2022-2023學(xué)年浙科版（2019）選擇必修三 4.2 基因工程及其延伸技術(shù)應(yīng)用廣泛 課件（60張）

浙科版2019版選擇性必修三第一節(jié)體液調(diào)節(jié)是通過化學(xué)信號(hào)實(shí)現(xiàn)的調(diào)節(jié)第一節(jié)體液調(diào)節(jié)是通過化學(xué)信號(hào)實(shí)現(xiàn)的調(diào)節(jié)第四章基因工程第二節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)通過下丘腦控制內(nèi)分泌系統(tǒng)第二節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)通過下丘腦控制內(nèi)分泌系統(tǒng)第二節(jié)

基因工程及其延伸技術(shù)應(yīng)用廣泛1982年，利用轉(zhuǎn)基因大腸桿菌生產(chǎn)的人胰島素，成為第一個(gè)被批準(zhǔn)用于治療人體疾病的基因工程藥物。如今，基因工程及其延伸出的蛋白質(zhì)工程已經(jīng)影響到我們生活的方方面面。

那么，基因工程是如何影響我們生活的？什么是蛋白質(zhì)工程？蛋白質(zhì)工程又是如何進(jìn)行的？1．運(yùn)用核酸分子雜交、PCR等技術(shù)進(jìn)行基因診斷（探針）(1)核酸分子雜交和PCR技術(shù)常用來檢測(cè)患者自身攜帶的缺陷基因。例如，檢測(cè)引起鐮刀形貧血癥的基因突變。一、基因工程改善了人類的生活品質(zhì)推動(dòng)了醫(yī)療制藥、法醫(yī)鑒定、農(nóng)牧業(yè)育種、環(huán)境保護(hù)等行業(yè)的發(fā)展。引起鐮刀形貧血癥的基因突變，使血紅蛋白基因缺少一個(gè)限制性內(nèi)切核酸酶MstⅡ的識(shí)別序列，因?yàn)樵撟R(shí)別序列5'-CCTGAGG-3'中的A突變成T。檢測(cè)時(shí)，先用PCR技術(shù)擴(kuò)增待檢者基因的相應(yīng)片段，然后用MstⅡ剪切擴(kuò)增后的DNA，經(jīng)瓊脂糖凝膠電泳分離酶切后的DNA片段，并結(jié)合DNA分子雜交技術(shù)，則可判斷待檢者的基因組成，如圖4-34所示。例如，設(shè)計(jì)特異擴(kuò)增HIV病毒部分基因片段的PCR引物，使用PCR技術(shù)檢測(cè)患者少量血液或細(xì)胞中的DNA，根據(jù)凝膠電泳結(jié)果就可以判斷患者是否攜帶HIV病毒。甚至在感染的早期，就能從血液中直接檢測(cè)到微量的病毒基因，如圖4-35所示。(2)靈敏度極高的PCR技術(shù)常用于診斷患者是否感染某種病原體。例如，根據(jù)凝膠電泳結(jié)果就可以判斷患者是否攜帶HIV病毒。目前，人們運(yùn)用PCR并結(jié)合其他技術(shù)，不僅可以在患者未發(fā)病，甚至出生前就能確診其是否患有鐮刀形貧血癥、血友病等疾病，還可以根據(jù)某些核苷酸序列的特異性差異來推測(cè)某人患阿爾茨海默病以及癌癥等疾病的風(fēng)險(xiǎn)。隨著基因測(cè)序技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，有望研制出專門針對(duì)個(gè)人基因特點(diǎn)的藥物。【微思考】

根據(jù)所學(xué)知識(shí),推測(cè)新型冠狀病毒核酸檢測(cè)試劑盒的檢測(cè)原理。提示

新型冠狀病毒核酸檢測(cè)試劑盒是用于快速進(jìn)行體外定性檢測(cè)新型冠狀病毒的醫(yī)療檢測(cè)用品,它的工作原理是通過提取病人樣本中的RNA,進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(熒光定量RT-PCR),通過擴(kuò)增反應(yīng)將樣本中微量的病毒信息進(jìn)行放大,加一段熒光標(biāo)記的探針，最后以熒光的方式讀取信號(hào)（熒光分子游離時(shí)會(huì)發(fā)出微弱的熒光，一旦與雙鏈DNA結(jié)合熒光信號(hào)會(huì)增強(qiáng)。并會(huì)隨DNA復(fù)制而加強(qiáng)）。如果有病毒的基因序列就會(huì)結(jié)合產(chǎn)生熒光信號(hào)即為陽(yáng)性(熒光信號(hào)會(huì)增強(qiáng)),那么就可以認(rèn)為樣本中存在病毒(已經(jīng)感染),反之表明樣本中沒有病毒(未感染)。2．向患者體內(nèi)導(dǎo)入正?；蜻M(jìn)行基因治療(1)基因治療：向有基因缺陷的細(xì)胞中引入正常功能的基因，以糾正或補(bǔ)償基因的缺陷（并非修復(fù)），從而達(dá)到治療的目的。(2)基因治療主要針對(duì)一些嚴(yán)重威脅人類健康的遺傳病，如血友病、惡性腫瘤等。(3)基因?qū)爰?xì)胞的過程常以修飾過的病毒為載體，如腺病毒和逆轉(zhuǎn)錄病毒。1990年美國(guó)完成了世界首例重癥免疫缺陷病的基因治療。

1990年9月14日，安德森對(duì)一例患腺甘脫氨酶缺乏癥（ADA缺乏癥）的4歲女孩進(jìn)行基因治療。這個(gè)4歲女孩由于遺傳基因有缺陷，自身不能生產(chǎn)ADA，先天性免疫功能不全，只能生活在無菌的隔離帳里。他們將這個(gè)女孩的白血球進(jìn)行基因改造，使有缺陷的基因被健康的基因替代，然后把含正常白血球的血液輸入她左臂的一條靜脈血管中。在以后的10個(gè)月內(nèi)她又接受了7次這樣的治療，同時(shí)也接受酶治療。后來，她的免疫功能日趨健全，能夠走出隔離帳，過上了正常人的生活，并進(jìn)入普通小學(xué)上學(xué)。

ADA缺乏癥：一種嚴(yán)重的免疫缺陷癥,腺苷脫氨酶的缺乏可使T淋巴細(xì)胞因代謝產(chǎn)物的累積而死亡,從而導(dǎo)致嚴(yán)重的聯(lián)合性免疫缺陷癥(SCID)。通常導(dǎo)致嬰兒出生幾個(gè)月后死亡。

如重度免疫缺陷癥的基因治療T淋巴細(xì)胞的改造發(fā)生在體外，又叫體外基因治療

例題1.閱讀以下材料，回答問題：復(fù)合型免疫缺陷癥是一種遺傳疾病。某女童由于腺苷酸脫氨酶基因缺失，造成體內(nèi)缺乏腺苷酸脫氨酶；而腺苷酸脫氨酶是人體免疫系統(tǒng)發(fā)揮正常功能所必需的，因此，該女童不能抵抗病原微生物的威脅。1990年9月，這名女童接受了基因治療，研究人員將腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入取自患者的淋巴細(xì)胞中，使淋巴細(xì)胞能夠產(chǎn)生腺苷酸脫氨酶，然后，再將這種淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)入患者體內(nèi)。半年后，在血液中檢測(cè)出了被改造的淋巴細(xì)胞，女童體內(nèi)產(chǎn)生的腺苷酸脫氨酶也越來越多，女童產(chǎn)生抗體的能力顯著改善。(1)請(qǐng)運(yùn)用遺傳學(xué)原理，預(yù)測(cè)該女童腺苷酸脫氨酶基因缺失的可能原因。_______________________________________________________(2)研究人員將腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入淋巴細(xì)胞而不是其他細(xì)胞的原因可能是_______________________________________________________(3)請(qǐng)用基因工程方法簡(jiǎn)要寫出該女童基因治療的步驟?；蛲蛔兓蛉旧w畸變腺苷酸脫氨酶是免疫系統(tǒng)發(fā)揮正常功能所必需的，淋巴細(xì)胞具有這種酶才能產(chǎn)生抗體等免疫物質(zhì)獲取腺苷酸脫氨酶基因→形成重組DNA分子→將含腺苷酸脫氨酶基因的重組DNA分子導(dǎo)入淋巴細(xì)胞→篩選出含此基因的淋巴細(xì)胞并且把這些淋巴細(xì)胞輸入患者體內(nèi)。1994年，美國(guó)科學(xué)家以修飾過的腺病毒為載體，首次對(duì)一位囊性纖維?。ǔｋ[，主要影響胃腸道和呼吸系統(tǒng)）患者進(jìn)行了基因治療。1991年，我國(guó)進(jìn)行了世界上首例B型血友病的基因治療臨床實(shí)驗(yàn)。2003年，我國(guó)食品藥品監(jiān)督管理總局為世界首個(gè)癌癥基因治療藥物頒發(fā)了新藥證書——治療惡性腫瘤的重組人p53腺病毒注射液。

雖然已經(jīng)有一些運(yùn)用基因治療成功的臨床實(shí)驗(yàn)，但是基因治療仍面臨著很多挑戰(zhàn),很多技術(shù)不成熟?？茖W(xué)家要繼續(xù)探索如何控制轉(zhuǎn)入的基因在正確的時(shí)間和空間表達(dá)出適量的蛋白質(zhì)產(chǎn)物，同時(shí)確?；虻牟迦氩粫?huì)影響其他基因的正常功能。小資料：RNA干擾技術(shù)---注入雙鏈RNA誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)含有相同或相似序列的mRNA降解。1990年美國(guó)完成了世界首例重癥免疫缺陷病的基因治療。3．利用轉(zhuǎn)基因生物生產(chǎn)基因工程藥物(1)轉(zhuǎn)基因植物可用于生產(chǎn)藥物蛋白，如人血紅蛋白、小兒麻痹癥疫苗等。(2)轉(zhuǎn)基因鼠、兔、羊、豬、牛的乳腺可以生產(chǎn)多種轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品，如人凝血因子Ⅷ、人白細(xì)胞介素-2、牛乳清蛋白等。哺乳動(dòng)物的乳腺作為生物反應(yīng)器生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物有以下優(yōu)點(diǎn)：乳汁可以連續(xù)合成；頻繁釆集不會(huì)對(duì)動(dòng)物產(chǎn)生危害；乳汁成分相對(duì)簡(jiǎn)單、明確，便于藥物的提純。出生前就已在體內(nèi)植入了兩種人類母乳的基因,這兩種基因都是人類在哺乳期乳腺才能分泌的蛋白質(zhì),這樣它產(chǎn)出的奶中所含的蛋白質(zhì)就會(huì)與人奶中的相同。人奶中的蛋白質(zhì)可為新生兒提供抗菌與抗病毒的保護(hù),這種牛奶也能做到?！敬鸢浮坎灰欢?。①目的基因在受體細(xì)胞中不是成對(duì)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。小思考：乳腺生物反應(yīng)器經(jīng)過有性生殖產(chǎn)生的后代一定可以產(chǎn)生目標(biāo)蛋白質(zhì)嗎？(3)大腸桿菌等微生物遺傳物質(zhì)簡(jiǎn)單、操作方便，可以在價(jià)格低廉的培養(yǎng)基中快速生長(zhǎng)，因此，轉(zhuǎn)基因微生物成為理想的合成蛋白質(zhì)的分子工廠。4．轉(zhuǎn)基因動(dòng)物可為研究疾病機(jī)理提供模型?？梢垣@得基因、改造基因，還可以“敲除”某些基因(1)通過在基因中插入DNA片段使該基因永久失活，再通過觀察轉(zhuǎn)基因生物性狀變化，可以推測(cè)該基因的功能。(2)實(shí)例：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)敲除腸堿性磷酸酶基因的小鼠更容易發(fā)胖，從而推測(cè)該基因有“保持身材”的作用，也許不久的將來肥胖會(huì)被“根治”。

①利用動(dòng)物作研究模型；②生產(chǎn)出性狀優(yōu)良的改良家畜家禽，如長(zhǎng)得快，繁殖力高，能抗病等;③利用動(dòng)物體作為反應(yīng)器，生產(chǎn)珍貴的蛋白質(zhì)，如一些只能從人體內(nèi)提取的蛋白質(zhì);④生產(chǎn)玩賞動(dòng)物，如同貓一樣大的小馬，如同鼠一樣大的兔子...0102轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的應(yīng)用①小鼠與人體存在很多差異，利用該動(dòng)物模型生產(chǎn)出來的藥物對(duì)人體可能會(huì)產(chǎn)生不良影響;②利用動(dòng)物體作為反應(yīng)器，會(huì)對(duì)其產(chǎn)生不同程度的傷害;………對(duì)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的擔(dān)憂5．應(yīng)用基因工程技術(shù)進(jìn)行法醫(yī)鑒定，能保護(hù)受害者權(quán)益

(1)法醫(yī)鑒定包括個(gè)體識(shí)別、親子鑒定等內(nèi)容。(2)DNA指紋：除了同卵雙胞胎外，我們每個(gè)人都擁有自己獨(dú)特的DNA。經(jīng)過限制酶剪切、電泳、與標(biāo)記的探針進(jìn)行核酸分子雜交，得到的圖譜也是特異的，就像人的指紋一樣。(3)隨著PCR技術(shù)的引入，20個(gè)細(xì)胞的DNA經(jīng)過擴(kuò)增就足夠用于鑒定。6．應(yīng)用基因工程可培育具有優(yōu)良性狀的農(nóng)牧業(yè)品種

植物：在抗蟲、抗病、抗逆、產(chǎn)品的品質(zhì)不斷被改良

動(dòng)物：獲得生長(zhǎng)快、體型大、性狀優(yōu)良

(1)我國(guó)自主研發(fā)將蘇云金芽孢桿菌Bt毒蛋白基因轉(zhuǎn)入棉花，培育出抗蟲棉。Bt毒蛋白在害蟲的腸道被水解成有毒片段，結(jié)合細(xì)胞表面受體。(減少農(nóng)藥使用，減少環(huán)境污染，降低生產(chǎn)成本)(2)將魚的抗凍蛋白基因?qū)敕阎锌商岣咂淇购芰Α?3)將抗除草劑草甘膦的基因轉(zhuǎn)到煙草、番茄、馬鈴薯等植物中，以便在噴灑草甘膦時(shí)殺死田間雜草而不損傷作物。(4)向番茄中導(dǎo)入相關(guān)基因，阻礙與乙烯生成相關(guān)的酶的合成，獲得的轉(zhuǎn)基因番茄的乙烯含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通番茄，延長(zhǎng)了保存期，便于長(zhǎng)途運(yùn)輸。(5)將來自大腸桿菌中編碼絲氨酸轉(zhuǎn)乙酰酶和乙酰絲氨酸硫氫化酶的基因轉(zhuǎn)入羊中，獲得的轉(zhuǎn)基因羊能夠利用胃中的硫化氫合成半胱氨酸，提高羊毛產(chǎn)量。(6)轉(zhuǎn)入乳糖酶基因的奶牛產(chǎn)出的牛奶，則受到乳糖過敏或消化不良的人群的歡迎。

基因工程育種和雜交育種的比較7．基因工程技術(shù)可用于保護(hù)生態(tài)環(huán)境(1)有些微生物具有采礦或分解有毒污染物的寶貴能力，科學(xué)家將這些微生物的基因進(jìn)行改造，獲得了擁有珍貴性狀并易于培養(yǎng)的轉(zhuǎn)基因工程菌。(2)有的工程菌能夠攝取環(huán)境中的銅、鉛等重金屬，并在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為硫酸銅、硫酸鉛等易于提取的化合物，在礦產(chǎn)日益枯竭的今天意義重大。(3)有的工程菌能夠降解氯化烴和其他有毒的化合物，處理石油泄漏污染問題。超級(jí)細(xì)菌1975年美籍印度人查克拉搏特等科學(xué)家依據(jù)似單胞桿菌對(duì)石油中有毒成分具有很強(qiáng)分解力這一特性，把4種能吃浮油的假單胞桿菌的基因拼接起來，合并成一種假單胞菌種，組成了所謂的“超級(jí)菌”，它能分解各種石油烴，消除浮油的效率高、速度快，只需幾小時(shí)就能除掉自然菌種需幾年才能消除的原油污染。能分解石油的“超級(jí)吸油菌”動(dòng)物基因工程前景廣闊,最令人興奮的是利用基因工程技術(shù)將哺乳動(dòng)物改造成乳腺生物反應(yīng)器,以生產(chǎn)所需要的藥品,如利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)人α-抗胰蛋白酶。下圖是科學(xué)家將轉(zhuǎn)基因動(dòng)物改造成為乳腺生物反應(yīng)器的示意圖,分析回答下列問題。乳腺生物反應(yīng)器1.將藥用蛋白基因?qū)胧荏w細(xì)胞之前,需要構(gòu)建重組DNA分子。如何構(gòu)建含有藥用蛋白基因的重組DNA分子?提示

將藥用蛋白基因和在乳腺中特異性表達(dá)的蛋白質(zhì)編碼基因的啟動(dòng)子等調(diào)控元件重組在一起,構(gòu)建出重組DNA分子。2.重組DNA分子的受體細(xì)胞一般是受精卵,為什么?提示

受精卵具有全能性,發(fā)育成完整個(gè)體后才可以獲得轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。3.導(dǎo)入牛的受精卵后,還需要借助哪些技術(shù)手段,才能盡可能多地制造出乳腺生物反應(yīng)器?提示

早期胚胎培養(yǎng)技術(shù)、胚胎分割技術(shù)、胚胎移植技術(shù)等。4.乳腺細(xì)胞中存在外源藥用蛋白基因,其他體細(xì)胞中是否存在?提示

存在。但藥用蛋白基因只在乳腺細(xì)胞中表達(dá),因?yàn)樗幱玫鞍谆蚝腿橄俚鞍谆虻膯?dòng)子等調(diào)控組件重組在一起。[歸納提升]乳腺生物反應(yīng)器與基因工程菌生產(chǎn)藥物的區(qū)別(在生產(chǎn)人的藥物蛋白方面)比較內(nèi)容乳腺生物反應(yīng)器基因工程菌基因結(jié)構(gòu)動(dòng)物的基因結(jié)構(gòu)與人類的基因結(jié)構(gòu)基本相同細(xì)菌和酵母菌的基因結(jié)構(gòu)與人類有較大差異基因表達(dá)合成的藥物蛋白與天然蛋白質(zhì)相同細(xì)菌合成的藥物蛋白可能沒有活性生產(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)液中提取例題2.科學(xué)家運(yùn)用基因工程技術(shù),將人凝血因子基因?qū)肷窖虻腄NA中,培育出羊乳腺生物反應(yīng)器,使羊乳汁中含有人凝血因子。以下有關(guān)敘述正確的是(

)A.可用顯微注射技術(shù)將含有人凝血因子基因的重組DNA分子導(dǎo)入羊的受精卵B.在該轉(zhuǎn)基因羊中,人凝血因子基因存在于乳腺細(xì)胞中,而不存在于其他細(xì)胞中C.人凝血因子基因開始轉(zhuǎn)錄后,DNA聚合酶以DNA分子的一條鏈為模板合成mRNAD.科學(xué)家將人凝血因子基因與山羊乳腺蛋白基因重組在一起,從而使人凝血因子基因只在山羊乳腺細(xì)胞中特異表達(dá)A將山羊乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子與人凝血因子基因重組例題3.從轉(zhuǎn)基因牛、羊乳汁中提取藥物工藝簡(jiǎn)單,甚至可直接飲用治病。如果將藥用蛋白基因轉(zhuǎn)入動(dòng)物(如牛、羊)的膀胱上皮細(xì)胞中,從轉(zhuǎn)基因牛、羊尿液中提取藥物比從乳汁中提取藥物的更大優(yōu)越性在于(

)A.技術(shù)簡(jiǎn)單B.膀胱上皮細(xì)胞容易表達(dá)藥用蛋白C.膀胱上皮細(xì)胞全能性較高D.無論是雌性還是雄性個(gè)體,在任何發(fā)育時(shí)期都可以產(chǎn)生所需藥物D例4通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育出乳汁中含人β-酪蛋白的山羊，其流程如圖?；卮鹩嘘P(guān)問題。

(1)基因工程的核心是圖中的______(填序號(hào))過程；如果要利用人類基因組構(gòu)建含人β-酪蛋白基因的基因文庫(kù)，該過程________(填“需要”或“不需要”)限制性內(nèi)切核酸酶參與。若要檢測(cè)乳汁中是否出現(xiàn)人β-酪蛋白，可用的檢測(cè)物質(zhì)是需要①__________________(填“人β-酪蛋白基因”或“人β-酪蛋白抗體”)。(2)②過程一般是通過______________法實(shí)現(xiàn)的。(3)③過程的實(shí)現(xiàn)必須通過____________技術(shù)；通過④過程實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因山羊的克隆繁殖，要通過_________技術(shù)形成重組細(xì)胞后，再經(jīng)胚胎工程實(shí)現(xiàn)?！窘馕觥?1)基因工程的核心步驟是基因表達(dá)載體的構(gòu)建，即圖中①過程；如果要利用人類基因組構(gòu)建含人β-酪蛋白基因的基因文庫(kù)，該過程需要限制性內(nèi)切核酸酶參與；若要檢測(cè)乳汁中是否出現(xiàn)人β-酪蛋白，可用抗原-抗體雜交法，因此可用的檢測(cè)物質(zhì)是人β-酪蛋白抗體。人β-酪蛋白抗體顯微注射胚胎移植核移植課堂檢測(cè)1.基因工程技術(shù)的發(fā)展,極大地推動(dòng)了醫(yī)療制藥、法醫(yī)鑒定、農(nóng)牧業(yè)育種、環(huán)境保護(hù)等行業(yè)的發(fā)展。判斷下列有關(guān)基因工程應(yīng)用描述的正誤。(1)運(yùn)用基因工程技術(shù)進(jìn)行基因診斷時(shí),主要借助的是核酸分子雜交和PCR技術(shù)。(

)(2)基因治療是將患者體內(nèi)的致病基因進(jìn)行修復(fù),使其攜帶的遺傳信息正常。(

)(3)將植物生長(zhǎng)素基因?qū)膈庺~,培育出的轉(zhuǎn)基因鯉魚生長(zhǎng)速率大大提高。(

)√××生長(zhǎng)快、耐不良環(huán)境、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚(中國(guó))(4)利用基因工程生產(chǎn)的細(xì)胞因子、抗體、疫苗和激素等藥物,可用于人類腫瘤、心血管疾病、傳染病、糖尿病和類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等疾病的預(yù)防和治療。(

)(5)將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子等調(diào)控元件重組在一起,通過顯微注射法導(dǎo)入哺乳動(dòng)物的乳腺細(xì)胞中,制成乳腺生物反應(yīng)器。(

)√×例題5.下列有關(guān)基因工程在農(nóng)牧業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的敘述,錯(cuò)誤的是(

)A.將來源于某些病毒、真菌等的抗病基因?qū)胫参?可培育出轉(zhuǎn)基因抗病植物B.將降解或抵抗某種除草劑的基因?qū)胱魑?可培育出轉(zhuǎn)基因抗除草劑作物C.將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参?可提高植物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值D.將基因工程生產(chǎn)的腸乳糖酶作為藥物添加在牛奶中,可解決人的乳糖不耐受問題答案

D解析

腸乳糖酶屬于蛋白質(zhì),口服會(huì)被胃蛋白酶消化分解而失效,D項(xiàng)錯(cuò)誤。1．基因工程的局限：目的基因的表達(dá)結(jié)果有時(shí)并不理想，合成

的蛋白質(zhì)不能很好地行使功能，無法滿足人們的需求。2．蛋白質(zhì)工程遵循“中心法則”。3．蛋白質(zhì)工程的思路：通過設(shè)計(jì)和改造編碼蛋白質(zhì)的基因

從而改變氨基酸序列，最終獲得特定功能的蛋白質(zhì)4．蛋白質(zhì)工程的步驟(1)建立蛋白質(zhì)功能與結(jié)構(gòu)的聯(lián)系。(2)依據(jù)所需蛋白質(zhì)的功能，設(shè)計(jì)改造天然蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，推測(cè)出其氨基酸的序列。

(3)根據(jù)“中心法則”逆推出基因的核苷酸序列。

(4)利用基因工程技術(shù)改變DNA上特定位點(diǎn)的核苷酸序列

(5)將改造了的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后進(jìn)行表達(dá)。

蛋白質(zhì)工程可以合成自然界中不存在的蛋白質(zhì)二、蛋白質(zhì)工程是基因工程的延伸基本思路由于基因決定蛋白質(zhì),因此要對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造,最終還必須通過改造或合成基因來完成5．實(shí)例：科學(xué)家對(duì)人體內(nèi)的抗病毒糖蛋白β-干擾素的改良。小思考：為什么蛋白質(zhì)工程改造基因而不是直接改造蛋白質(zhì)？【答案】①蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，直接改造難度大。②蛋白質(zhì)是由基因編碼的，改造了基因，便可以間接改造蛋白質(zhì)。③基因可以遺傳，蛋白質(zhì)無法遺傳。干擾素是一種抗病毒、抗腫瘤的藥物。將人的干擾素基因?qū)氪竽c桿菌中并進(jìn)行表達(dá),產(chǎn)生的干擾素的抗病毒活性為106U/mg,只相當(dāng)于天然產(chǎn)品的十分之一。雖然在大腸桿菌中合成的干擾素量很多,但多數(shù)是以無活性的二聚體形式存在。為什么會(huì)這樣?如何改變這種狀況?研究發(fā)現(xiàn),干擾素蛋白質(zhì)中有3個(gè)半胱氨酸(第17、31、141位),推測(cè)可能是有一個(gè)或幾個(gè)半胱氨酸形成了二硫鍵。研究人員通過基因定點(diǎn)突變將第17位的半胱氨酸改變成絲氨酸,結(jié)果使大腸桿菌中產(chǎn)生的干擾素的抗病毒活性提高到108U/mg,并且比天然干擾素的貯存穩(wěn)定性高很多。請(qǐng)討論回答下列問題。蛋白質(zhì)工程和基因工程1.基因工程在滿足人類需要上有哪些“缺點(diǎn)”?提示

基因工程原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì),這些蛋白質(zhì)不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。2.蛋白質(zhì)工程在應(yīng)用中的最大難點(diǎn)是什么?提示

復(fù)雜的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系。3.如何實(shí)現(xiàn)基因的定點(diǎn)突變?請(qǐng)舉例說明。提示

運(yùn)用PCR技術(shù)實(shí)現(xiàn)基因的定點(diǎn)突變。設(shè)計(jì)并合成誘變引物,該引物特定位點(diǎn)上的堿基與模板上的堿基不互補(bǔ)配對(duì),但其余大多數(shù)堿基與模板能夠配對(duì)。這樣得到的PCR產(chǎn)物中,特定位點(diǎn)的堿基發(fā)生了改變。4.為什么說蛋白質(zhì)工程是基因工程的延伸?提示

蛋白質(zhì)工程離不開基因工程,基因經(jīng)改造或合成后,要通過基因工程生產(chǎn)出人類需要的蛋白質(zhì)。“二看法”判斷基因工程和蛋白質(zhì)工程1．區(qū)別基因工程與蛋白質(zhì)工程的比較2．聯(lián)系(1)蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)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可通過蛋白質(zhì)工程進(jìn)行修飾、改造。

例題6.案例分析：凝乳酶是奶酪生產(chǎn)中的關(guān)鍵性酶，研究人員利用基因工程技術(shù)，將編碼該酶的基因轉(zhuǎn)移到了微生物細(xì)胞中并使之表達(dá)。如圖表示EcoRⅠ、BamHⅠ、PstⅠ三種限制酶在質(zhì)粒和含凝乳酶基因的外源DNA片段上的切割位點(diǎn)?；卮鹣铝袉栴}。(1)根據(jù)圖中EcoRⅠ、BamHⅠ、PstⅠ三種限制酶的切割位點(diǎn)分析，該工程中最不適宜用來切割外源DNA獲取目的基因的限制酶是___________，將切割后的質(zhì)粒和目的基因連接起來需要_____________酶。構(gòu)建好的重組質(zhì)粒在目的基因前要加上特殊的啟動(dòng)子，它是_______________識(shí)別和結(jié)合的部位。(2)工業(yè)化生產(chǎn)過程中，若采用重組大腸桿菌生產(chǎn)凝乳酶，該過程中將目的基因?qū)氪竽c桿菌前，常常用________處理細(xì)胞，使之處于一種能吸收周圍環(huán)境中的DNA分子的生理狀態(tài)，這種細(xì)胞稱為____________細(xì)胞。EcoRⅠDNA連接RNA聚合酶Ca2＋感受態(tài)(3)研究發(fā)現(xiàn)，如果將該凝乳酶第20位和第24位的氨基酸改為半胱氨酸，其催化能力將提高2倍。科學(xué)家可以生產(chǎn)上述高效凝乳酶的現(xiàn)代生物工程技術(shù)是______________。該生物工程技術(shù)對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和改造，必須通過基因來完成，原因是_________________________。蛋白質(zhì)工程基因控制蛋白質(zhì)的合成例題7．為了增加油菜種子的含油量，研究人員嘗試將酶D基因與轉(zhuǎn)運(yùn)肽基因相連，一起導(dǎo)入油菜細(xì)胞并獲得了轉(zhuǎn)基因油菜品種(1)研究人員依據(jù)基因的已知序列設(shè)計(jì)引物，采用_________技術(shù)快速擴(kuò)增從陸地棉基因文庫(kù)中獲取的酶D基因和從擬南芥基因文庫(kù)中獲取的轉(zhuǎn)運(yùn)肽基因。所含三種限制酶(ClaⅠ、SacⅠ、XbaⅠ)的切點(diǎn)如圖所示，則用____________________酶處理兩個(gè)基因后，可得到_________(填圖中字母)端相連的融合基因。PCRClaⅠ和DNA連接A和D(2)將上述融合基因插入如圖所示Ti質(zhì)粒的T-DNA(可轉(zhuǎn)移的DNA)中，構(gòu)建___________________________并導(dǎo)入農(nóng)桿菌中。將獲得的農(nóng)桿菌接種在含___________的固體平板上培養(yǎng)得到含融合基因的單菌落，再利用液體培養(yǎng)基振蕩培養(yǎng)，得到用于轉(zhuǎn)化的侵染液。(3)剪取油菜的葉片放入侵染液中一段時(shí)間，此過程的目的是_____________________________________，進(jìn)一步篩選后獲得轉(zhuǎn)基因油菜細(xì)胞。(4)用_________________法可檢測(cè)轉(zhuǎn)基因油菜植株中的融合基因是否成功表達(dá)?；虮磉_(dá)載體(或重組質(zhì)粒)四環(huán)素利用農(nóng)桿菌將融合基因?qū)胗筒思?xì)胞抗原-抗體雜交例題8.T4溶菌酶在高溫時(shí)易失去活性。研究人員對(duì)編碼T4溶菌酶的基因進(jìn)行改造,使T4溶菌酶第3位的異亮氨酸突變?yōu)榘腚装彼?該半胱氨酸與第97位的半胱氨酸之間形成一個(gè)二硫鍵,提高了酶的耐熱性。下列相關(guān)敘述正確的是(

)A.T4溶菌酶耐熱性提高的原因是組成該酶的氨基酸種類和數(shù)量發(fā)生了改變B.T4溶菌酶的改造屬于蛋白質(zhì)工程,自然界中的酶都可通過蛋白質(zhì)工程進(jìn)行改造C.蛋白質(zhì)工程與“中心法則”的流動(dòng)方向一致,即DNA→mRNA→蛋白質(zhì)D.若高溫使蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,蛋白質(zhì)的功能也會(huì)受到影響D例題9.豬胰島素用于降低人體血糖濃度的效果并不明顯,原因是豬胰島素分子中有一個(gè)氨基酸與人不同。為了使豬胰島素能夠用于臨床治療糖尿病,利用蛋白質(zhì)工程對(duì)豬胰島素分子設(shè)計(jì)的最佳方案是(

)A.將豬胰島素中不同于人的那個(gè)氨基酸進(jìn)行替換B.將豬胰島素和人胰島素進(jìn)行拼接組成新的胰島素C.將豬和人的胰島素混合在一起治療糖尿病D.根據(jù)人的胰島素設(shè)計(jì)制造一種全新的胰島素A課堂檢測(cè)1.基因工程的原理在蛋白質(zhì)工程和測(cè)序技術(shù)上都得到了應(yīng)用。判斷下列有關(guān)描述的正誤。(1)蛋白質(zhì)工程是指通過直接改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)而生產(chǎn)出符合人類需求的新的蛋白質(zhì)的工程技術(shù)。(

)(2)由于基因決定蛋白質(zhì),因此要對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造,最終還必須通過改造或合成基因來完成。(

)×√(3)由于蛋白質(zhì)中氨基酸的排列順序千變?nèi)f化,空間結(jié)構(gòu)千差萬別,蛋白質(zhì)工程的操作難度很大。(

)(4)運(yùn)用PCR技術(shù)實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)突變,可改變基因的結(jié)構(gòu),從而使表達(dá)出的蛋白質(zhì)特定位點(diǎn)的氨基酸發(fā)生改變。(

)(5)基因芯片用于科學(xué)研究和臨床診斷的原理是核酸分子雜交技術(shù)。(

)√√√例題10.下列關(guān)于基因工程與蛋白質(zhì)工程的敘述,錯(cuò)誤的是(

)A.通過基因工程育種可以定向改變生物的性狀B.常用PCR等技術(shù)檢測(cè)目的基因是否插入受體細(xì)胞的DNA分子中C.蛋白質(zhì)工程通過直接改造蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)來創(chuàng)造新的蛋白質(zhì)D.在蛋白質(zhì)工程中,蛋白質(zhì)的合成仍然遵循“中心法則”C1．2003年人類基因組計(jì)劃測(cè)序完成，我國(guó)也參與其中并做出很大的貢獻(xiàn)。2．基因測(cè)序技術(shù)不斷發(fā)展，不僅速度越來越快，而且成本也越來越低。3．多個(gè)國(guó)家和機(jī)構(gòu)建立了龐大的生物信息數(shù)據(jù)庫(kù)。(1)數(shù)據(jù)庫(kù)信息不僅通過互聯(lián)網(wǎng)共享，還定期交換數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。