

聯(lián)系①蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上衍生出來的第二代基因工程。②蛋白質(zhì)工程離不開基因工程，蛋白質(zhì)工程在改造基因時需要與基因工程有關(guān)的工具酶，需要構(gòu)建基因表達載體，改造后的基因要表達出相應(yīng)的蛋白質(zhì)，同樣需要將改造或合成的基因?qū)胧荏w細胞。蛋白質(zhì)工程的原理和利用021.在醫(yī)藥工業(yè)方面①研發(fā)速效胰島素類似物已經(jīng)在臨床上廣泛應(yīng)用胰島素速效胰島素蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用031.在醫(yī)藥工業(yè)方面②人鼠嵌合抗體人鼠嵌合抗體既保持抗體的特異性和親和力，又大大減少了在人體內(nèi)的免疫原性。蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用032.其他工業(yè)方面改進酶的性能或開發(fā)新的工業(yè)用酶枯草桿菌蛋白酶治癌酶的改造：HSV-TK自殺基因的原理。(A)HSV-TK在腫瘤細胞中誘導(dǎo)細胞毒性和凋亡。(I)編碼胸苷激酶的HSV-1TK基因被遞送至靶細胞。HSV-1胸苷激酶和細胞激酶的表達允許前藥(GCV)在細胞中被激活為有毒藥物(GCV-TP)并破壞靶細胞的DNA。（Ⅱ）基因治療通過激活靶細胞中的p53信號通路誘導(dǎo)內(nèi)源性細胞凋亡。（Ⅲ）基因治療誘導(dǎo)外源性細胞凋亡。(B)旁觀者效應(yīng)導(dǎo)致相鄰細胞死亡。蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用033.農(nóng)業(yè)方面①改造某些參與調(diào)控光合作用的酶，提高植物光合作用的效率，增加糧食產(chǎn)量。②設(shè)計優(yōu)良的微生物農(nóng)藥，改造微生物的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，使其防治病蟲害的效果增強。ACSCatalysis封面文章：微生物所吳邊團隊通過計算機蛋白質(zhì)設(shè)計實現(xiàn)溫和條件下微塑料的生物降解蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用03蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用03例1.下列有關(guān)基因工程及其應(yīng)用的相關(guān)敘述，不正確的是（）A.基因工程育種能夠定向改造生物性狀B.DNA連接酶可催化脫氧核苷酸鏈間形成氫鍵C.可利用轉(zhuǎn)基因細菌降解有毒有害的化合物D.能夠使植物體表達動物蛋白的育種方法是基因工程育種例2.纖維素酶廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品發(fā)酵、造紙、廢水處理等領(lǐng)域。研究人員利用蛋白質(zhì)工程將細菌纖維素酶的第137、179、194位相應(yīng)氨基酸替換為賴氨酸后，纖維素酶熱穩(wěn)定性得到了提高。下列有關(guān)該技術(shù)，說法錯誤的是（）A.經(jīng)改造后的纖維素酶熱穩(wěn)定性提高，這一性狀可遺傳B.對纖維素酶的改造是通過直接改造mRNA實現(xiàn)的C.改造纖維素酶也需要構(gòu)建基因表達載體D.改造后的纖維素酶和原纖維素酶不是同一種酶BB蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用03例3.為研究擬南芥的AtCIPK基因?qū)煵菘购的芰Φ挠绊?科研人員將該基因轉(zhuǎn)入煙草得到甲、乙、丙三個轉(zhuǎn)基因品種,變量處理后的第7天檢測AtCIPK基因和抗干旱基因NtLE5的表達量,結(jié)果如下表所示。下列錯誤的是()A表達量品種AtCIPK基因相對表達量NtLE5基因的表達量0天7天甲5.311.011.81乙5.