基因工程的應(yīng)用與蛋白質(zhì)工程(一輪復(fù)習(xí))高三—人教版—生物學(xué)選擇性必修3—第3章醫(yī)藥衛(wèi)生食品工業(yè)農(nóng)牧業(yè)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)植物轉(zhuǎn)基因抗病植物轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物改良植物的品質(zhì)提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速率改良畜產(chǎn)品的品質(zhì)細(xì)胞因子抗體疫苗激素食品工業(yè)用酶食品工業(yè)用氨基酸食品工業(yè)用維生素基因工程的應(yīng)用問(wèn)題人們關(guān)注植物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，玉米的賴(lài)氨酸含量低。改良植物品質(zhì)基因工程的應(yīng)用:農(nóng)牧業(yè)醫(yī)藥衛(wèi)生食品工業(yè)賴(lài)氨酸合成調(diào)控達(dá)到一定濃度兩種酶的活性二氫吡啶二羧酸合成酶天冬氨酸激酶+賴(lài)氨酸含量抑制限制玉米賴(lài)氨酸含量低的原因解決方案將某種賴(lài)氨酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胗衩字校梢蕴岣哔?lài)氨酸的含量，科學(xué)家培育的某種轉(zhuǎn)基因玉米中賴(lài)氨酸的含量比對(duì)照高30%。富含賴(lài)氨酸的蛋白質(zhì)基因Ti質(zhì)粒重組Ti質(zhì)粒農(nóng)桿菌玉米細(xì)胞富含賴(lài)氨酸的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)基因玉米轉(zhuǎn)基因玉米問(wèn)題世界上每年因蟲(chóng)害造成農(nóng)產(chǎn)品損失估計(jì)約為13%?；蚬こ痰膽?yīng)用:農(nóng)牧業(yè)醫(yī)藥衛(wèi)生食品工業(yè)問(wèn)題許多栽培作物自身缺少抗病基因。問(wèn)題大多數(shù)除草劑不僅能殺死田間雜草，還會(huì)損傷作物，導(dǎo)致作物減產(chǎn)。問(wèn)題人們關(guān)注植物的觀賞價(jià)值，自然界花朵顏色有限。目的基因Ti質(zhì)粒重組Ti質(zhì)粒農(nóng)桿菌受體細(xì)胞轉(zhuǎn)基因植物轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)植物改良植物品質(zhì)轉(zhuǎn)基因抗病植物轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物“華農(nóng)一號(hào)”轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉轉(zhuǎn)基因矮牽牛轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米轉(zhuǎn)基因玉米花青素代謝相關(guān)的基因抗蟲(chóng)基因抗病基因抗除草劑基因問(wèn)題外源生長(zhǎng)激素基因的表達(dá)可以使動(dòng)物生長(zhǎng)得很快。基因工程的應(yīng)用:農(nóng)牧業(yè)醫(yī)藥衛(wèi)生食品工業(yè)問(wèn)題有些人由于乳糖酶分泌少，不能完全消化牛奶中的乳糖，食用牛奶后會(huì)出現(xiàn)腹瀉等不適癥狀，這稱(chēng)為乳糖不耐受。我國(guó)約有1/3的成年人乳糖不耐受。提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速率改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)轉(zhuǎn)生長(zhǎng)激素基因的鯉魚(yú)(下)非轉(zhuǎn)基因鯉魚(yú)（上）世界首例轉(zhuǎn)乳糖分解酶基因奶牛用目的基因構(gòu)建基因表達(dá)載體受精卵早期胚胎代孕母體具有新性狀的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物顯微注射體外胚胎培養(yǎng)胚胎移植生長(zhǎng)激素基因乳糖酶基因分娩問(wèn)題傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)類(lèi)藥物生產(chǎn)中，是直接從生物的組織、細(xì)胞或血液中提取而來(lái)的，所以產(chǎn)量低，價(jià)格貴，供應(yīng)不足。解決方案對(duì)微生物或動(dòng)植物的細(xì)胞進(jìn)行基因改造生產(chǎn)藥物。基因工程的應(yīng)用:農(nóng)牧業(yè)醫(yī)藥衛(wèi)生食品工業(yè)1.利用哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物藥用蛋白基因乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子等調(diào)控元件重組載體哺乳動(dòng)物受精卵早期胚胎乳汁中含藥用蛋白代孕母體轉(zhuǎn)基因奶牛目前已經(jīng)在牛、山羊等動(dòng)物的乳腺生物反應(yīng)器中，獲得了抗凝血酶、血清白蛋白、生長(zhǎng)激素和α-抗胰蛋白酶等重要醫(yī)藥產(chǎn)品。

應(yīng)用

實(shí)例乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器顯微注射【深度思考】1.利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)獲得的已整合藥用蛋白基因的轉(zhuǎn)基因小鼠分泌的乳汁中檢測(cè)不到藥用蛋白，根據(jù)中心法則分析，其可能的原因是什么？藥用蛋白基因沒(méi)有轉(zhuǎn)錄或翻譯。2.某些轉(zhuǎn)基因藥物只在雌性動(dòng)物的乳腺細(xì)胞表達(dá)的原因是什么？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(guò)顯微注射的方法導(dǎo)入哺乳動(dòng)物的受精卵中，讓藥用蛋白基因只在乳腺細(xì)胞中選擇性表達(dá)。3.生物反應(yīng)器除了用乳腺還可以膀胱，研制膀胱生物反應(yīng)器時(shí)，應(yīng)如何處理目的基因？將目的基因與膀胱上皮細(xì)胞中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子等調(diào)控元件重組在一起。4.膀胱生物反應(yīng)器哪些方面優(yōu)于乳腺生物反應(yīng)器？不局限于性別與生長(zhǎng)期（乳腺生物反應(yīng)器必須是雌性，且泌乳期才會(huì)分泌）。問(wèn)題傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)類(lèi)藥物生產(chǎn)中，是直接從生物的組織、細(xì)胞或血液中提取而來(lái)的，所以產(chǎn)量低，價(jià)格貴，供應(yīng)不足。解決方案對(duì)微生物或動(dòng)植物的細(xì)胞進(jìn)行基因改造生產(chǎn)藥物。基因工程的應(yīng)用:農(nóng)牧業(yè)醫(yī)藥衛(wèi)生食品工業(yè)2.微生物制藥這些藥物包括細(xì)胞因子、抗體、疫苗和激素等。我國(guó)生產(chǎn)的重組人干擾素、血小板生成素、促紅細(xì)胞生成素和粒細(xì)胞集落刺激因子等基因工程藥物均已投放市場(chǎng)。

應(yīng)用

實(shí)例干擾素：是動(dòng)物或人體受到病毒侵染后產(chǎn)生的一種細(xì)胞因子，是一種具有干擾病毒復(fù)制作用的糖蛋白，因此在臨床上常作為抗病毒的特效藥。干擾素基因載體重組載體大腸桿菌轉(zhuǎn)基因大腸桿菌產(chǎn)生大量干擾素【深度思考】1.用基因工程改造后的大腸桿菌生產(chǎn)的干擾素和人體產(chǎn)生的干擾素完全相同嗎？

不完全相同。因?yàn)楦蓴_素的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，而大腸桿菌是原核生物，沒(méi)有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體等細(xì)胞器，不能對(duì)翻譯出來(lái)的多肽鏈進(jìn)行加工（大腸桿菌產(chǎn)生的干擾素經(jīng)后續(xù)加工后，與人體產(chǎn)生的干擾素具有同樣的效果）。2.是否可以用改造后的酵母菌代替改造后的大腸桿菌呢？是。酵母菌是真核生物，理論上可以產(chǎn)生與人體相同的干擾素?；蚬こ痰膽?yīng)用:農(nóng)牧業(yè)醫(yī)藥衛(wèi)生食品工業(yè)3.建立移植器官的工廠問(wèn)題解決方案人體移植器官短缺是一個(gè)世界性難題。能否用豬的器官來(lái)解決人類(lèi)器官移植的來(lái)源問(wèn)題，最大的難題是免疫排斥。1.在器官供體的基因組中導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達(dá)；2.設(shè)法除去抗原決定基因，然后再結(jié)合克隆技術(shù)。

培育出不會(huì)引起免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。解決人體移植器官短缺問(wèn)題；避免免疫排斥反應(yīng)。優(yōu)點(diǎn)基因工程菌問(wèn)題隨著人口的增長(zhǎng)和人們飲食需求日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，單純依靠宰殺小牛來(lái)獲得凝乳酶的方法已不能滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求。解決方案科學(xué)家將編碼牛凝乳酶的基因?qū)氪竽c桿菌、黑曲霉或酵母菌的基因組中，再通過(guò)工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)凝乳酶?；蚬こ痰膽?yīng)用:農(nóng)牧業(yè)醫(yī)藥衛(wèi)生食品工業(yè)凝乳酶基因載體重組載體微生物細(xì)胞轉(zhuǎn)基因微生物批量生產(chǎn)凝乳酶導(dǎo)入工業(yè)發(fā)酵大腸桿菌黑曲霉酵母菌食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等。例如：阿斯巴甜、凝乳酶、淀粉酶、脂肪酶等。

應(yīng)用使用凝乳酶來(lái)凝聚固化奶中的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用問(wèn)題人們關(guān)注植物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，玉米的賴(lài)氨酸含量低。賴(lài)氨酸合成調(diào)控達(dá)到一定濃度兩種酶的活性二氫吡啶二羧酸合成酶天冬氨酸激酶+賴(lài)氨酸含量抑制限制第352位的蘇氨酸改造成異亮氨酸提高提高5倍第104位的天冬酰胺改造成異亮氨酸提高解決方案1將某種賴(lài)氨酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胗衩字?，可以提高?lài)氨酸的含量，科學(xué)家培育的某種轉(zhuǎn)基因玉米中賴(lài)氨酸的含量比對(duì)照高30%。解決方案2蛋白質(zhì)工程基因工程提高2倍基因工程的局限性：原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。新天冬氨酸激酶基因和新二氫吡啶二羧酸合成酶基因蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用問(wèn)題人們關(guān)注植物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，玉米的賴(lài)氨酸含量低。解決方案2蛋白質(zhì)工程天然蛋白質(zhì)賴(lài)氨酸含量低預(yù)期結(jié)構(gòu)改造天冬氨酸激酶第352位的蘇氨酸改造成異亮氨酸，二氫吡啶二羧酸合成酶第104位的天冬酰胺改造成異亮氨酸轉(zhuǎn)錄mRNA折疊預(yù)期功能行使功能提高蛋白質(zhì)的賴(lài)氨酸含量設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)改變天冬氨酸激酶第352位和二氫吡啶二羧酸合成酶第104位氨基酸組成推測(cè)序列翻譯多肽鏈大幅度提高賴(lài)氨酸含量根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求，對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)。改造或合成基因①目標(biāo)：②改造蛋白質(zhì)的方法：③蛋白質(zhì)工程的實(shí)質(zhì)：通過(guò)改造或合成基因來(lái)定向改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造新的蛋白質(zhì)1.蛋白質(zhì)工程的基本原理：蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用預(yù)期功能生物功能分子設(shè)計(jì)折疊改造或合成翻譯轉(zhuǎn)錄目的基因蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)氨基酸序列mRNA2.蛋白質(zhì)工程的基本思路：逆中心法則，與天然蛋白質(zhì)合成的過(guò)程相反蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來(lái)的第二代基因工程。蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系。改造或合成基因。改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)，或制造一種新的蛋白質(zhì)。以滿(mǎn)足人類(lèi)生產(chǎn)和生活的需求。分子生物學(xué)、晶體學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)?；A(chǔ):操作方法及對(duì)象:結(jié)果:目的:地位:理論和技術(shù)：3.蛋白質(zhì)工程的概念：①蛋白質(zhì)是由基因編碼的，改造了基因可以間接改造蛋白質(zhì)；②蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，直接改造難度大；③基因可以遺傳，蛋白質(zhì)無(wú)法遺傳；【深度思考】1.對(duì)天然的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，為什么不是直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，而是通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)的？mRNA序列為：GCUUGGAAAGAAUUUDNA序列為：CGAACCTTTCTTAAAGCTTGGAAAGAATTT共___種可能序列322.某多肽鏈的一段氨基酸序列是：—丙氨酸—色氨酸—賴(lài)氨酸—谷氨酸—苯丙氨酸—

請(qǐng)寫(xiě)出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？提示：丙氨酸（GCU、GCC、GCA、GCG)色氨酸(UGG)

賴(lài)氨酸(AAA、AAG）谷氨酸（GAA、GAG）苯丙氨酸（UUU、UUC）共___種可能序列32【深度思考】3.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？

可以人工合成目的基因或從基因文庫(kù)中獲取目的基因。對(duì)基因的改造經(jīng)常會(huì)用到基因定點(diǎn)突變技術(shù)來(lái)進(jìn)行堿基的替換、增添等。拓展延伸根據(jù)改造蛋白質(zhì)的部位的多少，對(duì)蛋白質(zhì)的改造可分為三類(lèi)：（1）大改：設(shè)計(jì)并制造出自然界中不存在的全新蛋白質(zhì)。（2）中改：在蛋白質(zhì)分子中替換某一個(gè)肽段或某一個(gè)特定的結(jié)構(gòu)域。（3）小改：改造蛋白質(zhì)分子中的幾個(gè)氨基酸殘基。蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用4.蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用：醫(yī)藥工業(yè)方面（1）研發(fā)速效胰島素類(lèi)似物天然蛋白質(zhì)易形成二聚體或六聚體預(yù)期功能降低胰島素的聚合作用設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)改變B鏈第20～29位氨基酸組成改造新胰島素基因B28位脯氨酸替換為天冬氨酸或?qū)⑺cB29位的賴(lài)氨酸交換位置推測(cè)序列轉(zhuǎn)錄mRNA翻譯多肽鏈行使功能速效胰島素類(lèi)似物預(yù)期結(jié)構(gòu)折疊等阻礙胰島素從注射部位進(jìn)入血液，延緩了降血糖作用蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用4.蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用：醫(yī)藥工業(yè)方面（2）延長(zhǎng)干擾素體外保存時(shí)間天然干擾素不易保存預(yù)期結(jié)構(gòu)改造一個(gè)半胱氨酸變成絲氨酸新干擾素基因轉(zhuǎn)錄mRNA折疊預(yù)期功能行使功能延長(zhǎng)保存時(shí)間設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)氨基酸替換推測(cè)序列翻譯多肽鏈在-70℃下可以保存半年蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用4.蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用：醫(yī)藥工業(yè)方面（3）降低人對(duì)小鼠單克隆抗體的免疫反應(yīng)

通過(guò)改造基因，將小鼠抗體上結(jié)合抗原的區(qū)域（即可變區(qū)）“嫁接”到人的抗體（即恒定區(qū)）上，經(jīng)過(guò)這樣改造的抗體誘發(fā)免疫反應(yīng)的強(qiáng)度就會(huì)減低很多。蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用4.蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用：其他方面①改進(jìn)酶的性能或開(kāi)發(fā)新的工業(yè)用酶；②改造某些參與調(diào)控光合作用的酶，以提高植物光合作用的速率，增加糧食的產(chǎn)量；③改造微生物蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，使它防治病蟲(chóng)害的效果增強(qiáng)；蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用5.蛋白質(zhì)工程的困難：蛋白質(zhì)工程是一項(xiàng)難度很大的工程。主要原因：蛋白質(zhì)發(fā)揮功能必須依賴(lài)于正確的高級(jí)結(jié)構(gòu)，而這種高級(jí)結(jié)構(gòu)往往十分復(fù)雜。由計(jì)算機(jī)建立的血紅蛋白三維結(jié)構(gòu)模型前景展望：

科學(xué)家要設(shè)計(jì)出更加符合人類(lèi)需要的蛋白質(zhì)，還需要不斷地攻堅(jiān)克難。隨著科技的深入發(fā)展，蛋白質(zhì)工程將會(huì)給人類(lèi)帶來(lái)更多的福祉。三級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)謝謝觀看！基因工程的應(yīng)用與蛋白質(zhì)工程(一輪復(fù)習(xí)答疑)高三—人教版—生物學(xué)選擇性必修3—第3章【真題演練體驗(yàn)感悟】1.（2022·江蘇）采用基因工程技術(shù)調(diào)控植物激素代謝，可實(shí)現(xiàn)作物改良。下列相關(guān)敘述不合理的是()A.用特異啟動(dòng)子誘導(dǎo)表達(dá)iaaM（生長(zhǎng)素合成基因）可獲得無(wú)子果實(shí)B.大量表達(dá)ipt（細(xì)胞分裂素合成關(guān)鍵基因）可抑制芽的分化C.提高ga2ox（氧化赤霉素的酶基因）的表達(dá)水平可獲得矮化品種D.在果實(shí)中表達(dá)acs（乙烯合成關(guān)鍵酶基因）的反義基因可延遲果實(shí)成熟√【真題演練體驗(yàn)感悟】2.（2021·遼寧）腈水合酶（N0）廣泛應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)和醫(yī)藥原料生產(chǎn)等領(lǐng)域，但不耐高溫。利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)在N0的α和β亞基之間加入一段連接肽，可獲得熱穩(wěn)定的融合型腈水合酶（N1）。下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()A.N1與N0氨基酸序列的差異是影響其熱穩(wěn)定性的原因之一B.加入連接肽需要通過(guò)改造基因?qū)崿F(xiàn)C.獲得N1的過(guò)程需要進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和翻譯D.檢測(cè)N1的活性時(shí)先將N1與底物充分混合，再置于高溫環(huán)境√【真題演練體驗(yàn)感悟】3.(2022·湖南)水蛭是我國(guó)的傳統(tǒng)中藥材，主要藥理成分水蛭素為水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。擬通過(guò)蛋白質(zhì)工程改造水蛭素結(jié)構(gòu)，提高其抗凝血活性?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)蛋白質(zhì)工程流程如圖所示，物質(zhì)a是__________________________，物質(zhì)b是_______。在生產(chǎn)過(guò)程中，物質(zhì)b可能不同，合成的蛋白質(zhì)空間構(gòu)象卻相同，原因是________________。具有相應(yīng)氨基酸序列的多肽鏈mRNA密碼子的簡(jiǎn)并性【真題演練體驗(yàn)感悟】3.(2022·湖南)水蛭是我國(guó)的傳統(tǒng)中藥材，主要藥理成分水蛭素為水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。擬通過(guò)蛋白質(zhì)工程改造水蛭素結(jié)構(gòu)，提高其抗凝血活性?；卮鹣铝袉?wèn)題：(2)蛋白質(zhì)工程是基因工程的延伸，基因工程中獲取目的基因的常用方法有_________________________、______________________________________和利用PCR技術(shù)擴(kuò)增。PCR技術(shù)遵循的基本原理是_______________。從基因文庫(kù)中獲取目的基因通過(guò)DNA合成儀用化學(xué)方法直接人工合成DNA半保留復(fù)制【真題演練體驗(yàn)感悟】(3)將提取的水蛭蛋白經(jīng)甲、乙兩種蛋白酶水解后，分析水解產(chǎn)物中的肽含量及其