第52講基因工程的應用和蛋白質工程【課標要求】1.舉例說明基因工程在農牧業、醫藥衛生和食品工業等行業的廣泛應用改善了人類的生活品質。2.概述人們依據基因工程原理，進行蛋白質設計和改造，可以獲得性狀和功能更符合人類需求的蛋白質。3.舉例說明依據人類須要對原有蛋白質結構進行基因改造、生產目標蛋白的過程。考點一基因工程的應用1.基因工程在農牧業方面的應用（1）轉基因抗蟲植物：從某些生物中分別出具有，將它導入作物中培育出具有抗蟲性的作物。（2）轉基因抗病植物：將來源于某些病毒、真菌等的導入植物中，培育出轉基因抗病植物。（3）轉基因抗除草劑植物：將某種除草劑的基因導入作物，可以培育出抗除草劑的作物品種。（4）改良植物的品質：將某種必需氨基酸含量多的導入植物中，可以提高這種氨基酸的含量。將與植物導入矮牽牛中，使它呈現出自然界沒有的顏色變異，大大提高了它的觀賞價值。（5）提高動物的生長速率：由于的表達可以使轉基因動物生長得更快，將這類基因導入動物體內，以提高動物的生長速率。（6）改善畜產品的品質：將導入奶牛基因組，使獲得的轉基因牛分泌的中，乳糖的含量大大降低，而其他養分成分不受影響。2.基因工程在醫藥衛生領域的應用（1）（2）器官移植：在器官供體的基因組中導入某種，以抑制的表達，或設法除去抗原確定基因，然后再結合技術，培育出不會引起反應的轉基因克隆器官。3.基因工程在食品工業方面的應用[答案自填]1.（1）抗蟲功能的基因（2）抗病基因（3）降解或抗拒（4）蛋白質編碼基因花青素代謝相關的基因（5）外源生長激素基因（6）腸乳糖酶基因乳汁2.（1）基因改造特異表達的基因的啟動子顯微注射受精卵（2）調整因子抗原確定基因克隆免疫排斥3.基因工程菌牛凝乳酶的基因基因工程菌[教材命題點思索]1.野外種植轉基因抗A害蟲植物的同時，還種植確定量的同種不抗蟲植物，可降低抗性害蟲在整個害蟲種群中所占比例的增加速率。試分析其中的緣由。提示：種植確定量的同種不抗蟲植物，對抗性害蟲的選擇作用減弱。2.乳腺生物反應器經過有性生殖產生的后代確定可以產生目標蛋白質嗎？為什么？提示：不愿定。①目的基因在受體細胞中不是成對存在的，相當于雜合子，配子中可能不含該基因，則有性生殖產生的后代中可能不含目的基因。②有性生殖產生的后代可能為雄性，不能分泌乳汁。3.人的胰島素基因導入大腸桿菌后不能正確表達出胰島素，其緣由是______________________________________________。提示：真核細胞的基因結構不同于原核細胞，其轉錄出的mRNA需加工后才能作為翻譯的模板，細菌中不存在此機制1.（2024·湛江二模）紅細胞生成素（EPO）是人體內促進紅細胞生成的一種糖蛋白，可用于治療腎衰性貧血等疾病。由于自然EPO來源極為有限，某科研團隊接受基因工程培育轉基因羊作為乳腺生物反應器，使其能合成EPO。下列有關敘述錯誤的是（）A．構建表達載體時需將EPO基因插入乳腺蛋白基因的啟動子的上游B．一般狀況下，該轉基因羊中的EPO基因只在羊的乳腺細胞中表達C．可用顯微注射技術將含有EPO基因的表達載體導入羊的受精卵中D．用PCR擴增人EPO基因，須要一段已知的EPO基因核苷酸序列解析：選A。啟動子是一段有特殊序列結構的DNA片段，能驅動基因轉錄出mRNA，位于基因的上游，故構建表達載體時需將EPO基因（目的基因）插入乳腺蛋白基因的啟動子的下游，A項錯誤；一般狀況下，該轉基因羊中的EPO基因只在羊的乳腺細胞中表達，B項正確；將目的基因導入動物受精卵最常用的方法是顯微注射法，C項正確；用PCR擴增人EPO基因，須要一段已知的EPO基因核苷酸序列，以便依據這一序列合成引物，D項正確。2.利用基因工程技術生產羧酸酯酶（CarE）制劑的流程如下圖所示，下列敘述正確的是（）A．過程①需運用耐高溫的DNA聚合酶B．過程②需運用解旋酶和PCR獲得目的基因C．過程③運用的大腸桿菌細胞可用Na＋處理D．過程④可利用PCR技術檢測目的基因是否已導入受體細胞解析：選D。過程①表示利用mRNA通過逆轉錄法合成目的基因，須要逆轉錄酶的催化，A項錯誤；過程②表示利用PCR技術對目的基因進行擴增，該過程中不須要運用解旋酶，B項錯誤；大腸桿菌細胞應運用Ca2＋處理，使其處于一種能吸取四周環境中DNA分子的生理狀態，C項錯誤；過程④可利用PCR技術檢測目的基因是否已導入受體細胞，D項正確。3.（2024·廣東選擇考）非細胞合成技術是一種運用合成生物學方法，在細胞外構建多酶催化體系，獲得目標產物的新技術，其核心是各種酶基因的挖掘、表達等。我國科學家設計了4步酶促反應的非細胞合成路途（如下圖所示），可干脆用淀粉生產肌醇（重要的醫藥食品原料），以期解決高溫強酸水解方法造成的嚴峻污染問題，并可以提高產率。回答下列問題：（1）探討人員接受PCR技術從土壤微生物基因組中擴增得到目標酶基因。此外，獲得酶基因的方法還__________________________________（答出2種即可）。（2）高質量的DNA模板是成功擴增出目的基因的前提條件之一。在制備高質量DNA模板時必需除去蛋白，方法有____________________________________________（答出2種即可）。（3）探討人員運用大腸桿菌BL21作為受體細胞、pET20b為表達載體分別進行4種酶的表達。表達載體轉化大腸桿菌時，首先應制備_____________細胞。為了檢測目的基因是否成功表達出酶蛋白，須要接受的方法有______________________________________________。（4）依上圖所示流程，在確定的溫度、pH等條件下，將4種酶與可溶性淀粉溶液混合組成一個反應體系。若這些酶最適反應條件不同，可能導致的結果是。在分子水平上，可以通過變更，從而變更蛋白質的結構，實現對酶特性的改造和優化。解析：（1）獲得目的基因的方法除接受PCR技術擴增外，還有從基因文庫中獲得、人工合成等方法。（2）蛋白酶可分解蛋白質，但不會分解DNA；蛋白質在高溫條件下會變性失活，而DNA雖然在高溫時會變性，但在低溫時又會復性，因此在制備高質量的DNA模板時，去除蛋白可接受酶解法或高溫處理。（3）將大腸桿菌作為基因工程的受體細胞時，首先應用Ca2＋處理，使其成為能吸取外界DNA的感受態細胞。檢測目的基因是否成功表達出酶蛋白可接受抗原—抗體雜交。（4）酶的作用條件有適宜的溫度、pH等，溫度過低，酶的活性會降低，溫度過高、強酸或強堿的狀況下，酶的活性會降低甚至失活，依據題圖所示流程，在確定的溫度、pH等條件下，將4種酶與可溶性淀粉溶液混合組成一個反應體系，這4種酶的最適反應條件不同，會導致