第4章 第2节 基因工程及其延伸技术应用广泛（word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程（浙科版2019）

第二节　基因工程及其延伸技术应用广泛 [课标要求] 1.举例说明基因工程的应用。 2．概述蛋白质工程的原理。 [主干知识梳理] 一、基因工程技术的应用 1．用于基因诊断、基因治疗、生产药物、研究疾病 (1)运用核酸分子杂交、PCR等技术进行基因诊断 ①核酸分子杂交和PCR技术常用来检测患者自身携带的缺陷基因。 ②灵敏度极高的PCR技术常用于诊断患者是否感染某种病原体。 (2)向患者体内导入正常基因进行基因治疗 ①基因治疗：向有基因缺陷的细胞中引入正常功能的基因，以纠正或补偿基因的缺陷，从而达到治疗的目的。 ②基因治疗的载体：常以修饰过的病毒为载体，如腺病毒和逆转录病毒。 (3)利用转基因生物生产基因工程药物 ①乳腺生物反应器的优点：乳汁可以连续合成；频繁采集不会对动物产生危害；乳汁成分相对简单、明确，便于药物的提纯。 ②转基因微生物作为理想的合成蛋白质的分子工厂的优点：微生物遗传物质简单、操作方便，可以在价格低廉的培养基中快速生长。 (4)转基因动物可为研究疾病机理提供模型。 2．用于法医鉴定，保护受害者权益 (1)血型或抗原-抗体杂交技术鉴定：需要大量、新鲜的样品，并且结果的特异性不强。 (2)DNA指纹鉴定：经过限制性内切核酸酶剪切、电泳、与标记的探针进行核酸分子杂交，得到特异性图谱。 3．培育具有优良性状的农牧业品种 (1)通过基因工程，很多农作物在抗虫、抗病、抗逆和产品的品质等方面不断被改良。 (2)获得生长快、体型大、性状优良的转基因动物一直是研究的热点。 4．用于保护生态环境 (1)利用转基因工程菌摄取环境中的铜、铅等重金属，并在体内转化为硫酸铜、硫酸铅等易于提取的化合物。 (2)利用转基因工程菌降解氯化烃和其他有毒的化合物，处理石油泄漏污染问题。 二、蛋白质工程 概念 通过设计和改造编码蛋白质的基因，从而改变氨基酸序列，最终获得特定功能的蛋白质的技术 操作 步骤 (1)建立蛋白质功能与结构的联系 (2)依据所需蛋白质的功能，设计改造天然蛋白质的空间结构 (3)推测出其氨基酸的序列 (4)根据“中心法则”逆推出基因的核苷酸序列 (5)利用基因工程技术改变DNA上特定位点的核苷酸序列 (6)将改造了的基因导入受体细胞后进行表达 目的 通过设计和改造编码蛋白质的基因获得特定功能的蛋白质 三、基因数据库 1．2003年人类基因组计划测序完成，基因测序技术不断发展。 2．测序技术的发展使得人类获得了海量的生物数据。 3．在测序技术的推动下和生物信息技术的支持下，基因工程迈入了大数据时代。 [预习效果自评] 1．判断下列说法的正误 (1)基因诊断的基本原理是DNA分子杂交。(√) (2)基因治疗是向目的细胞中导入正常基因以替换细胞中不正常的基因。(×) 提示：基因治疗是向目的细胞中导入正常基因以纠正或补偿细胞的基因缺陷。 (3)蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构。(×) 提示：蛋白质工程中直接改造的是基因，不是蛋白质。 (4)利用转基因技术培育的动物，目的基因只存在于特定的细胞中。(×) 提示：培育转基因动物，受体细胞一般为受精卵，目的基因一般存在于转基因动物的各个细胞中。 (5)用含H1N1病毒碱基序列的DNA探针，可检测发热病人体内是否含H1N1病毒。(√) 2．蛋白质工程的目标是生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质，甚至是自然界不存在的蛋白质。结合图示回答有关问题： (1)写出流程图中字母代表的含义： A．预期功能；B._氨基酸序列；C.改造或合成；D._转录；E._翻译。 (2)上图字母中属于中心法则的过程有_D、E，属于蛋白质工程的过程有_A、B、C。 (3)对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？原因是什么？ 提示：应该通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造。主要原因是①蛋白质具有十分复杂的空间结构，基因的结构相对简单，容易改造；②改造后的基因可以遗传给下一代，被改造的蛋白质无法遗传。 (4)蛋白质工程和基因工程的操作对象以及得到的蛋白质相同吗？分别体现在哪些方面？ 提示：不同。体现：①操作对象不同：蛋白质工程的操作对象是天然基因改造后的基因；基因工程的操作对象是天然基因。②得到的蛋白质不同：蛋白质工程可以得到自然界没有的新的蛋白质；基因工程得到的是自然界原有的蛋白质。 3．思考题：继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了成功。科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。在研制膀胱生物反应器时，应使药用蛋白基因在什么细胞中特异性表达？它与乳腺生物反应器有什么相同和不同点？ 提示：应使药用蛋白基因在膀胱上皮细胞中特异性表达。相同点是收集药用蛋白较容易，且不会对动