基因工程的應(yīng)用蛋白質(zhì)工程的崛起

基因工程的應(yīng)用蛋白質(zhì)工程的崛起第1頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月一、基因工程的應(yīng)用1.轉(zhuǎn)基因植物類別應(yīng)用實(shí)例抗蟲抗病抗逆改良?xì)⑾x的基因主要有Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等抗病毒基因:病毒外殼蛋白基因和病毒的復(fù)制酶基因;抗真菌基因:幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因抗鹽堿和抗干旱的調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓基因、抗凍蛋白基因、抗除草劑基因①轉(zhuǎn)基因玉米中賴氨酸的含量比對(duì)照提高30%②轉(zhuǎn)基因延熟番茄儲(chǔ)存時(shí)間可延長1～2個(gè)月③轉(zhuǎn)基因矮牽牛呈現(xiàn)出自然界沒有的顏色變異第2頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2.轉(zhuǎn)基因動(dòng)物類別應(yīng)用實(shí)例提高生長速度改善畜產(chǎn)品品質(zhì)生產(chǎn)藥物作器官移植的供體如轉(zhuǎn)外源生長激素基因綿羊和轉(zhuǎn)外源生長激素基因鯉魚生長速率快、體型大如將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M,使獲得的轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中,乳糖的含量大大減低,而其他營養(yǎng)成分不受影響目前,已在牛和山羊等動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器中表達(dá)出了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素和α-抗胰蛋白酶等重要藥品科學(xué)家正試圖利用基因工程方法對(duì)豬的器官進(jìn)行改造,抑制抗原決定基因的表達(dá),或設(shè)法除去抗原決定基因,再結(jié)合克隆技術(shù),培育出沒有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官第3頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月3.基因工程藥物（1）來源：轉(zhuǎn)基因的________。（2）成果：__________、抗體、_____、激素等。（3）作用：預(yù)防和治療__________、心血管疾病、________、各種傳染病、糖尿病、類風(fēng)濕等疾病。4.基因治療（1）方法：把_________導(dǎo)入病人體內(nèi)，使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能。（2）效果：治療________的最有效的手段。（3）分類：______基因治療和______基因治療。工程菌細(xì)胞因子人類腫瘤遺傳病正?；蜻z傳病體內(nèi)體外疫苗第4頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月二、蛋白質(zhì)工程1.概念理解（1）基礎(chǔ)：蛋白質(zhì)分子的__________及其與生物功能的關(guān)系。（2）操作：__________或基因合成。（3）結(jié)果：改造了現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造出____________。（4）目的：滿足人類的_____________的需求。2.操作過程從預(yù)期的____________出發(fā)→設(shè)計(jì)預(yù)期的__________→推測應(yīng)有的___________→找到相對(duì)應(yīng)的_______________(基因)→

基因表達(dá)→產(chǎn)生需要的蛋白質(zhì)。結(jié)構(gòu)規(guī)律基因修飾新的蛋白質(zhì)生產(chǎn)和生活蛋白質(zhì)功能蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)氨基酸序列脫氧核苷酸序列第5頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月基因工程的應(yīng)用成果1.乳腺生物反應(yīng)器與工程菌生產(chǎn)藥物的比較（1）概念：①乳腺生物反應(yīng)器是指將外源基因在哺乳動(dòng)物的乳腺中特異表達(dá)，利用動(dòng)物的乳腺組織生產(chǎn)藥物蛋白。②工程菌是指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達(dá)的菌類細(xì)胞株系。（2）兩者的區(qū)別：第6頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月比較項(xiàng)目乳腺生物反應(yīng)器工程菌基因結(jié)構(gòu)基因表達(dá)受體細(xì)胞導(dǎo)入目的基因的方式動(dòng)物基因的結(jié)構(gòu)與人類基因的結(jié)構(gòu)基本相同細(xì)菌或酵母菌等生物基因的結(jié)構(gòu)與人類基因的結(jié)構(gòu)有較大差異合成的藥物蛋白與天然蛋白質(zhì)相同細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)沒有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細(xì)胞器,產(chǎn)生的藥物蛋白可能沒有活性動(dòng)物的受精卵微生物細(xì)胞顯微注射法感受態(tài)細(xì)胞法第7頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月比較項(xiàng)目乳腺生物反應(yīng)器工程菌生產(chǎn)條件藥物提取生產(chǎn)設(shè)備不需嚴(yán)格滅菌,溫度等外界條件對(duì)其影響不大需嚴(yán)格滅菌,嚴(yán)格控制工程菌所需的溫度、pH、營養(yǎng)物質(zhì)濃度等外界條件從動(dòng)物乳汁中提取從微生物細(xì)胞中提取畜牧業(yè)生產(chǎn),加提取設(shè)備工業(yè)生產(chǎn),設(shè)備精良第8頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2.基因治療與基因診斷原理操作過程進(jìn)展基因治療基因診斷基因表達(dá)堿基互補(bǔ)配對(duì)利用正?；?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中,以表達(dá)出正常性狀來治療臨床實(shí)驗(yàn)制作特定DNA探針與病人樣品DNA混合分析雜交帶情況臨床應(yīng)用第9頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月【高考警示鐘】1.并非所有個(gè)體都可作為乳腺生物反應(yīng)器操作成功的應(yīng)該是雌性個(gè)體，個(gè)體本身的繁殖速度較高，泌乳量、蛋白含量等都是應(yīng)該考慮的因素。2.基因治療并未改變?nèi)毕莼蚧蛑委熓前颜；驅(qū)胧荏w細(xì)胞中，以表達(dá)正常產(chǎn)物從而治療疾病，對(duì)原來細(xì)胞中存在缺陷的基因沒有清除或改變。第10頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月【典例訓(xùn)練1】動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器是基于轉(zhuǎn)基因技術(shù)平臺(tái)，將外源基因?qū)雱?dòng)物組織中并定位表達(dá)于動(dòng)物乳腺，使哺乳動(dòng)物成為“批量生產(chǎn)藥物的工廠”。如圖是利用乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)某種藥用蛋白的流程圖，請(qǐng)回答下列問題：第11頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)完整的基因表達(dá)載體除了圖中所示結(jié)構(gòu)，還應(yīng)有_________

等?；虮磉_(dá)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞最常用的方法有：_________

（植物）、_________（動(dòng)物）。（2）目的基因的獲取與基因表達(dá)載體的構(gòu)建都需要用到的工具酶是_________

，有何特點(diǎn)？__________________。（3）過程②形成的胚胎可以用_________技術(shù)來檢測是否含有藥用蛋白基因。（4）除利用乳腺、膀胱等生物反應(yīng)器外，人們還可以利用_________、_________等方法來生產(chǎn)上述物質(zhì)，而傳統(tǒng)生產(chǎn)上述藥品是_________中提取，存在的缺點(diǎn)是_______________。第12頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月【解題指南】1.考查實(shí)質(zhì)借轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物的相關(guān)知識(shí)來考查基因工程的工具和操作過程。2.解題關(guān)鍵（1）載體的組成必須具備表達(dá)的調(diào)控序列和篩選的標(biāo)記基因。（2）工程菌與動(dòng)物細(xì)胞代謝的環(huán)境必須是無菌條件。【解析】（1）基因工程中基因表達(dá)載體由載體和目的基因組成，完整的基因表達(dá)載體有以下構(gòu)成部分：復(fù)制原點(diǎn)、啟動(dòng)子、終止子和標(biāo)記基因?；虮磉_(dá)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞常用的方法有植物：農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法（最常用）、花粉管通道法、基因槍法；動(dòng)物：顯微注射法。第13頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）目的基因與載體構(gòu)建基因表達(dá)載體的前提是二者具有相同的黏性末端，要產(chǎn)生相同的黏性末端必須用同種限制酶來切割，因?yàn)槊妇哂袑Ｒ恍?，只有用同種限制酶切割才能保證產(chǎn)生相同的黏性末端。（3）在胚胎時(shí)期導(dǎo)入的目的基因還未表達(dá)，不可能從產(chǎn)物上來檢測，所以不能用抗原-抗體雜交，也不能用DNA與RNA分子雜交，只能用DNA分子雜交，胚胎細(xì)胞均來自同一受精卵，所含的遺傳物質(zhì)相同，若含有導(dǎo)入的目的基因，通過DNA分子雜交就能出現(xiàn)雜交帶，從而證明了目的基因已經(jīng)導(dǎo)入。（4）乳腺生物反應(yīng)器和膀胱生物反應(yīng)器是轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物的新方法，傳統(tǒng)生產(chǎn)多以微生物發(fā)酵工程或動(dòng)物細(xì)胞工程為主要方法，但由于受操作條件相對(duì)較苛刻等的限制，所以價(jià)格較高。第14頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月答案：（1）終止子、標(biāo)記基因農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法顯微注射法（2）限制酶專一性（3）DNA分子雜交（4）工程菌培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)直接從生物組織、細(xì)胞或血液由于受操作條件相對(duì)較苛刻等的限制，價(jià)格十分昂貴第15頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月【互動(dòng)探究】③過程可能涉及哪些生物技術(shù)？提示：早期胚胎培養(yǎng)、胚胎移植、胚胎分割。分析：受精卵細(xì)胞發(fā)育成個(gè)體，需要在體外進(jìn)行早期胚胎培養(yǎng)，然后移植到同期發(fā)情處理的雌羊的子宮內(nèi)繼續(xù)發(fā)育，為得到多只羊可能還需要胚胎分割技術(shù)。第16頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月蛋白質(zhì)工程與基因工程

比較蛋白質(zhì)工程基因工程區(qū)別過程目的結(jié)果聯(lián)系從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)目的基因的獲取→基因表達(dá)載體的構(gòu)建→將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞→目的基因的檢測與鑒定定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì)定向改造生物的遺傳特性,獲得人類所需的生物類型或生物產(chǎn)品可生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì)原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)(1)蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上延伸出來的第二代基因工程(2)基因工程能為蛋白質(zhì)工程提供理論及技術(shù)支持,蛋白質(zhì)工程可對(duì)基因工程中所需的某些酶進(jìn)行修飾、改造,使之更符合需要第17頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月【典例訓(xùn)練2】干擾素是動(dòng)物體內(nèi)合成的一種蛋白質(zhì)，可以用于治療病毒感染和癌癥，但體外保存相當(dāng)困難，如果將其分子上的一個(gè)半胱氨酸變成絲氨酸，就可在-70℃條件下保存半年，給廣大患者帶來福音。（1）蛋白質(zhì)的合成是受基因控制的，因此獲得能夠控制合成“可以保存的干擾素”的基因是生產(chǎn)的關(guān)鍵，依據(jù)蛋白質(zhì)工程原理，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程，讓動(dòng)物生產(chǎn)“可以保存的干擾素”：設(shè)計(jì)推測合成第18頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）基因工程和蛋白質(zhì)工程相比較，基因工程在原則上只能生產(chǎn)_______________的蛋白質(zhì)，不一定符合_______________需要。而蛋白質(zhì)工程是以蛋白質(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_______________或_______________，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行_______________或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活需要。（3）蛋白質(zhì)工程實(shí)施的難度很大，原因是蛋白質(zhì)具有十分復(fù)雜的_______________結(jié)構(gòu)。第19頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，應(yīng)該直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過對(duì)基因的操作來實(shí)現(xiàn)？________________________________________________________________________。原因是：_________________________________________________________________________________________________?！窘忸}指南】1.考查實(shí)質(zhì)對(duì)蛋白質(zhì)工程的實(shí)驗(yàn)流程的理解。2.解題關(guān)鍵（1）明確蛋白質(zhì)工程的實(shí)質(zhì)是根據(jù)蛋白質(zhì)預(yù)期功能推測出相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列。（2）明確蛋白質(zhì)工程是通過改造基因來改造蛋白質(zhì)。第20頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月【解析】（1）蛋白質(zhì)工程的基本流程為根據(jù)預(yù)期的蛋白質(zhì)功能推測出蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及控制該蛋白質(zhì)的基因的脫氧核苷酸序列。（2）蛋白質(zhì)工程的實(shí)質(zhì)是通過對(duì)基因改造或修飾制造自然界不存在的符合人們生產(chǎn)和生活需要的蛋白質(zhì)。（3）蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，很難根據(jù)預(yù)期功能來預(yù)測出空間結(jié)構(gòu)。（4）基因控制蛋白質(zhì)的合成，對(duì)基因的改造相當(dāng)于間接改造了蛋白質(zhì)。第21頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月答案：（1）預(yù)期的蛋白質(zhì)功能預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)有的氨基酸序列相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）（2）自然界已存在人類生產(chǎn)和生活基因修飾基因合成改造（3）空間（或高級(jí)）（4）應(yīng)該通過對(duì)基因的操作來實(shí)現(xiàn)對(duì)天然蛋白質(zhì)的改造首先，任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因也就是對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且改造過的蛋白質(zhì)可以通過改造過的基因遺傳下去。如果對(duì)蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質(zhì)分子也無法遺傳；其次，對(duì)基因進(jìn)行改造比對(duì)蛋白質(zhì)直接進(jìn)行改造要容易操作，難度要小得多第22頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月1.閱讀以下資料，完成各題。Ⅰ．一個(gè)眼科專家小組將能夠產(chǎn)生“探色”蛋白質(zhì)的基因注入兩只患有色盲癥的猴子眼中，幫助這些動(dòng)物第一次看到紅色和綠色。Ⅱ．一些研究人員一直建議使用冰凍猛犸象尸體的皮膚或毛發(fā)“克隆”猛犸象。Ⅲ．一些學(xué)者假想將經(jīng)過改造的轉(zhuǎn)基因植物作為改造某些自然條件惡劣地區(qū)的先鋒植物。第23頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）資料Ⅰ所采用的技術(shù)手段是____________工程，這一技術(shù)大體可以分為四個(gè)階段：目的基因的提取→基因表達(dá)載體的構(gòu)建→_____________________→目的基因的檢測與鑒定。一個(gè)基因表達(dá)載體的組成除了目的基因外，還必須有____________、

____________以及標(biāo)記基因。第24頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）以下是某些研究人員設(shè)想的利用冰凍猛犸象尸體的皮膚或毛發(fā)復(fù)活猛犸象的過程：第一步：從已滅絕的動(dòng)物身上提取DNA，對(duì)片段進(jìn)行排序和組裝以獲得完整基因組。第二步：利用獲得的基因組在數(shù)量合理的染色體內(nèi)重建已滅絕動(dòng)物的DNA。第三步：將染色體“打包”植入一個(gè)人造細(xì)胞核，而后將細(xì)胞核注入來自相配替代品的卵子。第四步：胚胎植入現(xiàn)代象子宮內(nèi)，使之順利發(fā)育成幼獸。其中第四步運(yùn)用的技術(shù)手段是______________________技術(shù)。（3）資料Ⅲ中采用的措施主要可能造成_______________兩方面的安全問題。該過程應(yīng)用的主要生物技術(shù)是____________。第25頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月【解析】（1）從四個(gè)階段的內(nèi)容提示上分析，將外源基因?qū)牒镒芋w內(nèi)表達(dá)的技術(shù)手段應(yīng)該是基因工程。基因工程的四個(gè)操作步驟為：目的基因的提??；基因表達(dá)載體的構(gòu)建；將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞；目的基因的檢測與鑒定。表達(dá)載體的組成包括：目的基因、啟動(dòng)子、終止子、標(biāo)記基因等。（2）將體外操作完成的胚胎移入子宮內(nèi)，以得到胚胎發(fā)育的良好條件，是胚胎移植的規(guī)范操作。（3）改造的先鋒植物一旦入侵到農(nóng)田中將造成嚴(yán)重的生態(tài)問題，如威脅其他生物的生存等。該過程是由細(xì)胞得到個(gè)體的過程，為植物組織培養(yǎng)過程。第26頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月答案：（1）基因?qū)⒛康幕驅(qū)胧荏w細(xì)胞啟動(dòng)子終止子（2）胚胎移植（3）生物安全、環(huán)境安全植物組織培養(yǎng)第27頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2.（2012·龍巖模擬）如圖是利用奶牛乳汁生產(chǎn)人血清白蛋白的圖解，根據(jù)下圖回答：（1）在形成圖中③的過程中，我們稱②為________________，獲?、诘耐緩街饕衉_________________________________。第28頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）有人對(duì)這種牛奶不敢食用，人們對(duì)這種轉(zhuǎn)基因食品的擔(dān)心表現(xiàn)在______________________、___________________、

___________________________。（3）人血清白蛋白的生產(chǎn)說明該工程突破了自然界物種之間的

________________，在基因表達(dá)載體中，人的血清白蛋白基因前端必須要有__________________。（4）對(duì)①處理后的分散細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，通常要在培養(yǎng)液中添加一定量的___________，此外應(yīng)定期更換___________，以便保證被培養(yǎng)的細(xì)胞處于___________的環(huán)境中。第29頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月【解析】（1）②血清白蛋白基因是目的基因，獲取目的基因的途徑主要有3個(gè)：一是從相應(yīng)生物的基因文庫中獲取，二是利用體外PCR技術(shù)大量擴(kuò)增，三是基因比較小，核苷酸序列已知，可以用化學(xué)方法直接人工合成。（2）人們對(duì)轉(zhuǎn)基因食品的擔(dān)心表現(xiàn)在：擔(dān)心出現(xiàn)滯后效應(yīng)、擔(dān)心出現(xiàn)新的過敏原、擔(dān)心營養(yǎng)成分改變等。（3）利用奶牛乳汁生產(chǎn)人血清白蛋白，突破了自然界物種之間的生殖隔離；啟動(dòng)子是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，是RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位；有了它才能驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄出mRNA，翻譯出蛋白質(zhì)，故在基因表達(dá)載體中，人血清白蛋白基因前端必須要有啟動(dòng)子。第30頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)首先應(yīng)保證被培養(yǎng)的細(xì)胞處于無菌、無毒的環(huán)境；通常還要在細(xì)胞培養(yǎng)液中添加一定量的抗生素，以防培養(yǎng)過程中的污染；此外，應(yīng)定期更換培養(yǎng)液，以便清除代謝產(chǎn)物，防止細(xì)胞代謝產(chǎn)物積累對(duì)細(xì)胞自身造成危害。答案：（1）目的基因從基因文庫中獲取、PCR技術(shù)擴(kuò)增、人工合成（2）擔(dān)心出現(xiàn)滯后效應(yīng)擔(dān)心出現(xiàn)新的過敏原擔(dān)心營養(yǎng)成分改變（3）生殖隔離啟動(dòng)子（4）抗生素培養(yǎng)液無菌、無毒第31頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月3.抗旱植物體內(nèi)的抗旱基因?yàn)镽，旱敏基因?yàn)閞。研究表明，多數(shù)抗旱農(nóng)作物能通過細(xì)胞代謝產(chǎn)生一種代謝產(chǎn)物，調(diào)節(jié)根部細(xì)胞內(nèi)的滲透壓，此代謝產(chǎn)物在葉肉細(xì)胞內(nèi)很難找到。（1）抗旱農(nóng)作物的葉肉細(xì)胞內(nèi)難以找到與抗旱有關(guān)的代謝產(chǎn)物的原因是____________________________。（2）現(xiàn)已制備足夠多的R探針和r探針，通過探針來檢測某植物相關(guān)的基因型。請(qǐng)據(jù)圖分析回答：第32頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月①圖中擴(kuò)增基因常用的方法是_________。若已提取到某抗旱植物Rr的葉肉細(xì)胞總DNA，_____（“能”或“不能”）以DNA為模板直接擴(kuò)增抗旱基因，擴(kuò)增過程中尋找抗旱基因的位置依靠______________。②圖中處理基因獲取單鏈DNA常用的方法有_______________。第33頁，課件共37頁，