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选修三现代生物科技专题第2讲基因工程的应用及蛋白质工程考纲要求知识内容要求基因工程的应用Ⅱ蛋白质工程Ⅰ知识梳理一、基因工程的应用抗虫转基因植物——减轻农药对环境的污染植物基因工程转基因植物转基因植物利用转基因改良植物的品质提高动物改善畜产品的动物基因工程用转基因动物生产用转基因动物作的供体基因工程药品的生产把正常基因导入病人体内，使该基因表达产物发挥作用基因治疗体外基因治疗方法体内基因治疗二、蛋白质工程抗病抗逆生长速度品质药物器官移植蛋白质蛋白质氨基酸脱氧核苷酸考点突破一、基因工程与蛋白质工程的比较项目区别与联系蛋白质工程基因工程区别过程预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列获取目的基因→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实质定向改造或生产人类所需的蛋白质定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品结果可生产自然界没有的蛋白质只能生产自然界已有的蛋白质联系(1)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(2)基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造例1.下列关于蛋白质工程的说法，正确的是(B)A．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作B．蛋白质工程能生产出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子C．对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的D．蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是相同的解析：蛋白质工程通过对基因改造实现对蛋白质的改造；蛋白质工程可生产自然界中没有的蛋白质。高考回眸1.（2010.浙江卷）2.在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，下列操作错误的是（A）A.用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸B.用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体C.将重组DNA分子导入原生质体D.用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞解析：本题考查基因工程的有关知识，基因工程的一般过程：①用限制性核酸内切酶切割含目的基因的DNA分子（除草剂基因）和运载体（质粒），②用DNA连接酶连接切割好的目的基因和运载体③重组DNA分子导入受体细胞，因为是植物可以说是原生质体④用相应的试剂和病原体筛选转基因细胞⑤用植物组织培养技术培育抗除草剂的转基因烟草（表达）。2.（2009.安徽卷）4.2008年诺贝尔化学奖授予了“发现和发展了水母绿色荧光蛋白“的三位科学家。将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因连接起来组成一个融合基因，再将该融合基因转入真核生物细胞内，表达出的蛋白质就会带有绿色荧光。绿色荧光蛋白在该研究中的主要作用是(C)A．追踪目的基因在细胞内的复制过程B．追踪目的基因插入到染色体上的位置C.追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布D．追踪目的基因编码的蛋白质的空间结构。【解析】将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因连接起来组成一个融合基因，将该融合基因转入真核生物细胞内，表达出的蛋白质带有绿色荧光，从而可以追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布。故C正确。3.(2010.天津卷〉7.Ⅰ.下图是培育表达人乳铁蛋白的乳腺生物反应器的技术路线。图中tctR表示四环素抗性基因，ampR表示氨苄青霉素抗性金银，BamHI、HindIII、SmaI直线所示为三种限制酶的酶切位点。据图回答：（1）图中将人乳铁蛋白基因插入载体，需用HindⅢ和BamHI限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因。筛选含有重组载体的大肠杆菌首先需要在含氨苄青霉素的培养基上进行。（2）能使人乳铁蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达的调控序列是A（填字母代号）。A.启动子B.tetRC.复制原点D.ampR（3）过程①可采用的操作方法是C（填字母代号）。A.农杆菌转化B.大肠杆菌转化C.显微注射D.细胞融合（4）过程②可采用的生物技术是胚胎移植技术。（5）对早期胚胎进行切割，经过程②可获得多个新个体。这利用了细胞的全能性。（6）为检测人乳铁蛋白是否成功表达，可采用C（填字母代号）技术。A.核酸分子杂交B.基因序列分析C.抗原—抗体杂交D.PCR【解析】由题图示可知只有用HindⅢ与BamHI两种限制性内切酶同时处理质粒运载体和人乳铁蛋白基因，才能使两者之间形成可以连接的粘性末端，进而形成重组质粒。质粒上的氨苄青霉素抗性基因为标记基因，构建基因表达载体，必须要有目的基因的启动子。因为有了它，才能驱动目的基因转录出mRNA，最终获得所需的蛋白质，在基因工程中，若受体细胞为动物细胞，则导入目的基因常用的方法为显微注射法。胚胎分割技术主要考虑桑葚胚或囊胚细胞全能性高；判断基因工程中目的基因是否表达可通过DNA—mRNA杂交和抗原—抗体杂交等方法。夯实双基1-5.学海导航BP277基础闯关第1-5题6.(2009·江苏高考)苏云金杆菌(Bt)能产生具有杀虫能力的毒素蛋白。下图是转Bt毒素蛋白基因植物的培育过程示意图(ampr为抗氨苄青霉素基因)，据图回答下列问题。(1)将图中①的DNA用HindⅢ、BamHⅠ完全酶切后，反应管中有_4_种DNA片段。(2)图中②表示HindⅢ与BamHⅠ酶切、DNA连接酶连接的过程，此过程可获得_2__种重组质粒；如果换用BstⅠ与BamHⅠ酶切，目的基因与质粒连接后可获得_1_种重组质粒。(3)目的基因插入质粒后，不能影响质粒的_复制_。(4)图中③的Ti质粒调控合成的vir蛋白，可以协助带有目的基因的T-DNA导入植物细胞，并防止植物细胞中_DNA水解酶_对T-DNA的降解。(5)已知转基因植物中毒素蛋白只结合某些昆虫肠上皮细胞表面的特异受体，使细胞膜穿孔，肠细胞裂解，昆虫死亡。而该毒素蛋白对人类的风险相对较小，原因是人类肠上皮细胞_表面无相应的特异性受体__。(6)生产上常将上述转基因作物与非转基因作物混合播种，其目的是降低害虫种群中的_抗性_基因频率的增长速率。【解析】本题考查基因工程的相关知识。(1)由于上述两种酶形成的末端不一样，所以被两种不同的限制酶切割之后所形成的片段有AA、AB、BA、BB四种切法形成的四种片段。(A表示HindⅢ，B表示BamHⅠ)(2)同时被两种限制酶切割有两种不同的目的基因，即AB和BA，所以重组质粒有两种。BstⅠ与BamHⅠ酶切割的末端一样，同时用这两种限制酶切割只能形成一种目的基因，所以只能形成一种重组质粒。(3)质粒要进行复制才能更多地表达出产物，所以重组之后要能复制。(4)酶具有专一性，对T-DNA的降解酶为DNA水解酶。(5)生物的细胞表面的受体具有特异性，人类肠上皮细胞没有昆虫肠上皮细胞表面的特异受体，所以该毒素蛋白对人类的风险相对较小。(6)自然选择是普遍存在的，纯种种植自然选择会使害虫抗性基因频率快速增长。所以混合种植可降低害虫的抗性基因频率的增长速率。7.(2009·广东高考)(1)饲料加工过程温度较高，要求植酸酶具有较好的高温稳定性。利用蛋白质工程技术对其进行改造时，首先必须了解植酸酶的_空间结构_，然后改变植酸酶的_氨基酸序列_，从而得到新的植酸酶。(2)培育转植酸酶基因的大豆，可提高其作为饲料原料时磷的利用率。将植酸酶基因导入大豆细胞常用的方法是_农杆菌转化法__。请简述获得转基因植株的完整过程。外源植酸酶基因→农杆菌→大豆细胞→大豆植株再生→鉴定(3)为了提高猪对饲料中磷的利用率，科学家将带有植酸酶基因的重组质粒通过_显微注射法__转入猪的卵裂中。该卵裂培养至一定时期后可通过_胚胎分割移植__方法，从而一次得到多个转基因猪个体。(4)若这些转基因动、植物进入生态环境中，对生态环境有何影响？减少环境中磷的污染，但基因可能扩散到环境中【解析】(1)蛋白质工程的原理是从预期的蛋白质的功能出发推测出蛋白质的结构，从而推测出相应的氨基酸序列，再对基因进行改造从而得到新的蛋白质，而不能直接改造蛋白质，因为它不能遗传。(2)基因导入植物细胞常用的方法叫农杆菌转化法。转基因植株培育的完整过程必须包含四个步骤，即基因工程的四个操作步骤。(3)导入动物细胞的方法叫显微注射法，想得到多个具有相同遗传物质的个体的方法是胚胎分割移植。(4)转基因生物进入生态环境，对生态环境的影响应从正反两方面评价，只要答案合理就可以。拓展提升1.学海导航BP278拓展提升第1题2.学海导航BP278拓展提升第2题3.学海导航BP278拓展提升第4题4.学海导航BP278拓展提升第5题5.下列关于蛋白质工程的说法,错误的是(B)A.蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构,使之更加符合人类需要B.蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作,定向改变分子的结构C.蛋白质工程能产生自然界中不曾存在的新型蛋白质分子D.蛋白质工程与基因工程密不可分,又称为第二代基因工程【解析】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基因来完成,而不是直接对蛋白质分子进行操作。6.学海导航BP278拓展提升第7题7．干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染和癌症，但体外保存相当困难，如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可在70℃保存半年，给广大患者带来福音。(1)蛋白质的合成是受基因控制的，因此获得能够控制合成“可以保存的干扰素”的基因是生产的关键，依据蛋白质工程原理，设计实验流程，让动物生产“可以保存的干扰素”：――→设计――→推测――→合成预期蛋白质的功能蛋白质三维结构应有的氨基酸序列相应的脱氧核苷酸序列(基因)(2)基因工程和蛋白质工程相比较，基因工程在原则上只能生产_自然界已存在的_的蛋白质，不一定符合_人类生产和生活的_需要。而蛋白质工程是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过_基因修饰_或_基因合成_，对现有蛋白质进行_改造_，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活需要。(3)蛋白质工程实施的难度很大，原因是蛋白质具有十分复杂的_空间(或高级)_结构。(4)对天然蛋白质进行改造，应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？__应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造__。原因是：_第一，任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因也就是对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以通过改造过的基因遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子也无法遗传；其次，对基因进行改造比对蛋白质直接进行改造要容易操作，难度要小得多___。【解析】本题综合了蛋白质工程与基因工程的异同，并考查了蛋白质工程的原理及在生产实践中的应用。蛋白质工程是研究多种蛋白质的结构和功能、蛋白质折叠、蛋白质分子设计等一系列分子生物学基本问题的一种新型的、强有力的手段。通过对蛋白质工程的研究，可以深入地揭示生命现象的本质和生命活动的规律。基因工程遵循中心法则，从DNA→mRNA→蛋白质折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→应有的碱基排列→创造出自然界不存在的蛋白质。