浙科版生物选修3第1章第4节.docx

浙科版生物选修3第1章第4节.docx

《浙科版生物选修3第1章第4节.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浙科版生物选修3第1章第4节.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

浙科版生物选修3第1章第4节

第四节

基因工程的发展前景

课　标　解　读

重　点　难　点

1.概述基因工程的发展前景。

2.阐明蛋白质工程。

3.了解基因工程在各领域的最新应用进展。

科学家在基因工程方面的最新尝试。

（重难点）

光合作用方面

1.研究目标

光合作用对人类的生存及发展十分重要，如何提高植物的光合作用效率及农作物产量，一直是科学家追求的目标。

2．解决方法

（1）提高二磷酸核酮糖羧化酶的活性。

（2）降低加氧酶的活性。

生物固氮方面

1.生物固氮概念

通过某些微生物将分子氮转化为含氮化合物的过程。

2．解决方法

通过基因工程技术，将固氮细菌中的固氮基因转移到非豆科作物的细胞内。

生物反应器

1.作用

利用动植物作为生物反应器能够生产价格低廉的蛋白质药物。

2．成果

1．要培育出具有固氮能力的水稻、小麦等，需运用哪种生物技术？

【提示】　固氮基因工程技术。

蛋白质工程

1.概念

利用基因工程技术对天然蛋白质进行改造，以便获得具有理想生物学功能的蛋白质。

2．内容

主要是改造现有的蛋白质，通过修改蛋白质中的氨基酸序列来改进蛋白质的结构与构象，提高蛋白质的活性、稳定性和产率。

2．通过T4溶菌酶分子中引入二硫键的方法提高了其热稳性，试问在此过程中主要采取的生物技术是什么？

【提示】　蛋白质工程。

1．科学家已培育出具有固氮能力的非豆科农作物。

（×）

【提示】　此类作物尚未培育出来。

2．转基因羊的乳汁中已成功表达出了一些药用蛋白质，如人白细胞介素2等。

（√）

3．蛋白质工程的核心技术是转基因技术。

（√）

4．蛋白质工程的目的在于获得人们所需的天然蛋白质。

（×）

【提示】　对天然蛋白质进行改造或获得新的蛋白质。

5．利用基因工程可提高农作物的产量。

（√）

对蛋白质工程的理解

【问题导思】

①什么是蛋白质工程？

②蛋白质工程的基本流程如何？

③如何理解蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的？

1．概念：

利用基因工程技术对天然蛋白质进行改造，以便获得具有理想生物学功能的蛋白质。

2．蛋白质工程崛起的缘由

基因工程只能生产出天然蛋白质，蛋白质工程是为了生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质。

3．基本原理

它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构，又称为第二代基因工程。

4．基本途径

从预期的蛋白质功能出发，设计预期的蛋白质结构，推测应有的氨基酸序列，找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）。

5．蛋白质工程的步骤

1．蛋白质工程的设计思路与中心法则相反。

2．蛋白质工程的操作对象是基因。

　关于蛋白质工程的设计思路不正确的是（　　）

A．从氨基酸的顺序推测基因的核苷酸的排列顺序

B．蛋白质工程完全不遵循中心法则

C．从蛋白质的功能推测蛋白质应有的结构

D．从蛋白质的结构推测氨基酸的排列顺序

【审题导析】　

（1）要熟悉蛋白质工程的设计思路。

（2）注意蛋白质工程的设计思路与蛋白质的合成过程相反。

【精讲精析】　蛋白质工程的设计思路如下：

―→

―→

―→

可见，A、C、D项正确；而蛋白质的合成过程遵循中心法则，故B项错误。

【答案】　B

　科学家将β干扰素基因进行定点突变后，导入大肠杆菌体内使其表达，使干扰素第17位的半胱氨酸变成丝氨酸，结果大大提高了β干扰素的抗病活性，并且提高了贮存稳定性。

该生物技术为（　　）

A．基因工程B．蛋白质工程

C．基因突变D．细胞工程

【思维导图】　解答此题的思维流程如下：

―→

―→

―→

―→

【精讲精析】　为提高β干扰素的抗病活性，在基因工程的基础上对编码β干扰素相应的基因进行定点突变，最终实现了对β干扰素结构功能的改变，这项技术称为蛋白质工程。

【答案】　B

蛋白质工程与基因工程的比较

【问题导思】

①蛋白质工程与基因工程有哪些区别和联系？

其实质分别是什么？

②蛋白质工程与基因工程的操作程序分别有哪些？

项目

蛋白质工程

基因工程

区别

过程

预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质

获取目的基因→构建基因表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定

实质

定向改造或生产人类所需蛋白质

定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品（基因的异体表达）

结果

生产自然界没有的蛋白质

生产自然界中已有的蛋白质

联系

蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程，因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现

　利用基因工程，可以使哺乳动物的乳腺成为一种“生物反应器”，大量生产药物。

这种动物基因工程操作的一般过程如下。

（1）首先，将________与________等调控组件重组在一起。

（2）然后，通过________的方法，导入哺乳动物的受精卵中。

（3）再次，将受精卵送入母体内，使其生长发育为转基因动物。

从中选择________性个体，待其进入泌乳期后，可以通过________来生产所需要的药品。

【思维导图】　解答此题的思维流程如下：

―→

|　　　　　　　|　　　　　　　|

【精讲精析】　本题主要考查的是基因工程技术的应用，即利用转基因动物作为活性生物反应器来生产药物。

转基因动物是指以人工方法将外源基因导入动物受精卵（或早期胚胎细胞），使外源基因与动物本身的基因组整合，并随细胞的分裂而增殖，从而稳定地遗传给下一代动物，这种技术称为动物转基因技术。

【答案】　

（1）药用蛋白基因　乳腺蛋白基因

（2）显微注射

（3）雌　分泌乳汁

　下列关于蛋白质工程和基因工程的比较，不合理的是（　　）

A．基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造，从而制造一种新的蛋白质

B．蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成

C．当得到可以在－70℃条件下保存半年的干扰素后，在相关酶、氨基酸和适宜的温度、pH条件下，干扰素可以大量自我合成

D．基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的

【审题导析】　解答本题的关键是理解基因工程及蛋白质工程的区别与联系。

【解析】　基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造，从而制造一种新的蛋白质；蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成，这样产生的改变才能遗传下去；蛋白质不是遗传物质，不可能自我复制；由于基因工程和蛋白质工程都是对基因进行操作，因此，基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的。

【答案】　C

本课知识小结

网络构建

结论语句

1．通过基因工程提高二磷酸核酮糖羧化酶的活性及降低加氧酶的活性以达到提高植物光合作用效率的目的。

2．通过基因工程技术，将固氮细菌中的固氮基因转移到非豆科作物的细胞内，使其获得固氮性状。

3．利用动植物体作生物反应器，生产价格低廉的蛋白质药物。

4．蛋白质工程是指利用基因工程技术对天然蛋白质进行改造，以便获得具有理想生物学功能的蛋白质。

1．下列有关叶绿体中的二磷酸核酮糖羧化酶的说法正确的是（　　）

A．能通过羧化作用固定CO2，也能催化底物的加氢反应

B．能通过羧化作用还原CO2，也能催化底物的加氧反应

C．二磷酸核酮糖羧化酶是由基因控制合成的

D．提高二磷酸核酮糖羧化酶和加氧酶的活性，能提高作物产量

【解析】　二磷酸核酮糖羧化酶的羧化作用能固定CO2，也能催化底物的加氧反应；提高二磷酸核酮糖羧化酶的活性和降低加氧酶的活性，会增加植物对二氧化碳的固定速率，能提高作物产量。

酶是蛋白质，最终是由基因控制合成的。

【答案】　C

2．利用基因工程手段培育能固氮的水稻品种，其在环境保护上的意义是（　　）

A．减少氮肥使用量，降低生产成本

B．减少氮肥生产量，节约能源

C．避免使用氮肥过多引起的环境污染

D．改良土壤的群落结构

【解析】　培育固氮水稻品种在环境保护上的意义是避免使用氮肥过多引起的环境污染。

【答案】　C

3．以下关于蛋白质工程的说法正确的是（　　）

A．蛋白质工程以基因工程为基础

B．蛋白质工程就是酶工程的延伸

C．蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质的改造

D．蛋白质工程只能生产天然的蛋白质

【解析】　蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程。

【答案】　A

4．在设计合成自然界中不存在的蛋白质时，首先应该设计（　　）

A．基因结构B．mRNA结构

C．氨基酸序列D．蛋白质结构

【解析】　蛋白质工程的操作程序：

从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质。

由此可知，首先设计的应该是蛋白质的结构。

【答案】　D

5．蛋白质工程的基本操作程序正确的是（　　）

①蛋白质分子结构

②DNA合成

③mRNA合成

④蛋白质的预期功能

⑤根据氨基酸的序列推出脱氧核苷酸的序列

⑥蛋白质分子合成

A．①→②→③→④→⑤→⑥

B．⑤→④→③→②→①→⑥

C．④→①→⑤→②→③→⑥

D．②→③→⑤→①→⑥→④

【解析】　蛋白质工程是分析已知结构和功能的蛋白质，并对其结构进行改造，主要是改变个别氨基酸，从而分析出改造后的蛋白质的氨基酸序列，据此逆推出mRNA的碱基序列，最后合成出相应的DNA。

【答案】　C

6．2008年诺贝尔化学奖授予了三位在研究绿色荧光蛋白（GFP）方面做出突出贡献的科学家。

绿色荧光蛋白能在蓝光或紫外光的激发下发出荧光，这样借助GFP发出的荧光就可以跟踪蛋白质在细胞内部的移动情况，帮助推断蛋白质的功能。

下图为我国首例绿色荧光蛋白GFP转基因克隆猪的培育示意图，据图回答：

（1）图中通过过程①②形成重组质粒，需要限制性核酸内切酶切取目的基因、切割质粒。

限制性核酸内切酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制性核酸内切酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。

在质粒上有酶Ⅰ的一个切点，在目的基因的两侧各有1个酶Ⅱ的切点。

①请画出质粒被限制性核酸内切酶Ⅰ切割后所形成的粘性末端。

②在DNA连接酶的作用下，上述两种不同限制性核酸内切酶切割后形成的粘性末端能否连接起来？

________。

理由是_____________________________

______________________________________________________________。

（2）过程③将重组质粒导入猪胎儿成纤维细胞时，采用最多也最有效的方法是______________________________________________________________。

（3）如果将切取的GFP基因与抑制小猪抗原表达的基因一起构建到载体上，GFP基因可以作为基因表达载体上的标记基因，其作用是___________________________________________________________________

______________________________________________________________。

获得的转基因克隆猪，可以解决的医学难题是可以避免__________________________________________________________________

______________________________________________________________。

（4）目前科学家们通过蛋白质工程制造出了蓝色荧光蛋白、黄色荧光蛋白等，采用蛋白质工程技术制造出蓝色荧光蛋白过程的正确顺序是________（用下列序号表示）。

①推测蓝色荧光蛋白的氨基酸序列和基因的核苷酸序列

②蓝色荧光蛋白的功能分析和结构设计

③蓝色荧光蛋白基因的修饰（合成）

④表达出蓝色荧光蛋白

【解析】　限制性核酸内切酶能识别特定的核苷酸序列，并在特定的位点进行切割，产生粘性末端。

限制性核酸内切酶Ⅰ和Ⅱ切割后产生的粘性末端相同，即均产生GATC序列，因此可以用DNA连接酶将目的基因和载体连接起来。

目的基因导入动物细胞最常用、最有效的方法是显微注射法。

标记基因可以用来检测目的基因是否导入受体细胞。

用转基因克隆猪作为器官移植的供体，其优点是可以避免发生免疫排斥反应。

【答案】　

（1）①

②可以连接　由两种不同限制性核酸内切酶切割后形成的粘性末端是相同的（或是可以互补的）

（2）显微注射法

（3）鉴定受体细胞中是否含有目的基因　发生免疫排斥反应

（4）②①③④