第49課基因工程的應(yīng)用及蛋白質(zhì)工程第十單元生物技術(shù)與工程·學(xué)業(yè)質(zhì)量水平要求·1.舉例說(shuō)明基因工程在農(nóng)牧、食品及醫(yī)藥等行業(yè)的廣泛應(yīng)用改善了人類的生活品質(zhì)。2.概述人們根據(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(shuō)明依據(jù)人類需要對(duì)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(guò)程?？键c(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______植物；(2)轉(zhuǎn)基因______植物；(3)轉(zhuǎn)基因__________植物；(4)改良植物的品質(zhì)；(5)提高動(dòng)物的__________；(6)改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)。抗蟲(chóng)抗病抗除草劑生長(zhǎng)速率2．基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用(1)對(duì)______________________進(jìn)行基因改造，使它們能夠生產(chǎn)藥物；(2)讓哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)______；(3)可能使建立__________工廠的設(shè)想成為現(xiàn)實(shí)。3．基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用利用基因工程菌生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等。微生物或動(dòng)植物的細(xì)胞藥物移植器官4．乳腺生物反應(yīng)器與工程菌生產(chǎn)藥物的區(qū)別比較內(nèi)容乳腺生物反應(yīng)器工程菌含義指將外源基因在哺乳動(dòng)物的乳腺中特異表達(dá)，利用動(dòng)物的乳腺組織生產(chǎn)藥物蛋白指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達(dá)的菌類基因表達(dá)合成的藥物蛋白與天然蛋白質(zhì)相同微生物合成的藥物蛋白可能沒(méi)有活性受體細(xì)胞動(dòng)物受精卵微生物細(xì)胞目的基因?qū)敕绞斤@微注射法Ca2+處理法生產(chǎn)條件不需嚴(yán)格滅菌；溫度等外界條件對(duì)其影響不大需嚴(yán)格滅菌，嚴(yán)格控制工程菌所需的溫度、pH、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度等外界條件藥物提取從動(dòng)物乳汁中提取從微生物細(xì)胞或其培養(yǎng)液中提取1．利用工程菌可以生產(chǎn)人的胰島素等某些激素。(

)2．基因工程中，要培育轉(zhuǎn)基因植物和動(dòng)物，選用的受體細(xì)胞都是受精卵。

(

)3．由大腸桿菌工程菌獲得人的干擾素后可直接應(yīng)用。(

)4．來(lái)自蘇云金桿菌的抗蟲(chóng)蛋白基因只能應(yīng)用于棉花。(

)5．“轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)植物”也可以用于抵抗各種植物疾病。(

)6．用基因工程的方法，使得外源基因得到高效表達(dá)的菌類一般稱為基因工程菌。(

)√××××√1．(選擇性必修3P90正文)生產(chǎn)乳腺生物反應(yīng)器構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí)有什么特別要求？為什么？____________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________。2．(選擇性必修3P90正文)利用轉(zhuǎn)基因細(xì)菌不能直接生產(chǎn)干擾素等化學(xué)本質(zhì)為糖蛋白的藥物，原因是________________________________________________________

_______________。3．(選擇性必修3P91正文)利用基因工程技術(shù)對(duì)豬的器官進(jìn)行改造，采用的方法是在器官供體的基因組中導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子，其目的是__________________________

___________________________________________________________________________________________。細(xì)菌中只有核糖體，沒(méi)有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體等其他細(xì)胞器，不必須把藥用蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子等調(diào)控元件重組在一起。因?yàn)橹挥羞B接了乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子，才能保證相應(yīng)的目的基因在雌性動(dòng)物進(jìn)入泌乳期后在其乳腺細(xì)胞內(nèi)得以表達(dá)能加工糖蛋白抑制抗原決定基因的表達(dá)，或設(shè)法除去抗原決定基因，再結(jié)合克隆技術(shù)，培育出不會(huì)引起免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官1．(2024·天津模擬)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。由于天然EPO來(lái)源極為有限，某科研團(tuán)隊(duì)采用基因工程培育轉(zhuǎn)基因羊作為乳腺生物反應(yīng)器，使其能合成EPO。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A．用顯微注射技術(shù)將含EPO基因的表達(dá)載體導(dǎo)入羊的乳腺細(xì)胞中，可得到乳腺生物反應(yīng)器B．構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí)，需將EPO基因與乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子重組在一起C．該轉(zhuǎn)基因羊中的EPO基因可在羊的乳腺細(xì)胞中表達(dá)D．可通過(guò)PCR技術(shù)檢測(cè)EPO基因是否插入山羊基因組中√A

解析：用顯微注射技術(shù)將含EPO基因的表達(dá)載體導(dǎo)入羊的受精卵中，可得到乳腺生物反應(yīng)器，A錯(cuò)誤；在構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí)，需要將EPO基因和乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子等調(diào)控元件重組在一起，這樣才能使目的基因只在乳腺組織中表達(dá)，B正確；EPO基因與乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子重組在一起，可以在羊的乳腺細(xì)胞中表達(dá)，其他細(xì)胞中不表達(dá)，C正確；目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞后，是否穩(wěn)定維持和表達(dá)其遺傳特性，只有通過(guò)檢測(cè)與鑒定才能知道，可通過(guò)PCR技術(shù)檢測(cè)EPO基因是否成功插入山羊基因組中，D正確。2．(2023·廣東卷)中外科學(xué)家經(jīng)多年合作研究，發(fā)現(xiàn)circDNMT1(一種RNA分子)通過(guò)與抑癌基因p53表達(dá)的蛋白結(jié)合誘發(fā)乳腺癌，為解決乳腺癌這一威脅全球女性健康的重大問(wèn)題提供了新思路。下列敘述錯(cuò)誤的是(

)A．p53基因突變可能引起細(xì)胞癌變B．p53蛋白能夠調(diào)控細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖C．circDNMT1高表達(dá)會(huì)使乳腺癌細(xì)胞增殖變慢D．circDNMT1的基因編輯可用于乳腺癌的基礎(chǔ)研究√C

解析：p53是抑癌基因，p53基因突變可能引發(fā)細(xì)胞癌變，A正確；抑癌基因表達(dá)的蛋白質(zhì)能調(diào)控細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖，B正確；circDNMT1高表達(dá)會(huì)促進(jìn)其與抑癌基因p53表達(dá)的蛋白質(zhì)結(jié)合，誘發(fā)乳腺癌，使乳腺癌細(xì)胞增殖加快，C錯(cuò)誤；circDNMT1的基因編輯可以減少circDNMT1的合成，避免(減少)乳腺癌的發(fā)生，可用于乳腺癌的基礎(chǔ)研究，D正確。3．為提高轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的抗蟲(chóng)持久性，可采取基因策略(包括提高殺蟲(chóng)基因的表達(dá)量、向棉花中轉(zhuǎn)入多種殺蟲(chóng)基因等)。例如，早期種植的抗蟲(chóng)棉只轉(zhuǎn)入了一種Bt毒蛋白基因，抗蟲(chóng)機(jī)制比較單一；現(xiàn)在經(jīng)常將兩種或兩種以上Bt基因同時(shí)轉(zhuǎn)入棉花。關(guān)于上述基因策略，下列敘述錯(cuò)誤的是(

)A．提高Bt基因的表達(dá)量，可降低抗蟲(chóng)棉種植區(qū)的棉鈴蟲(chóng)種群密度B．轉(zhuǎn)入棉花植株的兩種Bt基因的遺傳不一定遵循基因的自由組合定律C．若兩種Bt基因插入同一個(gè)T-DNA并轉(zhuǎn)入棉花植株，則兩種基因互為等位基因D．轉(zhuǎn)入多種Bt基因能提高抗蟲(chóng)持久性，是因?yàn)槊掴徬x(chóng)基因突變頻率低且不定向√C

解析：提高Bt基因表達(dá)量，使抗蟲(chóng)蛋白含量增加，可以使更多的棉鈴蟲(chóng)被淘汰，所以可以降低棉鈴蟲(chóng)的種群密度，A正確；如果兩種Bt基因轉(zhuǎn)入同一條染色體上，則其遺傳不遵循基因的自由組合定律，B正確；如果兩種Bt基因插入同一個(gè)T-DNA并轉(zhuǎn)入棉花植株，兩個(gè)基因位于一條染色體上，互為非等位基因，而等位基因位于一對(duì)同源染色體上、控制相對(duì)性狀，C錯(cuò)誤；由于棉鈴蟲(chóng)基因突變頻率低且不定向，轉(zhuǎn)入多種Bt基因可以降低棉鈴蟲(chóng)抗Bt毒蛋白的能力，從而提高抗蟲(chóng)持久性，D正確?？键c(diǎn)二蛋白質(zhì)工程1．蛋白質(zhì)工程的概念基礎(chǔ)蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與__________的關(guān)系目的合成滿足人類生產(chǎn)和生活需求的________措施基因改造或__________生物功能蛋白質(zhì)基因合成2.蛋白質(zhì)工程的基本原理3．蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用(1)醫(yī)藥工業(yè)方面：利用蛋白質(zhì)工程研發(fā)藥物。(2)其他工業(yè)方面：被廣泛用于改進(jìn)__________或開(kāi)發(fā)新的工業(yè)用酶。(3)農(nóng)業(yè)方面：科學(xué)家正在嘗試改造某些__________________的酶，以提高植物光合作用的效率，增加糧食產(chǎn)量。質(zhì)功能氨基酸序列蛋白新的基因酶的性能參與調(diào)控光合作用4．蛋白質(zhì)工程與基因工程的區(qū)別和聯(lián)系1．蛋白質(zhì)工程可以合成自然界中不存在的蛋白質(zhì)。(

)2．蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來(lái)的第二代基因工程，是涉及多學(xué)科的綜合科技工程領(lǐng)域。(

)3．蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對(duì)蛋白質(zhì)分子直接進(jìn)行操作，定向改變分子的結(jié)構(gòu)。(

)√√×1．(選擇性必修3P94思考·討論)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？_______________________________________________________

_______________________________________________________________________________________。2．(選擇性必修3P94正文發(fā)掘)對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，是通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)的，原因是_______________________________________________________

___________________________________________________________________。①蛋白質(zhì)具有十分復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，但基因的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，確定目的基因的堿基序列后，可以人工合成目的基因或從基因文庫(kù)中獲取目的基因。對(duì)基因的改造經(jīng)常會(huì)用到基因定點(diǎn)突變技術(shù)來(lái)進(jìn)行堿基的替換、增添等容易改造；②改造后的基因可以遺傳給下一代，被改造后的蛋白質(zhì)無(wú)法遺傳1．天然人白細(xì)胞介素-2(IL-2)是一種由133個(gè)氨基酸殘基組成的多肽，該多肽含有3個(gè)半胱氨酸，其中一個(gè)半胱氨酸(Cys125)殘基以游離方式存在，另兩個(gè)(Cys58和Cys105)縮合成活性所必需的二硫鍵，人們利用定位誘變技術(shù)將基因中編碼Cys125的堿基TGT轉(zhuǎn)換成TCT或GCA，使Cys125轉(zhuǎn)換成絲氨酸或丙氨酸，不僅避免了錯(cuò)誤配對(duì)的發(fā)生，而且產(chǎn)生的新IL-2的生物活性不受影響，其熱穩(wěn)定性也得到了明顯的改善。下列相關(guān)敘述正確的是(

)A．天然的IL-2是由白細(xì)胞分泌的具有免疫能力的抗體B．人工改造合成新IL-2，屬于蛋白質(zhì)工程C．可通過(guò)直接改造IL-2的氨基酸成為新IL-2從而改善其穩(wěn)定性D．利用定位誘變后的基因表達(dá)新IL-2的過(guò)程不遵循中心法則√B

解析：白細(xì)胞介素屬于免疫活性物質(zhì)，但不是抗體，A錯(cuò)誤；蛋白質(zhì)工程可以生產(chǎn)自然界中本不存在的蛋白質(zhì)，據(jù)題干信息可知，通過(guò)題中過(guò)程可以產(chǎn)生新的蛋白質(zhì)，所以屬于蛋白質(zhì)工程，B正確；蛋白質(zhì)工程通過(guò)對(duì)基因修飾或基因合成間接改造蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)從而改變其穩(wěn)定性，C錯(cuò)誤；基因表達(dá)蛋白質(zhì)的過(guò)程遵循中心法則，D錯(cuò)誤。2．(2021·廣東卷)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。中國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)了4步酶促反應(yīng)的非細(xì)胞合成路線(如圖所示)，可直接用淀粉生產(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)重污染問(wèn)題，并可以提高產(chǎn)率?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)研究人員采用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有____________________________。(答出兩種即可)(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(shí)必須除去蛋白質(zhì)，方法有__________________________。(答出兩種即可)從基因文庫(kù)中獲取、人工合成酶解法、氯仿抽提之后離心(3)研究人員使用大腸桿菌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(shí)，首先應(yīng)制備________細(xì)胞。為了檢測(cè)目的基因是否成功表達(dá)出酶蛋白，需要采用的方法有________________。(4)如圖所示流程，在一定的溫度、pH等條件下，將4種酶與可溶性淀粉溶液混合組成一個(gè)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(guò)改變__________，從而改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)酶特性的改造和優(yōu)化。感受態(tài)抗原—抗體雜交不能獲基因的結(jié)構(gòu)得肌醇或肌醇產(chǎn)量較低解析：(1)除了PCR技術(shù)以外，基因工程中獲取目的基因的方法還有從基因文庫(kù)中獲取、人工合成等。(2)除去混合在DNA中的蛋白質(zhì)，可以利用酶解法水解除去蛋白質(zhì)