第55讲　基因工程的应用和蛋白质工程

第55讲基因工程的应用和蛋白质工程(1)举例说明基因工程在农牧、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质。(2)举例说明依据人类需要对原蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。课标内容1目

录基因工程的应用23蛋白质工程的原理和应用关键·真题必刷基础·精细梳理典例·精心深研考点一基因工程的应用1.乳腺生物反应器

乳腺中特异表达的基因

乳腺中特异表达的基因的启动子受精卵显微注射所需的药品乳腺生物反应器是利用转基因动物的乳汁生产药用蛋白，而膀胱生物反应器是利用转基因动物的尿液生产药用蛋白，其优点是不受动物的性别、生长发育时期的限制，提取简单高效。

2.利用基因工程菌生产药物微生物Ca2＋处理法2.利用基因工程菌生产药物1.人的胰岛素基因导入大肠杆菌后不能正确表达出胰岛素，其原因是__________________________________________________________________ _________________________________________________________________。真核细胞的基因结构不同于原核细胞，其转录出的mRNA需加工后才能作为翻译的模板，细菌中不存在此机制2.为提高动物的生长速度，需将外源生长激素基因导入动物体内，应该选择的受体细胞是什么？并说明理由。

提示受精卵。受精卵体积较大，操作较容易，营养物质含量丰富，也能保障发育成的个体所有细胞都含有外源生长激素基因，全能性较高。考向

结合基因工程的应用，考查社会责任1.(2024·福建宁德期末)利用转基因山羊乳腺生物反应器生产丁酰胆碱酯酶，可治疗有机磷中毒。下列叙述错误的是(

)A.应该用山羊乳腺中特异表达的基因的启动子构建基因表达载体B.通过体细胞克隆可将丁酰胆碱酯酶基因传递给子代C.通过显微注射技术将基因表达载体导入山羊乳腺细胞D.山羊乳腺细胞可将肽链加工成具有一定空间结构的丁酰胆碱酯酶C解析要得到转基因山羊乳腺生物反应器，在构建基因表达载体时需要山羊乳腺中特异表达的基因的启动子，使目的基因只在乳腺细胞中表达，A正确；通过显微注射技术将基因表达载体导入山羊受精卵，C错误；山羊乳腺细胞中含有内质网和高尔基体，可将肽链加工成具有一定空间结构的丁酰胆碱酯酶，D正确。B2.(2024·广东韶关调研)生物技术的进步在给人类带来福祉的同时，会引起人们对它安全性的关注，也会与伦理道德发生碰撞，带来新的伦理困惑与挑战，下列有关生物技术应用的做法正确的是(

)A.在我国，可通过生殖性克隆解决一些夫妇的不孕不育问题B.利用基因工程技术改造HIV以获得安全、性能良好的载体C.只要有证据表明转基因食品有害，就应全面禁止转基因技术在食品上的应用D.将蛋白酶基因与目的基因一同转入受体细胞利于基因表达产物的提纯解析可通过试管婴儿解决一些夫妇的不孕不育问题，我国禁止生殖性克隆人，A错误；HIV中的RNA可借助逆转录酶通过逆转录形成DNA并将其整合到宿主细胞的DNA上，因而HIV可作为基因工程的载体，但要利用基因工程技术改造HIV，使HIV失去致病性，B正确；要理性看待转基因技术，不能只要有证据表明转基因食品有害，就全面禁止转基因技术在食品上的应用，C错误；将蛋白酶基因与目的基因一同转入受体细胞，表达出来的蛋白酶可能会将目的基因表达的蛋白质水解，不利于基因表达产物的提纯，D错误。乳腺生物反应器与工程菌的比较比较内容乳腺生物反应器工程菌含义让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指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的微生物基因表达合成的药物蛋白与天然蛋白相同细菌合成的药物蛋白可能没有活性受体细胞动物受精卵微生物细胞目的基因导入方式显微注射法Ca2＋处理法乳腺生物反应器与工程菌的比较比较内容乳腺生物反应器工程菌生产条件不需要严格灭菌，温度等外界条件对其影响不大需要严格灭菌，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或其培养液中提取基础·精细梳理典例·精心深研考点二蛋白质工程的原理和应用1.概念剖析结构规律生物功能

新的蛋白质2.流程图写出流程图中字母代表的含义：A.______

B.______

C.__________

D.________

E.__________转录翻译分子设计多肽链预期功能3.蛋白质工程与基因工程的区别和联系3.蛋白质工程与基因工程的区别和联系考向

结合蛋白质工程，考查科学探究1.(2024·湖北孝感高中质检)下图表示蛋白质工程的操作过程，相关说法错误的是(

)CA.a、b过程分别是转录、翻译B.蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作C.蛋白质工程是完全摆脱基因工程技术的一项全新的生物工程技术D.蛋白质工程中可能构建出一种全新的基因解析a过程是以DNA的一条链为模板合成mRNA的转录过程，b过程是以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的多肽链的翻译过程，A正确；蛋白质工程是指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，通过改造或合成基因，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活需求，因此蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作，B正确；蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程，C错误；蛋白质工程中，可能根据已经明确的蛋白质的结构构建出一种全新的基因，D正确。D2.(2024·福州一中质检)胰岛素用于治疗糖尿病，但胰岛素注射后易在皮下堆积，需较长时间才能进入血液，进入血液后又易被分解，因此治疗效果受到影响。下图是新的速效胰岛素的生产过程，有关叙述正确的是(

)A.新的胰岛素的产生是依据基因工程原理完成的B.新的胰岛素生产过程中不涉及中心法则C.新的胰岛素产生过程中最困难的一步是由胰岛素分子结构推测氨基酸序列D.若用大肠杆菌生产新的胰岛素，常用Ca2＋处理大肠杆菌解析新的胰岛素的产生是依据蛋白质工程原理完成的，A错误；新的胰岛素生产过程中涉及转录、翻译的过程，其涉及中心法则，B错误；新的胰岛素产生过程中最困难的一步是设计新的胰岛素分子的空间结构，C错误；把目的基因导入大肠杆菌，常用Ca2＋处理大肠杆菌，使其成为感受态细胞，利于重组质粒的进入，D正确。关键·真题必刷1.(2022·湖南卷，22)水蛭是我国的传统中药材，主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构，提高其抗凝血活性。回答下列问题： (1)蛋白质工程流程如图所示，物质a是

，物质b是

。在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是__________________________________________________________________。氨基酸序列(多肽链)mRNA密码子的简并(2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有

、

和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是

。从基因文库中获取目的基因通过DNA合成仪用化学方法人工合成DNA半保留复制(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性，结果如图所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的

(填“种类”或“含量”)有关，导致其活性不同的原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________。种类提取的水蛭蛋白的酶解时间和处理的酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异，简要写出实验设计思路。__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。取3支试管，分别加入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素；用注射器取同一种动物(如家兔)血液，立即将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，放在适宜条件下静置一段时间，观察统计三支试管中血液凝固时间解析(1)根据蛋白质工程的基本流程，a是氨基酸序列(多肽链)，b是mRNA。在生产过程中，mRNA可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是密码子具有简并的特性，即一种氨基酸可能有几个对应的密码子，使不同mRNA翻译出来的氨基酸序列相同。(2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有从基因文库中获取、通过DNA合成仪用化学方法人工合成和利用PCR技术扩增。PCR技术是体外扩增DNA的技术，遵循的基本原理是DNA半保留复制。(3)分析曲线图可知，酶甲、酶乙处理，水解产物中的肽含量都随着酶解时间的延长而逐渐升高，且两种酶作用下差别不大；经酶甲处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先升高而后保持相对稳定；经酶乙处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升而后有所下降，且酶甲处理后的产物的抗凝血活性最终高于酶乙处理后的酶解产物的抗凝血活性。据此推测两种酶处理后水解产物的抗凝血活性差异主要与肽的种类有关，导致其活性不同的原因是提取的水蛭蛋白的酶解时间和处理的酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏。(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异，可以以这三种物质作为自变量，分别检测它们的抗凝血活性，故实验设计思路为：取3支试管，分别加入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素；取同一种动物(如家兔)血液，立即将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，放在适宜条件下静置一段时间，观察统计三支试管中血液凝固时间。2.(2023·海南卷，20)基因递送是植物遗传改良的重要技术之一，我国多个实验室合作开发了一种新型基因递送系统(切—浸—生芽Cut－Dip－Budding，简称CDB法)。图1与图2分别是利用常规转化法和CDB法在某植物中递送基因的示意图。回答下列问题：(1)图1中，从外植体转变成愈伤组织的过程属于

；从愈伤组织到幼苗的培养过程需要的激素有生长素和

，该过程还需要光照，其作用是____________________________________________________________________。脱分化细胞分裂素诱导叶绿素的形成，使幼苗能够进行光合作用(2)图1中的愈伤组织，若不经过共培养环节，直接诱导培养得到的植株可以保持植株A的

。图1中，含有外源基因的转化植株A若用于生产种子，其包装需标注

。遗传特性转基因种子(3)图1与图2中，农杆菌侵染植物细胞时，可将外源基因递送到植物细胞中的原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________。

农杆菌细胞内含Ti质粒，当它侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的T－DNA转移并整合到受体细胞染色体DNA上(4)已知某酶(PDS)缺失会导致植株白化。某团队构建了用于敲除PDS基因的CRISPR/Cas9基因编辑载体(含有绿色荧光蛋白标记基因)，利用图2中的CDB法将该重组载体导入植株B，长出毛状根，成功获得转化植株B。据此分析，从毛状根中获得阳性毛状根段的方法是______________________________________。检测毛状根段是否有绿色荧光图2中，鉴定导入幼苗中的基因编辑载体是否成功发挥作用的方法是____________________________________________________________________依据是__________________________________________________________________________________________________________________________________。植物PDS中靶区域测序(或根据PDS基因的碱基序列设计引物进行PCR扩增)

若导入幼苗的基因编辑载体成功发挥作用，则PDS基因被敲除