1、基因工程的應用主要體現在哪幾個方面？2、培育轉基因抗病植物用到的目的基因，來源于什么生物？轉基因抗除草劑植物中需要將

基因導入作物？3.怎樣提高玉米必需氨基酸含量？如何培育出自然界沒有的顏色變異的矮牽牛？4、怎樣提高動物的生長速率？怎樣解決人體的乳糖不耐受問題？5、基因工程生產的藥物有哪些？有沒有青霉素？(青霉素是誘變育種的產物）干擾素的本質？作用？6、怎樣生成乳腺生物反應器是？與膀胱生物反應器相比其缺點是？7、器官移植為什么考慮用豬的器官而不是靈長目動物？8、怎樣培育出不會引起免疫排斥的轉基因克隆豬器官？

9、什么是基因工程菌、超級細菌？10、相比天然產物中提取的酶，用基因工程技術獲得的工業酶的優點是？第4節蛋白質工程的原理和應用【學習目標】1.說出蛋白質工程崛起的緣由2.概述蛋白質工程的基本原理3.舉例說明依據人類需要對原有蛋白質結構進行基因改造、生產目標蛋白的過程?！緦А靠焖匍喿x課本“從社會中來”：你見過細菌畫畫嗎？科學家通過改造綠色熒光蛋白，獲得黃色等其他顏色的熒光蛋白。科學家是怎樣做的呢？

科學家解析了多管水母綠色熒光蛋白的晶體結構，并利用計算機進行輔助設計，在此基礎上再采用定點突變的技術將綠色熒光蛋白發光基團正下方的第203位的蘇氨酸替換為酪氨酸，從而獲得了綠色熒光蛋白的衍生物--黃色熒光蛋白。對蛋白質分子的設計和改造是通過__________來實現的。二、蛋白質工程崛起的緣由1.基因工程的實質：基因工程局限：

2.蛋白質工程崛起的原因：一、蛋白質工程概念：閱讀P93--P94內容，回答以下問題原則上只能生產自然界中已存在的蛋白質

是指以蛋白質分子的_____________________

作為基礎，通過__

_

基因，來改造__________，或制造一種

，以滿足人類生產和生活的需求。是在________的基礎上，延伸出來的______________.蛋白質工程結構規律及其與生物功能的關系改造或合成現有的蛋白質新的蛋白質基因工程第二代基因工程將一種生物的基因轉移到另一種生物內，后者可以產生它本不能產生的蛋白質,進而表現出新的性狀。即基因重組。天然蛋白質的結構和功能符合特定物種生存的需要，不一定完全符合人類生產和生活的需要。3.說出怎樣通過蛋白質工程提高以玉米賴氨酸含量的？①基礎：②操作手段及對象：③結果：④目的：蛋白質分子的結構規律及其與生物功能的關系改造或合成基因改造現有蛋白質，或制造一種新的蛋白質獲得滿足人類生產和生活需求的蛋白質賴氨酸合成調控達到一定濃度兩種酶的活性352位的蘇氨酸變成異亮氨酸二氫吡啶二羧酸合成酶天冬氨酸激酶+104位的天冬酰胺變成異亮氨酸賴氨酸含量抑制提高5倍提高2倍限制提高實例：玉米中的賴氨酸的含量比較低，原因是其合成過程中的兩個關鍵酶的活性,受

濃度的影響較大。

達到一定濃度就會______這兩種酶的活性，所以賴氨酸含量很難提高。如果將天冬氨酸激酶中的第352位的蘇氨酸變成__________，將二氫吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺變成__________，就可以使賴氨酸的含量提高。抑制異亮氨酸異亮氨酸賴氨酸賴氨酸改造基因二、蛋白質的基本原理

閱讀P94內容，回答以下問題1.目標：_______________________________________________________2.方法：根據人們對蛋白質功能的特定需求，對蛋白質的結構進行設計改造。改造或合成基因蛋白質功能蛋白質結構氨基酸序列脫氧核苷酸序列(基因)基因蛋白質預期功能預期結構推測氨基酸序列（多肽鏈）改造或合成目的基因設計轉錄mRNA翻譯折疊行使3.基本思路：從預期的____________出發→設計預期的__________→推測應有___________→找到并改變相對應的_______________

或合成新的______→獲得所需要的________。逆中心法則，與天然蛋白質合成的過程相反4.學科交叉：蛋白質工程經常要借助計算機來建立蛋白質的______________;要利用___________來獲得蛋白質的結晶體，然后通過_______________，分析晶體的結構；要用到

來進行堿基的替換。三維結構模型晶體學技術X射線衍射技術基因的定點突變技術(1)天然蛋白質都是由基因編碼的，通過改造基因來改造蛋白質，可以遺傳下去。直接改造蛋白質則無法遺傳。(2)改造基因比直接改造蛋白質更容易操作。思考：為什么蛋白質工程需改造基因而不是直接改造蛋白質？5、思考討論：課本94頁（1）怎樣得出決定一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？

氨基酸：mRNA：--GCUUGGAAAGAAUUU--DNA上的堿基序列：--CGAACCTTTCTTAAA----GCTTGGAAAGAATTT--可以形成32種DNA堿基序列！人工合成目的基因；改造目的基因：利用基因定點突變技術對目的基因進行來進行堿基的替換、

增添等--丙氨酸-色氨酸-賴氨酸-谷氨酸-苯丙氨酸-（2）確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合成或改造目的基因？CAGGGC項目蛋白質工程基因工程操作對象操作起點操作水平操作流程結果實質聯系基因基因DNA分子水平DNA分子水平預期蛋白質功能→設計蛋白質結構→推測氨基酸序列→找到并改變對應的脫氧核苷酸序列（基因）或合成新基因→獲得所需要的蛋白質目的基因的篩選與獲取→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可生產自然界沒有的蛋白質可生產自然界已有的蛋白質通過改造或合成基因來定向改造現有蛋白質或制造新的蛋白質將一種生物的基因轉移到另一種生物體內，后者可以產生它本不能產生的蛋白質，進而表現出新的性狀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蛋白質工程離不開基因工程，其包含基因工程基本操作；預期蛋白質功能篩選獲取目的基因蛋白質工程和基因工程的比較2.在醫藥工業方面：①_______在體外保存相當困難，通過蛋白質工程，可以延長保存時間.②小鼠單克隆抗體會使人產生免疫反應，科學家將小鼠抗體上________的區域“嫁接”到人的_____上，這樣的抗體誘發免疫反應的強度就會減少很多。3.在其他工業方面：改進酶的性能或開發新的工業用酶。例如：

三、蛋白質工程的應用

閱讀P951.速效胰島素類似物：

干擾素結合抗原抗體獲得了上百種枯草桿菌蛋白酶的突變體4.農業方面：嘗試改造參與調控_________的酶，提高光合作用效率，糧食增產;設計優良___________，通過改造微生物蛋白質的結構，防治病蟲害的效果增強。光合作用微生物農藥5.蛋白質工程是一項難度很大的工程的原因：蛋白質發揮功能必須依賴于正確的高級結構，而這種高級結構往往十分復雜。天然蛋白質易形成二聚體或六聚體預期結構改造B鏈28位脯氨酸替換為天冬氨酸或將它與B鏈29位的賴氨酸交換位置新胰島素基因轉錄mRNA折疊預期功能行使功能降低胰島素的聚合作用設計結構改變B鏈第20-29位氨基酸組成推測序列翻譯多肽鏈有效抑制胰島素的聚合課堂小結8．重疊延伸PCR技術是設計含突變點的互補核苷酸片段作為引物，在PCR過程中，互補的核苷酸片段形成重疊，重疊的部分互為模板，通過多次PCR擴增，從而獲得突變基因的方法。科研人員將枯草芽孢桿菌的甘油激酶的第270位氨基酸M突變為1，構建出了對甘油高效利用的枯草芽孢桿菌。下列說法正確的是（）BD

A．通過PCR1獲得產物AB需要進行2輪PCR擴增B．無法通過AB下鏈和CD上鏈獲得突變產物ADC．在同一反應體系中加入四種引物可以同時獲得大量產物AB和CDD．通過重疊延伸PCR技術對甘油激酶的改造屬于蛋白質工程1．科學家利用蛋白質工程研制出了賴脯胰島素，與天然胰島素相比，賴脯胰島素經皮下注射后易吸收、起效快。以下相關敘述錯誤的是（

）A．代表蛋白質工程操作思路獲取賴脯胰島素的過程是④⑤⑥①②③B．該技術需在DNA分子水平上進行設計和改造C．物質a和物質b分別代表多肽鏈和mRNAD．在基因表達過程中，物質a改變時物質b可能不變C2.蛋白質工程是基因工程的延伸。下列有關蛋白質工程的敘述，正確的是（

）A．蛋白質工程是基因工程的延伸，所以不需要遵循中心法則B．蛋白質工程中可以不用構建基因表達載體C．生產的蛋白質能在自然界中找到D．需要限制性內切核酸酶和DNA連接酶3．天然胰島素制劑容易發生聚合，會在一定程度上延緩藥效?？茖W家通過蛋白質工程將胰島素B鏈28位脯氨酸替換為天冬氨酸或者將它與B29位的賴氨酸交換位置，從而有效抑制了胰島素的聚合，研發出速效胰島素。下列說法錯誤的是（）A．設計速效胰島素首先要從避免胰島素形成聚合體這一預期功能開始B．該過程通過改造胰島素基因實現了對相應氨基酸序列的改造C．速效胰島素在受體細胞中合成時遵循中心法則D．該過程若使用大腸桿菌作為受體細胞，可直接生產有生物活性的胰島素4．蘇云金芽孢桿菌中的殺蟲晶體蛋白Cry具有殺蟲毒性，但Cry蛋白存在殺蟲譜窄、毒力有限等問題，制約了其在農業生產中的進一步應用?？茖W家通過定點突變，將Cry蛋白第168位的組氨酸替換為精氨酸后，Cry蛋白對煙草天蛾的毒性提高了3倍；將Cry蛋白第282位、第283位的丙氨酸和亮氨酸分別替換成甘氨酸和絲氨酸后，Cry蛋白對煙草天蛾的毒性提高了7倍。下列有關敘述錯誤的是（

）

A．對Cry蛋白的改造是通過改造Cry蛋白的相關基因來實現的B．Cry蛋白的毒性提高了3~7倍的原因可能是改變了該蛋白質的空間結構C．改造Cry蛋白應從Cry蛋白基因的脫氧核苷酸序列出發設計其特有的結構D．使用蛋白質工程改造Cry蛋白過程中需要使用限制酶和DNA連接酶5．研究發現，新冠病毒侵入人體細胞的關鍵是新冠病毒表面的S蛋白中含有的受體結合結構域(RBD)能夠和人體細胞上的血管緊張素轉化酶2(ACE2)特異性結合，從而侵入人體細胞?？茖W家利用蛋白質工程技術獲得了5種與RBD高親和的小蛋白，命名為LCB1～LCB5。下列說法錯誤的是（

）

A．若LCB1～LCB5的空間結構不同，則其和RBD的親和力可能不同B．LCB1～LCB5可能具有和ACE2相似的結構域C．每種LCB的氨基酸序列只能推測出一種相應的mRNA序列D．利用蛋白質工程合成LCB1～LCB5的過程遵循中心法則6．2020年諾貝爾化學獎頒給了開發基因組編輯方法的兩位女科學家，CRISPA/Cas9基因編輯技術可對基因進行定點編輯，其原理是由一條單鏈導RNA引導核酸內切酶Cas9到一個特定的基因位點進行切割，示意圖如下。下列敘述錯誤的是（）A．向導RNA可識別、切割DNA上的目標位點B．單鏈向導RNA與識別序列，通過氫鍵連接C．引入供體DNA分子插入切割點，可以對基因進行定向改造D．生物體自身存在的修復系統能將斷裂上下游兩端的序列連接起來，實現目標基因的敲除7.人體內的t—PA蛋白能高效降解由纖維蛋白凝聚而成的血栓，但給心?；颊咦⑸浯髣┝炕蚬こ蘴—PA會誘發顱內出血。研究證實，將t—PA第84位的半胱氨酸換成絲氨酸，能顯著降低其出血副作用。對天然t—PA基因進行改造，并使其在大腸桿菌細胞內表達，可制造出改良t—PA蛋白。如圖表示相關的目的基因、載體及限制酶。pCLY11為質粒，新霉素為抗生素。有關敘述正確的是（

C

）A．制造出性能優異的改良t—PA蛋白的過程屬于蛋白質工程B．用XmaⅠ和BglⅡ切開pCLY11，才能使其與t—PA改良基因高效連接C．選擇有新霉素抗性的大腸桿菌作為受體細胞進行重組質粒的篩選和鑒定D．區分重組質粒和原有質粒的一個標志是可以觀察mlacZ基因的表達情況8.干擾素在體外保存相當困難，如果將干擾素分子上的一個半胱氨酸變成絲氨酸，獲得的新型干擾素可在-70℃的條件下保存半年。請回答下列問題：（1）新型干擾素是科研人員在天然干擾素的基礎上，利用______工程研發獲得的。干擾素基因在體外擴增時，與體內DNA復制的區別在于______________________________________（答出2點）。（2）基因表達載體需包括啟動子、終止子、目的基因、___________________等，其中啟動子的作用是_____________________________________________________________________________。（3）使用牛作為新型干擾素的乳腺生物反應器，需用_______________法將目的基因導入受精卵中。相比乳腺生物反應器，使用膀胱生物反應器的優點有__________________________________________________________________（寫出2點）。（4）與牛、羊相比，大腸桿菌等微生物作為受體細胞的優勢有_________________________________________________________________（答出2點）。蛋白質不需要解旋酶，需要使用耐高溫的DNA聚合酶，反應體系溫度高標記基因RNA聚合酶識別和結合的位點，驅動基因轉錄出RNA顯微注射不受動物年齡、性別的限制；能夠提取產物的時間長；提取方便等多為單細胞生物，易培養；繁殖快；節省培養空間和成本等9．（2022·湖南·高考真題）水蛭是我國的傳統中藥材，主要藥理成分水蛭素為水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。擬通過蛋白質工程改造水蛭素結構，提高其抗凝血活性。回答下列問題:(1)蛋白質工程流程如圖所示，物質a是

，物質b是

。在生產過程中，物質b可能不同，合成的蛋白質空間構象卻相同，原因是

。(2)蛋白質工程是基因工程的延伸，基因工程中獲取目的基因的常用方法有

、

和人工合成。PCR技術遵循的基本原理是

。(1)氨基酸序列多肽鏈mRNA密碼子的簡并性(2)從基因文庫中獲取目的基因PCR獲取DNA半保留復制(3)將提取的水蛭蛋白經甲、乙兩種蛋白酶水解后，分析水解產物中的肽含量及其抗凝血活性，結果如圖所示。推測兩種處理后酶解產物的抗凝血活性差異主要與肽的

（填“種類”或“含量”）有關，導致其活性不同的原因是__________________________________。

種類提取的水蛭蛋白的酶解時間和處理的酶的種類不同，導致水蛭蛋白空間結構有不同程度破壞練一練P96【練習與應用】一.概念檢測1.蛋白質工程可以說是基因工程的延伸。判斷下列相關表述是否正確。（1）基因工程需要在分子水平對基因進行操作，蛋白質工程不需要對基因進行操作。（

）（2）蛋白質工程需要改變蛋白質分子的所有氨基酸序列。（

）（3）蛋白質工程可以改造酶，提高酶的熱穩定性。（

）××√練一練P96【練習與應用】一.概念檢測2.蛋白質工程是在深入了解蛋白質分子的結構與功能關系的基礎上進行的，它最終要達到的目的是（

）A.分析蛋白質的三維結構B.研究蛋白質的氨基酸組成C.獲取編碼蛋白質的基因序列信息D.改造現有蛋白質或制造新的蛋白質，滿足人類的需求3.水蛭素是一種蛋白質，可用于預防和治療血栓。研究人員發現，用賴氨酸替換水蛭素第47位的天冬酰胺可以提高它的抗凝血活性。在這項替換研究中，目前可行的直接操作對象是（

）A.基因B.氨基酸C.多肽鏈

D.蛋白質DA練一練P96【練習與應用】二.拓展應用T4溶菌酶是一種重要的工業用酶，但是它在溫度較高時容易失去活性。為了提高T4溶菌酶的耐熱性，科學家首先對影響T4溶菌酶耐熱性的一些重要結構進行了研究。然后以此為依據對相關基因進行改造，使T4溶菌酶的第3位異亮氨酸變為半胱氨酸。于是，在該半胱氨酸與第97位的半胱氨酸之間形成了一個二硫鍵，T4溶菌酶的耐熱性得到了提高。這項工作屬于什么工程的范疇？在該實例中引起T4溶菌酶空間結構發生改變的根本原因是什么？如果要將該研究成果應用到生產實踐，還需要做哪些方面的工作？這項工作屬于蛋白質工程的范疇。引起T4溶菌酶空間結構發生改變的根本原因是基因的堿基序列發生了變化。如果要將改造后的T4溶菌酶應用于生產實踐,還有很多工作需要做。例如由于改造后酶的空間結構發生了變化,因此它的一些基本特性需要重新明確,包括它能耐受的溫度范圍、催化反應的最適溫度、酶活力的大小等;需要建立規?；a該酶的技術體系,評估生產成本等。P98【復習與提高】1.(1)應選擇用相同的限制酶或切割能產生相同末端的限制酶切割質粒和含有目的基因的DNA片段，并且注意限制酶的切割位點不能位于目的基因的內部，以防破壞目的基因，限制酶也不能破壞質粒的啟動子、終止子、標記基因、復制原點等結構。(2)加入DNA連接酶。(3)該質粒便于進行雙重篩選。標記基因AmpR基因可用于檢測質粒是否導入了大腸桿菌，一般只有導入了質粒的大腸桿菌才能在添加了青霉素的培養基上生長。而由于LacZ基因的效應，這些生長的菌落可能出現兩種顏色：含有空質粒（沒有連接目的基因的質粒）的大腸桿菌菌落呈藍色；含有重組質粒的大腸桿菌菌落呈白色。(4)含有重組質粒的大腸桿菌菌落呈白色。因為目的基因的插入破壞了LacZ基因的結構，使其不能正常表達，形成β-半乳糖苷酶，底物X-gal也就不會被分解。P98【復習與提高】2.(1)逆轉錄病毒是載體，能將外源基因Oct3/4、Sox2、c-Myc和KIf4送入小鼠成纖維細胞。(2)可以設置對照組。將轉入外源基因和沒有轉人外源基因的細胞分別培養在相同的培養基中，并確保其他培養條件相同。如果只有轉入外源基因的細胞轉化成了iPS細胞，就可以證明iPS細胞的產生不是由于培養基的作用。(3)可以依次去掉1個基因，將其他3個基因轉入小鼠成纖維細胞中，然后通過與轉入4個基因的小鼠成纖維細胞的誘導情況進行比較，來推測缺失的那個基因對誘導iPS細胞的影響，進而判斷每個基因作用的相對大小。（其他合理答案均可）(4）不會引起免疫排斥反應，因為在誘導轉化的過程中細胞的遺傳物質沒有發