PAGEPAGE8第四節(jié)基因工程的發(fā)展前景課標(biāo)解讀重點(diǎn)難點(diǎn)1.概述基因工程的發(fā)展前景。2.闡明蛋白質(zhì)工程。3.了解基因工程在各領(lǐng)域的最新應(yīng)用進(jìn)展。科學(xué)家在基因工程方面的最新嘗試。(重難點(diǎn))光合作用方面1.探討目標(biāo)光合作用對人類的生存及發(fā)展非常重要，如何提高植物的光合作用效率及農(nóng)作物產(chǎn)量，始終是科學(xué)家追求的目標(biāo)。2．解決方法(1)提高二磷酸核酮糖羧化酶的活性。(2)降低加氧酶的活性。生物固氮方面1.生物固氮概念通過某些微生物將分子氮轉(zhuǎn)化為含氮化合物的過程。2．解決方法通過基因工程技術(shù)，將固氮細(xì)菌中的固氮基因轉(zhuǎn)移到非豆科作物的細(xì)胞內(nèi)。生物反應(yīng)器1.作用利用動植物作為生物反應(yīng)器能夠生產(chǎn)價格低廉的蛋白質(zhì)藥物。2．成果eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(利用轉(zhuǎn)基因動物的乳腺生產(chǎn)蛋白質(zhì)藥物,利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)疫苗))1．要培育出具有固氮實(shí)力的水稻、小麥等，需運(yùn)用哪種生物技術(shù)？【提示】固氮基因工程技術(shù)。蛋白質(zhì)工程1.概念利用基因工程技術(shù)對自然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，以便獲得具有志向生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)。2．內(nèi)容主要是改造現(xiàn)有的蛋白質(zhì)，通過修改蛋白質(zhì)中的氨基酸序列來改進(jìn)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與構(gòu)象，提高蛋白質(zhì)的活性、穩(wěn)定性和產(chǎn)率。2．通過T4溶菌酶分子中引入二硫鍵的方法提高了其熱穩(wěn)性，試問在此過程中主要實(shí)行的生物技術(shù)是什么？【提示】蛋白質(zhì)工程。1．科學(xué)家已培育出具有固氮實(shí)力的非豆科農(nóng)作物。(×)【提示】此類作物尚未培育出來。2．轉(zhuǎn)基因羊的乳汁中已勝利表達(dá)出了一些藥用蛋白質(zhì)，如人白細(xì)胞介素-2等。(√)3．蛋白質(zhì)工程的核心技術(shù)是轉(zhuǎn)基因技術(shù)。(√)4．蛋白質(zhì)工程的目的在于獲得人們所需的自然蛋白質(zhì)。(×)【提示】對自然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造或獲得新的蛋白質(zhì)。5．利用基因工程可提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。(√)對蛋白質(zhì)工程的理解【問題導(dǎo)思】①什么是蛋白質(zhì)工程？②蛋白質(zhì)工程的基本流程如何？③如何理解蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的？1．概念：利用基因工程技術(shù)對自然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，以便獲得具有志向生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)。2．蛋白質(zhì)工程崛起的緣由基因工程只能生產(chǎn)出自然蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)工程是為了生產(chǎn)出符合人類生產(chǎn)和生活須要的蛋白質(zhì)。3．基本原理它可以依據(jù)人的需求來設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，又稱為其次代基因工程。4．基本途徑從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能動身，設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，推想應(yīng)有的氨基酸序列，找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)。5．蛋白質(zhì)工程的步驟1．蛋白質(zhì)工程的設(shè)計(jì)思路與中心法則相反。2．蛋白質(zhì)工程的操作對象是基因。關(guān)于蛋白質(zhì)工程的設(shè)計(jì)思路不正確的是()A．從氨基酸的依次推想基因的核苷酸的排列依次B．蛋白質(zhì)工程完全不遵循中心法則C．從蛋白質(zhì)的功能推想蛋白質(zhì)應(yīng)有的結(jié)構(gòu)D．從蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)推想氨基酸的排列依次【審題導(dǎo)析】(1)要熟識蛋白質(zhì)工程的設(shè)計(jì)思路。(2)留意蛋白質(zhì)工程的設(shè)計(jì)思路與蛋白質(zhì)的合成過程相反?！揪v精析】蛋白質(zhì)工程的設(shè)計(jì)思路如下：eq\x(\a\al(預(yù)期蛋白,質(zhì)的功能))→eq\x(\a\al(設(shè)計(jì)蛋白,質(zhì)的結(jié)構(gòu)))→eq\x(\a\al(推想應(yīng)有的,氨基酸序列))→eq\x(\a\al(推想基因的,核苷酸序列))可見，A、C、D項(xiàng)正確；而蛋白質(zhì)的合成過程遵循中心法則，故B項(xiàng)錯誤?！敬鸢浮緽科學(xué)家將β-干擾素基因進(jìn)行定點(diǎn)突變后，導(dǎo)入大腸桿菌體內(nèi)使其表達(dá)，使干擾素第17位的半胱氨酸變成絲氨酸，結(jié)果大大提高了β-干擾素的抗病活性，并且提高了貯存穩(wěn)定性。該生物技術(shù)為()A．基因工程 B．蛋白質(zhì)工程C．基因突變 D．細(xì)胞工程【思維導(dǎo)圖】解答此題的思維流程如下：eq\x(\a\al(基因定點(diǎn)突變后，導(dǎo),入大腸桿菌內(nèi)表達(dá)))→eq\x(\a\al(屬于對基,因的操作))→eq\x(\a\al(干擾素的第17,位氨基酸變更))→eq\x(\a\al(實(shí)現(xiàn)了對蛋白,質(zhì)分子的改造))→eq\x(\a\al(屬于蛋白,質(zhì)工程))【精講精析】為提高β-干擾素的抗病活性，在基因工程的基礎(chǔ)上對編碼β-干擾素相應(yīng)的基因進(jìn)行定點(diǎn)突變，最終實(shí)現(xiàn)了對β-干擾素結(jié)構(gòu)功能的變更，這項(xiàng)技術(shù)稱為蛋白質(zhì)工程?！敬鸢浮緽蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較【問題導(dǎo)思】①蛋白質(zhì)工程與基因工程有哪些區(qū)分和聯(lián)系？其實(shí)質(zhì)分別是什么？②蛋白質(zhì)工程與基因工程的操作程序分別有哪些？項(xiàng)目蛋白質(zhì)工程基因工程區(qū)分過程預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推想氨基酸序列→推想脫氧核苷酸序列→合成DNA→表達(dá)出蛋白質(zhì)獲得目的基因→構(gòu)建基因表達(dá)載體→導(dǎo)入受體細(xì)胞→目的基因的檢測與鑒定實(shí)質(zhì)定向改造或生產(chǎn)人類所需蛋白質(zhì)定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需的生物類型或生物產(chǎn)品(基因的異體表達(dá))結(jié)果生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì)生產(chǎn)自然界中已有的蛋白質(zhì)聯(lián)系蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延長出來的其次代基因工程，因?yàn)閷ΜF(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新的蛋白質(zhì)，必需通過基因修飾或基因合成實(shí)現(xiàn)利用基因工程，可以使哺乳動物的乳腺成為一種“生物反應(yīng)器”，大量生產(chǎn)藥物。這種動物基因工程操作的一般過程如下。(1)首先，將________與________等調(diào)控組件重組在一起。(2)然后，通過________的方法，導(dǎo)入哺乳動物的受精卵中。(3)再次，將受精卵送入母體內(nèi)，使其生長發(fā)育為轉(zhuǎn)基因動物。從中選擇________性個體，待其進(jìn)入泌乳期后，可以通過________來生產(chǎn)所須要的藥品?！舅季S導(dǎo)圖】解答此題的思維流程如下：eq\x(\a\al(基因工程的,操作過程))eq\o(\a\al(→,\s\up7(應(yīng)用)))eq\x(\a\al(生物反應(yīng)器,的制作))→eq\x(\a\al(生物反應(yīng)器,的功能))|||eq\x(嫻熟駕馭)eq\x(目的基因精確表達(dá))eq\x(優(yōu)點(diǎn))【精講精析】本題主要考查的是基因工程技術(shù)的應(yīng)用，即利用轉(zhuǎn)基因動物作為活性生物反應(yīng)器來生產(chǎn)藥物。轉(zhuǎn)基因動物是指以人工方法將外源基因?qū)雱游锸芫?或早期胚胎細(xì)胞)，使外源基因與動物本身的基因組整合，并隨細(xì)胞的分裂而增殖，從而穩(wěn)定地遺傳給下一代動物，這種技術(shù)稱為動物轉(zhuǎn)基因技術(shù)?！敬鸢浮?1)藥用蛋白基因乳腺蛋白基因(2)顯微注射(3)雌分泌乳汁下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程和基因工程的比較，不合理的是()A．基因工程原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)，而蛋白質(zhì)工程可以對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，從而制造一種新的蛋白質(zhì)B．蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，蛋白質(zhì)工程最終還是要通過基因修飾或基因合成來完成C．當(dāng)?shù)玫娇梢栽冢?0℃條件下保存半年的干擾素后，在相關(guān)酶、氨基酸和相宜的溫度、pH條件下，干擾素可以大量自我合成D．基因工程和蛋白質(zhì)工程產(chǎn)生的變異都是可遺傳的【審題導(dǎo)析】解答本題的關(guān)鍵是理解基因工程及蛋白質(zhì)工程的區(qū)分與聯(lián)系?！窘馕觥炕蚬こ淘瓌t上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)，而蛋白質(zhì)工程可以對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，從而制造一種新的蛋白質(zhì)；蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，蛋白質(zhì)工程最終還是要通過基因修飾或基因合成來完成，這樣產(chǎn)生的變更才能遺傳下去；蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)，不行能自我復(fù)制；由于基因工程和蛋白質(zhì)工程都是對基因進(jìn)行操作，因此，基因工程和蛋白質(zhì)工程產(chǎn)生的變異都是可遺傳的。【答案】C本課知識小結(jié)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建結(jié)論語句1．通過基因工程提高二磷酸核酮糖羧化酶的活性及降低加氧酶的活性以達(dá)到提高植物光合作用效率的目的。2．通過基因工程技術(shù)，將固氮細(xì)菌中的固氮基因轉(zhuǎn)移到非豆科作物的細(xì)胞內(nèi)，使其獲得固氮性狀。3．利用動植物體作生物反應(yīng)器，生產(chǎn)價格低廉的蛋白質(zhì)藥物。4．蛋白質(zhì)工程是指利用基因工程技術(shù)對自然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，以便獲得具有志向生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)。1．下列有關(guān)葉綠體中的二磷酸核酮糖羧化酶的說法正確的是()A．能通過羧化作用固定CO2，也能催化底物的加氫反應(yīng)B．能通過羧化作用還原CO2，也能催化底物的加氧反應(yīng)C．二磷酸核酮糖羧化酶是由基因限制合成的D．提高二磷酸核酮糖羧化酶和加氧酶的活性，能提高作物產(chǎn)量【解析】二磷酸核酮糖羧化酶的羧化作用能固定CO2，也能催化底物的加氧反應(yīng)；提高二磷酸核酮糖羧化酶的活性和降低加氧酶的活性，會增加植物對二氧化碳的固定速率，能提高作物產(chǎn)量。酶是蛋白質(zhì)，最終是由基因限制合成的?！敬鸢浮緾2．利用基因工程手段培育能固氮的水稻品種，其在環(huán)境愛護(hù)上的意義是()A．削減氮肥運(yùn)用量，降低生產(chǎn)成本B．削減氮肥生產(chǎn)量，節(jié)約能源C．避開運(yùn)用氮肥過多引起的環(huán)境污染D．改良土壤的群落結(jié)構(gòu)【解析】培育固氮水稻品種在環(huán)境愛護(hù)上的意義是避開運(yùn)用氮肥過多引起的環(huán)境污染?！敬鸢浮緾3．以下關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法正確的是()A．蛋白質(zhì)工程以基因工程為基礎(chǔ)B．蛋白質(zhì)工程就是酶工程的延長C．蛋白質(zhì)工程就是用蛋白酶對蛋白質(zhì)的改造D．蛋白質(zhì)工程只能生產(chǎn)自然的蛋白質(zhì)【解析】蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延長出來的其次代基因工程?！敬鸢浮緼4．在設(shè)計(jì)合成自然界中不存在的蛋白質(zhì)時，首先應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)()A．基因結(jié)構(gòu) B．mRNA結(jié)構(gòu)C．氨基酸序列 D．蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)【解析】蛋白質(zhì)工程的操作程序：從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能動身→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推想應(yīng)有的氨基酸序列→找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列→合成DNA→表達(dá)出蛋白質(zhì)。由此可知，首先設(shè)計(jì)的應(yīng)當(dāng)是蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。【答案】D5．蛋白質(zhì)工程的基本操作程序正確的是()①蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)②DNA合成③mRNA合成④蛋白質(zhì)的預(yù)期功能⑤依據(jù)氨基酸的序列推出脫氧核苷酸的序列⑥蛋白質(zhì)分子合成A．①→②→③→④→⑤→⑥B．⑤→④→③→②→①→⑥C．④→①→⑤→②→③→⑥D(zhuǎn)．②→③→⑤→①→⑥→④【解析】蛋白質(zhì)工程是分析已知結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)，并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，主要是變更個別氨基酸，從而分析出改造后的蛋白質(zhì)的氨基酸序列，據(jù)此逆推出mRNA的堿基序列，最終合成出相應(yīng)的DNA?！敬鸢浮緾6．2008年諾貝爾化學(xué)獎授予了三位在探討綠色熒光蛋白(GFP)方面做出突出貢獻(xiàn)的科學(xué)家。綠色熒光蛋白能在藍(lán)光或紫外光的激發(fā)下發(fā)出熒光，這樣借助GFP發(fā)出的熒光就可以跟蹤蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)部的移動狀況，幫助推斷蛋白質(zhì)的功能。下圖為我國首例綠色熒光蛋白GFP轉(zhuǎn)基因克隆豬的培育示意圖，據(jù)圖回答：(1)圖中通過過程①②形成重組質(zhì)粒，須要限制性核酸內(nèi)切酶切取目的基因、切割質(zhì)粒。限制性核酸內(nèi)切酶Ⅰ的識別序列和切點(diǎn)是—G↓GATCC—，限制性核酸內(nèi)切酶Ⅱ的識別序列和切點(diǎn)是—↓GATC—。在質(zhì)粒上有酶Ⅰ的一個切點(diǎn)，在目的基因的兩側(cè)各有1個酶Ⅱ的切點(diǎn)。①請畫出質(zhì)粒被限制性核酸內(nèi)切酶Ⅰ切割后所形成的粘性末端。②在DNA連接酶的作用下，上述兩種不同限制性核酸內(nèi)切酶切割后形成的粘性末端能否連接起來？________。理由是___________________________________________________________________________________________。(2)過程③將重組質(zhì)粒導(dǎo)入豬胎兒成纖維細(xì)胞時，采納最多也最有效的方法是______________________________________________________________。(3)假如將切取的GFP基因與抑制小豬抗原表達(dá)的基因一起構(gòu)建到載體上，GFP基因可以作為基因表達(dá)載體上的標(biāo)記基因，其作用是_________________________________________________________________________________________________________________________________。獲得的轉(zhuǎn)基因克隆豬，可以解決的醫(yī)學(xué)難題是可以避開________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)目前科學(xué)家們通過蛋白質(zhì)工程制造出了藍(lán)色熒光蛋白、黃色熒光蛋白等，采納蛋白質(zhì)工程技術(shù)制造出藍(lán)色熒光蛋白過程的正確依次是________(用下列序號表示)。①推想藍(lán)色熒光蛋白的氨基酸序列和基因的核苷酸序列②藍(lán)色熒光蛋白的功能分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)③藍(lán)色熒光蛋白基因的修飾(合成)④表達(dá)出藍(lán)色熒光蛋白【解析】限制性核酸內(nèi)切酶能識別特定的核苷酸序列，并在特定的位點(diǎn)進(jìn)行切割，產(chǎn)生粘性末端。限制性核酸內(nèi)切酶Ⅰ和Ⅱ切割后產(chǎn)生的粘性末端相同，即均產(chǎn)生GATC序列，因此可以用DNA連接酶將目的基因和載體連接起來。目的基因