第52講基因工程的應(yīng)用和蛋白質(zhì)工程【課標(biāo)要求】1.舉例說明基因工程在農(nóng)牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生和食品工業(yè)等行業(yè)的廣泛應(yīng)用改善了人類的生活品質(zhì)。2.概述人們依據(jù)基因工程原理，進(jìn)行蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)和改造，可以獲得性狀和功能更符合人類需求的蛋白質(zhì)。3.舉例說明依據(jù)人類須要對原有蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行基因改造、生產(chǎn)目標(biāo)蛋白的過程。考點(diǎn)一基因工程的應(yīng)用1.基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用（1）轉(zhuǎn)基因抗蟲植物：從某些生物中分別出具有，將它導(dǎo)入作物中培育出具有抗蟲性的作物。（2）轉(zhuǎn)基因抗病植物：將來源于某些病毒、真菌等的導(dǎo)入植物中，培育出轉(zhuǎn)基因抗病植物。（3）轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物：將某種除草劑的基因?qū)胱魑铮梢耘嘤隹钩輨┑淖魑锲贩N。（4）改良植物的品質(zhì)：將某種必需氨基酸含量多的導(dǎo)入植物中，可以提高這種氨基酸的含量。將與植物導(dǎo)入矮牽牛中，使它呈現(xiàn)出自然界沒有的顏色變異，大大提高了它的觀賞價值。（5）提高動物的生長速率：由于的表達(dá)可以使轉(zhuǎn)基因動物生長得更快，將這類基因?qū)雱游矬w內(nèi)，以提高動物的生長速率。（6）改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)：將導(dǎo)入奶牛基因組，使獲得的轉(zhuǎn)基因牛分泌的中，乳糖的含量大大降低，而其他養(yǎng)分成分不受影響。2.基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用（1）（2）器官移植：在器官供體的基因組中導(dǎo)入某種，以抑制的表達(dá)，或設(shè)法除去抗原確定基因，然后再結(jié)合技術(shù)，培育出不會引起反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆器官。3.基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用[答案自填]1.（1）抗蟲功能的基因（2）抗病基因（3）降解或抗拒（4）蛋白質(zhì)編碼基因花青素代謝相關(guān)的基因（5）外源生長激素基因（6）腸乳糖酶基因乳汁2.（1）基因改造特異表達(dá)的基因的啟動子顯微注射受精卵（2）調(diào)整因子抗原確定基因克隆免疫排斥3.基因工程菌牛凝乳酶的基因基因工程菌[教材命題點(diǎn)思索]1.野外種植轉(zhuǎn)基因抗A害蟲植物的同時，還種植確定量的同種不抗蟲植物，可降低抗性害蟲在整個害蟲種群中所占比例的增加速率。試分析其中的緣由。提示：種植確定量的同種不抗蟲植物，對抗性害蟲的選擇作用減弱。2.乳腺生物反應(yīng)器經(jīng)過有性生殖產(chǎn)生的后代確定可以產(chǎn)生目標(biāo)蛋白質(zhì)嗎？為什么？提示：不愿定。①目的基因在受體細(xì)胞中不是成對存在的，相當(dāng)于雜合子，配子中可能不含該基因，則有性生殖產(chǎn)生的后代中可能不含目的基因。②有性生殖產(chǎn)生的后代可能為雄性，不能分泌乳汁。3.人的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌后不能正確表達(dá)出胰島素，其緣由是______________________________________________。提示：真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)不同于原核細(xì)胞，其轉(zhuǎn)錄出的mRNA需加工后才能作為翻譯的模板，細(xì)菌中不存在此機(jī)制1.（2024·湛江二模）紅細(xì)胞生成素（EPO）是人體內(nèi)促進(jìn)紅細(xì)胞生成的一種糖蛋白，可用于治療腎衰性貧血等疾病。由于自然EPO來源極為有限，某科研團(tuán)隊(duì)接受基因工程培育轉(zhuǎn)基因羊作為乳腺生物反應(yīng)器，使其能合成EPO。下列有關(guān)敘述錯誤的是（）A．構(gòu)建表達(dá)載體時需將EPO基因插入乳腺蛋白基因的啟動子的上游B．一般狀況下，該轉(zhuǎn)基因羊中的EPO基因只在羊的乳腺細(xì)胞中表達(dá)C．可用顯微注射技術(shù)將含有EPO基因的表達(dá)載體導(dǎo)入羊的受精卵中D．用PCR擴(kuò)增人EPO基因，須要一段已知的EPO基因核苷酸序列解析：選A。啟動子是一段有特殊序列結(jié)構(gòu)的DNA片段，能驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA，位于基因的上游，故構(gòu)建表達(dá)載體時需將EPO基因（目的基因）插入乳腺蛋白基因的啟動子的下游，A項(xiàng)錯誤；一般狀況下，該轉(zhuǎn)基因羊中的EPO基因只在羊的乳腺細(xì)胞中表達(dá)，B項(xiàng)正確；將目的基因?qū)雱游锸芫炎畛Ｓ玫姆椒ㄊ秋@微注射法，C項(xiàng)正確；用PCR擴(kuò)增人EPO基因，須要一段已知的EPO基因核苷酸序列，以便依據(jù)這一序列合成引物，D項(xiàng)正確。2.利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)羧酸酯酶（CarE）制劑的流程如下圖所示，下列敘述正確的是（）A．過程①需運(yùn)用耐高溫的DNA聚合酶B．過程②需運(yùn)用解旋酶和PCR獲得目的基因C．過程③運(yùn)用的大腸桿菌細(xì)胞可用Na＋處理D．過程④可利用PCR技術(shù)檢測目的基因是否已導(dǎo)入受體細(xì)胞解析：選D。過程①表示利用mRNA通過逆轉(zhuǎn)錄法合成目的基因，須要逆轉(zhuǎn)錄酶的催化，A項(xiàng)錯誤；過程②表示利用PCR技術(shù)對目的基因進(jìn)行擴(kuò)增，該過程中不須要運(yùn)用解旋酶，B項(xiàng)錯誤；大腸桿菌細(xì)胞應(yīng)運(yùn)用Ca2＋處理，使其處于一種能吸取四周環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)，C項(xiàng)錯誤；過程④可利用PCR技術(shù)檢測目的基因是否已導(dǎo)入受體細(xì)胞，D項(xiàng)正確。3.（2024·廣東選擇考）非細(xì)胞合成技術(shù)是一種運(yùn)用合成生物學(xué)方法，在細(xì)胞外構(gòu)建多酶催化體系，獲得目標(biāo)產(chǎn)物的新技術(shù)，其核心是各種酶基因的挖掘、表達(dá)等。我國科學(xué)家設(shè)計(jì)了4步酶促反應(yīng)的非細(xì)胞合成路途（如下圖所示），可干脆用淀粉生產(chǎn)肌醇（重要的醫(yī)藥食品原料），以期解決高溫強(qiáng)酸水解方法造成的嚴(yán)峻污染問題，并可以提高產(chǎn)率。回答下列問題：（1）探討人員接受PCR技術(shù)從土壤微生物基因組中擴(kuò)增得到目標(biāo)酶基因。此外，獲得酶基因的方法還__________________________________（答出2種即可）。（2）高質(zhì)量的DNA模板是成功擴(kuò)增出目的基因的前提條件之一。在制備高質(zhì)量DNA模板時必需除去蛋白，方法有____________________________________________（答出2種即可）。（3）探討人員運(yùn)用大腸桿菌BL21作為受體細(xì)胞、pET20b為表達(dá)載體分別進(jìn)行4種酶的表達(dá)。表達(dá)載體轉(zhuǎn)化大腸桿菌時，首先應(yīng)制備_____________細(xì)胞。為了檢測目的基因是否成功表達(dá)出酶蛋白，須要接受的方法有______________________________________________。（4）依上圖所示流程，在確定的溫度、pH等條件下，將4種酶與可溶性淀粉溶液混合組成一個反應(yīng)體系。若這些酶最適反應(yīng)條件不同，可能導(dǎo)致的結(jié)果是。在分子水平上，可以通過變更，從而變更蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對酶特性的改造和優(yōu)化。解析：（1）獲得目的基因的方法除接受PCR技術(shù)擴(kuò)增外，還有從基因文庫中獲得、人工合成等方法。（2）蛋白酶可分解蛋白質(zhì)，但不會分解DNA；蛋白質(zhì)在高溫條件下會變性失活，而DNA雖然在高溫時會變性，但在低溫時又會復(fù)性，因此在制備高質(zhì)量的DNA模板時，去除蛋白可接受酶解法或高溫處理。（3）將大腸桿菌作為基因工程的受體細(xì)胞時，首先應(yīng)用Ca2＋處理，使其成為能吸取外界DNA的感受態(tài)細(xì)胞。檢測目的基因是否成功表達(dá)出酶蛋白可接受抗原—抗體雜交。（4）酶的作用條件有適宜的溫度、pH等，溫度過低，酶的活性會降低，溫度過高、強(qiáng)酸或強(qiáng)堿的狀況下，酶的活性會降低甚至失活，依據(jù)題圖所示流程，在確定的溫度、pH等條件下，將4種酶與可溶性淀粉溶液混合組成一個反應(yīng)體系，這4種酶的最適反應(yīng)條件不同，會導(dǎo)致