2014届高三生物一轮复习精讲精练 第36讲 基因工程(二) 苏教版.doc
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1、第36讲基因工程(二)考纲要求1.基因工程的应用()。2.转基因生物的安全性()。3.生物武器对人类的威胁()。4.蛋白质工程()。考点一基因工程的应用1抗虫棉的培育(1)目的基因:Bt毒蛋白基因。(2)原理:抗虫Bt毒蛋白水解成多肽与虫肠上皮细胞结合,形成穿孔,细胞肿胀裂解致死;两种抑制剂分别抑制相应酶活性,影响消化;植物凝集素为糖蛋白,与虫肠黏膜结合,影响营养物质的吸收和利用。(3)受体细胞(4)方法:花粉管通道技术(也可用农杆菌介导转化技术或基因枪介导转化技术)。2动物反应器(1)外源基因:药用蛋白基因。(2)表达条件:药用蛋白基因乳腺蛋白基因(膀胱内表达相应基因)启动子。(3)受体生物
2、牛、羊等。(4)方法:显微注射技术。3基因诊断(1)原理:DNA分子杂交原理。针对不同疾病的检测,有不同的DNA探针,探针DNA分子有特定的脱氧核苷酸序列,若它与标本中的DNA分子发生杂交,即可特异性地确定标本上的遗传信息。(2)特点:a.针对性强、特异性高;b.快速、简便;c.灵敏度高。4基因治疗的两种途径 判一判1我国的转基因抗虫棉转入的抗虫基因是Bt毒蛋白基因()2利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品,如人的血清白蛋白,这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中()3由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用()4为培育抗除草剂的作物新品种,导入抗除草剂基因时只能以受精卵
3、为受体()5目前,植物基因工程技术主要应用于提高农作物的抗逆性、生产某些天然药物、改良农作物的品质、作器官移植的供体()6基因工程药物主要来源于转基因动物生产()7基因治疗是把正常基因导入病人体内,使该基因的表达产物发挥功能,从而达到治疗疾病的目的()易错警示有关基因工程应用的易错点 (1)动物基因工程主要是为了改善畜产品的品质,而不是为了产生体型巨大的个体。(2)DNA分子作探针进行检测时应检测单链,即将待测双链DNA分子打开。(3)Bt毒蛋白基因控制合成的Bt毒蛋白并无毒性,进入昆虫消化道被分解成多肽后产生毒性。(4)青霉素是青霉菌产生的,不是通过基因工程产生的。(5)并非所有个体都可作为
4、乳腺生物反应器。操作成功的应该是雌性个体,个体本身的繁殖速度较高,泌乳量、蛋白含量等都是应该考虑的因素。(6)基因治疗后,缺陷基因没有改变。基因治疗是把正常基因导入受体细胞中,以表达正常产物从而治疗疾病,对原来细胞中存在缺陷的基因没有清除或改变。1科学家利用基因工程技术可以使哺乳动物本身变成“批量生产药物的工厂”。目前科学家已在牛和羊等动物的乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等重要药品。请回答有关问题:(1)将药用蛋白基因和乳腺蛋白基因的启动子、终止子和等重组在一起,就可构建基因表达载体,再通过技术即可导入受精卵中。(2)制备乳腺生物反应器的过程中,目的基因的受体细胞为,性
5、染色体组成为。(3)为确定受体细胞中染色体的DNA上是否插入了目的基因,可利用技术进行检测,一般是用放射性同位素标记作探针。(4)转化成功的受精卵发育成胚胎需要进行体外培养,在培养液中要加入等天然成分。答案(1)标记基因显微注射(2)受精卵XX(3)DNA分子杂交含有目的基因的DNA片段(4)血清解析基因表达载体的组成,除了目的基因,还必须有启动子、终止子及标记基因。显微注射技术是转基因动物操作中采用最多、也最有效的方法。制备乳腺生物反应器的过程中,子代个体须有乳房,所以受体为雌性,其性染色体组成为XX。将含有目的基因的DNA片段用放射性同位素标记作探针,用DNA分子杂交技术可检测目的基因是否
6、成功插入了受体细胞染色体的DNA上。1乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较比较项目乳腺生物反应器工程菌基因结构动物基因的结构与人类基因的结构基本相同细菌或酵母菌等生物基因的结构与人类基因的结构有较大差异基因表达合成的药物蛋白与天然蛋白质相同细菌细胞内没有内质网、高尔基体等,产生的药物蛋白可能没有活性受体细胞哺乳动物的受精卵微生物细胞生产条件不需严格灭菌,温度等条件对其影响不大需严格灭菌,需严格控制工程菌所需的外界条件药物提取从动物乳汁中提取从微生物细胞中提取2.基因治疗与基因诊断原理操作过程进展基因治疗基因表达把正常基因导入有基因缺陷的细胞中,以表达出正常性状来治疗临床实验基因诊断碱基互补配对
7、制作特定DNA探针与病人样品DNA混合,分析杂交带情况临床应用考点二转基因生物的安全性与生物武器1关注转基因生物的安全性(1)食用安全问题长期食用某种转基因食品是否会导致某种“毒素”在人体内积累。(2)环境安全问题转基因植物的扩散对生物多样性有无影响。导入的目的基因是否会扩散漂移到其他物种体内而导致自然界的混乱。若大面积种植转基因植物,其残体分解物、根际分泌物等是否会对生态与环境造成大规模的负面效应等。2转基因生物安全性的保障措施(1)保障公众对所购食品是否来源于转基因生物拥有知情权。(2)国家应建立相应的评估及预警机制。3生物武器的种类(连一连)4我国政府观点在任何情况下不发展、不生产、不储
8、存生物武器,并反对生物武器及其技术和设备的扩散。2下列关于转基因生物与环境安全的叙述,错误的是()A重组的微生物在降解污染物的过程中可能产生二次污染B种植抗虫棉可以减少农药的使用量,对环境没有任何负面影响C如果转基因花粉中有毒蛋白或过敏蛋白,可能会通过食物链传递到人体内D转基因生物可能会使某些地区的生态系统的稳定性遭到破坏答案B解析抗虫棉固然可以减少农药的使用,但外源基因可能通过花粉逸散到近缘的其他植物,从而造成基因污染。3下列哪种生物不能作为生物武器()A伤寒杆菌 B炭疽杆菌C乳酸菌 D天花病毒答案C解析生物武器必须是能致病的病菌、病毒或生化毒剂等。乳酸菌是一种非致病菌,因此不能作为生物武器
9、。生物武器的种类包括致病菌、病毒、生化毒剂,以及经过基因重组的致病菌等。1转基因生物存在安全性问题的原因(1)目前对基因的结构、调控机制及基因间的相互作用了解有限。(2)目的基因往往是异种生物的基因。(3)外源基因插入宿主细胞基因组的部位往往是随机的。2理性看待转基因生物(1)转基因生物的优缺点优点缺点 解决粮食短缺问题;大大减少农药的使用量,减少环境污染;增加食物营养,提高附加值增加食物种类,提升食物品质;提高生产效率,带动相关产业发展可能出现新的过敏原或重组形成新病毒;可能产生抗除草剂的杂草;可能使疾病的传播跨越物种障碍;可能会损害生物多样性;可能会对人类生活环境造成二次污染(2)对待转基
10、因生物的正确态度对转基因生物出现激烈的伦理方面的争论是正常的,关键是社会应有正确的舆论导向,从而促进科学技术的发展。国家对转基因技术要制定符合本国利益的政策和法规。在转基因生物或其产品研究过程中,科学家要自觉遵守科学研究道德。3生物武器的特点(1)致病力强、传染性大。(2)污染面广、危害时间长。直接喷洒的生物气溶胶,可随风飘到较远的地区,杀伤范围可达数百至数千平方千米,且存活时间长,不易被发现。(3)难以防治。(4)具有一定的潜伏期。(5)受自然条件影响大。4局限性(1)生物武器主要指病原微生物,它们的生存、繁殖、死亡易受环境条件的影响。(2)受地形、方向等多种条件的影响。(3)使用不易控制,
11、使用不当可危害本方安全。考点三蛋白质工程1蛋白质工程概念(1)利用技术:物理化学、生物化学等。(2)改造对象:基因。(3)方法:计算机辅助设计、基因定点诱变、重组DNA技术(4)目的:定向改造天然蛋白质,甚至创造自然界不存在的蛋白质。(5)关键技术:基因工程。2类型(1)大改:设计并制造出自然界中不存在的全新蛋白质。(2)中改:在蛋白质分子中替代某一肽段或一个特定的结构域。(3)小改:改造蛋白质分子中某活性部位的1个或几个氨基酸残基。3操作过程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)基因表达产生需要的蛋白质。4应用(1)改造酶的结构,提高
12、酶的热稳定性。(2)生物工程制药。(3)疾病诊断。易错警示有关蛋白质工程的易错点(1)对蛋白质分子进行改造,其本质是改变其基因组成。如果对蛋白质直接改造,即使改造成功,被改造的蛋白质分子还是无法遗传。(2)蛋白质工程的实质是根据蛋白质的结构,创造新基因或者改造老基因,是基因工程的发展与延续。(3)蛋白质工程与DNA分子重组技术是分不开的,常用到基因工程工具酶,如限制性核酸内切酶和DNA连接酶。4胰岛素可以用于治疗糖尿病,但是胰岛素被注射到人体后,会堆积在皮下,要经过较长的时间才能进入血液,而进入血液的胰岛素又容易分解,因此,治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程,请据图回
13、答有关问题:(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键,图中构建新的胰岛素模型的主要依据是。(2)通过DNA合成形成的新基因应与结合后转移到中才能得到准确表达。(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素,需用到的生物工程有、和发酵工程。(4)图中从胰岛素模型到新的胰岛素基因合成的基本思路是什么? 。答案(1)蛋白质的预期功能(2)载体大肠杆菌等受体细胞(3)蛋白质工程基因工程(4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列,推测出控制其合成的基因中的脱氧核苷酸序列,然后利用DNA合成仪合成出新的胰岛素基因解析(1)蛋白质工程首先要根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质的结构进行分子设计,因此,图中构建新的胰岛素
14、模型的主要依据是预期胰岛素的功能,即速效胰岛素。(2)合成的目的基因应与载体结合,构建基因表达载体后导入受体细胞中才能表达。(3)利用蛋白质工程生产速效胰岛素,需合成新的胰岛素基因,改造好的目的基因需要通过基因工程转入受体细胞,并在生产中要借助工程菌,所以还需要发酵过程,因此,此过程涉及蛋白质工程、基因工程、发酵工程。(4)由新的蛋白质模型到构建新的基因,其基本思路是根据新的胰岛素中氨基酸的序列,推测出控制其合成的基因中的脱氧核苷酸序列,然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因。5(2012浙江卷,6)天然的玫瑰没有蓝色花,这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因B,而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已
15、知的基因B。现用基因工程技术培育蓝玫瑰,下列操作正确的是()A提取矮牵牛蓝色花的mRNA,经逆转录获得互补的DNA,再扩增基因BB利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因BC利用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞D将基因B直接导入大肠杆菌,然后感染并转入玫瑰细胞答案A解析获取目的基因B,可先提取矮牵牛蓝色花的mRNA,经逆转录获得互补的DNA,再经PCR技术扩增,A正确;基因文库构建时是将目的基因与载体连接起来,形成重组载体,再导入受体菌中储存和扩增,提取目的基因时不需使用限制性核酸内切酶,B错误;连接目的基因与质粒的酶是DNA连接酶,C错误;将目的基因导入植物细胞,
16、常用农杆菌介导转化技术,不使用大肠杆菌,D错误。基因工程与蛋白质工程的比较项目蛋白质工程基因工程区别过程预期蛋白质的功能设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列推测相对应的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将目的基因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结果生产自然界中没有的蛋白质一般是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,都必须通过基因修饰或基因合成实现1(2012江苏卷,13)下列关于转基因生
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