专题(2) 基因工程

专题（2）基因工程课题：细胞专题复习教学重点：各种生物膜系统在结构和功能上的联系；植物组织培养和植物体细胞杂交；理解植物组织培养技术的基本原理和方法步骤；单克隆抗体及其应用。课时安排：两课时教学过程：一、知识要点提炼线粒体（外膜）概念[提问—P69]联通A、生直接联通：核膜内质网细胞膜物结构上的联系联通转变联通膜高尔基体系小泡联系：内质网高尔基体细胞膜统方法：同位素示踪法功能上的联系[投影图4—3]核糖体内质网高尔基体释翻译加工进一步加工放运输运输供能线粒体研究意义理论上：阐明细胞的生命活动规律；实践上工业上：模拟生物膜——淡化海水、处理重金属离子污染。农业上：生物膜与抗寒、抗旱、耐盐机理；医学上：人工合成膜材料代替人体病变器官[透析型人工肾][讨论]高尔基体膜在厚度和化学组成上介于内质网膜和细胞膜之间，由此说明什么问题？[①结构上的关系：(小泡)内质网高尔基体细胞膜；②膜的组成成分可以从内质网转移到高尔基体膜，再转移到细胞膜。]细胞工程概述[提问]提问：P、72—1植物细胞的全能[受精卵最强；生殖细胞（卵最高）体细胞。]B、表现条件：离体状态+适宜外界条件。脱分化再分化移栽外植体愈伤组织试管苗植物体植物组织培养（表现全能性）（芽、根）应用：快速繁殖，培养无菌植物，生产药物、食品添加剂等。定义：[提问—P、73下2]脱壁融合组织培养植物体细胞的杂交步骤：酶解法诱导剂优点：克服远缘杂交不亲和的障碍。氨基酸温表蛋白质成蛋白熟质细胞膜植物细胞工程植物细胞原生质体杂种细胞杂种植株[讨论]以普通小麦和黑麦为材料，设计两种培育小黑麦的方法，并比较优劣。*C、S原理：植物细胞具有全能性。（制）培养基、器材接种室[甲醛、KMnO4熏蒸；来苏水喷洒；接种室、接种箱紫外灯。]接种箱[甲醛、KMnO4熏蒸；紫光灯。]接种者：肥皂洗手—洒精棉擦拭。外植体：NaClOag—无菌水—无菌滤纸。恒温箱：70%洒精消毒；切1Cm×1Cm（有形成层），切口接触培养基；接种（无菌区操作）封口贴标签注明…三层纸封盖瓶口，用线绳扎紧。23—28℃、14d；恒温箱培养观察外植体生长情况[点状乳白色或黄色小体]继续培养：愈伤组织——生芽培养——生根培养——试管苗。[讨论]为什么说组织培养获得的是无菌植株？D、常用技术手段简介[提问]取材—动物胚胎、出生不久的幼龄动物器官或组织。动物细胞培养培养基[与植培养比：液/固；葡萄糖/蔗糖；动物血清/植物激素]胰蛋白酶原代细传代遗传物胞培养群培养质改变原理[同植物细胞融合，诱导融合方法类似。]动物细胞融合诱导剂—常用灭活的病毒。[P、78图4—9]最重要用途—制备单克隆抗体。概念—单个B细胞群化学性质单一、特异性强抗体。B细胞单克隆抗体诱导融合继续培养于体外培养制备：选择性培养基体内培养骨髓瘤选择细胞应用疾病的诊断、治疗、预防。优点—特异性强，灵敏度高。实例：治疗癌症—生物导弹（单克隆抗体+抗癌药物）[讨论]简述杂交瘤细胞的特性[B—特异性抗体；骨髓瘤细胞快速繁殖。]三、学生质疑与辨析二、练习与巩固植物组织培养技术方法步骤消毒灭菌动物细胞工程器官组织单个细胞细胞株细胞系杂交瘤细胞细胞群抗体现代生物工程技术是一项发展迅速、功效神奇的，高新技术，为解决人类面临的粮食、资源与能源，环境与健康等重大问题开辟了新的途径，蕴藏着巨大的经济潜力和社会效益。近代生物工程的核心实质上是基因工程，具体地说，基因工程就是把—种生物的主要遗传物质DNA分子的片段提取出来，在体外进行切割，彼此搭配，重新“缝合”，再引入到另一种生物的活细胞内，使两者的遗传物质结合起来，以改变其遗传结构，创造新物种或新品种。基因工程是目前社会普遍关注的热点，而且与中学教学密切相关，应和了新的高考试题以现实生活特别是社会热点和最新高科技进展中的有关理论问题和实际问题立意命题的特点，体现了以最新的科技信息——高起点，考查学生的基础知识和能力——低落点的考查方式。1.基因工程操作的主要步骤(1)目的基因的制备：目的基因就是基因工程所要转移的基因或人工合成所需基因。分离目的基因首先要确定目的基因在组织中的DNA分子上的位置.然后运用有切割作用的限制内切酶切割DNA分子而获得。(2)重组DNA：在体外条件下，把目的基因与某一载体连接在—起，形成杂种DNA分子。目前采用的载体主要是细菌质粒、某些噬菌体和病毒。现在流行的转基因技术是在生物自身基因组中插入外源基因，完成DNA重组。(3)重组DNA的表达：重组得到的DNA杂种分子，在合适条件下复制增殖并使日的基因在载体组织中通过控制蛋白质的合成而得以表达，从而体现目的基因原来控制的性状。2人类基因组计划（HGP）每个人类体细胞中的细胞核中包含分别来自父本和母本的两套染色体。基因组就是每套染色体上的全部基因，基因组包括全部遗传特征。人类基因组计划(HGP)的目标就是绘制四张图，每张图均涉及人类一套染色体的常染色体和性染色体。具体情况如下：两张·图的染色体排列都标明人类全部大约10万个基因的位置(其中一张图用遗传单位表示基因间的距离；另一张图用棱苷酸数目表示基因间的距离)；一张图显示染色体上全部DNA约30亿个碱基对的排列顺序，还有一张是基因转录图。(1)合成的该胰岛素含有51个氨基酸，由二条肽链组成，那么决定它的合成的基因至少应合有碱基——个，若核苷酸的平均分子量为300，则与胰岛素分子对应的mRNA的分子量应为__________________；若氨基酸的平均分子量为90，该胰岛素的分子量约为_________________。(2)不同生物间基因移植成功，说明生物共有_____套_________________，从进化的角度看，这些生物具有_________________。(3)某个DNA分子被“嫁接”上或“切割”掉某个基因，实际并不影响遗传信息的表达功能。这说明________________(4)该工程应用于实践，将给农业、医药等诸多领域带来革命，目前已取得了许多成就，请你列举你所知道的或你所设想应用该工程的三个具体实例：_________________解析：(1)根据基因(DNA)上的碱基数：mRNA碱基数：氨基酸数=6:3:1，所以，该基因中至少应含有碱基数306个；该mRNA的分子量为51×3×300=459000。根据肽键数=基酸数-肽链数，所以合成该胰岛素时，形成的肽键数等于失去的水分子数：51-2=49；则胰胰岛素的分子量为5l×90-49×18=3708。(2)胰岛素基因移植人大肠杆菌，并在大肠杆菌体内得以表达产生了胰岛素，说明生物中的遗传密码都是一样的。从进化论的角度看，这也说明这些生物有着共同的原始祖先。（3）因为基因是遗传效应的DNA片段。(4)将抗病毒基因嫁接到水稻体中，形成抗病毒水稻新品种；将人的血型基因移人猪体内，培育人血的猪；将干扰素基因移入细菌体内，培育出能产生干扰素的细菌。例2：随着料学技术的发展，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爆发成灾，造成经济损失每年达100亿元以上，针对这一情况，江苏农科院开展“转基因抗虫棉”的科技攻关研究，成功地将抗虫基因导入棉花细胞中，得到的棉花新品种批准正式启动。目前参加计划的有美、英、日、德，法、中六田的科学家。2000年6月26日已公布了人类基因组草图，整个计划预计于2003年全部完成。3.基因工程是把双刃剑基因工程具有重要的实践意义。(1)在农业上，利用基因工程进行特异基因的转移，培育高产、优质、抗病的沈良植物新品种，如通过转基因创造抗病、抗虫、抗旱、抗除草剂、抗污染的植物新类型，通过固氮基因的转移，解决肥料问题等。(2)在工业上，基因工程在抗生素工业中已初步显示出巨大潜力，把产生抗生素的遗传基因移植到发酵时间短，又易于培养的某些细菌细胞中，必将大大提高抗生素的产量。如果家蚕产生丝蛋白的遗传物质转移到细菌中，使细菌合成丝蛋白，则将在发酵罐中获得蚕丝，使整个蚕丝生产工业化。(3)在医药上胰岛素的基因工程早已获得成功。基因药物已成为世界市场上最大宗的生物技术产品。(4)1990年美国利用转基因技术将正常酶导人基因缺陷组.织得以表达，首例基因治疗成功。1991年我国基因疗法治疗血友病成功。(5)转基因动物为人类器官移植提供广泛的前景等。(6)对研究生物进化有重要意义等。然而，基因工程也会给人类带来严重的灾难。如基因工程可以制造超级细菌、超级杂草等，战争狂人、恐怖主义者可制造出难以制服的病原体、生物毒剂即生物武器，进行讹诈和大规模毁灭人类的生物战争；转基因动植物的出现引发物种入侵，有可能破坏原有的生态平衡，对原有物种产生威胁；还有转基因食品安全问题；人类基因组计划的研究引发新的伦理、社会、哲学方面的思考等，4.解题技巧剖析例1：1978年美国科学家利用工程技术，将人类胰岛基因拼接到大肠杆菌的DNA分子中，然后通过大肠杆菌的繁殖，生户出了人类胰岛素。请回答：(1)上迷人类胰岛素的合成是在二处进行的，其决定氨基酸排列顺序的mRNA的模板是由____________基对棉铃虫的毒杀效果高达80%以上。请回答下列问题：(1)害虫抗药性的增强是_________的结果。(2)“转基固抗虫棉”抗害虫的遗传信息传递过程可以表示为______________。(3)该项科技成果在环境保护上的重要作用是_________________________________(4)科学家们预言，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____________________________________________。解析：(1)农药对害虫抗药性的变异进行定向的选择，使抗药性强的个体生存下来，经过逐代积累，使害虫的抗药性得以增强。(2)基因是生物性状的内在控制因素，基因对生物性状的控制可通过中心法则来体现：DNA(基因)→RNA→蛋白质(3)该项科技成果在环境保护上的重要作用是减少农药对环境的污染，保护生态平衡(4)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，说明基因发生了变化，此现象来源于基因突变。例3：1999年启动的人类基因组计划(HGP)，历经艰辛和竞争，在2000年6月26日宣布；人类基因组计划草图已经绘就，所公布的人类基因组草图包含人体90%以上的碱基对的位置信息。HGP的目标是：为人类基因组的30亿个碱基对精确测序，识别各个基因在染色体上的位置及各DNA片段的功能，弄清每种基因所控制合成的蛋白质及其作用。人类基因组蕴含着人类生老病死的绝大多数遗传信息，读出它将为认识人类进化、种族血缘、寿命衰老、疾病诊断和治疗等现象找到金钥匙。科学家宣称；“基因是未来医学的基础”他们希望尽快找出致病基因，开发出药物并及时加以治疗。目前科学家已能对确定的基因进行治疗和开展其他工作。如血友病是由于患者血液内缺少一种称为凝血因Ⅷ而导致的出血性疾病，严重时可致患者死亡。这是一种遗传病，病根就在于基因缺陷，以美国为例，全美凝血因子ⅷ的年需要量为120g。过去这120g凝血因子Ⅷ需要,1.20×106L血浆中提取，以每人献血120ml计，就需要600万名献血者提供血浆才能满足。但目前这样的病人只要通过喝一种牛奶就能达到治疗的效果。根据上迷材料回答下列问题：(1)“人类基因组计划”需要测定人类的24条染色体的基因和碱基序列。指出是哪34条染色体?为什么不是测定23条染色体或46条?(2)可以治疗血友病的牛奶是怎样获得的?(3)彻底治疗血友病的办法是什么?(4)你认为完成“人类基因组计划”有什么重要意义?解析：(1)主要从人类体细胞染色体组成上来考虑；人的体细胞中含有2个染色体组，共23对(即46条)染色体，其中22对常染色体与1对性染色体，人类的性染色体为XY型，由于Y染色体很短，与X染色体有同源部分，也有不同源部分，所以X染色体与Y染色体具有不同的基因，其碱基顺序不同。则测定的是22条常染色体阳x、Y两条性染色体。原因是X与Y染色体具有不同的基因和碱基顺序，而同