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第50讲 基因工程的应用、蛋白质工程及生物技术的安全性和伦理问题
高三生物总复习课件-选择性必修3 生物技术与工程
考点一 基因工程的应用
1．乳腺生物反应器
基础·精细梳理
名师解读
乳腺生物反应器是利用转基因动物的乳汁生产药用蛋白，而膀胱生物反应器是利用转基因动物的尿液生产药用蛋白，其优点是不受动物的性别、生长发育时期的限制，提取简单高效。　　
　2．利用基因工程菌生产药物
考点一 基因工程的应用
基础·精细梳理
1．野外种植转基因抗A害虫植物的同时，还种植一定量的同种不抗虫植物，可降低抗性害虫在整个害虫种群中所占比例的增加速率。试分析其中的原因。
提示　种植一定量的同种不抗虫植物，对抗性害虫的选择作用减弱。
2．人的胰岛素基因导入大肠杆菌后不能正确表达出胰岛素，其原因是_______。
提示　真核细胞的基因结构不同于原核细胞，其转录出的mRNA需加工后才能作为翻译的模板，细菌中不存在此机制
考点一 基因工程的应用
情境推理·探究
1．(2023·福建宁德期末)利用转基因山羊乳腺生物反应器生产丁酰胆碱酯酶，可治疗有机磷中毒。下列叙述错误的是(　　)
A．应该用山羊乳腺中特异表达的基因的启动子构建基因表达载体
B．通过体细胞克隆可将丁酰胆碱酯酶基因传递给子代
C．通过显微注射技术将基因表达载体导入山羊乳腺细胞
D．山羊乳腺细胞可将肽链加工成具有一定空间结构的丁酰胆碱酯酶
【考向】结合基因工程的应用，考查社会责任
考点一 基因工程的应用
典例·精心深研
2.(多选)(2022·山东泰安模拟)植物生物反应器主要以整株植物、植物组织或植物悬浮细胞为加工场所，生产药物蛋白。叶绿体遗传转化体系是近年发展起来的一种新的植物生物反应器。叶绿体转化是以同源重组原理将外源目的基因整合到目标叶绿体基因组中的一种方式，是一种高表达、安全性极高的遗传转化方法。下列相关叙述正确的是(　　)
A.植物生物反应器涉及的现代生物学技术是基因工程和植物细胞工程
B.构建的基因表达载体中含有叶绿体特异启动子，使得目的基因只能在叶绿体中表达
C.植物叶绿体表达体系可以防止转基因作物的目的基因通过花粉在自然界中扩散
D.把目的基因导入叶绿体DNA中，将来产生的配子一定含有此目的基因
【考向】结合基因工程的应用，考查社会责任
考点一 基因工程的应用
典例·精心深研
考点二 蛋白质工程的原理和应用
基础·精细梳理
1．概念剖析
考点二 蛋白质工程的原理和应用
基础·精细梳理
2．流程图
转录
翻译
分子设计
多肽链
预期功能
考点二 蛋白质工程的原理和应用
基础·精细梳理
3．蛋白质工程与基因工程的区别和联系
1．若要获得抗盐能力更强的抗盐基因，可以对基因H进行改造，最终得到相应的蛋白质，该过程可以通过蛋白质工程完成，该过程的基本思路是________。
提示　①预期耐盐蛋白质的功能；②设计耐盐蛋白质的结构；③推测应有的氨基酸序列；④找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因→获得耐盐能力更强的蛋白质)序列。
2．通过对Bt蛋白质三维结构图及氨基酸序列进行分析，发现若将该蛋白质结构中一段由14个氨基酸组成的螺旋结构缺失，结构变化后的Bt蛋白质能使棉铃虫具有更高的致死率。若要根据蛋白质工程的原理设计实验对Bt蛋白进行改造，以提高其致死率，写出其实验设计思路。
提示　参照密码子表，找到合成该14个氨基酸的碱基序列所在的基因位置，将这些碱基序列进行缺失处理。
考点二 蛋白质工程的原理和应用
情境推理·探究
1．(2023·山东淄博期中)纤维素酶广泛应用于医药、食品发酵、造纸、废水处理等领域。研究人员利用蛋白质工程将细菌纤维素酶的相应氨基酸替换后，纤维素酶热稳定性得到了提高。下列有关该技术的说法，正确的是(　　)
A．改造后的纤维素酶的较高热稳定性不可遗传
B．对纤维素酶的改造需要以基因工程为基础
C．改造纤维素酶无需构建基因表达载体
D．对纤维素酶的改造是通过直接改造mRNA实现的
【考向】结合蛋白质工程，考查社会责任
考点二 蛋白质工程的原理和应用
典例·精心深研
2．(2023·湖北孝感高中质检)下图表示蛋白质工程的操作过程，相关说法不正确的是(　　)
A．a、b过程分别是转录、翻译
B．蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作
C．蛋白质工程是完全摆脱基因工程技术的一项全新的生物工程技术
D．蛋白质工程中可能构建出一种全新的基因
【考向】结合蛋白质工程，考查社会责任
考点二 蛋白质工程的原理和应用
典例·精心深研
考点三 生物技术的安全性和伦理问题
基础·精细梳理
1．转基因产品的安全性
1．转基因植物所携带的目的基因可能传递给非转基因植物，造成基因污染。如果将目的基因导入叶绿体DNA中，就可以有效避免基因污染，原因是什么？
提示　叶绿体基因不会通过花粉传给下一代。
2．我国科学家用4种小分子化合物诱导小鼠的成纤维细胞转变成了iPS细胞，这种诱导方法与转入相关基因诱导产生iPS细胞相比，其优点是____________。
提示　避免了转入相关因子诱导iPS细胞可能带来的致癌风险
考点三 生物技术的安全性和伦理问题
情境推理·探究
考点三 生物技术的安全性和伦理问题
基础·精细梳理
2．关注生殖性克隆人
考点三 生物技术的安全性和伦理问题
基础·精细梳理
(3)试管婴儿和设计试管婴儿的比较
考点三 生物技术的安全性和伦理问题
基础·精细梳理
3．禁止生物武器
1．(2023·山东临沂期中)关于现代生物工程技术应用安全性的评价，下列叙述正确的是(　　)
A．由于存在生殖隔离，大量种植转基因抗除草剂农作物不存在安全性问题
B．中国政府不反对治疗性克隆，可以有限制地进行生殖性克隆研究
C．《禁止生物武器公约》规定在任何情况下都不发展、不生产生物武器，但可储存少量的生物武器用于研究
D．转基因的受体细胞通常限制在遗传上有特定缺陷的生物上
【考向】结合生物技术的安全与伦理问题，考查社会责任
考点三 生物技术的安全性和伦理问题
典例·精心深研
2．(2023·江苏盐城期末)下列关于治疗性克隆和生殖性克隆的说法，错误的是(　　)
A．使用病人自己的细胞产生胰岛细胞以治疗糖尿病属于治疗性克隆
B．将一个克隆的胚胎植入一个女性子宫发育成婴儿的过程属于生殖性克隆
C．治疗性克隆属于无性生殖，生殖性克隆属于有性生殖
D．治疗性克隆和生殖性克隆技术均需要用到动物细胞培养技术和核移植
【考向】结合生物技术的安全与伦理问题，考查社会责任
考点三 生物技术的安全性和伦理问题
典例·精心深研
1．(2022·湖南卷，22)水蛭是我国的传统中药材，主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构，提高其抗凝血活性。回答下列问题：
(1)蛋白质工程流程如图所示，物质a是___________________，物质b是_______。在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是________________________________。
重温真题 经典再现
1
2
氨基酸序列多肽链
mRNA
密码子的简并
(2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有____________________________、______________________________________和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是__________________。
(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性，结果如图所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的________(填“种类”或“含量”)有关，导致其活性不同的原因是___________________________________________________________________
________________________________。
重温真题 经典再现
从基因文库中获取目的基因
通过DNA合成仪用化学方法人工合成
DNA半保留复制
种类
提取的水蛭蛋白的酶解时间和处理的酶的种类不同，导致水蛭蛋白水解产物的空间结构不同
1
2
(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异，简要写出实验设计思路。
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
___________________________________。
重温真题 经典再现
取3支试管，分别加入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素；用注射器取同一种动物(如家兔)血液，立即将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，放在适宜条件下静置一段时间，统计三支试管中血液凝固时间
1
2
2．(2022·海南卷，20)以我国科学家为主的科研团队将OSNL(即4个基因Oct4/Sox2/Nanog/Lin28A的缩写)导入黑羽鸡胚成纤维细胞(CEFs)，诱导其重编程为诱导多能干细胞(iPS)，再诱导iPS分化为诱导原始生殖细胞(iPGCs)，然后将iPGCs注射到孵化2.5天的白羽鸡胚血管中，最终获得具有黑羽鸡遗传特性的后代，实验流程如图。回答下列问题。
重温真题 经典再现
1
2
(1)CEFs是从孵化9天的黑羽鸡胚中分离获得的，为了获得单细胞悬液，鸡胚组织剪碎后需用__________________________处理。动物细胞培养通常需要在合成培养基中添加________等天然成分，以满足细胞对某些细胞因子的需求。
(2)体外获取OSNL的方法有____________________________________________(答出1种即可)。若要在CEFs中表达外源基因的蛋白，需构建基因表达载体，载体中除含有目的基因和标记基因外，还须有启动子和____________________等。启动子是_____________________________识别和结合的部位，有了它才能驱动___________________________________________________________。
重温真题 经典再现
1
2
胰蛋白酶、胶原蛋白酶等
血清
基因文库法、PCR技术、人工合成法
终止子
RNA聚合酶
目的基因转录出mRNA，最终表达出所需要的蛋白质
(3)iPS细胞和iPGCs细胞的形态、结构和功能不同的根本原因是____________
___________________________。
(4)诱导iPS细胞的技术与体细胞核移植技术的主要区别是__________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
_________________________________。
(5)该实验流程中用到的生物技术有_________________________(答出2点即可)。
重温真题 经典再现
1
2
基因的选择性表达
基因工程、动物细胞培养
诱导iPS细胞的技术是将已分化的细胞诱导为类似胚胎干细胞的一种细胞(iPS)，再诱导iPS分化为诱导原始生殖细胞(iPGCs)的技术；体细胞核移植技术是将动物一个体细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中，使这个重新组合的细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的技术

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