人教版選擇性必修三基因工程的應(yīng)用第4節(jié)蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用課件（共66張）

第3節(jié)基因工程的應(yīng)用第4節(jié)蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用目標(biāo)素養(yǎng)1.列舉基因工程在農(nóng)牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域、食品工業(yè)方面的具體應(yīng)用及取得的豐碩成果,培養(yǎng)科學(xué)思維能力,樹(shù)立社會(huì)責(zé)任意識(shí)。2.簡(jiǎn)述蛋白質(zhì)工程的原理,認(rèn)同蛋白質(zhì)工程是基因工程的延續(xù)。3.了解蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用,嘗試運(yùn)用逆向思維分析和解決問(wèn)題。知識(shí)概覽一、基因工程的應(yīng)用1.基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用(1)應(yīng)用:基因工程技術(shù)已被廣泛用于

改良

動(dòng)植物品種、提高作物和畜產(chǎn)品的

產(chǎn)量

等方面。

(2)植物基因工程的應(yīng)用:(3)動(dòng)物基因工程的應(yīng)用:①提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速率:將

外源生長(zhǎng)激素

基因?qū)雱?dòng)物體內(nèi),以提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速率。

②改善畜產(chǎn)品的品質(zhì):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,乳糖的含量大大降低,而其他營(yíng)養(yǎng)成分不受影響。

2.基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用(1)對(duì)微生物或動(dòng)植物的細(xì)胞進(jìn)行基因

改造

,使它們能夠生產(chǎn)藥物。

(2)讓哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物,如

乳腺

生物反應(yīng)器。

(3)期望建立移植器官工廠: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),培育出不會(huì)引起

免疫排斥

反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆器官。

3.基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用(1)利用基因工程菌生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等,可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。(2)用基因工程技術(shù)獲得的工業(yè)用酶的純度更

高

,而且它的生產(chǎn)成本顯著降低,生產(chǎn)效率較高。

4.基因工程其他方面的應(yīng)用(1)培育出可以

降解

多種污染物的“超級(jí)細(xì)菌”來(lái)處理環(huán)境污染。

(2)利用經(jīng)過(guò)基因改造的微生物來(lái)生產(chǎn)

能源

。

微點(diǎn)撥11.轉(zhuǎn)基因抗病植物仍然需要防蟲管理,因?yàn)槊糠N基因都有特定的結(jié)構(gòu)和功能,具有抗病基因的植物只能抗病。2.在培育動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器時(shí),為了保證目的基因只在乳腺細(xì)胞中表達(dá),要將目的基因與乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子等調(diào)控元件重組在一起。微判斷11.科學(xué)家將某些病毒、真菌的抗病基因?qū)胫参镏?以獲得轉(zhuǎn)基因抗病植物。(

)2.由大腸桿菌工程菌獲得的人干擾素可直接應(yīng)用。()√×二、蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用1.蛋白質(zhì)工程(1)基礎(chǔ):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。

(2)原理:通過(guò)改造或合成

基因

,來(lái)改造現(xiàn)有蛋白質(zhì),或制造一種新的

蛋白質(zhì)

。

(3)目的:滿足人類生產(chǎn)和生活的需求。(4)與基因工程的關(guān)系:它是在基因工程的基礎(chǔ)上,延伸出來(lái)的

第二代

基因工程。

2.蛋白質(zhì)工程崛起的緣由(1)基因工程的實(shí)質(zhì):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(jìn)而表現(xiàn)出

新的性狀

。

(2)基因工程的不足:基因工程原則上只能生產(chǎn)自然界中

已存在

的蛋白質(zhì)。

(3)天然蛋白質(zhì)的不足:天然蛋白質(zhì)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。

3.蛋白質(zhì)工程的基本原理(1)目標(biāo):根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求,對(duì)蛋白質(zhì)的

結(jié)構(gòu)

進(jìn)行設(shè)計(jì)改造。

(2)原理:由于基因決定蛋白質(zhì),因此要對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造,最終還必須通過(guò)改造或合成

基因

來(lái)完成。

(3)過(guò)程: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(cè)應(yīng)有的

氨基酸

序列→找到并改變相對(duì)應(yīng)的

脫氧核苷酸

序列(基因)或合成新的基因→獲得所需要的

蛋白質(zhì)

。

4.蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用(1)進(jìn)展:①在醫(yī)藥工業(yè)方面,利用蛋白質(zhì)工程

研發(fā)

藥物。

②在其他工業(yè)方面,用于改進(jìn)

酶

的性能或開(kāi)發(fā)新的工業(yè)用酶。

③在農(nóng)業(yè)方面,嘗試改造某些參與調(diào)控光合作用的酶;設(shè)計(jì)優(yōu)良微生物農(nóng)藥,通過(guò)改造微生物蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),使它防治病蟲害的效果增強(qiáng)。(2)難度:蛋白質(zhì)發(fā)揮功能必須依賴于正確的

高級(jí)結(jié)構(gòu)

,而這種結(jié)構(gòu)往往十分復(fù)雜。

微點(diǎn)撥2基因工程和蛋白質(zhì)工程都遵循中心法則。蛋白質(zhì)工程直接操作的對(duì)象是基因,而不是蛋白質(zhì)。微思考為什么改變一個(gè)氨基酸就可以改變蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性甚至某種蛋白質(zhì)的活性?提示:蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)的決定因素包括氨基酸的種類、數(shù)目、排列順序和蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu),因此個(gè)別氨基酸的改變就會(huì)導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)的改變,從而影響到其性質(zhì)和功能。微判斷2蛋白質(zhì)工程是在蛋白質(zhì)分子水平上直接改造蛋白質(zhì)的。()×一

基因工程的應(yīng)用重難歸納1.乳腺生物反應(yīng)器(1)優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn):①優(yōu)點(diǎn):a.產(chǎn)量高,易獲得目標(biāo)產(chǎn)品。b.目標(biāo)產(chǎn)品質(zhì)量好。c.產(chǎn)品成本低。d.從乳汁中提取產(chǎn)品,操作簡(jiǎn)單。②缺點(diǎn):受性別和年齡的限制,只有雌性動(dòng)物哺乳期才能獲得相應(yīng)產(chǎn)物。(2)過(guò)程:2.乳腺生物反應(yīng)器與工程菌生產(chǎn)藥物的比較

比較項(xiàng)目乳腺生物反應(yīng)器工程菌基因結(jié)構(gòu)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)有較大差異基因表達(dá)合成的藥用蛋白與天然蛋白質(zhì)相同細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)沒(méi)有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細(xì)胞器,產(chǎn)生的藥用蛋白可能沒(méi)有活性比較項(xiàng)目乳腺生物反應(yīng)器工程菌受體細(xì)胞動(dòng)物的受精卵微生物細(xì)胞導(dǎo)入目的基因的方式顯微注射法Ca2+處理(大腸桿菌)生產(chǎn)條件不需要嚴(yán)格滅菌,溫度等外界條件對(duì)其影響不大需要嚴(yán)格滅菌,嚴(yán)格控制工程菌所需的溫度、pH、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度等外界條件藥物提取從動(dòng)物乳汁中提取從微生物細(xì)胞中提取1996—2017年,全世界轉(zhuǎn)基因作物的種植面積增加了一百多倍,從1.7×106hm2發(fā)展到1.898×108hm2。2017年,我國(guó)轉(zhuǎn)基因作物的種植面積位居世界第八位。(1)與傳統(tǒng)育種方法相比較,轉(zhuǎn)基因育種有哪些優(yōu)點(diǎn)?提示:①目的性強(qiáng),能定向改造生物性狀。②克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。③育種周期短。(2)脫毒苗與抗毒苗(轉(zhuǎn)基因抗病植物)有何區(qū)別?提示:脫毒苗是選擇植物的莖尖(剛形成,病毒極少,甚至無(wú)病毒)進(jìn)行組織培養(yǎng)而獲得的,屬于細(xì)胞工程的范疇;抗毒苗是把某抗病基因?qū)胫参镏?并通過(guò)一定的方法培育形成的,屬于基因工程的范疇。典例剖析動(dòng)物基因工程前景廣闊,可利用基因工程技術(shù)使哺乳動(dòng)物成為乳腺生物反應(yīng)器,以生產(chǎn)所需要的藥品,如利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)人的生長(zhǎng)激素?？茖W(xué)家培育轉(zhuǎn)基因動(dòng)物使其成為乳腺生物反應(yīng)器時(shí)(

)A.僅利用了基因工程技術(shù)B.不需要乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子C.利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將人的生長(zhǎng)激素基因?qū)胧芫阎蠨.轉(zhuǎn)基因動(dòng)物需要進(jìn)入泌乳期才能成為“批量生產(chǎn)藥物的工廠”D解析:科學(xué)家培育轉(zhuǎn)基因動(dòng)物時(shí)除涉及基因工程外,還涉及其他現(xiàn)代生物技術(shù),如胚胎移植。生產(chǎn)生長(zhǎng)激素時(shí),需要將人的生長(zhǎng)激素基因與乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子等調(diào)控組件重組在一起,再通過(guò)顯微注射技術(shù)導(dǎo)入哺乳動(dòng)物的受精卵中,培養(yǎng)一段時(shí)間后,將胚胎移入母體內(nèi),使其生長(zhǎng)發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。學(xué)以致用下列有關(guān)利用乳腺生物反應(yīng)器與大腸桿菌生產(chǎn)藥物的敘述,錯(cuò)誤的是(

)A.前者在乳汁中提取藥物,后者可在細(xì)胞中提取藥物B.前者生產(chǎn)藥物的過(guò)程不需要嚴(yán)格滅菌,后者需要嚴(yán)格滅菌C.前者合成的蛋白質(zhì)可加工成熟,后者合成的蛋白質(zhì)一般不能加工成熟D.兩者的基因結(jié)構(gòu)與人類的基因結(jié)構(gòu)均相同答案:D解析:動(dòng)物的基因結(jié)構(gòu)與人類的基因結(jié)構(gòu)基本相同,大腸桿菌的基因結(jié)構(gòu)與人類的基因結(jié)構(gòu)不同。二

蛋白質(zhì)工程重難歸納1.蛋白質(zhì)工程與基因工程的關(guān)系比較項(xiàng)目蛋白質(zhì)工程基因工程區(qū)別過(guò)程從預(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(cè)應(yīng)有的氨基酸序列→找到并改變相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質(zhì)目的基因的篩選與獲取→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(cè)與鑒定比較項(xiàng)目蛋白質(zhì)工程基因工程區(qū)別實(shí)質(zhì)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,以獲得人類所需的新的生物類型和生物產(chǎn)品結(jié)果可生產(chǎn)自然界中沒(méi)有的蛋白質(zhì)只能生產(chǎn)自然界中已存在的蛋白質(zhì)比較項(xiàng)目蛋白質(zhì)工程基因工程聯(lián)系①蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延伸出來(lái)的第二代基因工程②基因工程中所利用的某些酶可以通過(guò)蛋白質(zhì)工程進(jìn)行修飾、改造特別提醒(1)蛋白質(zhì)工程的最終目的是改造蛋白質(zhì),但不是直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作,而是通過(guò)對(duì)基因的操作,實(shí)現(xiàn)對(duì)蛋白質(zhì)的改造。(2)合成或修飾的基因作為新的目的基因,通過(guò)基因工程的操作步驟實(shí)現(xiàn)其表達(dá)。(3)由于有的氨基酸可由多種密碼子決定,故由某種特定氨基酸序列所推測(cè)出的脫氧核苷酸序列可能有多種。2.蛋白質(zhì)工程的判斷(1)判斷是否為蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵是看是否通過(guò)基因修飾或基因合成,對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,或制造一種新的蛋白質(zhì)。(2)根據(jù)改造蛋白質(zhì)部位的多少,對(duì)蛋白質(zhì)的改造可分為三類。①“大改”:設(shè)計(jì)并制造出自然界中不存在的全新蛋白質(zhì)。②“中改”:在蛋白質(zhì)分子中替換某一個(gè)肽段或一個(gè)特定的結(jié)構(gòu)域。③“小改”:改造蛋白質(zhì)分子中的幾個(gè)氨基酸殘基。2008年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予“發(fā)現(xiàn)和發(fā)展了水母綠色熒光蛋白”的三位科學(xué)家。目前科學(xué)家通過(guò)蛋白質(zhì)工程制造出了藍(lán)色熒光蛋白、黃色熒光蛋白等。(1)某同學(xué)認(rèn)為只要知道了氨基酸的序列就可以利用蛋白質(zhì)工程制造出各種特定功能的蛋白質(zhì),這種說(shuō)法對(duì)嗎?提示:不對(duì)。蛋白質(zhì)的功能除了與氨基酸的序列有關(guān)以外,還與其特定的空間結(jié)構(gòu)有關(guān)。(2)蛋白質(zhì)工程需要通過(guò)基因修飾或基因合成來(lái)完成,為什么不是直接對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行改造?提示:①任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的,改造了基因即對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造,而且可以遺傳下去。如果對(duì)蛋白質(zhì)直接進(jìn)行改造,即使改造成功,被改造的蛋白質(zhì)也無(wú)法遺傳。②對(duì)基因進(jìn)行改造比對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行改造要容易操作,難度要小得多。典例剖析下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說(shuō)法,正確的是(

)A.蛋白質(zhì)工程是指在分子水平上對(duì)蛋白質(zhì)分子直接進(jìn)行操作B.蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生自然界中不曾存在過(guò)的新型蛋白質(zhì)分子C.對(duì)蛋白質(zhì)的改造是通過(guò)直接改造相應(yīng)的mRNA來(lái)實(shí)現(xiàn)的D.蛋白質(zhì)工程的流程和天然蛋白質(zhì)合成的過(guò)程是相同的答案:B解析:蛋白質(zhì)工程是利用基因工程手段對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,以期獲得人類所需的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生出自然界中不曾存在過(guò)的新型蛋白質(zhì)分子。學(xué)以致用下列關(guān)于基因工程與蛋白質(zhì)工程的敘述,正確的是(

)A.基因工程需要對(duì)基因進(jìn)行分子水平上的操作,蛋白質(zhì)工程不對(duì)基因進(jìn)行操作B.基因工程合成的是天然的蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)工程合成的不是天然存在的蛋白質(zhì)C.基因工程是分子水平上的操作,蛋白質(zhì)工程是細(xì)胞水平(或性狀水平)上的操作D.基因工程完全不同于蛋白質(zhì)工程

答案:B解析:基因工程和蛋白質(zhì)工程都是分子水平上的操作。蛋白質(zhì)工程最終通過(guò)改造或合成基因,改造現(xiàn)有蛋白質(zhì),或制造一種新的蛋白質(zhì),從根本上來(lái)說(shuō)是對(duì)基因進(jìn)行改造。蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延伸出來(lái)的第二代基因工程,二者有相似之處。1.下列關(guān)于轉(zhuǎn)基因大豆的敘述,錯(cuò)誤的是(

)A.培育過(guò)程中可能用到抗病、抗蟲等抗性基因B.目的基因的受體細(xì)胞可以是大豆受精卵,也可以是體細(xì)胞C.轉(zhuǎn)基因大豆的種植過(guò)程中減少了農(nóng)藥等的使用量,生產(chǎn)成本更低D.固氮菌的固氮基因也是必需的目的基因之一答案:D解析:豆科植物可與含固氮基因的根瘤菌共生,故固氮基因并非必需的目的基因。2.下列關(guān)于抗病毒的轉(zhuǎn)基因植物成功表達(dá)后的說(shuō)法,正確的是(

)A.抗病毒的轉(zhuǎn)基因植物可以抵抗所有病毒B.抗病毒的轉(zhuǎn)基因植物對(duì)病毒的抗性具有局限性或特異性C.抗病毒的轉(zhuǎn)基因植物可以抗害蟲D.抗病毒的轉(zhuǎn)基因植物可以穩(wěn)定遺傳,不會(huì)變異答案:B解析:抗病毒的轉(zhuǎn)基因植物只能抵抗某種或某類病毒,不可能抵抗所有病毒,更不能抗害蟲,A、C兩項(xiàng)錯(cuò)誤。目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后,可以隨受體細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)穩(wěn)定遺傳,也會(huì)發(fā)生變異,D項(xiàng)錯(cuò)誤。3.下列有關(guān)動(dòng)物基因工程的說(shuō)法,錯(cuò)誤的是(

)A.將外源生長(zhǎng)激素基因?qū)雱?dòng)物體內(nèi)可提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速率B.將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M中,使獲得的轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大降低C.利用基因工程技術(shù)得到的乳腺生物反應(yīng)器可以解決很多重要藥物的生產(chǎn)問(wèn)題D.用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作為器官移植的供體時(shí),導(dǎo)入的是調(diào)節(jié)因子,而不是目的基因,因此無(wú)法抑制抗原的合成答案:D解析:用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作為器官移植的供體時(shí),可在器官供體基因組中導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子,以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),培育出不會(huì)引起免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆器官。4.某研究所成功培育出第一頭攜帶人白蛋白基因的轉(zhuǎn)基因牛。他們還研究出一種可大大提高基因表達(dá)水平的新方法,使轉(zhuǎn)基因動(dòng)物乳汁中的藥用蛋白含量提高了30多倍。下列有關(guān)敘述正確的是(

)A.轉(zhuǎn)基因動(dòng)物是指體細(xì)胞中出現(xiàn)了新基因的動(dòng)物B.提高基因的表達(dá)水平是指設(shè)法使牛的乳腺細(xì)胞中含有更多的人白蛋白基因C.只在轉(zhuǎn)基因牛乳汁中才能獲取人白蛋白,是因?yàn)槿税椎鞍谆蛑辉谂Ｈ橄偌?xì)胞中是純合的D.轉(zhuǎn)基因牛的肌肉細(xì)胞中也有人白蛋白基因,但不發(fā)生轉(zhuǎn)錄、翻譯,故不能合成人白蛋白答案:D解析:體細(xì)胞中出現(xiàn)新基因有可能是基因突變導(dǎo)致的,A項(xiàng)錯(cuò)誤。提高基因的表達(dá)水平是指增強(qiáng)白蛋白基因的表達(dá),白蛋白基因數(shù)目沒(méi)有增多,B項(xiàng)錯(cuò)誤。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物一般用到的受體細(xì)胞是受精卵,發(fā)育成的個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中都有相同的外源基因,C項(xiàng)錯(cuò)誤。轉(zhuǎn)基因牛的白蛋白基因是選擇性表達(dá)的,在肌肉細(xì)胞中不能表達(dá),D項(xiàng)正確。5.蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)是(

)A.通過(guò)對(duì)基因進(jìn)行修飾而產(chǎn)生新的蛋白質(zhì)B.通過(guò)基因重組,合成生物體本來(lái)沒(méi)有的蛋白質(zhì)C.根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求,改造或制造蛋白質(zhì)D.對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行大量生產(chǎn)答案:C6.下列關(guān)于基因工程和蛋白質(zhì)工程的說(shuō)法,正確的是(

)A.都是分子水平上的操作B.基因工程就是改造基因的分子結(jié)構(gòu)C.蛋白質(zhì)工程就是改造蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)D.基因工程能產(chǎn)生自然界根本不存在的基因,蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生自然界根本不存在的蛋白質(zhì)答案:A7.繼哺乳動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器研發(fā)成功后,膀胱生物反應(yīng)器的研究也取得了一定進(jìn)展。最近,科學(xué)家培育出一種轉(zhuǎn)基因小鼠,其膀胱上皮細(xì)胞可以合成人的生長(zhǎng)激素并分泌到尿液中。請(qǐng)回答下列問(wèn)題。(1)將人的生長(zhǎng)激素基因?qū)胄∈笫荏w細(xì)胞,常用的方法是

。

(2)進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移時(shí),通常要