高二生物选修三-现代生物科技专题-

1、选修三,现代生物科技专题,知识结构（依据考试说明）,一、基因工程 （1）基因工程的诞生 （2）基因工程的原理及技术 （3）基因工程的应用 （4）蛋白质工程 二、克隆技术 （1）植物的组织培养 （2）动物的细胞培养与体细胞克隆 （3）细胞融合与单克隆抗体 三、胚胎工程 （1）动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础 （2）胚胎干细胞的移植 （3）胚胎工程的应用 四、生物技术的安全性和伦理问题 （1）转基因生物的安全性 （2）生物武器对人类的威胁 （3）生物技术中的伦理问题,专题一、基因工程,一、基因工程的诞生 1、基因工程是分子水平对生物遗传作人为干预，要认识它，我们先从生物 工程谈起：生物工程主要有基因工程、细胞工程、酶工程、蛋白质工程和微生物工程等5个部分。其中基因工程就是人们对生物基因进行改造，利用生物生产人们想要的特殊产品。,2、随着DNA的内部结构和遗传机制的秘密一点一点呈现在人们眼前，特别是当人们了解到遗传密码是由信使RNA转录表达的以后，生物学家不再仅仅满足于探索、提示生物遗传的秘密，而是开始跃跃欲试，设想在分子的水平上去干预生物的遗传特性。如果将一种生物的DNA中的某个

2、遗传密码片断连接到另外一种生物的DNA链上去，将DNA重新组织一下，不就可以按照人类的愿望，设计出新的遗传物质并创造出新的生物类型吗？,3、这与过去培育生物繁殖后代的传统做法完全不同，它很像技术科学的工程设计，即按照人类的需要把这种生物的这个“基因”与那种生物的那个“基因”重新“施工”，“组装”成新的基因组合，创造出新的生物。这种完全按照人的意愿，由重新组装基因到新生物产生的生物科学技术，就被称为“基因工程”，或者称之为“遗传工程”。 4、基因工程技术自20世纪70年代末诞生以来，在医药、农业和食品科学领域得到了广泛的应用。,二、基因工程的原理及技术,1、原理：,2、技术：,（1）基本工具 分子手术刀限制酶 分子缝合针DNA连接酶 分子运输车运载体,限制性核酸内切酶“分子手术刀”,分布：主要在微生物中 特点：特异性，即识别特定核 苷酸序列，切割特定切点 结果：产生黏性未端或平末端 （碱基互补配对） 举例：大肠杆菌的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开,一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。 （断开的不是氢键）,双

3、链DNA结构和磷酸二酯键位置,切割DNA分子时产生的两种不同末端,分子缝合针DNA连接酶,连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末 端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。 （恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键）,连接酶的分类,根据酶的来源分：,.coli DNA连接酶 .4DNA连接酶,只能“缝合”片段互补的黏性末端,能“缝合”片段互补的黏性末端和平末端,分子的切割和连接,作用：将外源基因送入受体细胞 条件： （1）能在宿主细胞内复制并稳定地保存 （2）具有一个或多个限制酶切点 （3）具有某些标记基因 （4）载体必须安全，不会对受体细胞有害 种类：质粒、噬菌体和动植物病毒,基因的运输工具运载体,1.细胞染色体外能自主复制的小型环状DNA分子 2.质粒是基因工程中最常用的运载体 3.最常用的质粒是大肠杆菌的质粒 4.存在于许多细菌及酵母菌等生物中 5.质粒的存在对宿主细胞无影响 6.质粒的复制只能在宿主细胞内完成,常用载体质粒的特点,大肠杆菌及质粒载体结构示意图,复制原点,目的基因插入位点,氨苄青霉素抗性基因,1.在基因工程中使用的限制性核酸内切酶，其作用是（ ） A.将目的

4、基因从染色体上切割出来 B.识别并切割特定的DNA核有酸序列 C.将目的基因与运载体结合 D.将目的基因导入受体细胞 2.基因工程中常用细菌等原核生物作受体细胞的原因不包括（ ） A.繁殖速度快 B.遗传物质相对较少 C.多为单细胞，操作简便 D. DNA为单链，变异少,B,D,随堂练习,3.基因工程是DNA分子水平的操作，下列有关基因工程的叙述中，错误的是（ ） A.限制酶只用于切割获取目的基因 B.载体与目的基因必须用同一种限制酶处理 C.基因工程所用的工具酶是限制酶DNA连接酶 D.带有目的基因的载体是否进入受体细胞需检测,A,4.作为基因的运输工具运载体，必须具备的条件之一及理由是（ ） A.能够在宿主细胞中稳定的保存下来并大量复制，以便提供大量的目的的基因 B.具有多个限制酶切点，以便于目的基因的表达 C.具有某些标记基因，以便目的基因能够与让结合 D.它的参与能够使目的基因在宿主细胞中复制并稳定保存 5.基因工程中常见的载体是（ ） A.质体 B.染色体 C.质粒 D.线粒体,D,C,（2）基本步骤： 第一步：目的基因的获取 第二步：基因表达载体的构建 第三步：将目的基因导

5、入受体细胞 第四步：目的基因的检测与鉴定,基因工程的基本操作流程图,反转录,取出DNA,用限制酶切断DNA,目前被较广泛提取使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、人干扰素基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等,目的基因主要指编码蛋白质的结构基因,第一步：目的基因的获取,从基因文库获取目的基因 基因组文库（一种生物的所有基因） 部分基因文库：如cDNA文库（部分基因） 利用PCR技术扩增目的基因 原理：DNA双链复制的原理 通过DNA合成仪直接人工合成 根据蛋白质的氨基酸顺序推算出信使RNA核苷酸顺序，然后按照碱激互补配对原则，推算出基因DNA的脱氧核苷酸顺序。用游离脱氧核苷酸直接合成相应的基因。,第二步：基因表达载体的构建,目的：是使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代,启动子,终止子,目的基因,标记基因,表达载体模式图,第三步：将目的基因导入受体细胞,目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程（叫转化）。,将目的基因导入植物细胞 农杆菌转化法（感染双子叶植物和裸子植物，对大多单子叶植物没有感染力） 基因枪法（常用于单子叶植物） 花粉管通道

6、法（转基因抗虫棉） 将目的基因导入动物细胞 显微注射技术（“超级小鼠”） 将目的基因导入微生物细胞 导入大肠杆菌的方法：先用钙离子处理，使其转为感受态细胞。再将重组载体与感受态细胞混合。,第四步：目的基因的检测和鉴定 分子水平的检测 检测是否插入了目的基因 检测是否转录出了mRNA 检测是否翻译成蛋白质 个体生物学水平的检测 （做抗虫或抗病的接种实验）,1.运用现代生物技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因整合到棉花细胞中，为检测实验是否成功，最方便的方法是检测棉花植株是否有（ ） A.抗虫基因 B.抗虫基因产物 C.新的细胞核 D.相应性状 2.转基因动物转基因时的受体细胞是（ ） A.受精卵 B.精细胞 C.卵细胞 D.体细胞,D,A,随堂练习,3.人的糖蛋白必须经内质网和高尔基体进一步加工合成，通过转基因技术，可以使人 的糖蛋白基因得以表达的受体细胞是（ ） A.大肠杆菌 B.酵母菌 C.噬菌体 D.质粒DNA 4.人们利用基因工程方法，用大肠杆菌生产人类胰岛素，与此过程无关的是（ ） A.用限制酶对胰岛素基因与载体分别切到并催化两者连接 B .把重组后的DNA分子导入受体细菌内进行扩

7、增 C.检测重组载体是否导入受体细菌内并表达出性状 D.筛选出能产生胰岛素的“工程菌”,B,A,（一）植物基因工程技术的应用 1、提高农作物的抗逆能力 （1）抗虫转基因植物 抗虫基因的种类：4种,三、基因工程的应用,（2）抗病转基因植物 抗病转基因植物所用的基因： 常用：病毒外壳蛋白基因和 病毒的复制酶基因 抗真菌转基因植物中有：几丁质酶基因和抗毒素合成基因 （3）其它抗逆转基因植物 抗盐碱、干旱的基因：调节细胞渗透压的基因 抗冻蛋白基因 抗除草剂基因,2、改良农作物的品质,富含赖氨酸的转基因玉米,导入与植物花青素代谢有关的基因的矮牵牛,3、利用植物生产药物,（二）动物基因工程的应用 1、用于提高动物生长速度 （如：导入外源生长激素基因鲤鱼） 2、用于改善畜产品的品质 （如：将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使乳糖的含量大大减低） 3、用转基因动物生产药物 （如：转入人的a-抗胰蛋白基因的绵羊） 4、用转基因动物作器官移植的供体 （如：改造猪的器官）,（三）基因工程药物,（四）基因治疗,是指是把健康的外源基因导入有基因缺陷的 细胞中，达到治疗疾病的目的。 基因治疗包括： 1、体外基因治疗

8、2、体内基因治疗,随堂练习,1.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，减小农药使用。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,C,2.水母发光蛋白由236个氨基酸构成，其中Asp、Gly和Ser构成发光环，现已将这种蛋白质的基因作为生物转基因的标记，在转基因技术中，这种蛋白质的作用是（ ） A.促使目的基因到导入宿主细胞中 B.促使目的基因在宿主细胞中复制 C.使目的基因容易被检测出来 D.使目的基因容易成功表达,C,四、蛋白质工程,（一）蛋白质工程崛起的缘由 基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。这些天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一 定完全符合人类生产和生活的需要。 如：胰岛素、干扰素、生长素,例子：,干

9、扰素在体外保存困难 玉米中赖氨酸含量比较低,将分子中的一个半胱氨酸转变成丝氨酸,第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸,第352位的苏氨酸变成异亮氨酸,（二） 蛋白质工程的基本原理 1、概念： 蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基 础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质，以满足人类对生产和生活的需求。,2、基本原理 ： （1）确定蛋白质的功能蛋白质应有的高级结构蛋白质应具备的折叠状态应有的氨基酸序列应有的碱基排列， 创造自然界不存在的蛋白质。 （2）其与基因工程的比较： 基因工程是遵循中心法则， 从DNAmRNA蛋白质折叠产生功能， 生产出自然界已有的蛋白质。,1. 利用蛋白质工程改造天然蛋白质，进而改变其功能，获得毒副作用很小、专一性增强、药效加强、稳定性增强的理想的药物如胰岛素是治疗依赖型糖尿病的特效药物，但是天然胰岛素在人体内寿命只有几小时，重症病人每天得注射好几次药物，给病人带来不便和痛苦。通过蛋白质工程改变胰岛素的空间结构，以延长半衰期，得到长效胰岛素。还可以在不改变胰岛素活性部位结构的前提下，增强其他部位结合强度，使之难以被酶所破坏，从而增强其稳定性。 (1)蛋白质工程的基本途径是 ： (2)与基因工程相比，合成的蛋白质有何特点？ (3)用蛋白质工程生产的胰岛素，与天然胰岛素比较，显著的优点是？,随堂练习,答案,（1）从预期的蛋白质功能出发设计预期的胰岛素分子结构推测应有的氨基酸序列找到相应的核苷酸序列（基因）,（2）合成的是自然界原本不存在的蛋白质,（3）稳定性强,专题二、克隆技术,一、植物的组织培养 1、概念：植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。 2、原理：具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能，也就是说，每个生物细胞都具有全能性的特点。,3、过程： 植物的花瓣（高度分化的组织）,脱分化,愈伤组织,再分化

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