高考生物一轮精品复习 1.2 基因工程的应用、蛋白质工程的崛起学案 新人教版选修3.doc

1.3 基因工程的应用1.4 蛋白质工程的崛起【高考新动向】1、基因工程的应用2、蛋白质工程【考纲全景透析】一、基因工程的应用1、植物基因工程：抗虫、抗病、抗逆转基因植物，利用转基因改良植物的品质。2、动物基因工程：提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物，用转基因动物作器官移植供体3、基因工程药物4、基因治疗：把正常的外源基因导入病人体内，使该基因表达产物发挥作用。二、蛋白质工程1、崛起的缘由：生物的长期进化过程中形成的天然蛋白质、结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。2、目标：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。3、操作手段：基因修饰或基因合成4、操作过程：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）【热点难点全析】一、基因工程的应用成果1.乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较(1)概念乳腺生物反应器是指将外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白。工程菌是指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系。(2)两者的区别比较项目乳腺生物反应器工程菌基因结构动物基因的结构与人类基因的结构基本相同细菌或酵母菌等生物基因的结构与人类基因的结构有较大差异基因表达合成的药物蛋白与天然蛋白质相同细菌细胞内没有内质网、高尔基体等细胞器，产生的药物蛋白可能没有活性受体细胞动物的受精卵微生物细胞导入目的基因的方式显微注射法感受态细胞法生产条件不需严格灭菌，温度等外界条件对其影响不大需严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、ph、营养物质浓度等外界条件药物提取从动物乳汁中提取从微生物细胞中提取生产设备畜牧业生产，加提取设备工业生产、设备精良2、基因治疗的类型比较比较项目体外基因治疗体内基因治疗成果举例用腺苷酸脱氨酶基因治疗复合型免疫缺陷病用正常基因治疗遗传性囊性纤维化病过程取患者的淋巴细胞细胞培养将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞中筛选将导入成功的淋巴细胞转入患者体内用经过修饰的腺病毒作载体结合正常基因，构建基因表达载体导入患者肺组织中特点操作复杂，成功率高一些操作简单，成功率低3、植物基因工程的应用植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力（如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等）以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。（1）提高抗逆性常用抗虫基因：用于抗虫（杀虫）的基因主要是bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等。常用抗病基因：a.抗病毒基因有：病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因；b.抗真菌基因有：几丁质酶基因和抗毒素合成基因其他抗逆基因：环境条件对农作物的生产会造成很大影响，并且这些影响是多方面的，因此，抗逆性基因也有多种多样，如：抗盐碱和干旱的调节细胞渗透压基因、抗冻基因、抗除草剂基因等等。（2）改良植物品质由于人们的食品含有的营养不平衡，不能满足人们对食品的要求，这样，可以通过转基因技术，使植物能够合成某些本来不能合成的物质。如科学家将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，或者改变这些氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量。（3）生产药物基因工程不但促进了传统技术的变革，也为人类提供了传统产业难以得到的许多昂贵药品，并已形成基因工程制药业的雏形。目前诸如人胰岛素、人生长激素、人脑激素、干扰素、乙肝疫苗、蛋白c、组织血纤维蛋白溶酶原激活剂等数十种基因工程药物已实现商品化。此外，还有促红细胞生成素、白细胞介素2、肾素、心钠素等一大批珍贵药品正处于试用或临床试验阶段。4、动物基因工程的应用（1）用于提高动物生长速度：由于外援生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快，将这类基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。如：转基因绵羊和转基因鲤鱼。（2）用于改善畜产品的品质：基因工程可用于改善畜产品的品质。如：有些人对牛奶中的乳糖不能完全消化或食用后会出现过敏、腹泻、恶心等不适症状，科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，这样所获得的牛奶其成分不受影响，但乳糖的含量大大减低。（3）用转基因动物做器官移植的供体：目前，人体移植器官短缺是一个世界性的难题，用其它动物的器官替代，又会出现免疫排斥现象，现在，科学家正试图利用基因工程方法对一些动物的器官进行改造，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆器官。5、基因治疗（1）概念：基因治疗是把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，这是治疗遗传病的最有效的手段。（2）方法：体外基因治疗和体内基因治疗体外基因治疗：先从病人体内获得某种相关细胞，进行培养，然后在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内，这种方法叫做体外基因治疗。体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移基因的治疗方法叫做体内基因治疗。说明：对于遗传病的治疗最根本的方法是进行基因替换或修复。基因治疗的最佳时期理论上是受精卵时期，这样可以使个体的每个细胞都含有正常基因，但在现实生活中是不可能的，因为不可能人人在受精卵时期进行基因检查。其次是对患者进行相关细胞的基因替换，如：对于遗传性糖尿病患者，只对胰腺的b细胞进行基因替换，该个体就能正常分泌胰岛素，糖尿病得以治疗；但这种局部细胞的基因替换，并没有改变其它部位细胞的基因，如精原细胞，其后代很大可能还会患遗传性糖尿病。二、蛋白质工程和基因工程的关系蛋白质工程基因工程过程预期蛋白质功能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获取目的基因构建基因表达载体将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定实质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，以获得人类所需的生物类型或生物产品结果可产生自然界没有的蛋白质只能生产自然界已有的蛋白质联系（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）基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质进行修饰、改造【高考零距离】1、（2011山东高考）人类疾病的转基因动物模型常用于致病机理的探讨及治疗药物的筛选。利用正常大鼠制备遗传性高血压转基因模型大鼠的流程如图所示。（1）卵母细胞除从活体输卵管中采集外，还可从已处死的雌鼠 中获取。（2）图中的高血压相关基因作为 ，质粒作为 ，二者需用 切割后连接成重组载体，该过程与质粒上含有 有关。（3）子代大鼠如果 和 ，即可分别在分子水平和个体水平上说明高血压相关基因已成功表达，然后可用其建立高血压转基因动物模型。（4）在上述转基因大鼠的培育过程中，所用到的主要胚胎工程技术是 、早期胚胎培养和胚胎移植。【解析】本题主要考查基因工程和胚胎工程技术。（1）获取卵母细胞的途径：从活体输卵管中采集，从已处死的雌鼠卵巢中获取。（2）题干中论述：利用正常大鼠制备遗传性高血压转基因模型大鼠，所以推测目的基因为与高血压相关的基因，质粒为载体，两者必须用相同的限制性内切酶切割，有相同的黏性末端，才能连接，能被限制性内切酶切割，是因为具有限制性内切酶的切割位点。（3）如果检测到相应蛋白质，即可在分子水平进行检测目的基因是否表达，如果检测已患高血压，即可在个体水平进行检测目的基因是否表达。 (4)在上述转基因大鼠的培育过程中，所用到的主要胚胎工程技术是体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植。【答案】（1）卵巢 （2）目的基因 载体 同一种限制性内切酶 限制性内切酶的切割位点（3）检测到相应蛋白质 出现高血压 (4)体外受精2、（2010天津高考）（26分） .（14分）下图是培育表达人乳铁蛋白的乳腺生物反应器的技术路线。图中tetr表示四环素抗性基因，ampr表示氨苄青霉素抗性金银，bamhi、hindiii、smai直线所示为三种限制酶的酶切位点。据图回答：（1）图中将人乳铁蛋白基因插入载体，需用 限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因。筛选含有重组载体的大肠杆菌首先需要在含 的培养基上进行。（2）能使人乳铁蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达的调控序列是 （填字母代号）。a.启动子 b. tetr c.复制原点 d. ampr（3）过程可采用的操作方法是 （填字母代号）。a.农杆菌转化 b. 大肠杆菌转化 c.显微注射 d. 细胞融合（4）过程可采用的生物技术是 。（5）对早期胚胎进行切割，经过程可获得多个新个体。这利用了细胞的 性。（6）为检测人乳铁蛋白是否成功表达，可采用 （填字母代号）技术。a.核酸分子杂交 b. 基因序列分析 c.抗原抗体杂交 d. pcr【解析】i（1）据图，仅将人乳铁蛋白基因切割出来，需要在人乳铁蛋白基因的左侧用banhi切割，右侧用hindiii切割。当人乳铁蛋白基因和质粒连接成重组质粒后，tetr基因被人乳铁蛋白基因隔开，不是完整的，而anpr基因是完整的，所以筛选含有重组载体的大肠肝菌首先需要字含氨苄青霉素的培养基上进行。（2）基因表达的调控序列在启动子上。（3）将重组质粒导入动物细胞，常采用显微镜的方法。（4）过程的左侧是早期胚胎，右侧是代孕牛，过程采用的生物技术是胚胎移植。（5）将细胞培养为个体，利用了细胞的全能性。（6）检测目的基因在手提细胞中是否表达，常采用抗原-抗体杂交技术。【答案】.（1）hind和bamh；氨苄青霉素（2）a（3）c（4）胚胎移植技术（5）全能（6）c【考点提升训练】一、选择题1、上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带人白蛋白基因的转基因牛。他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高了30多倍，标志着我国转基因研究向产业化的目标又迈进了一大步。以下与此有关的叙述中，正确的是()a所谓“提高基因表达水平”是指设法使牛的乳腺细胞中含有更多的人白蛋白基因b可将白蛋白基因导入牛的卵细胞中，通过组织培养形成转基因牛c人们只在转基因牛的乳汁中才能获取人白蛋白，是因为只在转基因牛的乳腺细胞中才有人白蛋白基因d运用基因工程技术让牛合成人白蛋白，该技术将导致定向变异【解析】“提高基因表达水平”是指设法使牛的乳腺细胞中的人白蛋白基因合成出更多的蛋白质。动物细胞的全能性较难实现，用牛的卵细胞不能培养形成转基因牛。转基因牛的细胞中都含有人白蛋白基因，人们只在转基因牛的乳汁中才能获取人白蛋白，是因为人白蛋白基因只在转基因牛的乳腺细胞中表达。【答案】d2、下列关于蛋白质工程和基因工程的比较，不合理的是()a基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造，从而制造一种新的蛋白质b蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成c当得到可以在70 条件下保存半年的干扰素后，在相关酶、氨基酸和适宜的温度、ph条件下，干扰素可以大量自我合成d基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的【答案】c3、采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的做法正确的是()将毒素蛋白注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的dna序列注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的dna序列与质粒重组，导入细菌，用该细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养将编码毒素蛋白的dna序列与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵abc d【解析】基因工程一般要经历四个步骤：提取目的基因、目的基因与运载体结合、将目的基因导入受体细胞及目的基因的检测和表达。所以在导入目的基因前，首先要获得目的基因即本题中的编码毒素蛋白的dna序列，然后要将目的基因与运载体结合即与细菌质粒重组。完成上述两步以后才将目的基因导入受体细胞即棉的体细胞或受精卵，目的基因导入受体细胞后，可随受体细胞的繁殖而复制，所以上述、操作是正确的。【答案】c4、研究人员想将生长激素基因通过质粒导入大肠杆菌细胞内，以表达产生生长激素。已知质粒中存在两个抗性基因；a是抗链霉素基因，b是抗氨苄青霉素基因，且目的基因不插入到基因a、b中。大肠杆菌不带有任何抗性基因，则筛选获得“工程菌”的培养基的抗生素首先应该()a仅有链霉素b仅有氨苄青霉素c同时含链霉素和氨苄青霉素d无链霉素和氨苄青霉素【解析】筛选“工程菌”应用选择性培养基。因混合细胞中同时存在没有导入重组质粒的大肠杆菌和导入重组质粒的大肠杆菌两种细胞，要筛选出导入了重组质粒的大肠杆菌就需在培养基中加入与质粒中标记基因所对应的抗生素。【答案】c5、有关基因工程的成果及应用的说法正确的是()a用基因工程方法培育的抗虫植物也能抗病毒b基因工程在畜牧业上应用的主要目的是培养体型巨大、品质优良的动物c任何一种假单孢杆菌都能分解4种石油成分，所以假单孢杆菌是“超级菌”d基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具抗逆性的农作物【解析】用基因工程方法培育的抗虫植物只是杀死害虫，对病毒无效；基因工程在畜牧业上的应用不仅是培养体型巨大、品质优良的动物，更重要的是利用某些特定外源基因在哺乳动物体内表达，从这些动物的乳腺细胞中获得人类需要的各类物质；每种假单孢杆菌只能分解石油中的一种成分，“超级菌”是用基因工程方法将能分解三种烃类的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌体内，创造出的能同时分解四种烃类的细菌。【答案】d6、下列关于蛋白质工程的叙述，错误的是()a蛋白质工程的实质是通过改造基因来改造蛋白质b蛋白质工程在设计蛋白质结构时的依据是现有基因的脱氧核苷酸序列c蛋白质工程的基础是基因工程d蛋白质工程遵循的原理包括中心法则【解析】蛋白质工程是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计，然后根据设计的蛋白质结构，最终得到特定的脱氧核苷酸序列。【答案】b7、对人类糖尿病的基因治疗研究，大致分为以下步骤：提取目的基因将目的基因与质粒结合为重组质粒将重组质粒导入大肠杆菌重组质粒在菌体内增殖分离重组质粒，提取目的基因将目的基因与某种病毒结合为重组dna将重组dna导入人体有基因缺陷的细胞目的基因的检测和表达对上述步骤的有关叙述，正确的是()a过程可以用“鸟枪法”提取b过程是为了修饰基因c过程和在细胞内进行d两次使用运载体导入受体细胞的目的不同【答案】d8、随着转基因工程的发展，动物乳腺生物发生器和膀胱生物发生器都取得了一定的进展，可在含有目的基因的哺乳动物的乳汁或尿液中获得所需产品。下列有关二者的叙述错误的是()a培育这两种转基因生物的方法基本相同b培育二者所用的目的基因的受体细胞都是受精卵c培育前者所用的目的基因的受体细胞是乳腺细胞，培育后者所用的目的基因的受体细胞是膀胱细胞d二者的体细胞中都含有目的基因，但前者在乳腺细胞中表达，后者在膀胱上皮细胞中表达【答案】c9、蛋白质工程与基因工程相比，其突出特点是()a基因工程原则上能生产任何蛋白质b蛋白质工程能对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质c蛋白质工程可以不通过转录和翻译来实现d蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第三代基因工程【解析】蛋白质工程通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求，是延伸出来的第二代基因工程。【答案】b10、（2012泉州质检）钱永健先生因在研究绿色荧光蛋白方面的杰出成就而获2008年诺贝尔奖。在某种生物中检测不到绿色荧光，将水母绿色荧光蛋白基因转入该生物体内后，结果可以检测到绿色荧光。由此可知 ( )a该生物的基因型是杂合的b该生物与水母有很近的亲缘关系c绿色荧光蛋白基因在该生物体内得到了表达d改变绿色荧光蛋白基因的1个核苷酸对，就不能检测到绿色荧光【解析】某种生物中检测不到绿色荧光，将水母绿色荧光蛋白基因转入该生物体内后，结果可以检测到绿色荧光，说明绿色荧光蛋白基因在该生物体内得到了表达。【答案】c11、下列关于基因工程成果的概述，不正确的是()a在医药卫生方面，主要用于诊断治疗疾病b在农业上主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗性的农作物c在畜牧养殖业上培育出了体型巨大、品质优良的动物d在环境保护方面主要用于环境监测和对污染环境的净化【答案】a12、下列关于基因工程应用的叙述，正确的是()a基因治疗就是把缺陷基因诱变成正常基因b基因诊断的基本原理是dna分子杂交c一种基因探针能检测水体中的各种病毒d利用基因工程生产乙肝疫苗时，目的基因存在于人体b淋巴细胞的dna中【解析】基因治疗是把正常基因导入有基因缺陷的细胞中；基因诊断是让正常人的dna与病人基因组中分离出的dna进行杂交来诊断疾病；一种基因探针只能检测水体中的一种病毒；利用基因工程生产乙肝疫苗时的目的基因是乙肝病毒的核酸。【答案】b13、下列关于基因工程应用的叙述，正确的是( )a.我国的转基因抗虫棉转入的抗虫基因是bt毒蛋白基因b.利用乳腺生物反应器能够获得一些重要医药产品，如人的血清白蛋白，这是因为将人的血清白蛋白基因转入了动物的乳腺细胞中c.由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用d.为培育成抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体【解析】转基因抗虫棉转入的抗虫基因是bt毒蛋白基因；利用乳腺生物反应器能够获得人的血清白蛋白，这是因为将人的血清白蛋白基因转入了动物的受精卵细胞中，且在乳腺细胞中表达产生了人的血清白蛋白；大肠杆菌细胞中缺少内质网、高尔基体等细胞器，获得人的干扰素后要经过进一步的修饰才具有生物活性；为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时可以受精卵为受体细胞，也可以是体细胞。【答案】a14、科学家将-干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达，使干扰素第十七位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高了-干扰素的抗病毒活性，并且提高了储存稳定性。该生物技术为( ) a.蛋白质工程b.基因工程c.基因突变d.细胞工程【解析】题干中的操作涉及的基因显然不再是原来的基因，其合成的-干扰素也不是天然-干扰素，而是经过改造的，是具有人类所需优点的蛋白质，因而整个过程利用的生物技术为蛋白质工程。【答案】a15、下列关于蛋白质工程和基因工程的比较，不合理的是a.基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造，从而制造一种新的蛋白质b.蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成c.当得到可以在-70条件下保存半年的干扰素后，在相关酶、氨基酸和适宜的温度、ph条件下，干扰素可以大量自我合成d.基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的【解析】基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造，从而制造一种新的蛋白质；蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成，这样产生的改变才能遗传下去；蛋白质不是遗传物质，不可能自我复制；由于基因工程和蛋白质工程都是对基因进行操作，因此，基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的。【答案】c二、非选择题16、回答有关基因工程的问题：(1)构建基因工程表达载体时，用不同类型的限制酶切割dna后，可能产生黏性末端，也可能产生 末端。若要在限制酶切割目的基因和质粒后使其直接进行连接，则应选择能使二者产生 (相同、不同)黏性末端的限制酶。(2)利用大肠杆菌生产人胰岛素时，构建的表达载体含有人胰岛素基因及其启动子等，其中启动子的作用是 。在用表达载体转化大肠杆菌时，常用 处理大肠杆菌，以利于表达载体进入；为了检测胰岛素基因是否转录出了mrna，可用标记的胰岛素基因片段作探针与mrna杂交，该杂交技术称为 。为了检测胰岛素基因转录的mrna是否翻译成 ，常用抗原-抗体杂交技术。(3)如果要将某目的基因通过农杆菌转化法导入植物细胞，先要将目的基因插入农杆菌ti质粒的 中，然后用该农杆菌感染植物细胞，通过dna重组将目的基因插入植物细胞的 上。【解析】（1）用限制酶切割dna后，可能产生黏性末端，也可能产生平末端。目的基因和质粒被切割后若能直接进行连接，则应选择能使二者产生相同黏性末端的限制酶。（2）启动子的作用是驱动基因转录出mrna。基因工程中常用cacl2处理大肠杆菌，以增大细胞壁的通透性，利于表达载体进入。用基因片段作探针与相应mrna杂交的技术称为分子杂交技术。胰岛素基因的表达过程包括转录成相应mrna和翻译成胰岛素两个步骤。（3）在农杆菌转化法中，应将目的基因先插入农杆菌ti质粒的tdna中，然后用该农杆菌感染植物细胞，通过dna重组将目的基因插入植物细胞的dna上。【答案】（1）平 相同（2）驱动基因转录出mrna cacl2