高中生物第一章基因工程第4節(jié)基因工程的發(fā)展前景名師精選教案浙科版選修3

1、名校名 推薦第四節(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。科學(xué)家在基因工程方面的最新嘗試。( 重難3.了解基因工程在各領(lǐng)域的最新應(yīng)用進(jìn)點(diǎn) )展。光合作用方面1. 研究目標(biāo)光合作用對(duì)人類(lèi)的生存及發(fā)展十分重要，如何提高植物的光合作用效率及農(nóng)作物產(chǎn)量，一直是科學(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(guò)某些微生物將分子氮轉(zhuǎn)化為含氮化合物的過(guò)程。2解決方法通過(guò)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(dòng)植物作為生物反應(yīng)器能夠生產(chǎn)價(jià)格低廉

2、的蛋白質(zhì)藥物。利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的乳腺生產(chǎn)蛋白質(zhì)藥物2成果利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)疫苗1要培育出具有固氮能力的水稻、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1名校名 推薦利用基因工程技術(shù)對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，以便獲得具有理想生物學(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(guò)修改蛋白質(zhì)中的氨基酸序列來(lái)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(guò) 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(wèn)在此過(guò)程中主要采取的生物技術(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能力的非豆科農(nóng)作物。( )【提示】此類(lèi)作物尚未培育出來(lái)。2轉(zhuǎn)基因羊的乳汁中

3、已成功表達(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天然蛋白質(zhì)。( )【提示】對(duì)天然蛋白質(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(duì)蛋白質(zhì)工程的理解【問(wèn)題導(dǎo)思】什么是蛋白質(zhì)工程？蛋白質(zhì)工程的基本流程如何？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(lái)的？1概念：利用基因工程技術(shù)對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，以便獲得具有理想生物學(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)出天然蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)工程是為了生產(chǎn)出符合人類(lèi)生產(chǎn)和生活需要的蛋白質(zhì)。3基本原理它可以根據(jù)人的需求來(lái)設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)

4、，又稱(chēng)為第二代基因工程。4基本途徑2名校名 推薦從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)，設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列，找到相對(duì)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(duì)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從氨基酸的順序推測(cè)基因的核苷酸的排列順序B蛋白質(zhì)工程完全不遵循中心法則C從蛋白質(zhì)的功能推測(cè)蛋白質(zhì)應(yīng)有的結(jié)構(gòu)D從蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)推測(cè)氨基酸的排列順序【審題導(dǎo)析】(1) 要熟悉蛋白質(zhì)工程的設(shè)計(jì)思路。(2) 注意蛋白質(zhì)工程的設(shè)計(jì)思路與蛋白質(zhì)的合成過(guò)程相反?！揪v精析】 蛋白質(zhì)工程的設(shè)計(jì)思路如下：預(yù)期蛋白設(shè)計(jì)蛋白推測(cè)應(yīng)有的推測(cè)

5、基因的質(zhì)的功能 質(zhì)的結(jié)構(gòu) 氨基酸序列 核苷酸序列可見(jiàn)， A、 C、 D項(xiàng)正確；而蛋白質(zhì)的合成過(guò)程遵循中心法則，故B 項(xiàng)錯(cuò)誤。【答案】B科學(xué)家將 - 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- 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：基因定點(diǎn)突變后，導(dǎo)屬于對(duì)基干擾素的第 17實(shí)現(xiàn)了對(duì)蛋白入大腸桿菌內(nèi)表達(dá)因的操作位氨基酸改變質(zhì)分子的改造屬于蛋白質(zhì)工程3名校名 推薦【精講精析】為提高 - 干擾素的抗病活性，在基因工程的基礎(chǔ)上對(duì)編碼 - 干擾

6、素相應(yīng)的基因進(jìn)行定點(diǎn)突變，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)- 干擾素結(jié)構(gòu)功能的改變，這項(xiàng)技術(shù)稱(chēng)為蛋白質(zhì)工程。【答案】B蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較【問(wèn)題導(dǎo)思】蛋白質(zhì)工程與基因工程有哪些區(qū)別和聯(lián)系？其實(shí)質(zhì)分別是什么？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)工程基因工程過(guò)預(yù)期蛋白質(zhì)功能設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)獲取目的基因構(gòu)建基因表達(dá)載體推測(cè)氨基酸序列推測(cè)脫氧核苷導(dǎo)入受體細(xì)胞目的基因的檢測(cè)程酸序列合成 DNA表達(dá)出蛋白質(zhì)與鑒定區(qū)定向改造生物的遺傳特性，以獲得實(shí)別定向改造或生產(chǎn)人類(lèi)所需蛋白質(zhì)人類(lèi)所需的生物類(lèi)型或生物產(chǎn)品質(zhì)( 基因的異體表達(dá) )結(jié)生產(chǎn)自然界沒(méi)有的蛋白質(zhì)生產(chǎn)自然界中已有的蛋白質(zhì)果蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上

7、延伸出來(lái)的第二代基因工程，因?yàn)閷?duì)聯(lián)系現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新的蛋白質(zhì)，必須通過(guò)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(dòng)物的乳腺成為一種“生物反應(yīng)器”，大量生產(chǎn)藥物。這種動(dòng)物基因工程操作的一般過(guò)程如下。(1) 首先，將 _與 _等調(diào)控組件重組在一起。(2) 然后，通過(guò) _的方法，導(dǎo)入哺乳動(dòng)物的受精卵中。(3) 再次，將受精卵送入母體內(nèi)，使其生長(zhǎng)發(fā)育為轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。從中選擇_性個(gè)體，待其進(jìn)入泌乳期后，可以通過(guò)_來(lái)生產(chǎn)所需要的藥品?！舅季S導(dǎo)圖】解答此題的思維流程如下：基因工程的 生物反應(yīng)器生物反應(yīng)器操作過(guò)程應(yīng)用 的制作的功能|熟練掌握目的基因準(zhǔn)確表達(dá)優(yōu)點(diǎn)【精講精析】本題主要考查的是基因工程技術(shù)

8、的應(yīng)用，即利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作為活性生物反應(yīng)器來(lái)生產(chǎn)藥物。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物是指以人工方法將外源基因?qū)雱?dòng)物受精卵( 或早期胚胎4名校名 推薦細(xì)胞 ) ，使外源基因與動(dòng)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(dòng)物，這種技術(shù)稱(chēng)為動(dòng)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(duì)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(lái)的，蛋白質(zhì)工程最終還是要通過(guò)基因修飾或基因合成來(lái)完成C當(dāng)?shù)玫娇梢栽?70

9、條件下保存半年的干擾素后，在相關(guān)酶、 氨基酸和適宜的溫度、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)別與聯(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(duì)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(lái)的，蛋白質(zhì)工程最終還是要通過(guò)基因修飾或基因合成來(lái)完成，這樣產(chǎn)生的改變才能遺傳下去；蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)，不可能自我復(fù)制；由于基因工程和蛋白質(zhì)工程都是對(duì)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?！敬鸢浮緾本 課 知 識(shí) 小

10、結(jié)網(wǎng) 絡(luò) 構(gòu) 建結(jié) 論 語(yǔ) 句1通過(guò)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。5名校名 推薦2通過(guò)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(dòng)植物體作生物反應(yīng)器，生產(chǎn)價(jià)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(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，以便獲得具有理想生物學(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(shuō)法正確的是()A能通過(guò)羧化作用固定CO2，也能催化底物的加氫反應(yīng)B能通過(guò)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控制合成的D提高二磷酸核酮糖羧化酶和加氧酶的活性

11、，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(huì)增加植物對(duì)二氧化碳的固定速率，能提高作物產(chǎn)量。酶是蛋白質(zhì)，最終是由基因控制合成的?！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)境保護(hù)上的意義是()A減少氮肥使用量，降低生產(chǎn)成本B減少氮肥生產(chǎn)量，節(jié)約能源C避免使用氮肥過(guò)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)境保護(hù)上的意義是避免使用氮肥過(guò)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(shuō)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伸C蛋白質(zhì)工程就

12、是用蛋白酶對(duì)蛋白質(zhì)的改造D蛋白質(zhì)工程只能生產(chǎn)天然的蛋白質(zhì)【解析】蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延伸出來(lái)的第二代基因工程?！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(shí)，首先應(yīng)該設(shè)計(jì)()A基因結(jié)構(gòu)B mRNA結(jié)構(gòu)6名校名 推薦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)功能出發(fā)設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列找到相對(duì)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)該是蛋白質(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()蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)DNA合成mRNA合成蛋白質(zhì)的預(yù)期功能根據(jù)氨基酸的序列推出脫氧核苷酸的序列蛋白質(zhì)分子合成ABCD【解析】蛋白

13、質(zhì)工程是分析已知結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)，并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，主要是改變個(gè)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，最后合成出相應(yīng)的DNA?！敬鸢浮緾6 2008 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了三位在研究綠色熒光蛋白(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(dòng)情況，幫助推斷蛋白質(zhì)的功能。下圖為我國(guó)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(guò)過(guò)程形成重組質(zhì)粒，需要限制性核酸內(nèi)切酶切取目的基因、切割質(zhì)粒。限制性核酸內(nèi)切酶的識(shí)別序列和切點(diǎn)是GGATCC，

14、限制性核酸內(nèi)切酶的識(shí)別序列和切點(diǎn)是 GATC。在質(zhì)粒上有酶的一個(gè)切點(diǎn)，在目的基因的兩側(cè)各有1 個(gè)酶的切點(diǎn)。請(qǐng)畫(huà)出質(zhì)粒被限制性核酸內(nèi)切酶切割后所形成的粘性末端。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7名校名 推薦連接起來(lái)？ _。理由是 _ 。(2) 過(guò) 程 將重 組質(zhì) 粒導(dǎo) 入 豬胎 兒成纖 維細(xì) 胞時(shí) ， 采用 最 多也 最有 效的 方 法是_ 。(3) 如果將切取的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 題是可以避免_ 。(4) 目前科學(xué)家們通過(guò)蛋白質(zhì)工程制造出了藍(lán)色熒光蛋白、黃色熒光蛋白等，采用蛋白質(zhì)工程技術(shù)制造出藍(lán)色熒光蛋白過(guò)程的正確順序是_( 用下列序號(hào)表示 ) 。推測(cè)藍(lán)色熒光蛋白的氨基酸序列和基因的核苷酸序列藍(lán)色熒光蛋白的功能分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)藍(lán)色熒光蛋白基因的修飾( 合成 )表達(dá)出藍(lán)色熒光蛋白【解析】限制性核酸內(nèi)切酶能識(shí)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)切酶和切割后產(chǎn)生的粘性末端相同，即均產(chǎn)生GATC序列，因此可以用