第49課基因工程的應用及蛋白質工程第十單元生物技術與工程·學業質量水平要求·1.舉例說明基因工程在農牧、食品及醫藥等行業的廣泛應用改善了人類的生活品質。2.概述人們根據基因工程原理，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.舉例說明依據人類需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______植物；(2)轉基因______植物；(3)轉基因__________植物；(4)改良植物的品質；(5)提高動物的__________；(6)改善畜產品的品質。抗蟲抗病抗除草劑生長速率2．基因工程在醫藥衛生領域的應用(1)對______________________進行基因改造，使它們能夠生產藥物；(2)讓哺乳動物批量生產______；(3)可能使建立__________工廠的設想成為現實。3．基因工程在食品工業方面的應用利用基因工程菌生產食品工業用酶、氨基酸和維生素等。微生物或動植物的細胞藥物移植器官4．乳腺生物反應器與工程菌生產藥物的區別比較內容乳腺生物反應器工程菌含義指將外源基因在哺乳動物的乳腺中特異表達，利用動物的乳腺組織生產藥物蛋白指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的菌類基因表達合成的藥物蛋白與天然蛋白質相同微生物合成的藥物蛋白可能沒有活性受體細胞動物受精卵微生物細胞目的基因導入方式顯微注射法Ca2+處理法生產條件不需嚴格滅菌；溫度等外界條件對其影響不大需嚴格滅菌，嚴格控制工程菌所需的溫度、pH、營養物質濃度等外界條件藥物提取從動物乳汁中提取從微生物細胞或其培養液中提取1．利用工程菌可以生產人的胰島素等某些激素。(

)2．基因工程中，要培育轉基因植物和動物，選用的受體細胞都是受精卵。

(

)3．由大腸桿菌工程菌獲得人的干擾素后可直接應用。(

)4．來自蘇云金桿菌的抗蟲蛋白基因只能應用于棉花。(

)5．“轉基因抗蟲植物”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的菌類一般稱為基因工程菌。(

)√××××√1．(選擇性必修3P90正文)生產乳腺生物反應器構建基因表達載體時有什么特別要求？為什么？____________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________。2．(選擇性必修3P90正文)利用轉基因細菌不能直接生產干擾素等化學本質為糖蛋白的藥物，原因是________________________________________________________

_______________。3．(選擇性必修3P91正文)利用基因工程技術對豬的器官進行改造，采用的方法是在器官供體的基因組中導入某種調節因子，其目的是__________________________

___________________________________________________________________________________________。細菌中只有核糖體，沒有內質網和高爾基體等其他細胞器，不必須把藥用蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調控元件重組在一起。因為只有連接了乳腺蛋白基因的啟動子，才能保證相應的目的基因在雌性動物進入泌乳期后在其乳腺細胞內得以表達能加工糖蛋白抑制抗原決定基因的表達，或設法除去抗原決定基因，再結合克隆技術，培育出不會引起免疫排斥反應的轉基因克隆豬器官1．(2024·天津模擬)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。由于天然EPO來源極為有限，某科研團隊采用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。下列說法錯誤的是(

)A．用顯微注射技術將含EPO基因的表達載體導入羊的乳腺細胞中，可得到乳腺生物反應器B．構建基因表達載體時，需將EPO基因與乳腺蛋白基因的啟動子重組在一起C．該轉基因羊中的EPO基因可在羊的乳腺細胞中表達D．可通過PCR技術檢測EPO基因是否插入山羊基因組中√A

解析：用顯微注射技術將含EPO基因的表達載體導入羊的受精卵中，可得到乳腺生物反應器，A錯誤；在構建基因表達載體時，需要將EPO基因和乳腺蛋白基因的啟動子等調控元件重組在一起，這樣才能使目的基因只在乳腺組織中表達，B正確；EPO基因與乳腺蛋白基因的啟動子重組在一起，可以在羊的乳腺細胞中表達，其他細胞中不表達，C正確；目的基因進入受體細胞后，是否穩定維持和表達其遺傳特性，只有通過檢測與鑒定才能知道，可通過PCR技術檢測EPO基因是否成功插入山羊基因組中，D正確。2．(2023·廣東卷)中外科學家經多年合作研究，發現circDNMT1(一種RNA分子)通過與抑癌基因p53表達的蛋白結合誘發乳腺癌，為解決乳腺癌這一威脅全球女性健康的重大問題提供了新思路。下列敘述錯誤的是(

)A．p53基因突變可能引起細胞癌變B．p53蛋白能夠調控細胞的生長和增殖C．circDNMT1高表達會使乳腺癌細胞增殖變慢D．circDNMT1的基因編輯可用于乳腺癌的基礎研究√C

解析：p53是抑癌基因，p53基因突變可能引發細胞癌變，A正確；抑癌基因表達的蛋白質能調控細胞的生長和增殖，B正確；circDNMT1高表達會促進其與抑癌基因p53表達的蛋白質結合，誘發乳腺癌，使乳腺癌細胞增殖加快，C錯誤；circDNMT1的基因編輯可以減少circDNMT1的合成，避免(減少)乳腺癌的發生，可用于乳腺癌的基礎研究，D正確。3．為提高轉基因抗蟲棉的抗蟲持久性，可采取基因策略(包括提高殺蟲基因的表達量、向棉花中轉入多種殺蟲基因等)。例如，早期種植的抗蟲棉只轉入了一種Bt毒蛋白基因，抗蟲機制比較單一；現在經常將兩種或兩種以上Bt基因同時轉入棉花。關于上述基因策略，下列敘述錯誤的是(

)A．提高Bt基因的表達量，可降低抗蟲棉種植區的棉鈴蟲種群密度B．轉入棉花植株的兩種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T-DNA并轉入棉花植株，則兩種基因互為等位基因D．轉入多種Bt基因能提高抗蟲持久性，是因為棉鈴蟲基因突變頻率低且不定向√C

解析：提高Bt基因表達量，使抗蟲蛋白含量增加，可以使更多的棉鈴蟲被淘汰，所以可以降低棉鈴蟲的種群密度，A正確；如果兩種Bt基因轉入同一條染色體上，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T-DNA并轉入棉花植株，兩個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同源染色體上、控制相對性狀，C錯誤；由于棉鈴蟲基因突變頻率低且不定向，轉入多種Bt基因可以降低棉鈴蟲抗Bt毒蛋白的能力，從而提高抗蟲持久性，D正確。考點二蛋白質工程1．蛋白質工程的概念基礎蛋白質分子的結構規律及其與__________的關系目的合成滿足人類生產和生活需求的________措施基因改造或__________生物功能蛋白質基因合成2.蛋白質工程的基本原理3．蛋白質工程的應用(1)醫藥工業方面：利用蛋白質工程研發藥物。(2)其他工業方面：被廣泛用于改進__________或開發新的工業用酶。(3)農業方面：科學家正在嘗試改造某些__________________的酶，以提高植物光合作用的效率，增加糧食產量。質功能氨基酸序列蛋白新的基因酶的性能參與調控光合作用4．蛋白質工程與基因工程的區別和聯系1．蛋白質工程可以合成自然界中不存在的蛋白質。(

)2．蛋白質工程是在基因工程的基礎上，延伸出來的第二代基因工程，是涉及多學科的綜合科技工程領域。(

)3．蛋白質工程是在分子水平上對蛋白質分子直接進行操作，定向改變分子的結構。(

)√√×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正文發掘)對天然蛋白質進行改造，是通過對基因的操作來實現的，原因是_______________________________________________________

___________________________________________________________________。①蛋白質具有十分復雜的空間結構，但基因的結構相對簡單，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中獲取目的基因。對基因的改造經常會用到基因定點突變技術來進行堿基的替換、增添等容易改造；②改造后的基因可以遺傳給下一代，被改造后的蛋白質無法遺傳1．天然人白細胞介素-2(IL-2)是一種由133個氨基酸殘基組成的多肽，該多肽含有3個半胱氨酸，其中一個半胱氨酸(Cys125)殘基以游離方式存在，另兩個(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將基因中編碼Cys125的堿基TGT轉換成TCT或GCA，使Cys125轉換成絲氨酸或丙氨酸，不僅避免了錯誤配對的發生，而且產生的新IL-2的生物活性不受影響，其熱穩定性也得到了明顯的改善。下列相關敘述正確的是(

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

解析：白細胞介素屬于免疫活性物質，但不是抗體，A錯誤；蛋白質工程可以生產自然界中本不存在的蛋白質，據題干信息可知，通過題中過程可以產生新的蛋白質，所以屬于蛋白質工程，B正確；蛋白質工程通過對基因修飾或基因合成間接改造蛋白質的結構從而改變其穩定性，C錯誤；基因表達蛋白質的過程遵循中心法則，D錯誤。2．(2021·廣東卷)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。中國科學家設計了4步酶促反應的非細胞合成路線(如圖所示)，可直接用淀粉生產肌醇(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重污染問題，并可以提高產率。回答下列問題：(1)研究人員采用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有____________________________。(答出兩種即可)(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模板時必須除去蛋白質，方法有__________________________。(答出兩種即可)從基因文庫中獲取、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，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，可以通過改變__________，從而改變蛋白質的結構，實現對酶特性的改造和優化。感受態抗原—抗體雜交不能獲基因的結構得肌醇或肌醇產量較低解析：(1)除了PCR技術以外，基因工程中獲取目的基因的方法還有從基因文庫中獲取、人工合成等。(2)除去混合在DNA中的蛋白質，可以利用酶解法水解除去蛋白質