2027届高三生物一轮复习课件第3讲基因工程，第1部分：基因工程的应用、蛋白质工程、 DNA的粗提取与鉴定

第三部分：基因工程的应用、蛋白质工程、 DNA的粗提取与鉴定 ＊ ＊ ＊ ＊ （一）基因工程的应用 ＊ 思考：1.干扰素的化学本质是什么？作用机理是怎样的？ 2. 生产干扰素的传统方法是什么？ 3.目前大量生产干扰素的方法是什么？ 糖蛋白 干扰病毒（或肿瘤细胞等）核酸和蛋白质复制，从而抑制其繁殖； 从人血液中的白细胞内提取（利用相关病毒诱导白细胞产生）； 用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得； 利用基因工程生产药物 器官移植 (1)器官移植面临的问题：器官短缺和__________。 (2)解决措施：在器官供体的基因组中导入某种调节因子，以抑制________________的表达，或设法除去抗原决定基因，然后再结合克隆技术，培育出不会引起_______________的转基因克隆器官。 免疫排斥　 抗原决定基因　 免疫排斥反应　 重组人干扰素α-1b；主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。 2 例1．用白细胞生产干扰素，每个细胞最多产生100—1000个干扰素分子，而用基因工程技术改造的大肠杆菌生产干扰素，在1—2天内，每个菌体能产生20万个干扰素分子。图1为质粒，图2为干扰素（IFN）基因的结构。回答下列问题： (1)基因工程的一般步骤包括：___ ___、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定四个步骤，基因表达载体中有启动子，它与起始密码子的区别是启动子位于基因首端，是__ 是转录起始的位点。而起始密码子是位于 是翻译起始的位点。 (2)欲利用上述材料构建基因表达载体，不选用EcoRI的原因是______。最好选用限制 酶____ __，所构建表达载体的标记基因是______。 (3)将构建好的表达载体导入大肠杆菌细胞时需先用Ca2+进行处理，原因是______。 目的基因的筛选与获取 mRNA上三个相邻的碱基 EcoRI会破坏质粒的复制原点，导致重组DNA无法正常复制 BamHI和HindⅢ Ampr 使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态 RNA聚合酶识别和结合的部位 乳腺生物反应器 1.乳腺生物反应器所用的受体细胞是？ 2.为什么将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起？ 3.药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中？ 4.膀胱生物反应器哪些方面优于乳腺生物反应器？ 让药用蛋白基因只在乳腺细胞中特异性表达 几乎所有细胞 不受年龄限制；不受性别限制；提取简单、高效。 受精卵（显微注射法） 乳腺生物反应器 将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中，由这个受精卵发育成的转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁生产所需要的药物 研制膀胱生物反应器时，应如何处理目的基因*？ 将目的基因与膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子重组 将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的________等调控元件重组在一起，通过____________的方法导入哺乳动物的 中，由这个受精卵发育成的转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁生产所需要的药物，这称为_______ _________。 4 例2．如图是培育表达出人乳铁蛋白的乳腺生物反应器的技术路线。图中tetR表示四环素抗性基因，ampR表示氨苄青霉素抗性基因，BamHⅠ、HindⅢ、SmaⅠ箭头所示为三种限制酶的酶切位点。下列相关叙述不正确的是(　　) A．要将人乳铁蛋白基因插入载体，需用Hind Ⅲ和BamH Ⅰ限制酶同时酶切载体和目的基因 B．图中能使人乳铁蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达的调控序列是复制原点 C．为检测人乳铁蛋白基因是否成功表达，可采用抗原—抗体杂交技术 D．该过程中的早期胚胎一般需要培养至桑葚胚或囊胚阶段再进行胚胎移植 B 乳腺细胞中特异表达的基因的启动子 B　[将人乳铁蛋白基因插入载体，不能破坏目的基因，酶切的载体和目的基因两端露出的黏性末端碱基序列应相同，分析可知，应选用二者共有的限制酶HindⅢ和BamHⅠ切割，A正确；能使人乳铁蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达的调控序列是启动子、终止子等，B错误；为检测人乳铁蛋白基因是否成功表达，可采用抗原—抗体杂交技术检测，C正确；胚胎移植时，早期胚胎一般需要培养至桑葚胚或囊胚阶段再进行移植，D正确。] 5 例2．W是一种具有特定功能的人体蛋白质。某研究小组拟仿照制备乳腺生物反应器的研究思路，制备一种膀胱生物反应器来获得W，基本过程如图所示。 (1)步骤①中需要使用的工具酶有____________ ___。步骤②和③所代表的操作分别是___________和___ _______。步骤④称为_________。 (2)与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产W的优势在于不受转基因动物的___________ 答出2点即可)的限制。 (3)一般来说，在同一动物个体中，乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞的细胞核中染色体DNA所含的遗传信息_______(填“相同”或“不同”)，原因是__________。 (4)从上述流程可知，制备生物反应器涉及胚胎工程，胚胎工程中所用到的主要技术有____________ (答出2点即可)。 体外受精、胚胎移植 限制酶、DNA连接酶　 显微注射 体外培养（早期胚胎培养）　 胚胎移植 性别、年龄　 相同 两种上皮细胞都是体细胞，且来源于同一个受精卵　 【解析】(1)由分析可知，步骤①为构建基因表达载体，需使用同种限制酶切割目的基因和运载体，再由DNA连接酶连接黏性末端，形成重组表达载体；步骤②为显微注射；步骤③为体外培养；步骤④为胚胎移植。(2)与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产W，可从动物一出生就收集产物，不受动物的性别和年龄的限制。(3)在同一动物个体中，乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞是由同一个受精卵有丝分裂产生的体细胞，其细胞核中染色体DNA所含的遗传信息相同。(4)由分析可知，步骤③为体外培养，步骤④为胚胎移植，均属于胚胎工程。 6 （二）蛋白质工程 如果一种蛋白质不符合生产要求，直接改造蛋白质，会存在哪些问题？ ①改造难度大（蛋白质高级结构十分复杂）；②改造的蛋白质无法遗传（而基因可以遗传） 从预期的蛋白质的功能出发； 设计预期的蛋白质结构 推测应有的氨基酸序列 找到并改变或合成目的基因； （人工合成目的基因，定点突变） 获得所需的蛋白质 ②蛋白质工程的基本思路 ①蛋白质工程的实质： 。 从而实现对现有蛋白质进行 或制造出____ 。 基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质 新的蛋白质 改造 改造或合成基因 例1．下图表示蛋白质工程的操作流程，下列叙述不正确的是 (　　) A．蛋白质工程中了解蛋白质分子的结构是非常关键的工作 B．蛋白质工程是完全摆脱基因工程技术的一项全新的生物工程技术 C．图中a、b过程分别表示转录、翻译 D．基因工程和蛋白质工程都遵循中心法则 B 【解析】蛋白质工程中了解蛋白质分子的结构是非常关键的工作，如蛋白质的空间结构、氨基酸的排列顺序等，这对于合成或改造基因至关重要，A正确；蛋白质工程的进行离不开基因工程，因为对蛋白质的改造要通过对基因的改造来完成，B错误；图中a、b过程分别表示转录、翻译，C正确；通过蛋白质工程可对现有蛋白质进行改造，也可制造出一种新的蛋白质，D正确。 8 例2．腈水合酶(N0)广泛应用于环境保护和医药原料生产等领域，但不耐高温。利用蛋白质工程技术在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽，可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)。下列有关叙述错误的是(　　) A．N1与N0氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一 B．加入连接肽需要通过改造基因实现 C．获得N1的过程需要进行转录和翻译 D．检测N1的活性时先将N1与底物充分混合，再置于高温环境 D D　[在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽，可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)，则N1与N0氨基酸序列有所不同，这可能是影响其热稳定性的原因之一，A正确；蛋白质工程的作用对象是基因，即加入连接肽需要通过改造基因实现，B正确；N1为蛋白质，蛋白质的合成需要经过转录和翻译两个过程，C正确；酶具有高效性，检测N1的活性需先将其置于高温环境，再与底物充分混合，D错误。] 9 1．实验原理 （三）DNA的粗提取与鉴定(探究•实践) DNA不溶于酒精溶液，但是细胞中的某些蛋白质则溶于酒精---可将DNA与蛋白质分离。DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，能溶于2mol/L的NaCl溶液 DNA＋二苯胺 _____色。 蓝　 2．操作流程： 3．注意事项 (1)不能用哺乳动物成熟的红细胞作为实验材料（无细胞核）。可选用鸡血细胞，菜花，猪肝等。 (2)加入酒精和用玻璃棒搅拌时，动作要轻缓，以免加剧DNA分子的断裂，导致DNA分子不能形成白色丝状物。 (3)二苯胺试剂要现配现用。DNA鉴定时需要沸水浴加热。 A 加入溴化乙锭 加入溴化乙锭 11 D 错误的 因为质粒为环装，所以有一个酶切位点或没有酶切位点 12 指通过克隆技术产生独立生存的新个体。 生殖性克隆 目的： 。 利用克隆技术产生特定的细胞、组织和器官，用来修复或替代受损的细胞、组织和器官。 治疗性克隆 目的： 。 生殖(产生新个体) 治疗疾病（产生特定组织细胞器官） 四、生物技术的安全性和伦理问题 例、下列关于治疗性克隆和生殖性克隆的说法，错误的是(　　) A．使用病人自己的细胞产生胰岛细胞以治疗糖尿病属于治疗性克隆 B．将一个克隆的胚胎植入一个女性子宫发育成婴儿的过程属于生殖性克隆 C．治疗性克隆属于无性生殖，生殖性克隆属于有性生殖 D．治疗性克隆和生殖性克隆技术均需使用细胞核移植技术 C 试管婴儿（目的：解决不孕不育） 设计试管婴儿（目的：用于治疗需要骨髓移植或造血干细胞移植等的疾病） B 谢谢 $