1、基因工程（二）主講：黃岡中學優秀生物教師嚴貽蘭一、知識概述1、基因工程的應用；2、蛋白質工程的崛起；3、蛋白質工程與基因工程的關系。二、重點知識歸納及講解（一）基因工程的應用1、植物基因工程的成果提高農作物的抗逆能力、改良農作物的品質、利用植物生產藥物等。(1)抗蟲轉基因植物1993年，中國農業科學院的科學家成功地培育出了抗棉鈴蟲的轉基因抗蟲棉。(2)抗病轉基因植物轉黃瓜抗青枯病基因的甜椒(3)抗逆轉基因植物(4)利用轉基因改良植物的品質2、動物基因工程的成果(1)提高動物的生長速度生長快、肉質好的轉基因魚(中國)(2)改善畜產品的品質優良基因：腸乳糖酶基因。成果：轉基因牛乳汁中乳糖含量少，而

2、其他營養成分不受影響。(3)轉基因動物生產藥物基因來源：藥用蛋白基因乳腺蛋白基因的啟動子等調控組件。成果：乳腺生物反應器。乳汁中含有人生長激素的轉基因牛(阿根廷)乳腺生物反應器與微生物生產的比較類型項目乳腺生物反應器微生物生產基因結構動物基因結構與人類基因結構相同與人類基因結構不同基因表達與天然蛋白質活性沒有區別由于缺少內質網、高爾基體等細胞器，產物可能不具有生物活性產物提取從乳汁中較易分離提取從細胞中提取，較為復雜生產設備畜牧業生產，加工提取設備工業生產，設備精良(4)轉基因動物作器官移植的供體器官供體：抑制或除去抗原決定基因。成果：利用克隆技術培育沒有免疫排斥反應的豬器官。3、基因工程藥物

3、我國生產的部分基因工程疫苗和藥物人造血液的生產4、基因治療(1)特點：把正常基因導入病人體內，使該基因的表達產物發揮功能，從而達到治療疾病的目的。(2)成果：將腺苷酸脫氨酶基因導入患者的淋巴細胞，治療復合型免疫缺陷癥。(3)方法：分為體外基因治療法和體內基因治療法。(4) 體外基因治療法和體內基因治療比較項目類型外源基因類型及舉例過程特點成果舉例體外基因治療腺苷酸脫氨酶基因從病人體內獲得某種細胞細胞培養體外完成基因轉移篩選并擴增培養重新輸入患者體內操作復雜，但成功率高治療復合型免疫缺陷癥體內基因治療治療遺傳性囊性纖維化病的基因外源基因載體攜帶體內相應組織細胞操作簡單，成功率低治療遺傳性囊性纖維

4、化病（二）蛋白質工程1、概念：蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規律及其與生物功能的關系作為基礎，通過基因修飾或基因合成，對現有蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類的生產和生活的需求。2、基本原理3、蛋白質工程與基因工程比較項目蛋白質工程基因工程區別原理中心法則的逆推基因重組過程預期蛋白質功能設計蛋白質結構推測氨基酸序列推測脫氧核苷酸序列合成DNA表達出蛋白質獲取目的基因構建表達載體導入受體細胞目的基因的檢測與鑒定實質定向改造或生產人類所需蛋白質定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需的生物類型或生物產品結果可以合成自然界不存在的蛋白質只能生產自然界已存在的蛋白質聯系蛋白質工程是在基因

5、工程的基礎上延伸出來的第二代基因工程。對現有蛋白質的改造或制造新的蛋白質，必須通過基因修飾或基因合成實現典型例題例1、采用基因工程技術將人凝血因子基因導入山羊受精卵中，培育出了轉基因羊。但是人凝血因子只存在于該轉基因羊的乳汁中。下列有關敘述，正確的是（）A人體細胞中凝血因子基因的堿基對數目，小于凝血因子氨基酸數目的3倍B可用顯微注射技術將含有人凝血因子基因的重組DNA分子導入羊的受精卵C在該轉基因羊中，人凝血因子基因只存在于乳腺細胞，而不存在于其他體細胞中D人凝血因子基因開始轉錄后，DNA連接酶以DNA分子的一條鏈為模板合成mRNA答案：B解析：人體細胞內遺傳信息的表達過程中存在終止密碼子等不

6、編碼氨基酸的情況，因此，細胞中凝血因子基因的堿基對數目應大于凝血因子氨基酸數目的3倍；在該轉基因羊中，人凝血因子基因存在于所有的體細胞中；催化mRNA合成的酶是RNA聚合酶。例2、我國科學家運用基因工程技術，將蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因導入棉花細胞并成功表達，培育出了抗蟲棉。下列敘述不正確的是（）A抗蟲基因的提取和運輸都需要專用的工具和運載體B重組DNA分子中增加一個堿基對，不一定導致毒蛋白的毒性喪失C運用基因工程技術培育抗蟲棉克服了遠緣雜交不親和的障礙D轉基因棉花是否具有抗蟲特性是通過檢測棉花對抗生素抗性來確定的答案：D解析：非編碼區的功能是調控基因的表達，對基因功能是必不可少的；基因中增添一

7、個堿基，屬于基因突變，很可能引起基因編碼產物功能的喪失；轉基因作物可能通過花粉將外源基因擴散，造成基因污染。而D中棉花的抗蟲性狀應該直接用害蟲來食用棉花葉片做毒性檢測，至于抗生素抗性的檢測往往用于對標記基因進行檢測以確定外源基因是否成功導入。例3、如圖表示從蘇云金芽孢桿菌分離出來的殺蟲晶體蛋白質基因(簡稱Bt基因)及形成轉基因抗蟲植物的圖解：請回答：(1)在下列含有ATP和有關的酶的試管中，大量而快捷的獲取Bt基因的最佳方案是如圖所示中的（）(2)寫出b過程表達式：_。(3)活化的毒性物質應是一種_分子，活化的毒性物質全部或部分嵌合于昆蟲的細胞膜上，使細胞膜產生孔道，導致細胞由于_平衡的破壞而

8、破裂。(4)我國在“863”計劃資助下開展Bt抗蟲棉育種等研究，這將對_、_和農業可持續發展產生巨大影響。(5)胰島素是治療依賴型糖尿病的特效藥物，但是天然胰島素在人體內壽命只有幾小時，重癥病人每天得注射好幾次藥物，給病人增加了不便和痛苦。通過蛋白質工程改變胰島素的空間結構，以延長胰島素的半衰期，得到長效胰島素；還可以在不改變胰島素活性部位結構的前提下，增強其他部位的結合強度，使之難以被酶破壞，從而增強其穩定性。若要利用大腸桿菌生產上述長效胰島素，需用到的生物工程有_、_和_。用蛋白質工程生產的胰島素，與天然胰島素比較，顯著的優點是_。答案：(1)D(2)Bt基因mRNA原毒素(3)多肽滲透(

9、4)農業害蟲防治環境保護(5)發酵工程基因工程蛋白質工程具有長效性解析：應用基因工程技術，從蘇云金芽孢桿菌中提取殺蟲晶體蛋白基因(目的基因)導入棉花細胞中形成轉基因抗蟲棉，Bt基因的表達使棉花細胞中合成了原毒素，使采食棉花的昆蟲中毒死亡。蛋白質工程的實質是生產出自然界原本不存在的蛋白質，所以需對原有的胰島素進行改造，改造好的目的基因需通過基因工程生產基因產物，并且在生產過程中要借助工程菌，所以還需要進行發酵。- 返回 -同步測試一、選擇題1、下圖是獲得抗蟲棉的技術流程示意圖。卡那霉素抗性基因(kanr)常作為標記基因，只有含卡那霉素抗性基因的細胞才能在卡那霉素培養基上生長。下列敘述正確的是（）

10、A構建重組質粒過程中需要限制性內切酶和DNA連接酶B愈傷組織的分化產生了不同基因型的植株C卡那霉素抗性基因(kanr)中有該過程所利用的限制性內切酶的識別位點D抗蟲棉有性生殖后代能保持抗蟲性狀的穩定遺傳2、下列關于基因工程應用的敘述，正確的是（）A基因治療就是把缺陷基因誘變成正常基因B基因診斷的基本原理是DNA分子雜交C一種基因探針能檢測水體中的各種病毒D原核基因不能用來進行真核生物的遺傳改良3、北極比目魚中有抗凍基因,其編碼的抗凍蛋白具有11個氨基酸的重復序列，該序列重復次數越多，抗凍能力越強。下圖是獲取轉基因抗凍番茄植株的過程示意圖，有關敘述正確的是（）A過程獲取的目的基因，可用于基因工程

11、和比目魚基因組測序B多個抗凍基因編碼區依次相連成能表達的新基因，不能得到抗凍性增強的抗凍蛋白C過程構成的重組質粒缺乏標記基因，需要轉入農桿菌才能進行篩選D應用DNA探針技術，可以檢測轉基因抗凍番茄植株中目的基因的存在及其完全表達4、不屬于基因工程方法生產的藥物是（）A干擾素B白細胞介素C青霉素D乙肝疫苗5、下列關于蛋白質工程的敘述中，錯誤的是（）A蛋白質工程的實現需要多學科技術的參與B蛋白質工程創造出了新的基因C蛋白質工程又稱為第二代基因工程D蛋白質工程就是中心法則的簡單逆反6、科學家已能運用基因工程技術，讓羊合成并由乳腺分泌抗體，相關敘述中正確的是（）該技術將導致定向變異DNA連接酶把目的基

12、因與載體黏性末端的堿基對連接起來蛋白質中的氨基酸序列可為合成目的基因提供資料受精卵是理想的受體ABCD7、科學家將干擾素基因進行定點突變，然后導入大腸桿菌表達，使干擾素第17位的半胱氨酸改變成絲氨酸，結果大大提高干擾素的抗病性活性，并且提高了儲存穩定性。該生物技術為（）A基因工程B蛋白質工程C基因突變D細胞工程8、用現代生物技術培育生物新品種具有許多優點，以下不屬于其優越性的是（）A克隆技術可以快速繁育優良性狀的家畜B現代轉基因技術可迅速改變生物的基因組成C現代生物技術迅速使新品種形成群落D現代生物技術可克服遠源雜交不親和的障礙9、科學家在某種植物中找到了抗枯萎的基因，并以質粒為載體，采用轉基

13、因方法培育出了抗枯萎病的金茶花新品種，下列有關說法正確的是（）A質粒是最常用的載體之一，它僅存在于原核細胞中B將抗枯萎基因連接到質粒上，用到的工具酶僅是DNA連接酶C用葉肉細胞作為受體細胞培育出的植株不能表現出抗枯萎性狀D通過該方法獲得的抗枯萎病金茶花，產生的配子不一定含抗枯萎病基因10、下列關于基因工程成果的概述，不正確的是（）A在醫藥衛生方面，主要用于診斷治療疾病B在農業上主要是培育高產、穩產、品質優良和具有抗性的農作物C在畜牧養殖業上培育出了體型巨大、品質優良的動物D在環境保護方面主要用于環境監測和對污染環境的凈化11、科學家將控制某藥物蛋白合成的基因轉移到白色來亨雞的受精卵細胞的DNA

14、中，發育后的雌雞就能產出含該藥物蛋白的雞蛋，在每一只雞蛋的蛋清中都含有大量的藥物蛋白，而且用這些雞蛋孵出的雞，仍能產出含該藥物蛋白的雞蛋。據此分析，下列敘述錯誤的是（）A該過程運用了胚胎移植技術B這些雞是轉基因工程的動物C該種變異屬于定向變異D這些雞的變異來源屬于基因重組顯示提示提示：1、A提示：質粒與目的基因結合時需要用同一種限制性內切酶切割，用DNA連接酶連接；愈傷組織由相同細胞分裂形成，分化后產生相同基因型的植株；卡那霉素抗性基因作為標記基因不能有限制性內切酶的切割位點；抗蟲棉有性生殖后代可能會發生性狀分離，抗蟲性狀不一定能穩定遺傳。2、B提示：基因治療是向目標細胞中引入正常功能的基因，

15、以糾正或補償基因的缺陷，達到治療的目的；一種基因探針能檢測水體中的一種病毒；原核基因可以用來進行真核生物的遺傳改良。3、B提示：過程1獲得的目的基因已不含非編碼區和內含子，因此不能用于比目魚基因組測序，因此A錯。導入農桿菌是為了擴增和更易導入番茄細胞，C錯。DNA探針技術不能檢測基因是否完全表達，D錯。4、C提示：基因工程生產的藥物有胰島素、干擾素、白細胞介素、溶血栓劑、凝血因子、人造血液代用品、乙肝疫苗等。而青霉素是發酵工程的產品之一。5、D提示：蛋白質工程是按照以下思路進行的：確定蛋白質的功能蛋白質應有的高級結構蛋白質應具備的折疊狀態應有的氨基酸序列應有的堿基排列，可以創造出自然界中不存在

16、的蛋白質。所以蛋白質工程并不是中心法則的簡單逆反。6、B7、B提示：基因工程是通過對基因的操作，將符合人們需要的目的基因導入適宜的生物體，使其高效表達，從中提取所需的基因控制合成的蛋白質，或表現某種性狀，蛋白質產品仍然為天然存在的蛋白質；蛋白質工程卻是對控制蛋白質合成的基因進行改造，從而實現對其編碼的蛋白質的改變，所得到的已不是天然的蛋白質。題目中的操作中涉及的基因顯然不再是原來的基因，其合成的干擾素也不是天然干擾素，而是經過改造的，是人類所需的蛋白質，因而整個過程利用的生物技術應為蛋白質工程。8、C提示：群落是在一定自然區域內，相互之間具有直接和間接關系的各種生物的總和。解決該類題目的規律：

17、基因工程是在兩個物種之間轉移基因，克服兩物種之間由于生殖隔離不能進行基因交流的障礙。9、D提示：質粒在某些真核細胞中也有，如酵母菌；將目的基因連接到質粒上，不但要用到DNA連接酶，在連接之前要用同一種限制酶處理以得到相同的黏性末端；植物的體細胞具有全能性，因此都可以作為受體細胞；由于重組質粒只結合在某條染色體上，因此有的配子就沒有目的基因。10、A11、A提示：雞屬于卵生動物，該過程沒有運用胚胎移植技術。二、簡答題12、應用生物工程技術獲得人們需要的生物新品種或新產品。請據圖回答下列問題：(1)在培育轉人生長激素基因牛過程中，過程常用的方法是_。(2)轉人生長激素基因牛可通過分泌的乳汁來生產人

18、生長激素，在基因表達載體中，人生長激素基因的首端必須含有_。過程培養到桑椹胚或囊胚階段，可以采用_技術，培育出多頭相同的轉基因犢牛。(3)prG能激發細胞不斷分裂，通過基因工程導入該調控基因來制備單克隆抗體，最可能是_細胞，代表的細胞具有_的特點。(4)在抗蟲棉培育過程中，過程中的受體細胞如果采用愈傷組織細胞，與采用葉肉細胞相比較，其優點是_，過程采用的技術是_。顯示答案12、(1)顯微注射法(2)(乳腺蛋白基因的)啟動子胚胎分割移植(胚胎分割和胚胎移植)(3)漿既能無限增殖又能產生特異性抗體(4)全能性高植物組織培養-END-課外拓展什么是分子雜交技術的顯示帶？分子雜交技術是基因工程中使用頻

19、率很高的一項技術，主要用于檢測和鑒定，可以分為核酸分子之間的雜交和蛋白質分子之間的雜交。常用的技術有：Southern雜交DNA和DNA分子之間的雜交。目的基因是否整合到受體生物的染色體DNA中，這在真核生物中是目的基因可否穩定存在和遺傳的關鍵。如何證明這一點，就需要通過Southern雜交技術。基本做法是：第一步，將受體生物DNA提取出來，經過適當的酶切后，走瓊脂糖凝膠電泳，將不同大小的片段分開；第二步，將凝膠上的DNA片段轉移到硝酸纖維素膜上；第三步，用標記了放射性同位素（或生物素）的目的DNA片段作為探針與硝酸纖維素膜上的DNA進行雜交；第四步，將X光底片壓在硝酸纖維素膜上，在暗處使底片

20、感光；第五步，將X光底片沖洗，如果在底片上出現黑色條帶，則表明受體植物染色體DNA上有目的基因。Northern雜交DNA和RNA分子之間的雜交。它是檢測目的基因是否轉錄出mRNA的方法，具體做法與Southern雜交相同，只是第一步從受體植物中提取的是mRNA而不是DNA，雜交帶的顯現也與Southern雜交相同。Western雜交蛋白質分子（抗原抗體）之間的雜交。它是檢測目的基因是否表達出蛋白質的一種方法。具體做法是：第一步，將目的基因在大腸桿菌中表達出蛋白質；第二步，將表達出的蛋白質注射動物進行免疫，產生相應的抗體，并提取出抗體（一抗）；第三步，從轉基因生物中提取蛋白質，走凝膠電泳；第四步，將凝膠中的蛋白轉移到硝酸纖維素膜上；第五步，將抗體（一抗）與硝酸纖維素膜上的蛋白雜交，這時抗體（一抗）與目的基因表達的蛋白（抗原）會特異結合。由于這種抗原抗