1、第二节基因工程的应用第三节蛋白质工程【考纲考情【考纲考情】最新考纲及要求三年考情(以山东高考卷为例)20142014年20132013年20122012年基因工程的应用T36T36非选择题无无蛋白质工程无无无【知识梳理【知识梳理】考点一考点一 基因工程的工具基因工程的工具1.1.转基因植物：转基因植物：类别应用实例抗虫杀虫基因主要有BtBt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等抗病抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因抗真菌基因：几丁质酶基因和抗毒素合成基因类别应用实例抗逆抗盐碱和抗干旱的调节细胞渗透压基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因改良转基因玉米中赖氨酸的含
2、量比对照提高30%30%转基因延熟番茄储存时间可延长1 12 2个月转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色变异2.2.转基因动物：转基因动物：类别应用实例提高生长速度转外源生长激素基因绵羊和转外源生长激素基因鲤鱼生长速率快、体型大改善畜产品品质将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大减低，而其他营养成分不受影响类别应用实例生产药物在牛和山羊等动物乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和-抗胰蛋白酶等重要药品作器官移植的供体利用基因工程方法对猪的器官进行改造，抑制抗原决定基因的表达设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克
3、隆猪器官3.3.基因治疗与基因诊断：基因治疗与基因诊断：原理操作过程进展基因治疗基因表达利用正常基因导入有基因缺陷的细胞中，以表达出正常性状来治疗临床实验基因诊断碱基互补配对制作特定DNADNA探针与病人样品DNADNA混合分析杂交带情况临床应用考点二考点二 蛋白质工程与基因工程蛋白质工程与基因工程1.1.区别：区别：项目蛋白质工程基因工程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目的基因的获得重组载体的构建重组载体的导入和筛选目的基因的表达和鉴定实质定向改造或生产人类所需的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结果可生产自然
4、界没有的蛋白质只能生产自然界已有的蛋白质2.2.联系：联系：(1)(1)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。程。(2)(2)基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造。造。类型一类型一 基因工程的应用基因工程的应用【典例【典例1 1】(2015(2015济南模拟济南模拟)图图1 1表示科学家通过基因工程培表示科学家通过基因工程培育抗虫棉时，从苏云金杆菌中提取抗虫基因，将其育抗虫棉时，从苏云金杆菌中提取抗虫基因，将其“放入放入”棉花细胞中与棉花的棉花细胞
5、中与棉花的DNADNA分子结合起来而发挥作用的过程示意分子结合起来而发挥作用的过程示意图。请据图回答下列有关问题：图。请据图回答下列有关问题：(1)(1)图图2 2表示在图表示在图1 1过程过程中同时利用中同时利用EcoREcoR、EcoR52EcoR52切割目的基因和切割目的基因和载体，以形成两种不同的黏性末端，这种双酶切的优点是载体，以形成两种不同的黏性末端，这种双酶切的优点是_。(2)(2)图图1 1中过程中过程涉及的生物技术是涉及的生物技术是；在含；在含四环素的培养基中培养植物细胞，导入重组质粒的细胞能否增殖四环素的培养基中培养植物细胞，导入重组质粒的细胞能否增殖?，依据是，依据是 。
6、(3)(3)判断基因转化是否成功，应对转基因植物进行鉴定，如果培育判断基因转化是否成功，应对转基因植物进行鉴定，如果培育成功的植株能抗虫，还应进行成功的植株能抗虫，还应进行水平鉴定，以确定该变异水平鉴定，以确定该变异能否遗传给后代。将上述抗虫棉植株的后代种子种植下去后，往往能否遗传给后代。将上述抗虫棉植株的后代种子种植下去后，往往有很多植株不再具有抗虫性，原因是有很多植株不再具有抗虫性，原因是_ ，为获得稳定遗传的转基因植株，为获得稳定遗传的转基因植株，还需要对转基因植株进行严格的还需要对转基因植株进行严格的_。(4)(4)图图3 3表示苏云金杆菌细胞中的某些生命活动过程，则表示苏云金杆菌细胞
7、中的某些生命活动过程，则处需要有处需要有酶的催化，酶的催化，两处共有的一种碱基配对方两处共有的一种碱基配对方式是式是 。【解题指南【解题指南】解答本题应明确以下三点：解答本题应明确以下三点：(1)(1)限制性内切酶的特点。限制性内切酶的特点。(2)(2)三幅图示代表的过程。三幅图示代表的过程。(3)(3)基因转化成功的标志。基因转化成功的标志。【解析【解析】(1)(1)使用双酶切，质粒上的黏性末端不同，用使用双酶切，质粒上的黏性末端不同，用DNADNA连接酶处连接酶处理时，质粒不能自身环化，同样技术获得的目的基因也不能自身环理时，质粒不能自身环化，同样技术获得的目的基因也不能自身环化。能够保证
8、目的基因定向插入到特定的位置。化。能够保证目的基因定向插入到特定的位置。(2)(2)图图1 1中过程中过程是重组载体的构建，是重组载体的构建，是导入受体细胞，是导入受体细胞，是由受是由受体细胞获得棉花植株，原理是植物细胞的全能性，技术手段是植物体细胞获得棉花植株，原理是植物细胞的全能性，技术手段是植物组织培养。分析图示，目的基因插入的位置是组织培养。分析图示，目的基因插入的位置是四环素抗性基因所在四环素抗性基因所在位置，即四环素抗性基因被破坏，倘若培养基中含有四环素，则导位置，即四环素抗性基因被破坏，倘若培养基中含有四环素，则导入重组质粒的细胞不能增殖。入重组质粒的细胞不能增殖。(3)(3)生
9、物变异分为可遗传变异和不可遗生物变异分为可遗传变异和不可遗传变异，不可遗传变异不涉及遗传物质，是由环境条件变化引起的，传变异，不可遗传变异不涉及遗传物质，是由环境条件变化引起的，可遗传的变异涉及遗传物质，因此，此种变异能否遗传，要通过基可遗传的变异涉及遗传物质，因此，此种变异能否遗传，要通过基因因(分子分子)水平的鉴定。抗虫基因导入植物细胞后会整合到细胞中的水平的鉴定。抗虫基因导入植物细胞后会整合到细胞中的染色体上，两条同源染色体上只有一条会整合抗虫基因，相当于杂染色体上，两条同源染色体上只有一条会整合抗虫基因，相当于杂合体植株。合体植株。(4)(4)分析图示，分析图示，处进行的生命活动是转录
10、过程，处进行的生命活动是转录过程，处进处进行的是翻译过程。行的是翻译过程。答案：答案：(1)(1)保证目的基因定向插入特定位置、防止目的基因和质粒保证目的基因定向插入特定位置、防止目的基因和质粒环化环化(答对一点即可答对一点即可)(2)(2)植物组织培养不能在构建基因表达载体的过程中，四环素植物组织培养不能在构建基因表达载体的过程中，四环素抗性基因片段被切除抗性基因片段被切除(3)(3)分子分子(基因基因)抗虫植株产生的雌雄配子中各有抗虫植株产生的雌雄配子中各有1/21/2不含抗虫基因，不含抗虫基因，受精时雌雄配子随机结合，可以产生受精时雌雄配子随机结合，可以产生1/41/4左右的不具有抗虫性
11、植株左右的不具有抗虫性植株连续自交连续自交(4)RNA(4)RNA聚合聚合A AU U【互动探究【互动探究】(1)(1)图图1 1中中过程常用方法有哪些过程常用方法有哪些?提示：提示：农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法。农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法。(2)(2)对转基因抗虫棉进行分子水平的鉴定有哪些方法对转基因抗虫棉进行分子水平的鉴定有哪些方法?提示：提示：转录的鉴定：核酸分子杂交；转录的鉴定：核酸分子杂交；翻译的鉴定：抗原和抗体杂交。翻译的鉴定：抗原和抗体杂交。【加固训练【加固训练】乳腺生物反应器是基于转基因技术平台，将外源基乳腺生物反应器是基于转基因技术平台，将外源基因导入动物基
12、因组中并定位表达于动物乳腺，利用动物乳腺能够因导入动物基因组中并定位表达于动物乳腺，利用动物乳腺能够天然、高效合成分泌蛋白。如图为利用生物工程技术让羊生产治天然、高效合成分泌蛋白。如图为利用生物工程技术让羊生产治疗心脏病药物疗心脏病药物tPAtPA的大致过程。请据图分析回答：的大致过程。请据图分析回答：(1)(1)图中图中过程选择受精卵作为过程选择受精卵作为tPAtPA基因受体细胞的主要原因是基因受体细胞的主要原因是。(2)(2)图中图中表示检测与筛选过程，通常采用的方法是表示检测与筛选过程，通常采用的方法是_、。(3)(3)除利用乳腺、膀胱等生物反应器外，人们还可以利用除利用乳腺、膀胱等生物
13、反应器外，人们还可以利用_、等方法来生产上述物质，而传统生产上等方法来生产上述物质，而传统生产上述药品是述药品是中提取的，存在的缺点是中提取的，存在的缺点是_ 。【解析【解析】(1)(1)受精卵细胞质基质中含有很多个体发育所需的营养物受精卵细胞质基质中含有很多个体发育所需的营养物质，容易产生完整的个体，全能性最高。质，容易产生完整的个体，全能性最高。(2)(2)考查目的基因的检测和表达：用考查目的基因的检测和表达：用DNADNA分子杂交技术检测转基因生分子杂交技术检测转基因生物的染色体物的染色体DNADNA上是否插入了目的基因；用分子杂交技术检测目的上是否插入了目的基因；用分子杂交技术检测目的
14、基因是否转录出了基因是否转录出了mRNAmRNA，即用标记的目的基因作探针与，即用标记的目的基因作探针与mRNAmRNA杂交；杂交；用抗原用抗原-抗体杂交技术检测目的基因是否翻译成蛋白质，即从转基抗体杂交技术检测目的基因是否翻译成蛋白质，即从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原因生物中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原-抗体杂交，有时还抗体杂交，有时还需进行个体生物学水平的鉴定，通过生物性状表达与否来检测基因需进行个体生物学水平的鉴定，通过生物性状表达与否来检测基因工程的成功与否。工程的成功与否。(3)(3)乳腺生物反应器和膀胱生物反应器是转基因动物生产药物的新方乳腺生物反应器和膀胱生物
15、反应器是转基因动物生产药物的新方法，传统生产多以微生物发酵工程或动物细胞工程为主要方法，但法，传统生产多以微生物发酵工程或动物细胞工程为主要方法，但由于受操作条件相对较苛刻等的限制，所以价格较高。由于受操作条件相对较苛刻等的限制，所以价格较高。答案：答案：(1)(1)受精卵发育的全能性最容易表达受精卵发育的全能性最容易表达(2)(2)分子杂交个体生物学水平鉴定分子杂交个体生物学水平鉴定DNADNA分子杂交抗原分子杂交抗原抗体杂抗体杂交交(答对任意两种即可答对任意两种即可)(3)(3)工程菌培养动物细胞培养直接从生物组织、细胞或血液工程菌培养动物细胞培养直接从生物组织、细胞或血液由于受操作条件相
16、对较苛刻等的限制，价格十分昂贵由于受操作条件相对较苛刻等的限制，价格十分昂贵类型二类型二 蛋白质工程的应用蛋白质工程的应用【典例【典例2 2】(2013(2013新课标全国卷新课标全国卷节选节选)阅读如下资料：阅读如下资料：资料：资料：T T4 4溶菌酶在温度较高时易失去活性。科学家对编码溶菌酶在温度较高时易失去活性。科学家对编码T T4 4溶菌酶溶菌酶的基因进行了改造，使其表达的的基因进行了改造，使其表达的T T4 4溶菌酶第溶菌酶第3 3位的异亮氨酸变为半胱位的异亮氨酸变为半胱氨酸，在该半胱氨酸与第氨酸，在该半胱氨酸与第9797位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，位的半胱氨酸之间形成了一个二
17、硫键，提高了提高了T T4 4溶菌酶的耐热性。溶菌酶的耐热性。回答下列问题：回答下列问题：该资料属于该资料属于_工程的范畴。该工程是指以分子生物学相关理工程的范畴。该工程是指以分子生物学相关理论为基础，通过基因修饰或基因合成，对论为基础，通过基因修饰或基因合成，对_进行改造，进行改造，或制造一种或制造一种_的技术。在该实例中，引起的技术。在该实例中，引起T T4 4溶菌酶空间结构溶菌酶空间结构改变的原因是组成该酶肽链的改变的原因是组成该酶肽链的_序列发生了改变。序列发生了改变。【解析【解析】资料中对基因进行改造，结果得到耐热性提高的蛋白质，资料中对基因进行改造，结果得到耐热性提高的蛋白质，因此
18、属于蛋白质工程的范畴。蛋白质工程是指以分子生物学相关理因此属于蛋白质工程的范畴。蛋白质工程是指以分子生物学相关理论为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有的蛋白质进行改造，论为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新蛋白质的技术。对基因进行改造后，第或制造一种新蛋白质的技术。对基因进行改造后，第3 3位的异亮氨位的异亮氨酸变为半胱氨酸，该半胱氨酸与第酸变为半胱氨酸，该半胱氨酸与第9797位的半胱氨酸之间形成了二硫位的半胱氨酸之间形成了二硫键，引起了空间结构的改变，所以最终是由于氨基酸序列的改变导键，引起了空间结构的改变，所以最终是由于氨基酸序列的改变导致了空间结构的改变
19、。致了空间结构的改变。答案：答案：蛋白质现有的蛋白质新蛋白质氨基酸蛋白质现有的蛋白质新蛋白质氨基酸【加固训练【加固训练】胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射入人胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射入人体后，会堆积在皮下，要经过较长时间才能进入血液，而进入血液体后，会堆积在皮下，要经过较长时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设的胰岛素又容易分解，治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计的速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题：计的速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题：(1)(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
20、岛素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模型的主要依据是。(2)(2)图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图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?(3)(3)新的胰岛素基因与载体新的胰岛素基因与载体(质粒质粒)结合过程中需要限制性内切酶和结合过程中需要限制性内切酶和DNADNA连接酶。已知限制性内切酶连接酶。已知限制性内切酶的识别序列和切点是的识别序列和切点是-G-GGATCC-GATCC-。请画出质粒被限制性内切酶请画出质粒被限制性内切酶切割后所形成的黏性末端：切割后所形成的黏性末端：。DNADNA连接酶对所连接的连接酶对所连
21、接的DNADNA两端碱基序列两端碱基序列是否有专一性要求是否有专一性要求?。(4)(4)若将含有新的胰岛素基因的表达载体导入植物细胞中，最常用若将含有新的胰岛素基因的表达载体导入植物细胞中，最常用的方法是的方法是。(5)(5)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有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。和发酵工程。【解析【解析】(1)(1)构建新的胰岛素模型的主要依据是蛋白质的预期功能。构建新的胰岛素模型的主要依据是蛋白质的预期功能。(2)(2)根据蛋白质的预期功能，推测新的胰岛素中氨基酸的序列，进而根据蛋白质的预期功能，推测新的胰岛素中氨基酸的序列，进而推
22、断基因中的脱氧核苷酸序列来合成新的胰岛素基因。推断基因中的脱氧核苷酸序列来合成新的胰岛素基因。(3)(3)将目的基因导入植物中，最常用的转化方法是农杆菌转化法。将目的基因导入植物中，最常用的转化方法是农杆菌转化法。(4)(4)限制性内切酶识别特定的核苷酸序列，产生特定的黏性末端或平限制性内切酶识别特定的核苷酸序列，产生特定的黏性末端或平末端，而末端，而DNADNA连接酶对所连接的连接酶对所连接的DNADNA两端碱基序列却没有专一性要求。两端碱基序列却没有专一性要求。(5)(5)生产自然界中本来没有的蛋白质需要用到蛋白质工程、基因工程生产自然界中本来没有的蛋白质需要用到蛋白质工程、基因工程等技术
23、。等技术。答案：答案：(1)(1)蛋白质的预期功能蛋白质的预期功能(2)(2)根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧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，然后利用核苷酸序列，然后利用DNADNA合成仪来合成新的胰岛素基因。合成仪来合成新的胰岛素基因。(3)(3)否否(4)(4)农杆菌转化法农杆菌转化法(5)(5)蛋白质工程基因工程蛋白质工程基因工程【资源平台【资源平台】蛋白质组计划和人类基因组计划的比较蛋白质组计划和人类基因组计划的比较项目蛋白质组计划人类基因组计划启动时间20032003年正式启动19901990年正式启动主要内容“肝脏蛋白质”和“血浆蛋白质”的研究测定人类基因组2424条染色体上全部DNADNA序列参加国家1616个国家，8080多个实验室6 6个国家，中国是惟一的发展中国家项目蛋白质组计划人类基因组计划我国承担任务牵头执行“人类肝脏蛋白质组计划”承担1%1%的测序工作意义揭示并确认肝脏(血浆)蛋白质，为重大疾病预防、诊断、治疗以及新药研发提供科学基础；推动支持蛋白质工程遗传病的诊断和治疗，揭示基因表达的机理
