第3章 第3、4节 基因工程的应用　蛋白质工程的原理和应用-2020-2021学年新教材高中生物选择性必修3 生物技术与工程 新课标辅导【精讲精练】人教版（word）

第3节　基因工程的应用 第4节　蛋白质工程的原理和应用 【学习目标】 1．举例说明基因工程在农牧、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质——社会责任 2．概述人们根据基因工程原理，进行蛋白质设计和改造，可以获得性状和功能更符合人类需求的蛋白质——科学思维 3．举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造，生产目标蛋白的过程——科学思维 知识点一　基因工程的应用 [新知梳理] 1．基因工程在农牧业方面的应用 (1)转基因抗虫植物。 ①目的基因：从某些生物分离出的抗虫基因。 ②成果：具有抗虫性的作物，如转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。 (2)转基因抗病植物。 ①目的基因：来源于某些病毒、真菌等的抗病基因。 ②成果：转基因抗病植物，如转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。 (3)转基因抗除草剂植物。 ①目的基因：降解或抵抗某种除草剂的基因。 ②成果：抗除草剂的作物品种，如转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。 (4)改良植物品质。 ①目的基因：与植物营养价值、观赏价值有关的基因。 ②成果：将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入玉米，转基因玉米中赖氨酸的含量升高；将与植物花青素代谢相关的基因导入牵牛花，呈现自然界没有的颜色变异。 (5)提高动物的生长速率。 ①目的基因：外源生长激素基因。 ②成果：转基因鲤鱼，生长速率大幅提高。 (6)改善畜产品的品质。 ①目的基因：肠乳糖酶基因。 ②成果：转基因牛分泌的乳汁中，乳糖含量大大降低。 2．基因工程在医药卫生领域的应用 (1)对微生物或动植物的细胞进行基因改造，使它们生产药物，如细胞因子、抗体、疫苗和激素等。 (2)让哺乳动物批量生产药物。利用牛、山羊等动物乳腺生物反应器，获得抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α－抗胰蛋白酶等医药产品。 (3)使建立移植器官工厂的设想成为现实。利用基因工程技术对猪的器官进行改造，培育转基因克隆猪器官。 3．基因工程在食品工业方面的应用 (1)分类：利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。 (2)实例：凝乳酶的生产。 ①目的基因：牛凝乳酶基因。 ②受体细胞：大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌等 ③成果：通过工业发酵批量生产凝乳酶，可以用于生产奶酪。 [互动探究] 1．从基因与性状的关系角度思考，利用转基因改良植物品质的途径有哪些？ 提示：①直接导入控制该性状的结构蛋白基因。②导入与该性状有关的某种酶的基因。 2．为提高动物的生长速率，需将外源生长激素基因导入动物体内，应该选择哪种细胞作受体细胞？试分析其原因。 提示：受精卵。受精卵体积较大，操作较容易，含营养物质丰富，也能保障发育成的个体所有细胞都含有外源基因，全能性较高。 3．生产乳腺生物反应器构建基因表达载体时有什么特别要求？为什么？ 提示：必须把药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起。因为只有连接了乳腺蛋白基因的启动子，才能保证相应的目的基因在雌性动物泌乳期在其乳腺细胞内得以表达。 4．利用转基因细菌能否直接生产干扰素等化学本质为糖蛋白的药物？为什么？ 提示：利用转基因细菌不能直接生产糖蛋白类的产品，因为细菌中只有核糖体，没有内质网和高尔基体等其他细胞器。 [归纳总结] 1．转基因抗虫植物与转基因抗病植物的比较 　　类型 项目　 转基因抗虫植物 转基因抗病植物 方法 从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，将其导入植物中 将来源于病毒、真菌等的抗病基因导入植物中 基因种类 Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等[来源:学_科_网] ①抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因 ②抗真菌基因：几丁质酶基因和抗毒素合成基因 成果 转基因抗虫棉花、水稻、玉米、大豆、马铃薯等 转基因抗病毒甜椒、番木瓜、烟草等 意义 减少化学农药的使用，降低生产成本，减轻环境污染，降低了对人体健康的损害 2.乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别 比较内容 乳腺生物反应器 工程菌 含义 指将外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白 指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类 基因表达 合成的药物蛋白与天然蛋白质相同 细菌合成的药物蛋白可能没有活性 受体细胞 动物受精卵 微生物细胞 目的基因导入方式 显微注射法 感受态细胞法 生产条件 不需严格灭菌；温度等外界条件对其影响不大 需严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件 药物提取 从动物乳汁中提取 从微生物细胞或其培养液中提取 [题组通关] 1．运用现代生物技术，将抗菜青虫的Bt基因转移到优质油菜中，培育出转基因抗虫的油菜品种，这一品种在生长过程中能产生特异的杀虫蛋白，对菜青虫有显著抗性，能