1、一轮复习一轮复习 基因工程的应用基因工程的应用基因工程自20世纪70年代兴起后，得到飞速的发展，展示出广阔的应用前景。医药卫生食品工业农牧业转基因抗虫植物转基因抗虫植物转基因抗病植物转基因抗病植物转基因抗除草剂植物转基因抗除草剂植物改良植物的品质改良植物的品质提高动物的生长速率提高动物的生长速率改良畜产品的品质改良畜产品的品质细胞因子细胞因子抗体抗体疫苗疫苗激素激素食品工业用酶食品工业用酶食品工业用氨基酸食品工业用氨基酸食品工业用维生素食品工业用维生素（一）基因工程在农牧业方面的应用思考：转基因作物有哪些优点？减少化学杀虫剂使用量增加作物产量增加经济收益植物方面动物方面转基因鲑鱼（后排）转基因
2、鲑鱼（后排）和正常鲑鱼（前排）和正常鲑鱼（前排）几乎每年都有令人瞩目的研究成果报道，几乎每年都有令人瞩目的研究成果报道，有些成果正有些成果正在进入在进入实用化和商业化实用化和商业化开发的阶段；开发的阶段；20152015年年1111月，月，第一种第一种用于用于食用食用的转基因动物的转基因动物转基因大西转基因大西洋鲑洋鲑（俗称（俗称“三文鱼三文鱼”）在美国获得批准上市。）在美国获得批准上市。转基因大西洋鲑的转基因大西洋鲑的优点优点（1 1）缩短了生长周期）缩短了生长周期（2 2）都是雌性而且不育，避）都是雌性而且不育，避免了野生鲑鱼杂交的风险。免了野生鲑鱼杂交的风险。改良动植物品种应用于：提高作
3、物和畜产品产量1.转基因抗虫植物原因世界上每年因虫害造成农产品损失估计为13%解决问题从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，导入作物。转基因抗虫棉、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。成果苏云金芽孢杆菌BT抗虫蛋白基因Ti质粒重组Ti质粒子房或花柱切面转基因种子转基因植物农杆菌作物细胞抗虫作物2.转基因抗病植物原因许多栽培作物自身缺少抗病基因解决问题将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。成果病菌真菌抗病基因Ti质粒重组Ti质粒农杆菌作物细胞抗病作物子房或花柱切面转基因种子转基因植物3.转基因抗除草剂植物原因大多数除草剂不仅能杀死田间杂草，还会损伤作物，导致作物减
4、产解决问题降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可培育出抗除草剂的作物品种转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等成果降解或抵抗除草剂的基因Ti质粒重组Ti质粒子房或花柱切面转基因种子转基因植物4.改良植物品质原因人们关注植物的营养价值、观赏价值等。解决问题将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量，科学家培育的某种转基因玉米中赖氨酸的含量比对照高30%。富含赖氨酸的蛋白质基因Ti质粒重组Ti质粒农杆菌玉米细胞富含赖氨酸的蛋白质转基因玉米4.改良植物品质原因人们关注植物的营养价值、观赏价值等。解决问题我国科学家将与植物花青素代谢相关的基因导入矮牵牛中，使它呈现出自然界没
5、有的颜色变异，大大提高了它的观赏价值。植物花青素代谢相关的基因Ti质粒重组Ti质粒农杆菌矮牵牛细胞颜色变异的转基因矮牵牛转基因矮牵牛5.提高动物的生长速率原因外源生长激素基因的表达可以使动物生长得很快解决问题科学家将外源生长激素基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。转基因鲤鱼成果外源生长素基因受精卵早期胚胎代孕母体转基因动物显微注射培养胚胎移植转生长激素基因鲤鱼（下）与非转基因鲤鱼（上）6.改善畜产品的品质原因解决问题乳糖酶基因牛受精卵早期胚胎代孕母体转基因奶牛显微注射培养胚胎移植有些人由于乳糖酶分泌少，不能完全消化牛奶中的乳糖，食用牛奶后会出现腹泻等不适症状，这称为乳糖不耐受。我国约有1/
6、3的成年人乳糖不耐受。科学家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，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分不受影响（二）基因工程在医药卫生领域的应用原因解决问题传统的蛋白质类药物生产中，是直接从生物的组织、细胞或血液中提取而来的，所以产量低，价格贵，供应不足对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物1.微生物制药药物蛋白基因载体重组载体微生物细胞转基因微生物药物蛋白药物成果细胞因子、抗体、疫苗和激素等。药物应用 实 例可以用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等。我国生产的重组人干扰素、血小板生成素、促红细胞生成素和粒细胞集落刺激因子等基因工程药物均已
7、投放市场。资料卡干扰素干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病。此外，干扰素对于治疗乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等也有一定的疗效。传统生产干扰素的方法是从人血液中的白细胞内提取，每300L血液只能提取1mg干扰素。1980-1982年，科学家用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，从1Kg培养物中可以得到2040mg干扰素。1993年我国批准生产重组人干扰素-1b，它是我国批准生产的第一个基因工程药物，目前主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。思 考1.干扰素的化学本质是什么？2.干扰素的作用机理是怎样的？3.干扰素用于哪些疾病的
8、治疗？糖蛋白干扰病毒复制病毒感染性疾病、乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等4.传统生产干扰素的方法是什么？5.目前大量生产干扰素的方法是什么？6.我国批准生产的第一个基因工程药物的名称叫什么？用于治疗哪些疾病？从人血液中的白细胞内提取用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得重组人干扰素-1b主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等思 考2.利用哺乳动物批量生产药物-乳腺生物反应器药物蛋白基因乳腺中特异表达的基因启动子重组载体哺乳动物受精卵早期胚胎乳汁中含有药用蛋白代孕母体转基因奶牛目前已经在牛、山羊等动物的乳腺生物反应器中，获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和-抗胰蛋白酶等重要医药产
9、品 应 用 实 例乳腺生物反应器或乳房生物反应器思 考1.乳腺生物反应器指的是转基因动物的乳腺吗？2.为什么将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起？3.药用蛋白基因存在于转基因动物的哪些细胞中？4.生物反应器除了用乳腺，还可以用什么器官？5.膀胱生物反应器哪些方面优于乳腺生物反应器？6.研制膀胱生物反应器时，应如何处理目的基因*？7.用生物反应器生产药物的优点？让药用蛋白基因只在乳腺细胞中特异性表达几乎所有细胞不是，乳腺生物反应器指的就是这个转基因生物膀胱不局限于性别与生长期（乳腺生物反应器必须是雌性，且泌乳期才会分泌）将目的基因与膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子
10、重组产物容易提取（三）建立移植器官的工厂原 因解决问题人体移植器官短缺是一个世界性难题。寻求可替代的移植器官a.猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似；b.猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远远少于灵长类动物。猪的优点：最大难题：免疫排斥改造方法：1.在器官供体的基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达；2.设法除去抗原决定基因，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。优点：解决人体移植器官短缺问题；避免免疫排斥反应。（三）基因工程在食品工业方面的应用生产药物、食品工业用酶、氨基酸和维生素等用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。基因工程菌应 用实
11、 例1、阿斯巴甜一种普遍使用的甜味剂，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可通过基因工程实现大规模生产。2、凝乳酶大多数奶酪的生产需要使用凝乳酶来凝聚固化奶中的蛋白质。传统制备方法：杀死未断奶的小牛，将其第四胃的黏膜取出来提取。基因工程技术：将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉、酵母菌的基因组中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶。3、淀粉酶、脂酶加工转化糖浆需要的淀粉酶，加工烘烤食物要用到的脂酶等也可通过构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产。【优点】基因工程获得的工业用酶的纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。利用经过基因改造的微生物生产清洁能源其他应用：环保领域的应用 环境监测，
12、基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。培育可以降解多种污染物的“超级细菌”治理环境污染利用基因工程培育的指示生物能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。转基因抗虫植物基因工程的应用农牧业方面医药卫生方面转基因抗病植物转基因抗除草剂植物改善畜产品的品质提高动物的生长速率改良植物的品质让哺乳动物批量生产药物建立移植器官工厂食品工业方面生产食品工业用酶构建基因工程菌小结基因工程的应用基因工程的应用1(2020浙江浙江7月选考月选考)下列关于基因工程的叙述，正确的是下列关于基因工程的叙述，正确的是()A若受体大肠杆菌含有构建
13、重组质粒时用到的限制性内切核酸酶，若受体大肠杆菌含有构建重组质粒时用到的限制性内切核酸酶，则一定有利于该重组质粒进入受体并保持结构稳定则一定有利于该重组质粒进入受体并保持结构稳定B抗除草剂基因转入某抗盐植物获得抗除草剂基因转入某抗盐植物获得2个稳定遗传转基因品系，抗性个稳定遗传转基因品系，抗性鉴定为抗除草剂抗盐和抗除草剂不抗盐。表明一定是抗盐性的改变与抗除鉴定为抗除草剂抗盐和抗除草剂不抗盐。表明一定是抗盐性的改变与抗除草剂基因的转入无关草剂基因的转入无关C抗除草剂基因转入某植物获得转基因植株，其抗除草剂基因转入某植物获得转基因植株，其DNA检测均含目的检测均含目的基因，抗性鉴定为抗除草剂和不抗
14、除草剂。表明一定是前者表达了抗性蛋基因，抗性鉴定为抗除草剂和不抗除草剂。表明一定是前者表达了抗性蛋白而后者只表达抗性基因白而后者只表达抗性基因RNAD已知不同分子量已知不同分子量DNA可分开成不同条带，相同分子量的为一条可分开成不同条带，相同分子量的为一条带。用某种限制性内切核酸酶完全酶切环状质粒后，出现带。用某种限制性内切核酸酶完全酶切环状质粒后，出现3条带。表明该质条带。表明该质粒上一定至少有粒上一定至少有3个被该酶切开的位置个被该酶切开的位置解析解析若受体大肠杆菌含有构建重组质粒时用到的限制酶，该酶会破若受体大肠杆菌含有构建重组质粒时用到的限制酶，该酶会破坏重组质粒的结构，不利于重组质粒
15、在受体中保持结构稳定，坏重组质粒的结构，不利于重组质粒在受体中保持结构稳定，A错误；抗错误；抗除草剂基因转入某抗盐植物获得的除草剂基因转入某抗盐植物获得的2个稳定遗传品系中有抗除草剂不抗盐的个稳定遗传品系中有抗除草剂不抗盐的品系，表明抗盐性的改变与抗除草剂基因的转入有关，品系，表明抗盐性的改变与抗除草剂基因的转入有关，B错误；在错误；在DNA检检测均含目的基因的条件下，抗性鉴定为抗除草剂说明目的基因完成了表测均含目的基因的条件下，抗性鉴定为抗除草剂说明目的基因完成了表达，抗性鉴定为不抗除草剂说明目的基因可能完成了转录而没有翻译成蛋达，抗性鉴定为不抗除草剂说明目的基因可能完成了转录而没有翻译成蛋
16、白质，还有可能是目的基因没有转录，白质，还有可能是目的基因没有转录，C错误；因为质粒为环形，用某限错误；因为质粒为环形，用某限制酶完全酶切后出现制酶完全酶切后出现3条带，说明酶切后的产物中有条带，说明酶切后的产物中有3种不同分子量的种不同分子量的DNA，可以推测出质粒上至少有，可以推测出质粒上至少有3个位置被该酶切开，个位置被该酶切开，D正确。正确。2(2021天津等级考改编天津等级考改编)关于转基因抗虫棉的叙述错误的是关于转基因抗虫棉的叙述错误的是()A提高提高Bt基因的表达量，可降低抗虫棉种植区的棉铃虫种群密度基因的表达量，可降低抗虫棉种植区的棉铃虫种群密度B转入棉花植株的两种转入棉花植株
17、的两种Bt基因的遗传不一定遵循基因的自由组合定基因的遗传不一定遵循基因的自由组合定律律C若两种若两种Bt基因插入同一个基因插入同一个TDNA并转入棉花植株，则两种基因互并转入棉花植株，则两种基因互为等位基因为等位基因D转入多种转入多种Bt基因能提高抗虫持久性，是因为棉铃虫基因突变频率基因能提高抗虫持久性，是因为棉铃虫基因突变频率低且不定向低且不定向解析解析提高提高Bt基因表达量，使抗虫蛋白含量增加，可以使更多的棉铃基因表达量，使抗虫蛋白含量增加，可以使更多的棉铃虫被淘汰，所以可以降低棉铃虫的种群密度，虫被淘汰，所以可以降低棉铃虫的种群密度，A正确；在两种正确；在两种Bt基因都转基因都转入一条染
18、色体上或转入一对同源染色体的两条染色体上的情况下，其遗传入一条染色体上或转入一对同源染色体的两条染色体上的情况下，其遗传不遵循自由组合定律，不遵循自由组合定律，B正确；如果两种正确；如果两种Bt基因插入同一个基因插入同一个TDNA并转入并转入棉花植株，两个基因位于一条染色体上，不是等位基因，等位基因位于一棉花植株，两个基因位于一条染色体上，不是等位基因，等位基因位于一对同源染色体的相同位置上，对同源染色体的相同位置上，C错误；由于棉铃虫基因突变频率低且不定错误；由于棉铃虫基因突变频率低且不定向，转入多种向，转入多种Bt基因可以降低棉铃虫抗基因可以降低棉铃虫抗Bt毒蛋白的能力，从而提高抗虫持毒蛋
19、白的能力，从而提高抗虫持久性，久性，D正确。正确。3(2021辽宁选择性考试改编辽宁选择性考试改编)PHB2蛋白具有抑制细胞增殖的作用。蛋白具有抑制细胞增殖的作用。为初步探究某动物为初步探究某动物PHB2蛋白抑制人宫颈癌细胞增殖的原因，研究者从基因蛋白抑制人宫颈癌细胞增殖的原因，研究者从基因数据库中获取了该蛋白的基因编码序列数据库中获取了该蛋白的基因编码序列(简称简称phb2基因基因)，大小为，大小为0.9 kb(1 kb1000碱基对碱基对)，利用大肠杆菌表达该蛋白。回答下列问题：，利用大肠杆菌表达该蛋白。回答下列问题：(1)为获取为获取phb2基因，提取该动物肝脏组织的总基因，提取该动物肝
20、脏组织的总RNA，再经，再经_过程得到过程得到cDNA，将其作为，将其作为PCR反应的模板，并设计一对特异性引物来扩反应的模板，并设计一对特异性引物来扩增目的基因。增目的基因。逆转录逆转录(2)图图1为所用载体图谱示意图，图中限制酶的识别序列及切割位点见为所用载体图谱示意图，图中限制酶的识别序列及切割位点见下表。为使下表。为使phb2基因基因(该基因序列不含图该基因序列不含图1中限制酶的识别序列中限制酶的识别序列)与载体正确与载体正确连接，在扩增的连接，在扩增的phb2基因两端分别引入基因两端分别引入_和和_两种不两种不同限制酶的识别序列。经过这两种酶酶切的同限制酶的识别序列。经过这两种酶酶切
21、的phb2基因和载体进行连接时，基因和载体进行连接时，可选用可选用_(填填“E.coli DNA连接酶连接酶”或或“T4 DNA连接酶连接酶”)。T4 DNA连接酶连接酶 相关限制酶的识别序列及切割位点相关限制酶的识别序列及切割位点注：箭头表示切割位点。注：箭头表示切割位点。名称名称识别序列及切割位点识别序列及切割位点名称名称识别序列及切割位点识别序列及切割位点HindAAGCTTTTCGAAEcoRGAATTCCTTAAGPvitCAGCTGGTCGACPstCTGCAGGACGTCKpnGGTACCCCATGGBamHGGATCCCCTAGG(3)转化前需用转化前需用CaCl2处理大肠杆菌
22、细胞，使其处于处理大肠杆菌细胞，使其处于_的生理状态，以提高转化效率。的生理状态，以提高转化效率。(4)将转化后的大肠杆菌接种在含氨苄青霉素的培养基上进行培养，随将转化后的大肠杆菌接种在含氨苄青霉素的培养基上进行培养，随机挑取单菌落机挑取单菌落(分别编号为分别编号为1、2、3、4)培养并提取质粒，用培养并提取质粒，用(2)中选用的两中选用的两种限制酶进行酶切，酶切产物经电泳分离，结果如图种限制酶进行酶切，酶切产物经电泳分离，结果如图2，_号菌落的质号菌落的质粒很可能是含目的基因的重组质粒。粒很可能是含目的基因的重组质粒。注：注：M为指示分子大小的标准参照物：小于为指示分子大小的标准参照物：小于
23、0.2 kb的的DNA分子条带未分子条带未出现在图中。出现在图中。能吸收周围环境中能吸收周围环境中DNA分子分子3(5)将纯化得到的将纯化得到的PHB2蛋白以一定浓度添加到人宫颈癌细胞培养液蛋白以一定浓度添加到人宫颈癌细胞培养液中，培养中，培养24小时后，检测处于细胞周期小时后，检测处于细胞周期(示意图见图示意图见图3)不同时期的细胞数不同时期的细胞数量，统计结果如图量，统计结果如图4。分析该蛋白抑制人宫颈癌细胞增殖可能的原因是将细。分析该蛋白抑制人宫颈癌细胞增殖可能的原因是将细胞阻滞在细胞周期的胞阻滞在细胞周期的_(填填“G1”或或“S”或或“G2/M”)期。期。解析解析(2)根据启动子和终
24、止子的生理作用可知，目的基因应导入启动根据启动子和终止子的生理作用可知，目的基因应导入启动子和终止子之间。图中看出，两者之间存在三种限制酶切点，但是由于子和终止子之间。图中看出，两者之间存在三种限制酶切点，但是由于Kpn在质粒上不止一个酶切位点，所以应该选择在质粒上不止一个酶切位点，所以应该选择EcoR和和Pvit两种不两种不同限制酶的识别序列；根据同限制酶的识别序列；根据Pvit的酶切序列，切出了平末端，所以构建的酶切序列，切出了平末端，所以构建基因表达载体时，应该用基因表达载体时，应该用T4 DNA连接酶连接质粒和目的基因。连接酶连接质粒和目的基因。(4)由于这些菌落都可以生长在含有氨苄青
25、霉素的培养基中，因此都含由于这些菌落都可以生长在含有氨苄青霉素的培养基中，因此都含有质粒，重组质粒包含了目的基因和质粒，如果用有质粒，重组质粒包含了目的基因和质粒，如果用EcoR和和Pvit两种酶两种酶切割重组质粒，电泳后将获得分别含有质粒和目的基因的两条条带，由于切割重组质粒，电泳后将获得分别含有质粒和目的基因的两条条带，由于phb2基因大小为基因大小为0.9 kb，所以对应电泳图是菌落，所以对应电泳图是菌落3。(5)由图由图4可知可知G1期和期和S期细胞减少，而期细胞减少，而G2/M期细胞数目明显增多，说期细胞数目明显增多，说明了明了G1期和期和S期细胞可以进入期细胞可以进入G2期，而期，
26、而G2期的细胞没有能够完成分裂进入期的细胞没有能够完成分裂进入G1期，因此期，因此PHB2蛋白应该是将细胞阻滞在了蛋白应该是将细胞阻滞在了G2/M期。期。解析解析 4(2020全国卷全国卷)W是一种具有特定功能的人体蛋白质。某研究小是一种具有特定功能的人体蛋白质。某研究小组拟仿照制备乳腺生物反应器的研究思路，制备一种膀胱生物反应器来获组拟仿照制备乳腺生物反应器的研究思路，制备一种膀胱生物反应器来获得得W，基本过程如图所示。，基本过程如图所示。(1)步骤步骤中需要使用的工具酶有中需要使用的工具酶有_。步骤步骤和和所代表的操作分别是所代表的操作分别是_和和_。步骤。步骤称称为为_。限制性内切核酸酶
27、、限制性内切核酸酶、DNA连接酶连接酶 显微注射显微注射体外培养体外培养胚胎移植胚胎移植(2)与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产W的优势在于不受的优势在于不受转基因动物的转基因动物的_(答出答出2点即可点即可)的限制。的限制。(3)一般来说，在同一动物个体中，乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞的细一般来说，在同一动物个体中，乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞的细胞核中染色体胞核中染色体DNA所含的遗传信息所含的遗传信息_(填填“相同相同”或或“不同不同”)，原因是原因是_。(4)从上述流程可知，制备生物反应器涉及胚胎工程，胚胎工程中所用从上述流程可知，制备生物
28、反应器涉及胚胎工程，胚胎工程中所用到的主要技术有到的主要技术有_(答出答出2点即可点即可)。性别、年龄性别、年龄相同相同两种上皮细胞都是体细胞，且来源于同一个受精卵两种上皮细胞都是体细胞，且来源于同一个受精卵体外受精、胚胎移植体外受精、胚胎移植 有关基因工程应用的四个易错点有关基因工程应用的四个易错点(1)动物基因工程主要是为了改善畜产品的品质，而不是为了产生体型动物基因工程主要是为了改善畜产品的品质，而不是为了产生体型巨大的个体。巨大的个体。(2)Bt毒蛋白基因控制合成的毒蛋白基因控制合成的Bt毒蛋白并无毒性，进入昆虫消化道被分毒蛋白并无毒性，进入昆虫消化道被分解成多肽后产生毒性。解成多肽后
29、产生毒性。(3)青霉素是青霉菌产生的，不是通过基因工程产生的。青霉素是青霉菌产生的，不是通过基因工程产生的。(4)并非所有个体都可作为乳腺生物反应器。操作成功的应该是雌性个并非所有个体都可作为乳腺生物反应器。操作成功的应该是雌性个体，个体本身的繁殖速度较快，泌乳量、蛋白含量等都是应该考虑的因体，个体本身的繁殖速度较快，泌乳量、蛋白含量等都是应该考虑的因素。素。一轮复习：蛋白质工程的原理和应用三级结构一级结构四级结构二级结构知识点回顾：基因工程知识点回顾：基因工程按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要
30、的新的生物类型和生物产品。从技术操作层面造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。从技术操作层面看，由于基因工程是在看，由于基因工程是在DNADNA分子水平上进行设计和施工的，因此又分子水平上进行设计和施工的，因此又叫作重组叫作重组DNADNA技术。技术。操作对象及环境操作对象及环境操作水平操作水平操作操作原理原理结果结果生物体外生物体外基因基因DNADNA分子水平分子水平按照人类的需要定向改造生物的遗传特性按照人类的需要定向改造生物的遗传特性基因重组基因重组优点：优点：能克服远缘杂交不亲和的障碍；能克服远缘杂交不亲和的障碍；定向改造生物的遗传特性。定向改造生物的遗传特性。一、蛋白质工程崛起
31、的缘由1.缘由基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质(天然蛋白质)天然蛋白质不一定完全符合人类生产和生活的需要需要对天然蛋白进行改造产生更符合人类需要的蛋白质实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使后者可以产生它原本不能产生的蛋白质，进而表现出新性状。结构和功能符合特定物种生存的需要蛋白质工程崛起蛋白质工程的概念蛋白质工程是指以 及其与 作为基础,通过 或 ,来改造 或 蛋白质,以满足 。蛋白质分子的结构规律生物功能的关系改造合成基因现有蛋白质制造一种新的人类生产和生活的需求基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系；操作对象：改造或合成基因结果：改造现有蛋白质或制造一种新的蛋白
32、质与基因工程的关系：目的：以满足人类生产和生活的需求在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程理论和技术：分子生物学、晶体学和计算机技术二、蛋白质工程基本的原理1.蛋白质工程的目标根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。3.蛋白质工程的途径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或合成基因来完成。2.蛋白质工程的基础对蛋白质结构与功能的认识蛋白质工程是改造基因、创造新的目的基因，进而创造新的蛋白质的一条途径。回顾旧知回顾旧知转录DNADNARNARNA翻译肽链肽链逆转录复制复制折叠等具有空间结构具有空间结构的蛋白质的蛋白质表达生物特有表达生物特
33、有的功能或性状的功能或性状天然蛋白质的合成过程与性状表达蛋白质只有具有一定空间结构，才能表达特有性状或具有特定功能血红蛋白的结构4.基因工程的思路基因mRNA转录翻译具有特定氨基酸序列的多肽链具有高级结构的蛋白质行使生物功能思考：蛋白质工程的思路如何？5.蛋白质工程的思路预期的蛋白质功能合成新的基因设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相应的核苷酸序列所需蛋白质思考：蛋白质工程为什么不直接改造蛋白质？改造基因易于操作且改造后可遗传。预期的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并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因获得所需蛋白质预期功能生物功能设计推测改造或合成
34、行使折叠目的基因 转录mRNA翻译多肽链 蛋白质(三维结构)5.蛋白质工程的思路发黄色荧光的蛋白质黄色荧光蛋白黄色荧光蛋白多肽链黄色荧光蛋白的基因mRNA设计推测改造或合成行使折叠翻译转录5.蛋白质工程的思路1、蛋白质工程的起点是什么？产物是什么？起点是从预期蛋白质的功能出发，设计蛋白质的结构，产物是改造后的蛋白质或新的蛋白质。（由于蛋白质高级结构十分复杂，因此蛋白质工程是一项难度很高的工程）问题探讨常见的设计改造蛋白质结构的方法：（1）对已知的蛋白质进行少数氨基酸的替换（2）对不同来源的蛋白质进行拼接（3）从氨基酸排列顺序开始设计全新的蛋白质2、蛋白质工程的原理是什么？中心法则，体内蛋白质的
35、合成过程。DNA-mRNA-蛋白质3、蛋白质工程为什么可以根据功能推测结构？结构决定功能，功能反映结构4、为什么可以根据氨基酸序列推测DNA的脱氧核苷酸序列？由此得到的结果是否具有唯一性？为什么？氨基酸与碱基存在对应关系：密码子表不唯一，因为密码子表具有简并性问题探讨5、蛋白质真正开始操作的第一步是先对什么东西进行改造，改造后，又需要进行什么样的操作？真正操作的第一步：对原基因进行改造（如用基因的定点突变技术进行碱基的替换），或根据氨基酸序列推导出来的核苷酸序列直接合成新的基因。后续操作：以上述手段获取的基因作为目的基因，进行基因工程的操作。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
36、工程。问题探讨是否合成新的基因蛋白质工程是否对原有基因进行改造是否是否蛋白质工程基因工程看蛋白质看基因是否为天然蛋白质是否蛋白质工程基因工程如何区分？拓展延伸拓展延伸根据改造蛋白质的部位的多少，对蛋白质的改造可分为三类：（1 1）大改：设计并制造出自然界中不存在的全新蛋白质（2 2）中改：在蛋白质分子中替换某一个肽段或某一个特定的结构域。（3 3）大改：改造蛋白质分子中的几个氨基酸残基项目项目蛋白质工程蛋白质工程基因工程基因工程操作对象操作对象操作起点操作起点操作水平操作水平操作流程操作流程结果结果实质实质联系联系基因基因DNA分子水平DNA分子水平预期蛋白质功能设计蛋白质结构推测氨基酸序列找
37、到并改变对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新基因获得所需要的蛋白质目的基因的筛选与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的检测与鉴定可生产自然界没有的蛋白质生产自然界已有的蛋白质通过改造或合成基因来定向改造现有蛋白质或制造新的蛋白质将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程；蛋白质工程离不开基因工程，其包含基因工程的基本操作。预期蛋白质功能目的基因计算机技术晶体学、X射线衍射技术6.蛋白质工程的技术手段 下图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答下列问题：(1)代表蛋白质工程操作思路
38、的过程是_；代表中心法则内容的是_。(填写数字)(2)写出图中各数字代表的生物学过程的名称或内容：_ _；_；_；_。(3)蛋白质工程的目的是_ _，通过_实现。(4)从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则是_的。转录翻译折叠推测改造合成根据人们对蛋白质功能的特定需求，基因改造或基因合成相反对蛋白质的结构进行分子设计习题巩固三、蛋白质工程的应用三、蛋白质工程的应用1.医药工业方面产生速效胰产生速效胰岛素岛素产生易保存产生易保存的干扰素的干扰素生产人鼠嵌生产人鼠嵌合抗体合抗体行使功能设计结构天然胰岛素易形成二聚体或六聚体预期结构改造B28位脯氨酸替换为天冬氨酸或将它与B29位的赖氨酸交换位
39、置新胰岛素基因mRNA折叠预期功能降低胰岛素的聚合作用改变B链第2029位氨基酸组成推测 序列翻译多肽链有效抑制胰岛素的聚合转录产生速效胰岛素产生易保存的干扰素天然干扰素（体外保存困难）改造后的干扰素（-70可保存半年）半胱氨酸丝氨酸干扰素在体外保存相当困难将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸在-70下干扰素可保存半年医学问题：小鼠单克隆抗体会使人体产生免疫反应，从而导致治疗效果大大降低解决办法：通过改造基因，将小鼠抗体上结合抗原的区域（即可变区）“嫁接”到人的抗体（即恒定区）上，经过这样改造的抗体诱发免疫反应的强度就会减低很多。生产人鼠嵌合抗体三、蛋白质工程的应用1.医药工业方面产生速效胰
40、岛素产生易保存的干扰素生产人鼠嵌合抗体通过基因定点突变一个氨基酸的改变或两个氨基酸位置互换通过基因定点突变一个氨基酸的改变通过基因片段的拼接两条多肽片段拼接三、蛋白质工程的应用2.工业方面的应用枯草杆菌蛋白酶突变体枯草杆菌蛋白酶突变体枯草杆菌蛋白酶具有水解蛋白质的作用，因此常被用于洗涤剂工业、丝绸工业等。广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶利用蛋白质工程获得的该酶的突变体已有上百种，从中可能筛选出一些符合工业化生产需求的突变体，从而提高这种酶的使用价值。三、蛋白质工程的应用3.农业方面的应用改造某些参与调控光合作用的酶改造某些参与调控光合作用的酶科学家正在尝试改造某些参与调控光合作用的酶，以
41、提高植物光合作用的效率，增加粮食的产量。还有科学家将蛋白质工程作为设计优良微生物农药的新思路，通过改造微生物蛋白质的结构，使它防治病虫害的效果增强。改造微生物蛋白质结构，防治害虫改造微生物蛋白质结构，防治害虫蛋白质工程是一项难度很大的工程。主要原因：蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，而这种高级结构往往十分复杂。由计算机建立的血红由计算机建立的血红蛋白三维结构模型蛋白三维结构模型前景展望：科学家要设计出更加符合人类需要的蛋白质，还需要不断地攻坚克难。随着科技的深入发展，蛋白质工程将会给人类带来更多的福祉三级结构一级结构四级结构二级结构1(2021辽宁选择性考试辽宁选择性考试)腈水合酶腈水合
42、酶(N0)广泛应用于环境保护和医药原广泛应用于环境保护和医药原料生产等领域，但不耐高温。利用蛋白质工程技术在料生产等领域，但不耐高温。利用蛋白质工程技术在N0的的和和亚基之间加亚基之间加入一段连接肽，可获得热稳定的融合型腈水合酶入一段连接肽，可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)。下列有关叙述错误。下列有关叙述错误的是的是()AN1与与N0氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一B加入连接肽需要通过改造基因实现加入连接肽需要通过改造基因实现C获得获得N1的过程需要进行转录和翻译的过程需要进行转录和翻译D检测检测N1的活性时先将的活性时先将N1与底物充分
43、混合，再置于高温环境与底物充分混合，再置于高温环境2(2015全国卷全国卷)已知生物体内有一种蛋白质已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种，该蛋白质是一种转运蛋白，由转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将个氨基酸组成。如果将P分子中分子中158位的丝氨酸变成亮氨位的丝氨酸变成亮氨酸，酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保留不但保留P的功的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题：能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题：(1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，
44、可以考虑对蛋白质的_进行改造。进行改造。(2)以以P基因序列为基础，获得基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰基因的途径有修饰_基因或合成基因或合成_基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括_的复制，以及遗传信息在不同分子之间的流动，的复制，以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：即：_。氨基酸序列氨基酸序列(或结构或结构)PDNA和和RNA(或遗传物质或遗传物质)DNARNA、RNADNA、RNA蛋白质蛋白质(或转录、逆转录、翻译或转录、逆转录、翻译)(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过功能出发，通过_和和_，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物_进行鉴定。进行鉴定。设计蛋白质的结构设计蛋白质的结构推测氨基酸序列推测氨基酸序列功能功能
