1、第十單元 現代(xindi)生物科技專題學案(xu n)50 基因工程(gngchng)的應用和蛋白質工程的崛起考綱要求1.基因工程的應用2.蛋白質工程復習要求1了解基因工程在農業、醫藥生產原理、步驟及注意事項；能疾病診斷和治療中的應用2了解蛋白質工程的一般操作過程基礎自查一基因工程的應用1.植物基因工程： 。2.動物基因工程： 。3.基因治療： 。二蛋白質工程的概念課堂深化探究一基因工程的應用完成基因工程的應用表格，了解應用成果。轉基因生物目的基因成果舉例植物基因工程 抗蟲基因： 抗蟲水稻、抗蟲棉、抗蟲玉米 抗病毒基因： ；抗真菌基因： 抗病毒煙草、抗病毒小麥、抗病毒番茄、抗病毒甜椒 抗逆轉

2、基因： 抗鹽堿和抗干旱的煙草、抗寒番茄、抗除草劑的大豆和玉米 優良性狀基因： 高賴氨酸玉米、耐儲存番茄、新花色矮牽牛動物基因工程 轉基因綿羊、轉基因鯉魚 乳腺生物反應器 轉基因動物腸乳糖酶基因乳汁中含乳糖較少的轉基因牛 利用克隆技術培育沒有免疫排斥反應的豬器官基因治療 治療復合型免疫缺陷癥 治療遺傳性囊性纖維化病思維(swi)拓展基因治療是治療人類(rnli)遺傳病的根本方法，但由于尚未全面了解基因調控機制和疾病的分子機理，基因治療只處于初期的臨床試驗階段。二蛋白質工程(gngchng)1蛋白質工程的概念2蛋白質工程的過程填充特別提醒1對蛋白質工程概念應從以下幾個方面理解(1)蛋白質工程的基礎

3、：蛋白質分子的結構規律及其與生物功能的關系；(2)蛋白質工程的實質：改造控制該蛋白質合成的基因；(3)蛋白質工程的產物：產生新的蛋白質，是自然界所沒有的。2蛋白質工程是在基因工程的基礎上，延伸出來的第二代基因工程。因為對現有蛋白質的改造或制造新的蛋白質，必須通過基因修飾或基因合成實現。三基因工程與蛋白質工程的比較項目區別與聯系 蛋白質工程基因工程區別過程 實質 結果 聯系 對應訓練1.采用基因工程技術將人凝血因子基因導入山羊受精卵培育出了轉基因羊，但是人凝血因子只存在于該轉基因羊的乳汁中。以下有關敘述，正確的是（多選）（）A人體細胞中的基因與山羊細胞中的基因所用的密碼子是相同的B可用顯微注射技

4、術(jsh)將含有人凝血因子基因的重組DNA分子(fnz)導入羊的受精卵C在該轉基因羊中，人凝血因子基因存在(cnzi)于乳腺細胞，而不存在于其他體細胞中D人凝血因子基因開始轉錄后，DNA連接酶以DNA分子的一條鏈為模板催化合成mRNA2.下圖是獲取轉基因抗凍番茄植株的過程示意圖，有關敘述正確的是()A過程獲取的目的基因，可用于基因工程和比目魚基因組測序B將多個抗凍基因編碼區依次相連成能表達的新基因，不能得到抗凍性增強的抗凍蛋白C過程構成的重組質粒缺乏標記基因，需要轉入農桿菌才能進行篩選D應用DNA探針技術，可以檢測轉基因抗凍番茄植株中目的基因的存在及其完全表達3.科學家利用基因工程培育出了耐

5、鹽的轉基因水稻新品系。下列有關敘述錯誤的是()A獲得目的基因需用限制性內切酶和DNA連接酶B可通過農桿菌的感染以實現重組質粒導入受體細胞C含耐鹽基因的水稻細胞經植物組織培養可獲得植株D可用較高濃度的鹽水澆灌以鑒定水稻植株的耐鹽性限時訓練題組一基因工程應用1.采用基因工程技術將人凝血因子基因導入山羊受精卵培育出了轉基因羊，但是人凝血因子只存在于該轉基因羊的乳汁中。以下有關敘述，正確的是（多選）（）A人體細胞中的基因與山羊細胞中的基因所用的密碼子是相同的B可用顯微注射技術將含有人凝血因子基因的重組DNA分子導入羊的受精卵C在該轉基因羊中，人凝血因子基因存在于乳腺細胞，而不存在于其他體細胞中D人凝血

6、因子基因開始轉錄后，DNA連接酶以DNA分子的一條鏈為模板催化合成mRNA2蘇云金桿菌(Bt)能產生具有殺蟲能力的毒素蛋白。下圖是轉Bt毒素蛋白基因植物的培育過程示意圖(ampr為抗氨芐青霉素基因)，據圖回答下列問題。(1)將圖中的DNA用Hind、BamH完全(wnqun)酶切后，反應管中有_種DNA片段(pin dun)。(2)圖中表示(biosh)Hind與BamH酶切、DNA連接酶連接的過程，此過程可獲得_種重組質粒；如果換用Bst與BamH酶切，目的基因與質粒連接后可獲得_種重組質粒。(3)目的基因插入質粒后，不能影響質粒的_。(4)圖中的Ti質粒調控合成的vir蛋白，可以協助帶有目

7、的基因的TDNA導入植物細胞，并防止植物細胞中_對TDNA的降解。(5)已知轉基因植物中毒素蛋白只結合某些昆蟲腸上皮細胞表面的特異受體，使細胞膜穿孔，腸細胞裂解，昆蟲死亡。而該毒素蛋白對人類的風險相對較小，原因是人類腸上皮細胞_。(6)生產上常將上述轉基因作物與非轉基因作物混合播種，其目的是降低害蟲種群中的_基因頻率的增長速率。3.(2010上海綜合能力測試)運用轉基因技術培養的單細胞“工程硅藻”，可把光合作用合成的有機物以脂質形式儲存起來。科學家計劃在海水中大量培養“工程硅藻”，捕撈后從中提煉“生物柴油”。與礦物柴油相比，使用這種“生物柴油”的優點是()可再生不顯著增加碳排放不排放含硫廢氣不

8、會對生態環境造成負面影響A BC D題組二蛋白質工程(gngchng)4.以下(yxi)關于蛋白質工程的說法正確的是()A蛋白質工程以基因工程(jyn gngchng)為基礎B蛋白質工程就是酶工程的延伸C蛋白質工程就是用蛋白酶對蛋白質進行改造D蛋白質工程只能生產天然的蛋白質5(2010鎮江質檢)科學家將干擾素基因進行定點突變導入大腸桿菌表達，使干擾素第十七位的半胱氨酸，改變成絲氨酸，結果大大提高了干擾素的抗病毒活性，并且提高了儲存穩定性。該生物技術為()A蛋白質工程 B基因工程C基因突變 D細胞工程6下列關于基因工程及其應用的敘述正確的是()A若要生產轉基因抗病水稻，可先將目的基因導入大腸桿菌

9、中，再轉入水稻細胞B用氨基酸序列推測合成的目的基因與原基因的編碼區中的外顯子一致C用DNA探針能檢測飲用水中重金屬物質的含量D作為運載體要有多種限制酶的切點，但對一種限制酶而言，最好只有一個切點7(2011南師大附中學情分析)蛋白質工程中，直接需要進行操作的對象是()A氨基酸結構 B蛋白質空間結構C肽鏈結構 D基因結構8科學家將動物體內的能夠合成胰島素的基因與大腸桿菌的DNA分子重組，并且在大腸桿菌體內表達成功。請據圖回答問題：(1)圖中DNA是以_為模板，_形成單鏈DNA，在酶的作用下合成雙鏈DNA，從而獲得了所需要的基因。(2)圖中代表的是_，在它的作用下將質粒(_DNA)切出_末端。(3

10、)圖中表示將_。表示_DNA隨大腸桿菌的繁殖而進行_。(4)采用蛋白質工程可以對胰島素進行改造，使之起效時間縮短，保證餐后血糖高峰和血液中胰島素高峰一致。如果你是科研工作者，請寫出研制速效胰島素的思路。(5)下列關于蛋白質工程說法(shuf)不正確的是()A蛋白質工程能將人抗體某些區段(q dun)替代鼠單克隆抗體的區段，降低鼠單克隆抗體免疫原性B蛋白質工程可對酶的催化活性、底物(d w)專一性、抗氧化性、熱變性、堿變性等加以改變C理論上通過對關鍵氨基酸的置換與增刪是進行蛋白質工程的唯一方法D蛋白質工程的崛起主要是工業生產和基礎理論研究的需要9.胰島素可以用于治療糖尿病，但是胰島素被注射入人體

11、后，會堆積在皮下，要經過較長時間才能進入血液，而進入血液的胰島素又容易分解，因此治療效果受到影響。下圖是用蛋白質工程設計的速效胰島素的生產過程，請據圖回答有關問題。(1)構建新的蛋白質模型是蛋白質工程的關鍵，圖中構建新的胰島素模型的主要依據是 。(2)圖解中從新的胰島素模型到新的胰島素基因的基本思路是什么？(3)新的胰島素基因與運載體(質粒)結合過程中需要限制性核酸內切酶和DNA連接酶。已知限制性內切酶的識別序列和切點是GGATCC。請畫出質粒被限制性內切酶切割后所形成的黏性末端。DNA連接酶對所連接的DNA兩端堿基序列是否有專一性要求？。(4)若將含有新的胰島素基因的表達載體導入植物細胞中，

12、最常用的有效做法是。(5)若要利用大腸桿菌生產速效胰島素，需用到的生物工程有、和發酵工程。高考真題體驗1.(2011四川理綜，5)北極比目魚中有抗凍基因，其編碼的抗凍蛋白具有11個氨基酸的重復序列，該序列重復次數越多，抗凍能力越強。下圖是獲取轉基因抗凍番茄植株的過程示意圖，有關敘述正確的是()。A過程(guchng)獲取(huq)的目的基因，可用于基因工程和比目魚基因組測序B將多個抗凍基因(jyn)編碼區依次相連成能表達的新基因，不能得到抗凍性增強的抗凍蛋白C過程構成的重組質粒缺乏標記基因，需要轉入農桿菌才能進行篩選D應用DNA探針技術，可以檢測轉基因抗凍番茄植株中目的基因的存在及其完全表達2

13、.(2011年高考安徽卷)(9分)家蠶細胞具有高效表達外源基因的能力。將人干擾素基因導入家蠶細胞并大規模培養，可提取干擾素用于制藥。(1)進行轉基因操作前，需用_酶短時處理幼蠶組織，以便獲得單個細胞。(2)為使干擾素基因在家蠶細胞中高效表達，需要把來自cDNA文庫的干擾素基因片段正確插入表達載體的_和_之間。(3)采用PCR技術可驗證干擾素基因是否已經導入家蠶細胞。改PCR反應體系的主要成分應該包含：擴增緩沖液(含Mg2)、水、4種脫氧核糖核苷酸、模板DNA、_和_。(4)利用生物反應器培養家蠶細胞時，貼壁生長的細胞會產生接觸抑制。通常將多孔的中空薄壁小玻璃珠放入反應器中，這樣可以_增加培養的

14、細胞數量，也有利于空氣交換。學案50 基因工程的應用和蛋白質工程的崛起答案與解析考綱要求1.基因工程的應用2.蛋白質工程復習要求1了解基因工程在農業、醫藥生產原理、步驟及注意事項；能疾病診斷和治療中的應用2了解蛋白質工程的一般操作過程基礎自查一基因工程的應用1.植物(zhw)基因工程：抗蟲、抗病、抗逆轉基因植物，利用轉基因改良植物的品質。2.動物基因工程：提高動物生長(shngzhng)速度、改善畜產品品質、用轉基因動物生產藥物。3.基因治療：把正常的外源基因導入病人體內，使該基因表達(biod)產物發揮作用。二蛋白質工程的概念蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規律及其生物功能的關系作為基礎，通

15、過基因修飾或基因合成，對現有蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類的生產和生活的需求。（基因工程在原則上只能生產自然界已存在的蛋白質）課堂深化探究一基因工程的應用完成基因工程的應用表格，了解應用成果。轉基因生物目的基因成果舉例植物基因工程抗蟲轉基因植物抗蟲基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因抗蟲水稻、抗蟲棉、抗蟲玉米抗病轉基因植物抗病毒基因：病毒外殼蛋白基因、病毒的復制酶基因；抗真菌基因：幾丁質酶基因、抗毒素合成基因抗病毒煙草、抗病毒小麥、抗病毒番茄、抗病毒甜椒抗逆轉基因植物抗逆轉基因：滲透壓調節基因、抗凍蛋白基因、抗除草劑基因抗鹽堿和抗干旱的煙草

16、、抗寒番茄、抗除草劑的大豆和玉米改良品質的轉基因植物優良性狀基因：提高必需氨基酸含量的蛋白質編碼基因、控制番茄成熟的基因、與花青素代謝有關的基因高賴氨酸玉米、耐儲存番茄、新花色矮牽牛動物基因工程提高生長速度的轉基因動物外源生長激素基因轉基因綿羊、轉基因鯉魚生產藥物的轉基因動物藥用蛋白基因乳腺蛋白基因的啟動子乳腺生物反應器改善畜產品品質的轉基因動物腸乳糖酶基因乳汁中含乳糖較少的轉基因牛作器官移植供體的轉基因動物外源的抗原決定基因表達的調節因子或除去供體的抗原決定基因利用克隆技術培育沒有免疫排斥反應的豬器官基因治療體外基因治療腺苷酸脫氨酶基因治療復合型免疫缺陷癥體內基因治療治療囊性纖維化病基因治療

17、遺傳性囊性纖維化病二蛋白質工程(gngchng)1蛋白質工程(gngchng)的概念蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規律及其與生物(shngw)功能的關系作為基礎，通過基因修飾或基因合成，對現有蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類的生產和生活的需求。2 三.基因工程與蛋白質工程的比較項目區別 與聯系 蛋白質工程基因工程區別過程預期蛋白質功能設計預期的蛋白質結構推測應有的氨基酸序列找到相對應的脫氧核苷酸序列獲取目的基因構建基因表達載體將目的基因導入受體細胞目的基因的檢測與鑒定實質定向改造或生產人類所需的蛋白質定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需的生物類型或生物產品結果可生產自然界沒

18、有的蛋白質只能生產自然界已有的蛋白質聯系(1)蛋白質工程是在基因工程基礎上，延伸出來的第二代基因工程(2)基因工程中所利用的某些酶需要通過蛋白質工程進行修飾、改造對應訓練1.【答案】AB【解析】基因工程的一個重要理論依據是不同的生物共用一套遺傳密碼，所以相同的基因在不同生物體內表達產生相同的蛋白質；將目的基因導入到動物細胞中，常用顯微注射法；目的基因導入到受體細胞后，與受體細胞的基因組融合，隨受體細胞（導入目的基因的受精卵）的分裂而復制傳遞，因此乳腺細胞和其他體細胞含有相同的基因，都含有人的凝血因子基因；DNA連接酶用于連接DNA的磷酸二酯鍵，與轉錄無關，轉錄需要RNA聚合酶。2.【解析(ji

19、 x)】過程中通過逆轉錄法獲得的目的基因，可用于基因工程，但該目的基因中不存在內含子和非編碼序列，因此不能用于比目魚的基因組測序；將多個抗凍基因編碼區相連形成的能表達的新基因可能不再是抗凍基因；利用(lyng)農桿菌的目的是將重組質粒導入受體細胞，而不是篩選重組質粒；應用DNA探針(tn zhn)技術，可以檢測受體細胞中是否成功導入了目的基因，但不能檢測目的基因是否完全表達。【答案】B 3B解析：農桿菌能在自然條件下感染雙子葉植物和裸子植物，而對大多數的單子葉植物沒有感染能力，而水稻屬于單子葉植物。限時訓練題組一基因工程應用1.【答案】AB【解析】基因工程的一個重要理論依據是不同的生物共用一套

20、遺傳密碼，所以相同的基因在不同生物體內表達產生相同的蛋白質；將目的基因導入到動物細胞中，常用顯微注射法；目的基因導入到受體細胞后，與受體細胞的基因組融合，隨受體細胞（導入目的基因的受精卵）的分裂而復制傳遞，因此乳腺細胞和其他體細胞含有相同的基因，都含有人的凝血因子基因；DNA連接酶用于連接DNA的磷酸二酯鍵，與轉錄無關，轉錄需要RNA聚合酶。2.答案：(1)4(2)21(3)復制(4)DNA水解酶(5)表面無相應的特異性受體(6)抗性解析：(1)BamH在中有2個切點，Hind在中有1個切點，故可切出4種DNA片段。(2)據題圖Hind、BamH酶切后得到兩種外源DNA片段，則用DNA連接酶連

21、接后可獲得2種重組質粒。同理，用Bst與BamH酶切后，得到一種外源DNA片段，則用DNA連接酶連接后，可獲得1種重組質粒。(3)質粒進入宿主細胞必須能正常復制才能為目的基因的擴增提供必要的條件。(4)因為植物細胞中有能降解TDNA的酶(DNA 水解酶)。(5)不同生物的基因不同，表達產物的蛋白質也不同。從而造成人類腸上皮細胞表面無相應毒素蛋白的受體。(6)轉基因與非轉基因作物混種，可降低抗性作物對害蟲的選擇性，使害蟲種群中的抗性基因頻率增長速率減慢。3A題組二蛋白質工程4A蛋白質工程以基因工程為基礎，又稱為第二代基因工程。蛋白質工程不僅能生產天然蛋白質，還可以定向改造控制蛋白質合成的相應基因

22、中的脫氧核苷酸序列或人工合成所需要的自然界原本不存在的基因片段，從而合成自然界中原本不存在的蛋白質。5A基因工程是通過對基因的操作，將符合人們需要的目的基因導入適宜的生物體，使其高效表達，從中提取所需的基因控制合成的蛋白質，或表現某種性狀，蛋白質產品仍然為天然(tinrn)存在蛋白質，而蛋白質工程卻是對控制蛋白質合成的基因進行改造，從而實現對其編碼的蛋白質的改變，所得到的已不是天然的蛋白質。題目中的操作中涉及的基因顯然不再是原來的基因，其合成的干擾素也不是(b shi)天然干擾素，而是經過改造的，是具人類(rnli)所需優點的蛋白質，因而整個過程利用的生物技術為蛋白質工程。6D轉基因植物的培育

23、中轉入外源基因常用農桿菌轉化法、基因槍法等；由于每種氨基酸可由不同的密碼子決定，因此，用氨基酸序列推測合成的目的基因與原基因的編碼區中的外顯子不一定相同；DNA探針能檢測飲用水中的病毒，由于作用原理是DNA分子雜交，因此對重金屬無效；運載體有多種限制酶切點以便與外源基因結合，一種限制酶只有一個切點，才能確保結合的精確。7D蛋白質工程是通過基因定點誘變或重組DNA技術改造基因，以定向改造天然蛋白質或創造新蛋白質的過程。8(1)原胰島素mRNA逆轉錄(2)特定的限制性核酸內切酶環狀黏性(3)目的基因導入受體細胞重組擴增(4)確定蛋白質的功能蛋白質應有的高級結構蛋白質應具備的折疊狀態應有的氨基酸序列應有的堿基排列(5)C9.【解析】(1)構建新的胰島素模型的主要依據是蛋白質的預期功能。(2)根據蛋白質的預期功能，推測新的胰島素中氨基酸的序列，進而推斷基因中的脫氧核苷酸序列來合成新的胰島素基因。(3)植物基因工程最常用的轉化方法是農桿菌轉化法。(4)限制酶識別特定的核苷酸序列，產生特定的黏性末端，而DN