2025屆新教材高考生物一輪復(fù)習(xí)第10單元生物技術(shù)與工程第36講第2課時基因工程的應(yīng)用及蛋白質(zhì)工程含實驗學(xué)案新人教版

PAGE14-第2課時基因工程的應(yīng)用及蛋白質(zhì)工程(含試驗)必備學(xué)問固本夯基一、基因工程的應(yīng)用1.植物基因工程的應(yīng)用應(yīng)用目的基因成果舉例轉(zhuǎn)基因抗蟲植物具有的基因

轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花、玉米、大豆、水稻和馬鈴薯等轉(zhuǎn)基因抗病植物某些病毒、真菌等的

轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒、番木瓜和煙草等轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物降解或反抗某種除草劑的基因轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等改良植物的品質(zhì)具有養(yǎng)分價值、欣賞價值等的基因

富含的玉米、新花色的牽牛花等

2.動物基因工程的應(yīng)用(1)提高動物的生長速率:科學(xué)家將基因?qū)雱游矬w內(nèi),以提高動物的生長速率。

(2)改善畜產(chǎn)品的品質(zhì):科學(xué)家將基因?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,而其他養(yǎng)分成分不受影響,解決問題。

3.基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用應(yīng)用操作成果生產(chǎn)基因工程藥物對微生物或動植物的細胞進行基因改造細胞因子、抗體、和等

讓哺乳動物批量生產(chǎn)藥物將與乳腺中特異表達的基因的等調(diào)控元件重組導(dǎo)入哺乳動物的受精卵

乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器建立移植器官工廠在器官供體的基因組中導(dǎo)入某種調(diào)整因子抗原確定基因的表達或抗原確定基因

沒有的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官

4.基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用(1)基因工程菌:用基因工程的方法,使得到高效表達的菌類。

(2)應(yīng)用:①生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等。②通過工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)凝乳酶、工業(yè)用酶等。二、蛋白質(zhì)工程1.自然蛋白質(zhì)合成途徑:基因→表達()→形成具有特定氨基酸序列的多肽鏈→形成具有的蛋白質(zhì)→行使生物功能。

2.蛋白質(zhì)工程的基本思路三、試驗:DNA粗提取與鑒定四、DNA片段的擴增及電泳鑒定1.電泳鑒定原理(1)DNA分子具有可解離的基團,在肯定的pH下,這些基團可以帶上正電荷或負電荷。在電場的作用下,這些帶電分子會向著與它所帶電荷的電極移動。

(2)在凝膠中DNA分子的遷移速率與、和構(gòu)象等有關(guān)。凝膠中的DNA分子通過染色,可以在波長為300nm的紫外燈下被檢測出來。

2.電泳基本過程配制瓊脂糖溶液:依據(jù)待分別DNA片段的大小,用電泳緩沖液配制質(zhì)量體積比為的瓊脂糖溶液。

↓制作加樣孔:將溫?zé)岬沫傊侨芤嚎焖俚谷肽＞?并插入合適大小的,形成加樣孔。

↓加入凝膠:待凝膠溶液完全凝固,當心拔出梳子,取出凝膠放入內(nèi)。

↓加電泳緩沖液:將電泳緩沖液加入電泳槽中,電泳緩沖液沒過凝膠mm為宜。

↓加混合液:將擴增得到的產(chǎn)物與凝膠載樣緩沖液(內(nèi)含指示劑)混合,再用微量移液器將混合液緩慢注入凝膠的加樣孔內(nèi)。留一個加樣孔加入大小的標準參照物。

↓接通電源電泳:依據(jù)電泳槽陽極至陰極之間的距離來設(shè)定電壓,一般為V/cm。待指示劑前沿遷移接近時,停止電泳。

↓視察結(jié)果:取出凝膠置于下視察和照相。

概念檢測1.基于基因工程的應(yīng)用,推斷下列表述是否正確。(1)科學(xué)家將某些病毒、真菌的抗病基因?qū)胫参镏?獲得轉(zhuǎn)基因抗病植株。()(2)利用乳腺生物反應(yīng)器能夠獲得一些重要的醫(yī)藥產(chǎn)品,如人的血清白蛋白,這是因為將人的血清白蛋白基因?qū)肓藙游锏娜橄偌毎小?)(3)由大腸桿菌工程菌獲得人的干擾素后可干脆應(yīng)用。()(4)干擾素是一種具有干擾病毒復(fù)制作用的糖蛋白。()(5)用基因工程方法從大腸桿菌和酵母菌細胞內(nèi)獲得的干擾素結(jié)構(gòu)和功能完全相同。()2.基于對蛋白質(zhì)工程的原理及其應(yīng)用的相識,推斷下列表述是否正確。(1)蛋白質(zhì)工程的目的是改造或合成人類須要的蛋白質(zhì)。()(2)蛋白質(zhì)工程以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系為基礎(chǔ)。()(3)基因工程在分子水平對基因進行操作,蛋白質(zhì)工程在分子水平對蛋白質(zhì)進行操作。()(4)蛋白質(zhì)工程可以改造酶,提高酶的熱穩(wěn)定性。()(5)蛋白質(zhì)工程最終要達到的目的是獲得編碼蛋白質(zhì)的基因序列信息。()3.基于DNA粗提取與鑒定試驗的原理和程序,推斷下列表述是否正確。(1)DNA不溶于酒精,但某些蛋白質(zhì)溶于酒精,利用這一原理可初步分別DNA與蛋白質(zhì)。()(2)DNA遇二苯胺試劑會呈現(xiàn)藍色,遇甲紫會呈現(xiàn)紅色。()(3)DNA在不同濃度的NaCl溶液中溶解度不同。()4.基于DNA片段的擴增及電泳鑒定的原理,推斷下列表述是否正確。(1)PCR的產(chǎn)物一般通過瓊脂糖凝膠電泳來鑒定。()(2)在凝膠中DNA分子的遷移速率與DNA分子的大小和構(gòu)象等有關(guān),與凝膠的濃度無關(guān)。()(3)凝膠中的DNA分子通過染色,可在波長為300nm的紫外燈下被檢測出來。()(4)PCR利用DNA熱變性原理,通過調(diào)整溫度限制DNA雙鏈的解聚與結(jié)合。()核心考點實力提升考點一基因工程的應(yīng)用合作探究探究基因工程在農(nóng)牧、食品及醫(yī)藥等行業(yè)的廣泛應(yīng)用改善了人類的生活品質(zhì)對微生物或動植物的細胞進行基因改造,使它們能夠生產(chǎn)藥物,是目前基因工程取得實際應(yīng)用成果特別多的領(lǐng)域。實例1干擾素是治療癌癥的藥物,成分是一種糖蛋白,它必需從血液中提取,每升人血液只能提取0.05μg,所以價格昂貴?，F(xiàn)在美國加利福尼亞的基因公司用下圖的方式生產(chǎn)干擾素。實例2動物乳腺生物反應(yīng)器是一項利用轉(zhuǎn)基因動物的乳腺代替?zhèn)鹘y(tǒng)的生物發(fā)酵,進行大規(guī)模生產(chǎn)可供治療人類疾病或用于保健的活性蛋白質(zhì)的現(xiàn)代生物技術(shù)。目前科學(xué)家已在牛和羊等動物的乳腺生物反應(yīng)器中表達出了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素等重要藥品。(1)干擾素是糖蛋白,科學(xué)家用基因工程的方法分別從大腸桿菌及酵母菌細胞內(nèi)獲得的干擾素,二者的生物活性是否相同?(2)利用動物乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥物有什么優(yōu)點與缺陷?(3)與一般的轉(zhuǎn)基因動物的操作過程相比,用基因工程技術(shù)實現(xiàn)動物乳腺生物反應(yīng)器的操作過程有什么要求?歸納總結(jié)乳腺生物反應(yīng)器(1)乳腺(房)生物反應(yīng)器:科學(xué)家將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達的基因的啟動子等調(diào)控元件重組在一起,通過顯微注射的方法導(dǎo)入哺乳動物的受精卵中,然后,將受精卵送入母體內(nèi),使其生長發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物。轉(zhuǎn)基因動物進入泌乳期后,可以通過分泌的乳汁來生產(chǎn)所須要的藥品,因而稱為乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器。(2)過程(如圖所示)考向突破考向基因工程的原理和流程(2024全國Ⅲ)W是一種具有特定功能的人體蛋白質(zhì)。某探討小組擬仿照制備乳腺生物反應(yīng)器的探討思路,制備一種膀胱生物反應(yīng)器來獲得W,基本過程如圖所示?；卮鹣铝袉栴}。(1)步驟①中須要運用的工具酶有。步驟②和③所代表的操作分別是和。步驟④稱為。

(2)與乳腺生物反應(yīng)器相比,用膀胱生物反應(yīng)器生產(chǎn)W的優(yōu)勢在于不受轉(zhuǎn)基因動物的(答出2點即可)的限制。

(3)一般來說,在同一動物個體中,乳腺上皮細胞與膀胱上皮細胞的細胞核中染色體DNA所含的遺傳信息(填“相同”或“不同”),緣由是。

(4)從上述流程可知,制備生物反應(yīng)器涉及胚胎工程,胚胎工程中所用到的主要技術(shù)有(答出2點即可)。

考點二蛋白質(zhì)工程合作探究探究利用蛋白質(zhì)工程改造現(xiàn)有蛋白質(zhì),或制造新的蛋白質(zhì),以滿意人類生產(chǎn)和生活的須要蛋白質(zhì)工程已成為探討蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的重要手段,并將廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥和其他工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。資料1:在正常人體內(nèi),血液中胰島素的含量通常在進食后30~60min就達到高峰。而目前運用的胰島素制劑,注射120min后才出現(xiàn)高峰。通過試驗證明,胰島素在低濃度(小于10-9mol/L)時主要以單體形式存在,在高濃度時(大于10-9mol/L)以二聚體的形式存在,從而延長了胰島素從注射部位進入血液所需的時間。資料2:人胰島素由A鏈和B鏈構(gòu)成,其中B鏈的第20—29位氨基酸是胰島素分子相互作用形成多聚體的關(guān)鍵區(qū)域,若使B28位脯氨酸替換為天門冬氨酸或者將它與B29位的賴氨酸交換位置,即可有效抑制胰島素的聚合。(1)假如生產(chǎn)速效型胰島素,能否干脆對自然胰島素進行改造?(2)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?(3)假如設(shè)計生產(chǎn)速效胰島素,你能否設(shè)計出利用大腸桿菌生產(chǎn)胰島素的流程?考向突破考向蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用已知生物體內(nèi)有一種蛋白質(zhì)(P),該蛋白質(zhì)是一種轉(zhuǎn)運蛋白,由305個氨基酸組成。假如將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸,240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸,變更后的蛋白質(zhì)(P1)不但保留P的功能,而且具有了酶的催化活性?；卮鹣铝袉栴}。(1)從上述資料可知,若要變更蛋白質(zhì)的功能,可以考慮對蛋白質(zhì)的進行改造。

(2)以P基因序列為基礎(chǔ),獲得P1基因的途徑有修飾基因或合成基因。所獲得的基因表達時是遵循中心法則的,中心法則的全部內(nèi)容包括的復(fù)制;以及遺傳信息在不同分子之間的流淌,即:。

(3)蛋白質(zhì)工程也被稱為其次代基因工程,其基本途徑是從預(yù)期蛋白質(zhì)功能動身,通過和,進而確定相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列,據(jù)此獲得基因,再經(jīng)表達、純化獲得蛋白質(zhì),之后還須要對蛋白質(zhì)的生物進行鑒定。

考點三DNA的粗提取與鑒定合作探究探究利用生物大分子在物理和化學(xué)性質(zhì)方面的差異可以粗提取DNA對于DNA的粗提取而言,就是要利用DNA與RNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等在物理和化學(xué)性質(zhì)方面的差異提取DNA,去除雜質(zhì)。下面是提取和鑒定DNA的基本步驟。研磨釋

放DNA獲得上

清液粗提取

DNA鑒定

DNA(1)研磨洋蔥時加入的研磨液有什么作用?為什么要求充分研磨?(2)上清液中加入預(yù)冷的酒精溶液有何作用?為什么要求玻璃棒沿著一個方向攪拌?考向突破考向DNA粗提取與鑒定的過程和原理(2024江蘇)下列關(guān)于DNA粗提取與鑒定的敘述,錯誤的是()A.用同樣方法從等體積兔血和雞血中提取的DNA量相近B.DNA析出過程中,攪拌操作要溫柔以防DNA斷裂C.預(yù)冷的乙醇可用來進一步純化粗提的DNAD.用二苯胺試劑鑒定DNA須要進行水浴加熱考點四DNA片段的擴增及電泳鑒定合作探究探究利用PCR可以體外進行DNA片段的擴增,PCR的產(chǎn)物一般通過瓊脂糖凝膠電泳來鑒定DNA分子提取得到以后,須要通過電泳技術(shù)來檢測其數(shù)量和質(zhì)量。自從瓊脂糖和聚丙烯酰胺凝膠被引入核酸探討以來,按相對分子質(zhì)量大小分別DNA的凝膠電泳技術(shù),已經(jīng)發(fā)展成為一種分析鑒定DNA分子的重要試驗手段。瓊脂糖凝膠電泳是基因操作的技術(shù)之一,它能夠用于分別、鑒定和純化DNA片段。(1)瓊脂糖凝膠電泳分別DNA的原理是什么?(2)影響瓊脂糖凝膠電泳DNA遷移率的因素有哪些?考向突破考向PCR技術(shù)和凝膠電泳的應(yīng)用(2024山東濱州二模)玉米是我國重要的糧食作物和飼料來源,低溫會影響玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)。探討者將從微生物中獲得的CSP(冷激蛋白)基因與玉米基因的ubi啟動子相連后構(gòu)建基因表達載體,并將其導(dǎo)入玉米細胞中,獲得了具有低溫耐受性的玉米植株,過程如圖1所示。圖1(1)探討者提取玉米的DNA,利用PCR技術(shù)將ubi啟動子擴增出來。該過程需設(shè)計合適的引物,引物設(shè)計時需已知,為便于進行后續(xù)操作還在引物中添加了限制酶的識別序列。在反應(yīng)體系內(nèi),至少需次擴增才能獲得所需的ubi啟動子。

(2)圖1所示的流程圖中,過程①需的催化,獲得的ubi-CSP基因在構(gòu)建基因表達載體時,在Ti質(zhì)粒上的插入部位為。過程②須要用CaCl2溶液處理農(nóng)桿菌,其目的是。過程③完成后,將玉米愈傷組織轉(zhuǎn)入含的培育基中進行篩選,篩選后的愈傷組織再經(jīng)培育獲得轉(zhuǎn)基因玉米。

(3)探討者分別提取了野生型玉米及5株轉(zhuǎn)基因玉米的染色體DNA,用限制酶處理后進行電泳。電泳后的DNA與基因探針進行雜交,得到圖2所示放射性檢測結(jié)果,該基因探針應(yīng)為片段,試驗結(jié)果表明。

圖2轉(zhuǎn)基因玉米CSP基因檢測結(jié)果(4)在個體水平上對轉(zhuǎn)基因玉米植株進行試驗,可檢測CSP基因是否已在玉米中表達。

第2課時基因工程的應(yīng)用及蛋白質(zhì)工程(含試驗)必備學(xué)問·固本夯基一、1.抗蟲功能抗病基因優(yōu)良性狀賴氨酸2.(1)外源生長激素(2)腸乳糖酶乳糖不耐受3.疫苗激素藥用蛋白基因啟動子抑制除去免疫排斥反應(yīng)4.(1)外源基因二、1.轉(zhuǎn)錄和翻譯高級結(jié)構(gòu)2.氨基酸序列mRNA蛋白質(zhì)(三維結(jié)構(gòu))三、DNA與蛋白質(zhì)2mol/L藍色研磨液4℃95%白色絲狀物2mol/L二苯胺藍色四、1.(1)相反(2)凝膠的濃度DNA分子的大小2.0.8%~1.2%梳子電泳槽1PCR指示分子1~5凝膠邊緣紫外燈【概念檢測】1.(1)√(2)×(3)×(4)√(5)×2.(1)√(2)√(3)×(4)√(5)×3.(1)√(2)×(3)√4.(1)√(2)×(3)√(4)√核心考點·實力提升考點一【合作探究】探究(1)提示大腸桿菌是原核生物,只有核糖體,沒有其他細胞器,酵母菌是真核細胞,細胞內(nèi)含有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等多種細胞器,可對蛋白質(zhì)進行加工處理,因此這兩種干擾素的活性不同。(2)提示優(yōu)點是產(chǎn)量高、質(zhì)量好、成本低、易提取。缺陷是該方法必需培育雌性動物,利用其乳腺分泌乳汁獲得藥物,因此受動物性別限制。(3)提示構(gòu)建基因表達載體時,運用的啟動子必需是乳腺蛋白基因的啟動子才能保證目的基因在乳腺細胞中表達。【考向突破】答案(1)限制性內(nèi)切核酸酶、DNA連接酶顯微注射體外培育胚胎移植(2)性別、年齡(3)相同兩種上皮細胞都是體細胞,且來源于同一個受精卵(4)體外受精、胚胎移植解析(1)題圖中步驟①是構(gòu)建基因表達載體,構(gòu)建基因表達載體須要限制性內(nèi)切核酸酶和DNA連接酶。將目的基因?qū)雱游锛毎姆椒ㄊ秋@微注射法。體外受精形成的受精卵需在體外培育至早期胚胎,才能進行胚胎移植。(2)乳腺生物反應(yīng)器必需是雌性動物,且受年齡(發(fā)育時期)限制,而膀胱生物反應(yīng)器的獲得不受性別、年齡等的限制。(3)同一動物個體的乳腺上皮細胞和膀胱上皮細胞是由同一個受精卵通過細胞分裂、分化而來的,所以這兩種細胞的細胞核中染色體DNA所含的遺傳信息相同。(4)胚胎工程所用到的主要技術(shù)有體外受精、胚胎移植、胚胎的早期培育和胚胎分割等?？键c二【合作探究】探究(1)提示任何一種自然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的,改造了基因即對蛋白質(zhì)進行了改造,而且可以遺傳下去。假如對蛋白質(zhì)干脆改造,即使改造勝利,被改造的蛋白質(zhì)還是無法遺傳的。對基因進行改造比對蛋白質(zhì)干脆改造要簡單操作,難度要小得多。因此不能干脆對胰島素進行改造,而是對胰島素基因進行改造。(2)提示基因工程是依據(jù)中心法則進行的:基因→表達(轉(zhuǎn)錄和翻譯)→形成具有特定氨基酸序列的多肽鏈→形成具有高級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)→行使生物功能,基本上是生產(chǎn)出自然界已有的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程卻與之相反:從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能動身→設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推想應(yīng)有的氨基酸序列→找到并變更相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→獲得所須要的蛋白質(zhì)。(3)提示從人體內(nèi)分別和純化胰島素,測定胰島素分子中氨基酸的序列→將胰島素高度純化,利用技術(shù)手段了解胰島素的空間結(jié)構(gòu)→依據(jù)胰島素結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系,變更基因的堿基序列,將B28位改為賴氨酸,B29位改為脯氨酸,或使B28位脯氨酸替換為天門冬氨酸→合成目的基因→構(gòu)建基因表達載體→導(dǎo)入大腸桿菌→產(chǎn)生速效型胰島素?！究枷蛲黄啤看鸢?1)氨基酸序列(或結(jié)構(gòu))(2)PP1DNA和RNA(或遺傳物質(zhì))DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白質(zhì)(或轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄、翻譯)(3)設(shè)計蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)推想氨基酸序列功能解析(1)由題干信息可知,改造蛋白質(zhì)的功能可通過變更蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。(2)依據(jù)蛋白質(zhì)工程的定義及題中信息可知,獲得P1基因的途徑有修飾現(xiàn)有(P)基因或合成新(P1)基因。中心法則的全部內(nèi)容包括DNA的復(fù)制、RNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄和翻譯。(3)蛋白質(zhì)工程的基本途徑:從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能動身→設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推想應(yīng)有的氨基酸序列→找到相應(yīng)的脫氧核苷酸序列。通過蛋白質(zhì)工程合成的蛋白質(zhì)還須要進行生物活性的鑒定即功能鑒定,看其是否能滿意人們的需求?？键c三【合作探究】探究(1)提示加入研磨液有利于DNA的釋放;研磨不充分會使細胞核內(nèi)的DNA釋放不完全,提取的DNA量變少,影響試驗結(jié)果,導(dǎo)致看不到絲狀沉淀物、用二苯胺鑒定不顯示藍色等。(2)提示DNA不溶于酒精,加入預(yù)冷的酒精溶液有利于DNA的析出。預(yù)冷的酒精溶液具有以下優(yōu)點:一是抑制核酸水解酶活性,防止DNA降解;二是降低分子運動,易于形成沉淀析出;三是低溫有利于增加DNA分子柔韌性,削減斷裂。玻璃棒沿著一個方向攪拌可防止絲狀DNA破裂,可以完整地纏在玻璃棒上?！究枷蛲黄啤緼兔是哺乳動物,哺乳動物成熟的紅細胞無細胞核,因此不能提取到DNA,A項錯誤;DNA析出時攪拌操作要溫柔以防DNA斷裂,B項正確;DNA不溶于酒精溶液,95%的冷酒精凝集效果最佳,C項正確;鑒定DNA時,須要將二苯胺試劑加入含DNA的溶液中并進行水浴加熱,D項正確?？键c四【合作探究】探究(1)提示①DNA分子具有可解離的基團,在肯定的pH下,這些基團可以帶上正電荷或負電荷。在電場的作用下,這些帶電分子會向著與它所帶電荷相反的電極移動。②由于DNA分子片段的相對分子質(zhì)量不同,移動速度也不同,所以可將相對分子質(zhì)量不同或構(gòu)象不同的DNA分別。③DNA片段遷移