高中生物人教版选修3专题一1、3基因工程的应用和蛋白质工程的崛起 课件（共25张ppt）
文档属性
| 名称 | 高中生物人教版选修3专题一1、3基因工程的应用和蛋白质工程的崛起 课件（共25张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 4.7MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2020-05-11 22:13:31 | ||
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文档简介
(共25张PPT)
第35讲 基因工程的应用和蛋白质工程的崛起
探究一 基因工程的应用
四、基因治疗曙光初照
一、植物基因工程硕果累累
二、动物基因工程前景广阔
三、基因工程药物异军突起
１、植物基因工程应用：
例1、据图分析抗虫棉的培育过程
(1)该基因工程中的目的基因和载体分别是什么？一般情况下，
为什么要用同一种限制酶处理目的基因和载体？
Bt毒蛋白基因 Ti质粒 用同一种限制酶处理目的基因和载体，可以获得相同的黏性末端，便于构建基因表达载体。
(2)该实例中，采用何种方法导入目的基因？为什么目的基因可
以整合到染色体的DNA上？
(3)该实例中，检测目的基因是否成功表达的常见方法有哪两种？
农杆菌转化法 由于Ti质粒上的T一DNA可转移到受体细胞且能整合到受体细胞的染色体DNA上，而目的基因又插入到了T-DNA上
抗原一抗体杂交法、用棉叶饲喂棉铃虫
例2. 写出获得生产生长激素的乳腺生物反应器的关键步骤
第一步：构建基因表达载体：选取 基因，在目的基因的 连接 的启动子，并加上相应的终止子和标记基因。
第二步：用 技术将基因表达载体导入牛的 后，早期胚胎培养之后选择 时期的胚胎进行 鉴定，选出 性胚胎，再利用 技术，转入受体子宫，最终获得转基因的牛。
第三步：转基因雌牛在泌乳期即可分泌含有生长激素的乳汁。
【思考】（1）乳腺生物反应器获得药物的优点？
（2）该过程用到哪些技术手段？
2、动物基因工程应用：
生长激素
前面
乳腺蛋白基因
显微注射
受精卵
囊胚期
性别
胚胎移植
雌
可大量生产，容易提取
转基因技术、动物细胞培养技术、体外受精技术、早期胚胎培养技术、胚胎移植技术
膀胱生物反应器
（1）基因诊断：又称为DNA诊断，制作相应探针，利用DNA分子杂交原理，快速、准确检测人类某种疾病或携带病原体。
（2）基因治疗：把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。
比较基因治疗与基因诊断
探针：是指被放射性标记的与目的基因碱基互补的单链DNA
制作探针三要求：①用放射性同位素或荧光标记
②单链；（荧光RT-PCR鉴定）
③序列与待测基因相同
用于基因治疗的基因种类：
1）用正常基因代替缺陷基因，或依靠其表达产物来弥补病变基因带来的缺陷。如血友病、地中海贫血病的治疗。
2）反义基因。产生mRNA分子与病变的mRNA分子进行互补，阻断蛋白质的合成。
3）自杀基因。编码可杀死癌变细胞的蛋白酶基因。
探究二 蛋白质工程的崛起
天然蛋白质
符合特定物种生存需要。
不一定符合人类生产、生活需要。
干扰素
治疗病毒感染、癌症。
体外保存困难。
改变分子结构：
半胱氨酸
丝氨酸
保存半年
天然蛋白质的不足的实例:
基因工程的实质？
蛋白质工程的目的？
1.试叙述蛋白质工程的概念
?
2.写出蛋白质工程的基本操作流程：
实质
产物
蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。
3.蛋白质工程中为什么需直接改造基因，而不直接改造蛋白质？蛋白质工程中是否需要限制酶和DNA连接酶？
?
4. 将目的基因导入受体细胞时，能否仅把目的基因整合到线粒体DNA或叶绿体DNA上？为什么？
?
5．确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因（DNA）？
可以通过人工合成的方法获取或基因的定点诱变技术来改变。
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。
一般不能。如果仅把目的基因整合到线粒体DNA或叶绿体DNA上，由于细胞分裂可能导致目的基因丢失，无法稳定遗传
-70℃保存半年
丝氨酸(AGU)
实例1：干扰素药物
3号位半胱氨酸(UGU)
天然干扰素体外保存困难
DNA如何改造得到易于保存的干扰素？
基因修饰：定点诱变
ACA
TGT
TCA
AGT
基因的体外定向突变
在DNA水平上产生多肽编码顺序的特异性改变称为基因的定点诱变。利用这项技术一方面可对某些蛋白质进行定位改造，另一方面还可以确定多肽链中某个氨基酸残基在蛋白质结构及功能上的作用。
史密斯发明的定点突变法却是有目的的，该法可经由设计好的寡核苷酸，在任何一个基因片段上进行随意或设计好的突变，也就是说，这种突变是预先设定好的，所以也有人将该法称为“反遗传法”。
玉米中赖氨酸的含量比较低。
赖氨酸的合成机理：
天冬氨酸激酶
二氢吡啶二羧酸合成酶
前体物质
赖氨酸
负反馈调节
实例2:
天冬氨酸激酶
(352位的苏氨酸)
二氢吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）
改造
改造
天冬氨酸激酶
(异亮氨酸)
二氢吡啶二羧酸合成酶(异亮氨酸)
许多工业用酶是在改变天然酶的特性后，才使之适应生产和使用需要的。
实例3:
改造胰岛素
——速效型药品
应用于电子方面
蛋白质工程
——制造电子元件。
优点：体积小、
耗电少、效率高。
6. 蛋白质工程的进展和前景
(1)前景诱人:
(2)难度很大:
主要是目前科学家对大多数蛋白质 的了解还很不够。
高级结构
项目 基因工程 蛋白质工程
操作起点
操作核心
过程
目标
（实质）
结果
联系
目的基因
预期的蛋白质功能
基因表达载体
基因
获取目的基因→构建表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与表达
预期蛋白质功能→
设计蛋白质结构→
推测氨基酸序列→
推测核苷酸序列→
合成DNA →表达出蛋白质
定向改造生物的遗传特性，获得人类所需的生物类型或生物产品
定向改造或生产人类所需的蛋白质
生产自然界中已有的蛋白质
蛋白质工程是在基因工程的基础上,延伸出来的第二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因的修饰或基因的合成。
生产自然界没有的蛋白质
基因工程与蛋白质工程的比较
小结：
探究三 DNA的粗提取与鉴定
染色体成分
蛋白质
RNA(少量)
DNA
一、实验原理
二.操作流程
1、动物细胞
大肠杆菌、猪血？
(一)实验材料的选取：
植物细胞有细胞壁如菜花，需要加洗涤剂和食盐并充分搅拌和研磨。
2、植物细胞
动物细胞材料易得，易吸水破裂， DNA含量相对较高的组织,例如，鸡血(加柠檬酸钠防止凝固)，在鸡血细胞液中加入一定量的蒸馏水 ，同时用玻璃棒搅拌，过滤后收集滤液即可
(二)破碎细胞，获取含DNA的滤液
NaCl溶液的浓度？
(三)去除滤液中的杂质
1、滤液中的杂质可能有哪些细胞成分？
可能有核蛋白、多糖和RNA等杂质。
2、如何去除滤液中的杂质？常用的方法？
用不同浓度的NaCl溶液反复地溶解与析出DNA
用高浓度的盐溶液能溶解DNA除去高盐中不能溶解的杂质；用低浓度的盐浓度使析出DNA，能除去在低盐溶液中的杂质。因此，反复溶解与析出DNA，就能除去与DNA溶解度不同的多种杂质。
3、去除滤液中的杂质的其他方法？
（1）直接向滤液中加入嫩肉粉，即木瓜蛋白酶，将滤液中的蛋白质分解。
（2）将滤液放在60－75度的恒温水浴箱中保温10－15min,严格控制温度。
先将丝状物溶解于0.015mol/l（或2mol/l）的NaCl溶液中溶解，再加入4ml二苯胺试剂，沸水浴中加热，与空白对照组对照比较颜色变化。
(四)DNA的初步纯化
滤液+同体积95%冷却酒精 白色丝状物
(五)DNA的鉴定
DNA＋二苯胺 蓝色物
沸水浴
答：整个实验共“两次蒸馏水，三次过滤，两次析出，六次搅拌”
①两次蒸馏水
第一次：细胞吸水胀破
第二次：使 DNA黏稠物析出
此实验过程中有几次使用蒸馏水？几次过滤，几次析出，几次搅拌？分别在哪一步？
小结
过滤时使用的纱布层数与需用滤液或黏稠物有关，第二次要用其滤出的黏稠物有关，所以要使用多层纱布，第一次和第三次均要用其滤液，使用的纱布为1－2层
②三次过滤
第一次： DNA存在于滤液里
第二次： DNA被留在纱布上
第三次： DNA存在于滤液里
③两次析出
第一次：用0.14 mol／L 的NaCI溶液含杂质多
第二次：用冷却的95％的酒精
④六次搅拌：
搅拌时要朝一个方向搅拌，搅动还要轻缓，玻璃棒不要直插烧杯底部，这样才能保证得到完整的DNA
填写本实验完成下列实验操作时所用试剂。
⑴提取鸡血细胞中核物质：
⑵溶解核内DNA：
⑶析出2mol/LNaCl溶液中的DNA：
⑷DNA白色丝状物的析出：
⑸DNA的鉴定：
典型例题
蒸馏水
2mol/LNaCl
加入蒸馏水
95%冷酒精
沸水浴中与二苯胺反应
祝同学们学习愉快
第35讲 基因工程的应用和蛋白质工程的崛起
探究一 基因工程的应用
四、基因治疗曙光初照
一、植物基因工程硕果累累
二、动物基因工程前景广阔
三、基因工程药物异军突起
１、植物基因工程应用：
例1、据图分析抗虫棉的培育过程
(1)该基因工程中的目的基因和载体分别是什么？一般情况下，
为什么要用同一种限制酶处理目的基因和载体？
Bt毒蛋白基因 Ti质粒 用同一种限制酶处理目的基因和载体，可以获得相同的黏性末端，便于构建基因表达载体。
(2)该实例中，采用何种方法导入目的基因？为什么目的基因可
以整合到染色体的DNA上？
(3)该实例中，检测目的基因是否成功表达的常见方法有哪两种？
农杆菌转化法 由于Ti质粒上的T一DNA可转移到受体细胞且能整合到受体细胞的染色体DNA上，而目的基因又插入到了T-DNA上
抗原一抗体杂交法、用棉叶饲喂棉铃虫
例2. 写出获得生产生长激素的乳腺生物反应器的关键步骤
第一步：构建基因表达载体：选取 基因，在目的基因的 连接 的启动子，并加上相应的终止子和标记基因。
第二步：用 技术将基因表达载体导入牛的 后，早期胚胎培养之后选择 时期的胚胎进行 鉴定，选出 性胚胎，再利用 技术，转入受体子宫，最终获得转基因的牛。
第三步：转基因雌牛在泌乳期即可分泌含有生长激素的乳汁。
【思考】（1）乳腺生物反应器获得药物的优点？
（2）该过程用到哪些技术手段？
2、动物基因工程应用：
生长激素
前面
乳腺蛋白基因
显微注射
受精卵
囊胚期
性别
胚胎移植
雌
可大量生产，容易提取
转基因技术、动物细胞培养技术、体外受精技术、早期胚胎培养技术、胚胎移植技术
膀胱生物反应器
（1）基因诊断：又称为DNA诊断，制作相应探针，利用DNA分子杂交原理，快速、准确检测人类某种疾病或携带病原体。
（2）基因治疗：把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。
比较基因治疗与基因诊断
探针：是指被放射性标记的与目的基因碱基互补的单链DNA
制作探针三要求：①用放射性同位素或荧光标记
②单链；（荧光RT-PCR鉴定）
③序列与待测基因相同
用于基因治疗的基因种类：
1）用正常基因代替缺陷基因，或依靠其表达产物来弥补病变基因带来的缺陷。如血友病、地中海贫血病的治疗。
2）反义基因。产生mRNA分子与病变的mRNA分子进行互补，阻断蛋白质的合成。
3）自杀基因。编码可杀死癌变细胞的蛋白酶基因。
探究二 蛋白质工程的崛起
天然蛋白质
符合特定物种生存需要。
不一定符合人类生产、生活需要。
干扰素
治疗病毒感染、癌症。
体外保存困难。
改变分子结构：
半胱氨酸
丝氨酸
保存半年
天然蛋白质的不足的实例:
基因工程的实质？
蛋白质工程的目的？
1.试叙述蛋白质工程的概念
?
2.写出蛋白质工程的基本操作流程：
实质
产物
蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。
3.蛋白质工程中为什么需直接改造基因，而不直接改造蛋白质？蛋白质工程中是否需要限制酶和DNA连接酶？
?
4. 将目的基因导入受体细胞时，能否仅把目的基因整合到线粒体DNA或叶绿体DNA上？为什么？
?
5．确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因（DNA）？
可以通过人工合成的方法获取或基因的定点诱变技术来改变。
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。
一般不能。如果仅把目的基因整合到线粒体DNA或叶绿体DNA上，由于细胞分裂可能导致目的基因丢失，无法稳定遗传
-70℃保存半年
丝氨酸(AGU)
实例1：干扰素药物
3号位半胱氨酸(UGU)
天然干扰素体外保存困难
DNA如何改造得到易于保存的干扰素？
基因修饰：定点诱变
ACA
TGT
TCA
AGT
基因的体外定向突变
在DNA水平上产生多肽编码顺序的特异性改变称为基因的定点诱变。利用这项技术一方面可对某些蛋白质进行定位改造，另一方面还可以确定多肽链中某个氨基酸残基在蛋白质结构及功能上的作用。
史密斯发明的定点突变法却是有目的的，该法可经由设计好的寡核苷酸，在任何一个基因片段上进行随意或设计好的突变，也就是说，这种突变是预先设定好的，所以也有人将该法称为“反遗传法”。
玉米中赖氨酸的含量比较低。
赖氨酸的合成机理：
天冬氨酸激酶
二氢吡啶二羧酸合成酶
前体物质
赖氨酸
负反馈调节
实例2:
天冬氨酸激酶
(352位的苏氨酸)
二氢吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）
改造
改造
天冬氨酸激酶
(异亮氨酸)
二氢吡啶二羧酸合成酶(异亮氨酸)
许多工业用酶是在改变天然酶的特性后，才使之适应生产和使用需要的。
实例3:
改造胰岛素
——速效型药品
应用于电子方面
蛋白质工程
——制造电子元件。
优点：体积小、
耗电少、效率高。
6. 蛋白质工程的进展和前景
(1)前景诱人:
(2)难度很大:
主要是目前科学家对大多数蛋白质 的了解还很不够。
高级结构
项目 基因工程 蛋白质工程
操作起点
操作核心
过程
目标
（实质）
结果
联系
目的基因
预期的蛋白质功能
基因表达载体
基因
获取目的基因→构建表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与表达
预期蛋白质功能→
设计蛋白质结构→
推测氨基酸序列→
推测核苷酸序列→
合成DNA →表达出蛋白质
定向改造生物的遗传特性，获得人类所需的生物类型或生物产品
定向改造或生产人类所需的蛋白质
生产自然界中已有的蛋白质
蛋白质工程是在基因工程的基础上,延伸出来的第二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因的修饰或基因的合成。
生产自然界没有的蛋白质
基因工程与蛋白质工程的比较
小结：
探究三 DNA的粗提取与鉴定
染色体成分
蛋白质
RNA(少量)
DNA
一、实验原理
二.操作流程
1、动物细胞
大肠杆菌、猪血？
(一)实验材料的选取：
植物细胞有细胞壁如菜花，需要加洗涤剂和食盐并充分搅拌和研磨。
2、植物细胞
动物细胞材料易得，易吸水破裂， DNA含量相对较高的组织,例如，鸡血(加柠檬酸钠防止凝固)，在鸡血细胞液中加入一定量的蒸馏水 ，同时用玻璃棒搅拌，过滤后收集滤液即可
(二)破碎细胞，获取含DNA的滤液
NaCl溶液的浓度？
(三)去除滤液中的杂质
1、滤液中的杂质可能有哪些细胞成分？
可能有核蛋白、多糖和RNA等杂质。
2、如何去除滤液中的杂质？常用的方法？
用不同浓度的NaCl溶液反复地溶解与析出DNA
用高浓度的盐溶液能溶解DNA除去高盐中不能溶解的杂质；用低浓度的盐浓度使析出DNA，能除去在低盐溶液中的杂质。因此，反复溶解与析出DNA，就能除去与DNA溶解度不同的多种杂质。
3、去除滤液中的杂质的其他方法？
（1）直接向滤液中加入嫩肉粉，即木瓜蛋白酶，将滤液中的蛋白质分解。
（2）将滤液放在60－75度的恒温水浴箱中保温10－15min,严格控制温度。
先将丝状物溶解于0.015mol/l（或2mol/l）的NaCl溶液中溶解，再加入4ml二苯胺试剂，沸水浴中加热，与空白对照组对照比较颜色变化。
(四)DNA的初步纯化
滤液+同体积95%冷却酒精 白色丝状物
(五)DNA的鉴定
DNA＋二苯胺 蓝色物
沸水浴
答：整个实验共“两次蒸馏水，三次过滤，两次析出，六次搅拌”
①两次蒸馏水
第一次：细胞吸水胀破
第二次：使 DNA黏稠物析出
此实验过程中有几次使用蒸馏水？几次过滤，几次析出，几次搅拌？分别在哪一步？
小结
过滤时使用的纱布层数与需用滤液或黏稠物有关，第二次要用其滤出的黏稠物有关，所以要使用多层纱布，第一次和第三次均要用其滤液，使用的纱布为1－2层
②三次过滤
第一次： DNA存在于滤液里
第二次： DNA被留在纱布上
第三次： DNA存在于滤液里
③两次析出
第一次：用0.14 mol／L 的NaCI溶液含杂质多
第二次：用冷却的95％的酒精
④六次搅拌：
搅拌时要朝一个方向搅拌，搅动还要轻缓，玻璃棒不要直插烧杯底部，这样才能保证得到完整的DNA
填写本实验完成下列实验操作时所用试剂。
⑴提取鸡血细胞中核物质：
⑵溶解核内DNA：
⑶析出2mol/LNaCl溶液中的DNA：
⑷DNA白色丝状物的析出：
⑸DNA的鉴定：
典型例题
蒸馏水
2mol/LNaCl
加入蒸馏水
95%冷酒精
沸水浴中与二苯胺反应
祝同学们学习愉快