2025届高三生物一轮复习课件第55讲 基因工程的应用和蛋白质工程

第 55 讲 基因工程的应用和 蛋白质工程 课标要求 核心素养要求 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。 2.举例说明依据人类对原蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。 1.生命观念：理解基因的结构决定其功能，建立结构与功能观。 2.科学思维：运用归纳与概括、模型与建模等科学思维方法，理解基因工程和蛋白质工程的原理和技术。 3.科学探究：通过“DNA的粗提取与鉴定”实验，培养实验探究能力。 4.社会责任：关注基因工程的发展和应用，结合基因工程在生产实践中的应用，提出防止基因污染的措施。 基因工程的应用和蛋白质工程 一轮复习✸选择性必修三：生物技术与工程 本讲目录 考点1 基因工程的应用 考点2 蛋白质工程的原理和应用 考点聚焦 考点1 基因工程的应用 1.基因工程在农牧业方面的应用 抗虫功 能的基因 抗 病基因 降解或抵抗 考点1 基因工程的应用 1.基因工程在农牧业方面的应用 蛋白质编 码基因 花青素代谢相关的基因 外源生长激素基因 乳糖酶基因 乳汁 考点1 基因工程的应用 2.基因工程在医药卫生领域的应用 基因改造 显 微注射 抗原决定基因 克隆 免疫排斥 考点1 基因工程的应用 2.基因工程在医药卫生领域的应用 （1）基因工程改造微生物或动植物的细胞生产药物 常见药物类型：细胞因子、抗体、疫苗和激素等。 我国生产的重组人干扰素、血小板生成素、促红细胞生成素和粒细胞集落刺激因子等基因工程药物均已投放市场。 实例： 干扰素基因 质粒 重组质粒 大肠杆菌或酵母菌 可大量生产干扰素的大肠杆菌或酵母菌 构建 导入 培养 考点1 基因工程的应用 2.基因工程在医药卫生领域的应用 （2）乳房（乳腺）生物反应器 ②目的基因可在乳腺细胞中表达，其他组织细胞中含有该目的基因吗？ 。理由是： ③若是膀胱生物反应器，为何更容易得到目的基因的产物？ 含有 因为它们都是由同一个受精卵分裂、分化而来的 不受性别和发育时期的限制 药用蛋白基因 乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件 基因表达载体 显微注射 受精卵 泌乳期分泌乳汁 转基因动物 药物 胚胎移植 早期胚胎培养 早期胚胎 ①培育过程： 考点1 基因工程的应用 2.基因工程在医药卫生领域的应用 （3）用转基因动物作为器官移植的供体 培育无免疫排斥的转基因克隆猪器官 抑制抗原决定基因表达 或除去抗原决定基因 在器官供体基因组中导入某种调节因子 考点1 基因工程的应用 工程菌 牛凝乳酶的基因 基因 工程菌 3.基因工程在食品工业方面的应用 3.基因工程在食品工业方面的应用 用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。 （1）基因工程菌: （2）过程： 将目的基因 导入微生物细胞 工厂化发酵培养 提取产物 基因工程 发酵工程 （3）优点： （4）缺点： 繁殖速度快，表达效率高 细菌缺乏蛋白质加工系统，需额外加工。 考点1 基因工程的应用 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 概念 指导入的外源基因在哺乳动物的乳腺中特异性表达,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细胞株系 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、高尔基体等细胞器,产生的药物蛋白可能没有活性 受体细胞 动物的受精卵 微生物细胞 考点1 基因工程的应用 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 目的基因导入方式 显微注射法 Ca2＋处理法 生产条件 不需要严格灭菌，温度等外界条件对其影响不大 需要严格灭菌，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 考点1 基因工程的应用 考点1 基因工程的应用 4.CRISPR/Cas9基因编辑技术 （1）应用：可对目标基因进行定点编辑 （2）原理：①gRNA特异性结合DNA片段 ②Cas9定点切割DNA ③细胞内的DNA修复系统修复断裂的双链 →磷酸二酯键 考点1 基因工程的应用 C 1.(2023·福建宁德期末)利用转基因山羊乳腺生物反应器生产丁酰胆碱酯酶， 可治疗有机磷中毒。下列叙述错误的是(　　) A.应该用山羊乳腺中特异表达的基因的启动子构建基因表达载体 B.通过体细胞克隆可将丁酰胆碱酯酶基因传递给子代 C.通过显微注射技术将基因表达载体导入山羊乳腺细胞 D.山羊乳腺细胞可将肽链加工成具有一定空间结构的丁酰胆碱酯酶 考点1 基因工程的应用 2.(2023·辽宁沈阳期中)下列关于用转基因动物作器官移植供体的研究的叙述，不正确的是(　　) A.人体移植器官短缺和免疫排斥是目前制约人体器官移植的两大难题 B.猪的内脏构造、大小和血管分布与人的极为相似 C.灵长类动物体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒少于猪 D.无论以哪种动物作为供体，都需要在其基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因 C 考点2 蛋白质工程的原理和应用 蛋白质工程的基本原理是什么? 蛋白质工程已有哪些实际的应用? 若要获得耐盐能力更强的蛋白，可以对相关基因进行改造，最终得到相应的蛋白质，该过程可以通过蛋白质工程完成，该过程的基本思路是? 烟草是我国重要的经济作物，其栽培容易受到气候、土壤等诸多生态因子的强烈制约，因而烟草的栽培区域受到限制。土壤中的盐分是制约烟草生长的重要因素，它不仅造成烟草产量和品质降低，同时还使土壤板结。 ①预期耐盐蛋白质的功能；②设计耐盐蛋白质的结构； ③推测应有的氨基酸序列；④找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列（基因）；基因→获得耐盐能力更强的蛋白质 考点2 蛋白质工程的原理和应用 以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。 ①操作对象： ②结果： ③与基因工程的关系： 改造或合成基因 改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质 在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程 ①蛋白质的高级结构十分复杂，直接改造难度大 ②蛋白质是由基因编码的，改造基因可间接改造蛋白质 ③改造基因可以遗传，改造蛋白质不能遗传 1、概念： 考点2 蛋白质工程的原理和应用 2.蛋白质工程的基本思路： 预期功能 生物功能 设计 蛋白质 （三维结构） 推测 改造或合成 转录 翻译 折叠 行使 目的基因 mRNA 多肽链 中心法则的逆推，与天然蛋白质合成的过程相反 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→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。 考点2 蛋白质工程的原理和应用 项目 蛋白质工程 基因工程 操作对象 操作起点 操作水平 操作流程 结果 实质 联系 基因 基因 DNA分子水平 DNA分子水平 预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→找到并改变对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新基因→获得所需要的蛋白质 目的基因的筛选与获取→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 可生产自然界没有的蛋白质 可生产自然界已有的蛋白质 通过改造或合成基因来定向改造现有蛋白质或制造新的蛋白质 将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状 ①蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程； ②蛋白质工程离不开基因工程，其包含基因工程基本操作； 预期蛋白质功能 目的基因 考点2 蛋白质工程的原理和应用 ①蛋白质工程被广泛用于改进 或开发新的工业用酶。 ②实例：枯草杆菌蛋白酶具有水解蛋白质的作用，因此常被用于洗涤剂工业、丝绸工业等。 药物 丝氨酸 酶的性能 光合作用 3.蛋白质工程的应用 (1)在医药方面 ①利用蛋白质工程研发 。 ②实例：如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成 ，在一定条件下，可以延长保存时间。 (2)在工业方面 (3)在农业方面 科学家正在尝试改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物_________的效率，增加粮食的产量。 考点2 蛋白质工程的原理和应用 1.(2022邢台二模)新冠疫苗生产的途径及原理如下图所示,下列相关叙述不正确的是(　　) A.重组蛋白疫苗具有抗原性但不能 侵染进入宿主细胞 B.感染过腺病毒的人可能由于存在 腺病毒抗体,使疫苗作用效果较差 C.注射核糖核酸疫苗后,该疫苗能直接刺激机体产生特异性免疫 D.传统疫苗生产通常采用动物细胞体外培养病毒使其增殖 C 考点2 蛋白质工程的原理和应用 【课堂检测】镰刀型细胞贫血症是一种单基因遗传病，患者的血红蛋白分子β­肽链第6位氨基酸谷氨酸被缬氨酸代替，导致功能异常。回答下列问题： (1)异常血红蛋白的氨基酸序列改变的根本原因是编码血红蛋白基因的____________序列发生改变。 (2)将正常的血红蛋白基因导入患者的骨髓造血干细胞中，可以合成正常的血红蛋白达到治疗的目的。此操作_______(填“属于”或“不属于”)蛋白质工程，理由是该操作___________________________________________。 (3)用基因工程方法制备血红蛋白时，可先提取早期红细胞中的________，以其作为模板，在________酶的作用下反转录合成cDNA。cDNA与载体需在限制酶和_________酶的作用下，构建基因表达载体，导入受体菌后进行表达。 (4)检测受体菌是否已合成血红蛋白，可从受体菌中提取________，用相应的抗体进行______________杂交，若出现杂交带，则表明该受体菌已合成血红蛋白。 核苷酸 不属于 没有对现有蛋白质进行改造 mRNA 逆转录 DNA连接 蛋白质 抗原-抗体 第 56 讲 生物技术的安全性和伦理问题 考点1 转基因产品的安全性 1.转基因成果 领域 成果 微生物 方面 ①减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的 ； ②构建高产、优质的基因工程菌生产氨基酸； ③用基因工程菌生产药物 转基因动物方面　 ①培育 、 的转基因家禽、家畜； ②培育抵抗相应病毒的动物新品种； ③建立某些人类疾病的转基因动物模型 转基因植物方面　 培育具有 、 、 和耐储藏等新性状的作物 发酵周期 生长迅速 营养品质优良 抗虫 抗病 抗除草剂 考点1 转基因产品的安全性 2.理性看待转基因技术 考点2 关注生殖性克隆人和禁止生物武器 （2）生殖性克隆和治疗性克隆的比较 类型 生殖性克隆 治疗性克隆 目的 _____________________ ________ 水平 ________ ________ 联系 都属于无性生殖；产生新个体或新组织，遗传信息相同 产生独立生存的新个体 治疗疾病 个体水平 细胞水平 1.关注生殖性克隆人 （1）概念: 生殖性克隆: 治疗性克隆: 是指通过克隆技术产生独立生存的新个体 指利用克隆技术产生特定的细胞、组织和器官,用它们来修复或替代受损的细胞、组织和器官从而达到治疗疾病的目的 考点2 关注生殖性克隆人和禁止生物武器 观点 理由 赞同 ①科学研究有 ，社会应该允许科学家研究； ②现在的伦理道德观念还不能接受，但是__________是可以改变的 大多数人反对 ①生殖性克隆人“ ”； ②在人为地制造在心理上和社会地位上都不健全的人，严重地违反了 ，是克隆技术的滥用； ③克隆技术还不成熟，面临着 等问题 （3）关于生殖性克隆人的争论 自己内在的发展规律 有违人类尊严 人类伦理道德 人的观念 流产、死胎和畸形儿 （4）四不原则： 不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验 考点2 关注生殖性克隆人和禁止生物武器 类型 试管婴儿 设计试管婴儿 技术手段 不需进行__________ 胚胎移植前需进行__________ 实践应用 解决 问题 用于 等疾病的治疗 联系 二者都是体外受精，经体外 ，再进行 ，在生殖方式上都为_________ 遗传诊断 遗传诊断 不孕不育 白血病、贫血病 早期胚胎发育 胚胎移植 有性生殖 2.试管婴儿和设计试管婴儿的比较 考点2 关注生殖性克隆人和禁止生物武器 3.禁止生物武器 (1)种类 致病菌类: 病毒类: 生化毒剂类: 经过基因重组的致病菌等: 炭疽杆菌、鼠疫菌、霍乱弧菌、伤寒杆菌、痢疾杆菌 天花病毒、动物痘病毒 肉毒杆菌毒素 重组蜡状杆菌、新型鼠痘病毒等 (2)传播途径 直接或间接通过食物、生活必需品和带菌昆虫等散步，经由呼吸道、消化道和皮肤侵入人、畜体内，造成大规模伤亡，也能损害大量植物 考点2 关注生殖性克隆人和禁止生物武器 ①致病性强；传染性强；人易感。 ②较隐蔽：不易被发现；易传播(如气溶胶)，发病有潜伏期，污染面积大、危害时间长。 ③易得到：制备容易，花费小。 ④传染途径多，治疗困难。 ⑤受自然条件影响大。 (3)特点 (4)中国政府的态度 在任何情况下，不发展、不生产、不储存生物武器,并反对生物武器及其技术和设备的扩散 $$