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1、第二、三节 基因工程的应用蛋白质工程,基因工程的应用 1.转基因植物,2.转基因动物,3.基因治疗与基因诊断,基因 表达,碱基互 补配对,利用正常基因导入有基因缺陷的细胞中，以表达出正常性状来治疗,制作特定DNA探针与病人样品DNA混合分析杂交带情况,临床 实验,临床 应用,蛋白质工程与基因工程,从预期的蛋白质功能出发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(基因),目的基因的获取重组载体的构建重组载体的导入和筛选目的基因的表达与鉴定,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，获得人类所需的生物类型或生物产品,可生产自然界没有的蛋白质,原则上只能生产自然
2、界已存在的蛋白质,(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)基因工程能为蛋白质工程提供理论及技术支持，蛋白质工程可对基因工程中所需的某些酶进行修饰、改造，使之更符合需要,【高考警示钟】 1.蛋白质工程中的生物性状可以稳定遗传，原因是控制新性状的遗传物质被改变并可以稳定遗传。 2.蛋白质工程与DNA分子重组技术是分不开的，常用到基因工程工具酶，如限制性内切酶和DNA连接酶。,基因工程的应用 【典例训练1】(2012连云港模拟)图1表示科学家通过基因工程培育抗虫棉时，从苏云金杆菌中提取抗虫基因，将其“放入”棉花细胞中与棉花的DNA分子结合起来而发挥作用的过程示意图。请据图回
3、答下列有关问题：,(1)图2表示在图1过程中同时利用EcoRI、EcoR52切割目的基因和载体，以形成两种不同的黏性末端，这种双酶切的优点是_。,(2)图1中过程涉及的生物技术是_；在含四环素的培养基中培养植物细胞，导入重组质粒的细胞能否增殖_，依据是_。 (3)判断基因转化是否成功，应对转基因植物进行鉴定，如果培育成功的植株能抗虫，还应进行_水平鉴定，以确定该变异能否遗传给后代。将上述抗虫棉植株的后代种子种植下去后，往往有很多植株不再具有抗虫性，原因是_，为获得稳定遗传的转基因植株，还需要对转基因植株进行严格的_。 (4)图3表示苏云金杆菌细胞中的某些生命活动过程，则处需要有_酶的催化，两处
4、共有的一种碱基配对方式是_。,【解题指南】 1.考查实质：通过转基因植物的培育过程考查基因工程的操作程序。 2.解题关键：准确识别三幅图示代表的过程是解题的突破口。,【解析】(1)使用双酶切，质粒上的黏性末端不同，用DNA连接酶处理时，质粒不能自身环化，同样技术获得的目的基因也不能自身环化。能够保证目的基因定向插入到特定的位置。(2)图1中过程是重组载体的构建，是导入受体细胞，是由受体细胞获得棉花植株，原理是植物细胞的全能性，技术手段是植物组织培养。分析图示，目的基因插入的位置是四环素抗性基因所在位置，即四环素抗性基因被破坏，倘若培养基中含有四环素，则导入重组质粒的细胞不能增殖。(3)生物变异
5、分为可,遗传变异和不可遗传变异，不可遗传变异不涉及遗传物质，是由环境条件变化引起的，可遗传的变异涉及遗传物质，因此，此种变异能否遗传，要通过基因(分子)水平的鉴定。抗虫基因导入植物细胞后会整合到细胞中的染色体上，两条同源染色体上只有一条会整合抗虫基因，相当于杂合体植株。(4)分析图示，处进行的生命活动是转录过程，处进行的是翻译过程。,答案：(1)保证目的基因定向插入特定位置、防止目的基因和质粒环化(答对一点即可) (2)植物组织培养 不能 在构建基因表达载体的过程中，四环素抗性基因片段被切除 (3)分子(基因) 抗虫植株产生的雌雄配子中各有1/2不含抗虫基因，受精时雌雄配子随机结合，可以产生1
6、/4左右的不具有抗虫性植株 连续自交 (4)RNA聚合 AU,【互动探究】(1)图1中过程常用方法有哪些？ 提示：农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法。 分析：过程为重组载体的导入和筛选。 (2)对转基因抗虫棉进行分子水平的鉴定有哪些方法？ 提示：转录的鉴定：核酸分子杂交； 翻译的鉴定：抗原和抗体杂交。 分析：对目的基因表达的鉴定常从目的基因是否转录和翻译方面鉴定。,蛋白质工程的实验流程 【典例训练2】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 条件下保存半年，给广大患者带来福音。 (1)蛋白质的合成是
7、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”：,(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_的蛋白质，不一定符合_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_或_，对现有蛋白质进行_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_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？_。 原因是：_。,【解题指南】 1.考查实质：对蛋白质工程的实验流
8、程的理解。 2.解题关键： (1)明确蛋白质工程的实质是根据蛋白质预期功能推测出相对应的脱氧核苷酸序列。 (2)明确蛋白质工程是通过改造基因来改造蛋白质。,【解析】(1)蛋白质工程的基本流程为根据预期的蛋白质功能推测出蛋白质结构及控制该蛋白质的基因的脱氧核苷酸序列。 (2)蛋白质工程的实质是通过对基因改造或修饰制造自然界不存在的符合人们生产和生活需要的蛋白质。 (3)蛋白质的空间结构十分复杂，很难根据预期功能来预测出空间结构。 (4)基因控制蛋白质的合成，对基因的改造相当于间接改造了蛋白质。,答案：(1)预期的蛋白质功能 预期的蛋白质结构 应有的氨基酸序列 相对应的脱氧核苷酸序列(基因) (2
9、)自然界已存在 人类生产和生活 基因修饰 基因合成 改造 (3)空间(或高级) (4)应该通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造 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,1.(2012南京模拟)请回答与转基因小鼠的培育过程相关的问题。 (1)获取外源基因常用的工具酶是_，若需在短时间内获得大量的某种外源基因，通常采用_技术。 (2)在供体雌鼠发情周期的某一阶段，用_激素处理
10、促使卵巢里大量卵泡成熟并排出，称为超数排卵。在让供体母鼠与健康公鼠交配的同时，让代孕母鼠与结扎公鼠进行交配，使代孕母鼠与供体母鼠的生理条件达到同步或者一致，称为_处理。,(3)将重组载体导入受精卵常用的方法是_。 (4)将注射有外源DNA的受精卵移入发育培养液中继续培养至_ ，再进行胚胎移植。进行早期胚胎的体外培养时，培养液中除了含有各种无机盐、维生素、氨基酸、核苷酸等营养成分外，还要添加激素和_。 (5)待代孕母鼠产出幼仔后，取幼鼠尾巴细胞提取基因组DNA，可用_法等分析以确定是否为转基因鼠。,【解析】(1)基因工程中常用限制性内切酶获取目的基因，PCR技术可用于短时间内获得大量目的基因。(
11、2)用促性腺激素处理可超数排卵，代孕母鼠与结扎公鼠交配，使得代孕母鼠与供体母鼠的生理条件达到同步或者一致，这称为同期发情。(3)常用显微注射技术将重组质粒导入受精卵。(4)囊胚可用于胚胎移植，进行早期胚胎培养时，还需要加入动物血清。(5)若检测DNA，则用DNA分子杂交法。,答案：(1)限制性内切酶 PCR (2)促性腺 同期发情 (3)显微注射技术 (4)囊胚 动物血清(5)DNA分子杂交(核酸杂交),2.如图是利用奶牛乳汁生产人血清白蛋白的图解，根据下图回答：,(1)在形成图中的过程中，我们称为_， 获取的途径主要有_。 (2)有人对这种牛奶不敢食用，人们对这种转基因食品的担心表现在_、_
12、、_。 (3)人血清白蛋白的生产说明该工程突破了自然界物种之间的_，在基因表达载体中，人的血清白蛋白基因前端必须要有_。 (4)对处理后的分散细胞进行培养，通常要在培养液中添加一定量的_，此外应定期更换_，以便保证被培养的细胞处于_的环境中。,【解析】(1)血清白蛋白基因是目的基因，获取目的基因的途径主要有3个：一是从相应生物的基因文库中获取，二是利用体外PCR技术大量扩增，三是基因比较小，核苷酸序列已知，可以用化学方法直接人工合成。 (2)人们对转基因食品的担心表现在：担心出现滞后效应、担心出现新的过敏原 、担心营养成分改变等。,(3)利用奶牛乳汁生产人血清白蛋白，突破了自然界物种之间的生殖
13、隔离；启动子是一段有特殊结构的DNA片段，是RNA聚合酶识别和结合的部位；有了它才能驱动基因转录出mRNA，翻译出蛋白质，故在基因表达载体中，人血清白蛋白基因前端必须要有启动子。 (4)动物细胞培养首先应保证被培养的细胞处于无菌、无毒的环境；通常还要在细胞培养液中添加一定量的抗生素，以防培养过程中的污染；此外，应定期更换培养液，以便清除代谢产物，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害。,答案：(1)目的基因 从基因文库中获取、PCR技术扩增、人工合成 (2)担心出现滞后效应 担心出现新的过敏原 担心营养成分改变 (3)生殖隔离 启动子 (4)抗生素 培养液 无菌、无毒,3.抗旱植物体内的抗旱基
14、因为R，旱敏基因为r。研究表明，多数抗旱农作物能通过细胞代谢产生一种代谢产物，调节根部细胞内的渗透压，此代谢产物在叶肉细胞内很难找到。 (1)抗旱农作物的叶肉细胞内难以找到与抗旱有关的代谢产物的原因是_。 (2)现已制备足够多的R探针和r探针，通过探针来检测某植物相关的基因型。请据图分析回答：,图中扩增基因常用的方法是_。若已提取到某抗旱植物Rr的叶肉细胞总DNA，_ (“能”或“不能”)以DNA为模板直接扩增抗旱基因，扩增过程中寻找抗旱基因的位置依靠_。 图中处理基因获取单链DNA常用的方法有_。 滤膜上DNA分子杂交发生在_之间。 若被检植物只发生A现象，则被检植物的基因型为_。,【解析】
15、(1)该代谢产物不存在的原因是基因未表达,起调节作用的抗旱基因存在于根细胞内，叶片细胞内含有目的基因但未表达，这是细胞分化的结果。 (2)体外快速扩增DNA的方法是PCR技术；扩增时首先引物要与互补序列结合，然后在DNA聚合酶的作用下延伸，所以可以通过引物来寻找相关基因；解旋的方法有加热和用解旋酶处理；发生杂交的是探针与R基因或r基因，A图表示只形成了R与探针的杂交斑，其基因型为RR。,答案：(1)基因选择性表达 (2)PCR技术 能 引物 解旋酶处理或加热 探针与R基因或r基因 RR,4.如图是某种动物蛋白质工程的示意图，请分析回答：,(1)目前蛋白质工程中难度最大的是图中编号_所示的过程，实现过程的依据有_。 (2)若相关蛋白质的核酸片段是从细胞质获取的，则过程包括_、_。 (3)过程中对核苷酸序列有严格要求的工具酶是_ ，进行过程的目的是_。 (4)为获得较多的受精卵用于研究，过程的处理方案是_。若过程所得的卵母细胞是从卵巢中获得的，则体外受精前的过程表示_。,【解析】(1)蛋白质工程中难度最大的是根据人们的需要设计出蛋白质的结构；由氨基酸序列推测出目的基因的碱基顺序是因为逆转录过程都遵循碱基互补配对原则。 (2)从细胞质获取的核酸片段需经逆转录、诱导突变获取所需的目的基因。因为
