基因工程.docx
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基因工程
课时课题:
专题一基因工程第2课时
课型:
复习课
教
学
目
标
知识目标
(1)举例说出蛋白质工程崛起的缘由。
(2)简述蛋白质工程的原理。
(3)基因工程的应用
能力目标
(1)关注基因工程的应用
(2)关注蛋白质工程的发展
(3)适时渗透爱家乡教育。
情感态度和价值观目标
尝试运用逆向思维分析和解决问题。
重点
1基因工程的应用2蛋白质工程的原理
难点
蛋白质工程的原理。
知识点
1.植物基因工程的成果2.动物基因工程的成果3.基因工程药物4.基因治疗5.蛋白质工程原理
考试点
1.基因工程的应用2.基因工程与蛋白质工程
能力点
从基因工程的整体思考问题,解决本节教学难点
自主探究点
评价实验设计和结论
易错易混点
基因工程的综合应用
训练点
基因工程的应用及蛋白质工程原理
拓展点
蛋白质组计划和人类基因组计划的比较
教法与学法
利用自制的导学案,创设教学氛围。
以学生点评,师生共同找问题的形式,引出知识点,应用讨论、比较等方法引导学生积极思考、主动参与,培养学生的问题意识和分析问题解决问题的能力,最后教师点评归纳。
通过课堂上师生的共同讨论,问题引导探究,加深对知识的理解
教学模式
基础自主落实,核心重点突破教学法
教具
学案,课件
教学流程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
一考纲解读
先学后教
当绝大多数同学都完成自学任务后,就可以转入下一个环节。
(一)导入新课,板书课题:
本节的导入从回顾基因工程的工具及操作程序入手引出基因工程的应用及蛋白质工程的原理
(二)出示教学目标并进行解读
通过“导学案”来展示,包括知识、技能、情感态度和价值观三个层面。
同时要根据考纲的要求对各目标给出具体的记忆层次,并指出重难点。
(三)出示“自学指导”,引导学生自学
课前,根据目标设计一套“导学案”。
导学语:
请同学们利用手头的资料,结合“导学案”的内容,进行自主学习,同时独立完成以下问题。
明确本节课的任务目标
学生课前完成学案,小组讨论交流,为“后教”做准备
师生共同解析
明确考纲对本部分内容的要求,明确本节课的复习目标机任务。
促进学生产生学习的兴趣和求知欲
强化知识的识记和落实,培养学生的表达能力,不但能学会,还要能讲出。
检测自学成果,引出考试重点
二、重难热点归纳
讲练结合
交流展示点评总结
知识建构
达标拓展
讲练结合
交流展示点评总结
知识建构
讲练结合
规律总结
三、当堂达标
考点一、基因工程的应用与转基因生物的安全性及生物武器
一).、抗虫棉的抗虫机理和培育过程
1.抗虫棉的抗虫机理
培育抗虫棉所用的基因来自苏云金芽孢杆菌。
这种基因人工合成以后导入到棉花细胞内,使其在生长发育过程中合成一种毒蛋白,这种毒蛋白可以破坏害虫的消化系统,使取食棉花的棉铃虫中毒死亡,从而达到灭虫效果,提高棉花的抗虫性。
2.抗虫棉的培育过程
步骤
过程
基本原理
获得毒蛋白基因
用限制酶直接从苏云金芽孢杆菌DNA分子中剪取毒蛋白基因。
或根据毒蛋白的氨基酸序列或其mRNA人工合成毒蛋白基因
人工合成毒蛋白基因是根据氨基酸与mRNA的对应关系,以及mRNA与基因间的碱基互补关系
重组载体的构建
从细菌中提取符合要求的质粒,用同一种限制酶切取,用DNA连接酶将毒蛋白基因连接在质粒上,形成重组载体
用同一种限制酶切取的毒蛋白基因的两端碱基序列,与质粒切口的碱基序列相同,便于互补配对
重组载体的转化与筛选
将重组载体与棉花受精卵放在一起培养,使重组载体进入受体细胞,然后在选择培养基上除去不含重组载体的细胞
质粒上所具有的基因,能使重组细胞表现某种特性,使其在选择培养基上生存下来
抗虫基因的表达与鉴定
将含重组载体的受精卵在一定条件下培养成棉花植株,检测其是否具有抗虫性状
-
五、基因工程的成果归纳总结
类型
项目
外源基因类型及举例
成果举例
植物基因工程的成果
抗虫转基因植物
抗虫基因:
Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因
抗虫水稻、抗虫棉、抗虫玉米
抗病转基因植物
抗病毒基因:
病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因;抗真菌基因:
几丁质酶基因、抗毒素合成基因
抗病毒烟草、抗病毒小麦、抗病毒番茄、抗病毒甜椒
抗逆转基因植物
抗逆基因:
渗透压调节基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因
抗盐碱和抗干旱的烟草、抗寒番茄、抗除草剂的大豆和玉米
改良品质的转基因植物
优良性状基因:
提高必需氨基酸含量的蛋白质编码基因、控制番茄成熟的基因、与花青素代谢有关的基因
高赖氨酸玉米、耐储存番茄、新花色矮牵牛
类型
项目
外源基因类型及举例
成果举例
动物基因工程的成果
提高生长速度的转基因动物
外源生长激素基因
转基因绵羊、转基因鲤鱼
改善畜产品品质的转基因动物
肠乳糖酶基因
乳汁中含乳糖较少的转基因牛
生产药物的转基因动物
药用蛋白基因+乳腺蛋白基因的启动子
转基因动物具有乳腺生物反应器
作器官移植供体的转基因动物
外源的抗原决定基因表达的调节因子或除去供体的抗原决定基因
无免疫排斥的转基因克隆猪器官
基因治疗
体外基因治疗
腺苷酸脱氨酶基因
治疗复合型免疫缺陷症
体内基因治疗
治疗囊性纤维化病基因
治疗遗传性囊性纤维化病
六、蛋白质工程
1、蛋白质工程的基本原理
明确中心法则的逆推是蛋白质工程的实质
蛋白质具有复杂的空间结构,不同种类的蛋白质具有不同的结构和功能。
蛋白质结构的多样性是由构成蛋白质的氨基酸种类、数目、排列顺序以及蛋白质的空间结构来决定的,而其结构多样性的根本原因则是由于控制蛋白质合成的基因的多样性。
既然蛋白质的功能是由DNA决定的,那么要制造出新的蛋白质,就要改造DNA。
所以蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。
它的基本途径是:
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→找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。
结合课本中插图(如图),可以较明确地说明这一点。
2.蛋白质工程与基因工程比较
项目
蛋白质工程
基因工程
区别
过程
预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质
获取目的基因→构建表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
实质
定向改造或生产人类所需蛋白质
定向改造生物的遗传特性,以获得人类所需的生物类型或生物产品(基因的异体表达)
结果
生产自然界没有的蛋白质
生产自然界中已有的蛋白质
联系
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。
对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质,必须通过基因修饰或基因合成实现
经典例析
题型一 基因工程的应用
典例1 继哺乳动物乳腺生物反应器研究成功后,膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。
最近,科学家培育出一种转基因小鼠,其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。
请回答:
(1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞,常用方法是______。
(2)进行基因转移时,通常要将外源基因转入__________中,原因是________________________________。
(3)通常采用__________技术检测外源基因是否插入到了小鼠的基因组。
(4)在研制膀胱生物反应器时,应使外源基因在小鼠的__________细胞中特异表达。
(5)为使外源基因在后代长期保持,可将转基因小鼠体细胞的__________转入__________细胞中构成重组细胞,使其发育成与供体具有相同性状的个体,该技术称为__________
解析:
(1)将目的基因导入受体细胞的方法,因受体细胞的种类不同而不同。
将目的基因导入动物细胞,采用最多也最有效的方法是显微注射法。
(2)作为动物基因工程的受体细胞通常是受精卵,因为受精卵具有全能性,可使目的基因在相应组织中得以表达。
(3)在目的基因的检测和鉴定中,检测目的基因是否插入到受体细胞染色体DNA中,可用标记的DNA分子作探针,进行DNA分子杂交。
(4)膀胱生物反应器中得以表达目的基因的是膀胱上皮细胞。
(5)动物体细胞核移植(克隆)技术可以使供体细胞核的全能性得以表达,受体细胞是去核的卵细胞(MⅡ期卵母细胞)。
答案:
(1)显微注射法
(2)受精卵(或早期胚胎) 受精卵(或早期胚胎细胞)具有全能性,可使外源基因在相应组织细胞中得以表达
(3)DNA分子杂交(或核酸探针)
(4)膀胱上皮
(5)细胞核 去核的卵 核移植(或克隆)
规律方法:
根据不同的基因操作,可选用不同的受体细胞:
(1)培育转基因动物,受体细胞一般选用受精卵。
(2)培育转基因植物,受体细胞可选用受精卵或体细胞,若选用体细胞,再通过植物组织培养,即可获得转基因植株。
(3)若生产基因工程药品,受体细胞一般选用细菌,利用细菌繁殖速度快的特点,可在短期内获得大量产品。
题型二 蛋白质工程与基因工程的关系
典例2 胰岛素可以用于治疗糖尿病,但是胰岛素被注射到人体后,会堆积在皮下,要经过较长的时间才能进入血液,而进入血液的胰岛素又容易分解,因此,治疗效果受到影响。
如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程,请据图回答有关问题:
(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键,图中构建新的胰岛素模型的主要依据是__________。
(2)通过DNA合成形成的新基因应与__________结合后转移到__________中才能得到准确表达。
(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素,需用到的生物工程有__________、__________和发酵工程。
(4)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么?
(5)下列关于蛋白质工程的说法错误的是__________。
A.蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构,使之更加符合人类需要
B.蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作,定向改变分子的结构
C.蛋白质工程能产生自然界中不存在的新型蛋白质分子
D.蛋白质工程与基因工程密不可分,又称为第二代基因工程
解析:
(1)蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质结构进行分子设计,因此,图中构建新的胰岛素模型的依据是预期胰岛素的功能,即速效胰岛素。
(2)合成的目的基因应与运载体构建基因表达载体后导入受体细胞中才能得以表达。
(3)利用蛋白质工程生产自然界原本不存在的蛋白质,需对原有的胰岛素进行改造,根据新的胰岛素中氨基酸的序列推测出其基因中的脱氧核苷酸序列,人工合成新的胰岛素基因,形成目的基因,改造好的目的基因需通过基因工程来生产基因产物,并且在生产过程中要借助工程菌,所以还需要进行发酵,因此该过程涉及蛋白质工程、基因工程和发酵工程。
(4)由新的蛋白质模型到构建新的基因,其基本设计思路是根据新的蛋白质中氨基酸的序列,推测出基因中的脱氧核苷酸序列。
然后用DNA合成仪直接合成出新的基因。
(5)由于基因决定蛋白质,因此,要对蛋白质的结构进行设计改造,最终还必须通过改造基因来完成,而不是直接对蛋白质分子进行操作。
答案:
(1)蛋白质的预期功能
(2)载体 大肠杆菌等受体细胞 (3)蛋白质工程 基因工程 (4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列,推测出其基因中的脱氧核苷酸序列,然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因。
(5)B
过关检测
一、选择题:
1、切取某动物合成生长激素的基因,用某种方法将此基因转移到鲇鱼的受精卵中,从而鲇鱼比同类个体大3~4倍,此项研究遵循的原理是()
A.基因突变,DNA→RNA→蛋白质B.基因工程,DNA→tRNA→蛋白质
C.细胞工程,DNA→RNA→蛋白质D.基因重组,DNA→RNA→蛋白质
2、上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带人白蛋白基因的转基因牛。
他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法,使转基因动物乳汁中的白蛋白提高了30多倍,这标志着我国转基因研究向产业化的目标迈进了一步。
那么“转基因动物”是指()
A.提供基因的动物B.基因组成中转人了外源基因的动物
C.能产生白蛋白的动物D.能表达基因遗传信息的动物
3.下列各项不属于基因工程在实际中的应用的是()
A.转基因抗虫棉的培育成功B.利用DNA探针检测饮用水中有无病毒
C.培育工程菌使之能产生胰岛素D.将C4植物细胞内的叶绿体移入C3植物细胞内
4.有关基因工程的成果及应用的说法正确的是()
A.用基因工程方法培育的抗虫植物也能抗病毒
B.基因工程在畜牧业上应用的主要目的是培养体型巨大、品质优良的动物
C.基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物
D.目前,在发达国家,基因治疗已用于临床实践
5、运用现代生物技术的育种方法,将抗菜青虫的Bt基因转移到优质油菜中,培育出转基因抗虫的油菜品种,这一品种在生长过程中能产生特异的杀虫蛋白,对菜青虫有显著抗性,能大大减轻菜青虫对油菜的危害,提高油菜产量,减少农药使用,保护农业生态环境。
根据以上信息,下列叙述正确的是()
A、Bt基因的化学成分是蛋白质B、Bt基因中有菜青虫的遗传物质
C、转基因抗虫油菜能产生杀虫蛋白是由于具有Bt基因
D、转基因抗虫油菜产生的杀虫蛋白是无机物
6、下列不属于基因工程方法生产的药品是()
A.干扰素B.白细胞介素—2C.青霉素D.乙肝疫苗
7.基因工程培育的“工程菌”通过发酵工程生产的产品,不包括()
A.白细胞介素一2B.干扰素C.聚乙二醇D.重组乙肝疫苗
8、利用基因工程技术将生长激素基因导入绵羊体内,转基因绵羊生长速率比一般的绵羊提高30%,体型大50%,在基因操作过程中生长激素基因的受体细胞最好采用()
A.乳腺细胞B.体细胞C.受精卵D.精巢
9、基因治疗是指()
A.用DNA探针修复缺陷基因B.用DNA探针检测疾病
C.将健康基因导入有基因缺陷的细胞中D.将健康基因导入受体细胞
10、要彻底治疗白化病必须采用()
A.基因治疗B.医学手术C.射线照射D.一般药物
11、基因治疗是人类疾病治疗的一种崭新手段,下列有关叙述中不正确的是()
A、基因治疗可使人类遗传病得到根治
B、基因治疗是一种利用基因工程产品治疗人类疾病的方法
C、以正常基因替换致病基因属于基因治疗的一种方法
D、基因治疗的靶细胞可以是体细胞和生殖细胞
12、干扰素是治疗癌症的重要药物,它必须从血液中提取,每升人血中只能提取0.5
g,所以价格昂贵。
美国加利福尼亚的某生物制品公司用如下方法生产干扰素。
如下图所示:
从上述方式中可以看出该公司生产干扰素运用的方法是()
A.个体间的杂交B.基因工程C.细胞融合D.器官移植
13.下列有关基因工程技术的应用中,对人类不利的是()
A.制造“工程菌”用于药品生产B.创造“超级菌”分解石油、DDT
C.重组DNA诱发受体细胞基因突变D.导人外源基因替换缺陷基因
14.“工程菌”是指()
A.用物理或化学方法诱发菌类自身某些基因得到高效表达的菌类细胞株系
B.用遗传工程的方法把相同种类不同株系的菌类通过杂交得到新细胞株系
C.用基因工程的方法使外源基因得到高效表达的菌类的细胞株系
D.从自然界中选取的能迅速增殖的菌类
15.生产上培育无子番茄、青霉素高产菌株、杂交培育矮秆抗锈病小麦、抗虫棉的培育原理依次是()
①生长素促进果实发育②染色体变异③基因重组④基因突变⑤基因工程
A.①②③④B.①④③②C.①④②⑤D.①④③③
(多选)16、用现代生物技术培育生物新品种,其优越性在于()
A.克隆技术可以快速繁育优良性状的家畜
B.现代转基因技术可迅速改变生物的基因组成
C.现代生物技术迅速使新品种形成群落
D.现代生物技术可克服远缘杂交不亲和的障碍
(二)填空题:
17、请阅读下列几段文字后回答:
A.有人把蚕的DNA分离出来,用一种酶“剪切”下制造丝蛋白的基因,再从细菌细胞中提取一种叫“质粒”的DNA分子,把它和丝蛋白基因拼接在一起再送回细菌细胞中,结果,此细菌就有生产蚕丝的本领。
B.法国科学家发现,玉米、烟草等植物含有类似人体血红蛋白的基因,如加入“Fe”原子,就可以制造出人的血红蛋白,从而由植物提供医疗中所需要的人体血液。
C.1991年,我国复旦大学遗传所科学家成功的进行了世界上首例用基因疗法治疗血友病的临床实验。
D.江苏农科院开展转基因抗虫棉花的研究,得到的棉花新品种对棉铃虫等害虫毒杀效果高达80%~100%。
(1)所有这些实验统称为工程,所有这些实验的结果,有没有生成前所未有的新型蛋白质?
。
(2)A段中实验结果的细菌能生产蚕丝,说明。
在将质粒导入大肠杆菌时,一般要用___处理该菌,以使处于细胞状态,以便吸收周围环境中的DNA分子。
(3)B段中由玉米、烟草的基因生产人类血红蛋白为什么要加入“Fe”原子?
,植物中含类似人类血红蛋白基因,从进化上看,说明
。
(4)人类基因组计划(HGP)测定了人体中条染色体的双链DNA分子的脱氧核苷酸序列,C段中血友病基因疗法中有关的染色体是染色体;
18.基因工程技术在培育抗旱植物用于发展沙漠农业和沙漠改造方面显示了良好的前景,荷兰一家公司将大肠杆菌中的海藻糖合成酶基因导入植物(如甜菜、马铃薯等)中并获得有效表达,使“工程植物”增强耐旱性和耐寒性。
(1)根据材料中表达,使“工程植物”增强耐旱性、耐寒性的基本操作步骤是:
①②,③,④。
(2)基因表达的含义。
(3)写出酶基因在植物体内的表达过程:
。
(4)基因工程操作中的工具是、、。
19、随着科学技术的发展,化学农药的产量和品种逐年增加。
但害虫的抗药性也不断增强,对农作物危害仍然很严重。
如近年来,棉铃虫在我国大面积暴发成灾,造成经济损失每年达100亿以上。
针对这种情况,江苏农科院开展“转基因抗虫棉”的科技攻关研究,成功地将某种细菌产生抗虫毒蛋白的抗虫基因导人棉花细胞中,得到的棉花新品种对棉铃虫的毒杀效果高达80%以上。
就以上材料,分析回答:
(1)抗虫基因之所以能导人植物体内,原因是。
(2)“转基因抗虫棉”具有抗害虫的能力,这表明棉花体内产生了抗虫的物质。
这个事实说明,害虫和植物共用一套,蛋白质合成的方式是的。
(3)“转基因抗虫棉”抗害虫的遗传信息传递过程可表示为。
(4)该项科技成果在环境保护上的作用是
(5)科学家预言,此种“转基因抗虫棉”独立种植若干代以后,也将出现不抗虫的植株,此现象来源于
(6)基因导人工程技术已在多方面得到应用,请各举一例说明该技术的应用可能带来的正负面影响。
20、下图表示从苏云金芽孢杆菌分离出来的杀虫晶体蛋白质基因(简称Bt基因)及形成转基因抗虫植物的图解。
请回答:
(1)在下列含有ATP和有关的酶的试管中.大量而快捷地获取Bt基因的最佳方案是下图中()
(2)写出b过程表达式:
。
(3)活化的毒性物质应是一种分子,活化的毒性物质全部或部分嵌合于昆虫的细胞膜上,使细胞膜产生孔道,导致细胞由于平衡的破坏而破裂。
(4)我国在“863”计划资助下开展Bt抗虫棉育种等研究,这将对、和农业可持续发展产生巨大影响。
答案:
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
答案
D
B
D
C
C
C
C
C
题号
9
10
11
12
13
14
15
16
答案
C
A
B
B
C
C
D
ABD
17、
(1)基因没有
(2)蚕的丝蛋白基因在细菌体内得以表达Ca2+感受态
(3)人类的血红蛋白是一种含Fe的特殊蛋白质不同生物之间具有一定的亲缘关系
(4)24X
18、海藻糖糖合成基因的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检测与鉴定基因通过转录、翻译合成蛋白质,体现出相应的性状酶基因
mRNA
海藻糖合成酶限制酶DNA连接酶载体
19、细菌与棉花的DNA组成,结构相同毒蛋白密码子相同
复制DNA(基因)
RNA
蛋白质减少农药对环境的污染,保护生态环境或生态平衡基因突变
正面:
基因治疗和基因诊断,转基因动植物与农牧业、环境监测、净化污染、生物制药等
负面:
重组的基因可能使生物发生突变,生态遭受破坏,滥用基因工程制造生物武器、重组基因的生物可能产生一些难以预测的危害等。
20、DBt基因
mRNA
原毒素多肽渗透农业害虫防治环境保护
对位训练以提问方式展开
考点深化也以提问方式进行
提问方式展开
比较记忆
深入理解
和老师一起总结本节所学习的内容,形成知识体系。
达标检测题学生要定时独立完成后,教师公布答案,同位互批、互助,最后提出同位没有解决的问题。
由其他同学或教师解答。
检查学生对老师所讲例题的理解。
强化学生对考点的记忆和落实。
整体建构,形成体系
能说出、最好能写出,培养学生规范表达的能力
利用模型建构,直观感知知识的形成过程
通过练习加强学生对所学知识的理解,同时培养学生的答题速度和规范,将学习延伸到课下。
针对不同层次的学生提出明确的完成目标。
教学反思:
本节课的教学也是以问题串的形式开展,引导学生边复习基础知识边归纳题型,分析历年高考趋势,逐步提升学生的分析题目和解决题目的能力,基因工程的应用和蛋白质工程的原理是在熟练掌握基因工程原理上进行的进一步加深,在题目上与生活实践更贴切出题更灵活,在课上要求学生对细节的把握更加审慎,问题的回答更科学更简洁准确。
选修部分的做题时间紧张因此在复习过程中要学生更加熟练。
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