新高考生物一轮复习核心考点练习课件第58讲+基因工程的应用和蛋白质工程（含解析）

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第58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有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。
考点一　基因工程的应用
考点二　蛋白质工程的原理和应用
主要考点 必备知识
1.基因工程在农牧业方面的应用
转基因抗虫水稻（绿色植株）与对照（被害虫侵害的黄色植株）
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。
病毒外壳蛋白基因（CP基因）病毒的复制酶基因
几丁质酶基因抗毒素合成基因
施用除草剂后的转基因抗除草剂玉米田
种植转基因抗除草剂大豆的农田
赖氨酸缺少对健康很不利。科学家们将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物，或改变这种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。
转生长激素基因鲤鱼（下）与非转基因鲤鱼（上）
有些人由于乳糖酶分泌少，不能完全消化牛奶中的乳糖，食用牛奶后会出现腹泻等不适症状，称之为乳糖不耐受。
2.基因工程在医药卫生领域的应用
是动物或人体受到病毒侵染后产生的一种细胞因子，是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，因此在临床上常作为抗病毒的特效药。
传统生产干扰素的方法是从人血液中的白细胞内提取，每300L血液只能提取出1mg干扰素。1980—1982年，科学家用基因工程方法:
大量可以产生干扰素的大肠杆菌&酵母菌
目前已经在牛、山羊等动物的乳腺生物反应器中，获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等重要医药产品。
乳腺生物反应器或乳房生物反应器
乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件
3.在食品工业方面的应用
3.基因工程在食品工业方面的应用
1.下图是利用基因工程培育抗虫植物的示意图。以下相关叙述，正确的是(　　)
A．⑤只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异B．③侵染植物细胞后，重组Ti质粒整合到④的染色体上C．④的染色体上若含抗虫基因，则⑤就表现出抗虫性状D．②的构建需要限制性内切核酸酶和DNA聚合酶参与
解析：⑤为转基因植物，只要表现出抗虫性状就说明转入的目的基因成功表达了，基因工程的原理是基因重组，属于可遗传变异，A正确；③侵染植物细胞后，重组Ti质粒上的T－DNA整合到棉花细胞的染色体上，B错误；受体细胞的染色体上可能含抗虫基因，但不代表该基因就一定成功表达，因此不能确定⑤是否表现出抗虫性状，C错误；基因表达载体的构建需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶参与，D错误。
[对点训练]1．我国科学家通过基因工程生产出了乙型肝炎病毒疫苗，为预防乙肝提供了有力的保障。通过基因工程技术生产乙肝疫苗的过程如下图所示。请回答下列问题： (1)若要获得大量的目的基因，可采用PCR技术进行体外扩增，该技术中使用的引物有___种，所需的酶是__________________________________。(2)进行②过程之前需构建基因表达载体，其中常用的载体是________。为提高②过程的转化效率，常采用的方法是____________________________。
Taq DNA聚合酶(或耐高温的DNA聚合酶)
用Ca2＋(CaCl2)溶液处理细菌
[对点训练]1．我国科学家通过基因工程生产出了乙型肝炎病毒疫苗，为预防乙肝提供了有力的保障。通过基因工程技术生产乙肝疫苗的过程如下图所示。请回答下列问题： (3)若将上述受体菌换成酵母菌，生产乙肝疫苗的效果会更好，从细胞结构的角度分析，原因是_______________________________________________ __________________________________________。(4)乙肝病毒可以用于基因工程，可推知乙肝病毒属于____(填“DNA”或“RNA”)病毒。乙肝病毒专一侵染肝细胞的原因是______________________。
酵母菌具有内质网、高尔基体，可以对由核糖体合成的肽链进行剪切、折叠、加工、修饰等处理
肝细胞表面有乙肝病毒的受体
解析：(1)PCR技术中，需要与两条模板链结合的2种不同的引物，使得耐高温的DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸。(2)在构建基因表达载体的过程中，常用的载体是质粒。为了提高将重组质粒导入细菌的转化效率，常用Ca2＋(CaCl2)溶液处理细菌，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。
1.转基因抗病农作物不需要使用农药(　　)2.利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品，如人的血清白蛋白，这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中(　　)3.由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用(　　)
1.(选择性必修3 P90)乳腺生物反应器是指将　　　　　　与乳腺中____　　　　　　　　等调控元件重组在一起，通过　　　　的方法导入哺乳动物的　　　中，由这个受精卵发育成的转基因动物在进入泌乳期后，可以通过分泌　　来生产所需要的药物。2.(选择性必修3 P91)用转基因动物做器官移植的供体，方法是将器官供体基因组导入　　　　　　，以抑制_______________________________　　　　　，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。
抗原决定基因的表达，或设法除去抗
蛋白质工程的原理和应用
1.蛋白质工程崛起的缘由
对蛋白质分子的设计和改造是通过蛋白质工程来实现的。 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，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。 它是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程，是包含多学科的综合科技工程。
3.蛋白质工程的原理 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→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。
4. 蛋白质工程的流程
注意：对天然蛋白质进行改造，通过对基因的操作来实现的。 ①任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。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还是无法遗传的。 ②对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小得多。
自然界中已存在的蛋白质
①研发速效胰岛素类似物已经在临床上广泛应用
既保持抗体的特异性和亲和力，又大大减少了在人体内的免疫原性。
改进酶的性能或开发新的工业用酶
治癌酶的改造： HSV-TK自杀基因的原理。(A) HSV-TK在肿瘤细胞中诱导细胞毒性和凋亡。(I) 编码胸苷激酶的 HSV-1 TK 基因被递送至靶细胞。HSV-1 胸苷激酶和细胞激酶的表达允许前药 (GCV) 在细胞中被激活为有毒药物 (GCV-TP) 并破坏靶细胞的 DNA。（Ⅱ）基因治疗通过激活靶细胞中的p53信号通路诱导内源性细胞凋亡。（Ⅲ）基因治疗诱导外源性细胞凋亡。(B)旁观者效应导致相邻细胞死亡。
①改造某些参与调控光合作用的酶，提高植物光合作用的效率，增加粮食产量。
②设计优良的微生物农药，改造微生物的蛋白质结构，使其防治病虫害的效果增强。
ACS Catalysis封面文章：微生物所吴边团队通过计算机蛋白质设计实现温和条件下微塑料的生物降解
1.下列有关蛋白质工程的叙述正确的是(　　)A．蛋白质工程无须构建基因表达载体B．通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍是天然的蛋白质C．蛋白质工程需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶D．蛋白质工程是在蛋白质分子水平上改造蛋白质的
解析:蛋白质工程属于第二代基因工程，其本质是通过改造天然基因，改造天然蛋白质而获得自然界中不存在的蛋白质，故A、B、D错误，C正确，故选C。
[对点训练]2．中国T2DM(胰岛β细胞功能衰退型糖尿病)的发病率由1979年的1.00%上升到2019年的4.37%，补充胰岛素是控制和缓解病情的重要途径。胰岛素(由α、β两条多肽链组成)的生产由提取动物胰岛素发展到了利用基因工程生产重组人胰岛素。(1)构建重组质粒时(如图所示)，为避免目的基因任意连接和载体的自身环化，应选用___________酶切处理目的基因和载体。构建完成的表达载体除了目的基因、标记基因以外，还必须有______________________等调控组件。
　启动子、终止子、复制原点
(2)利用大肠杆菌生产重组人胰岛素时，构建表达载体的目的基因应从________文库中获取，重组大肠杆菌合成的人胰岛素原没有活性，需用________酶将其加工成含α、β两条多肽链的胰岛素。(3)利用奶牛设计乳腺生物反应器生产人胰岛素，为使人胰岛素基因在奶牛乳腺中特异表达，构建表达载体时应将目的基因与_____________________ ___________________________的启动子等调控组件重组在一起，并选用________为受体细胞。(4)重组人胰岛素分子容易发生聚合而影响作用效果，可将胰岛素分子的氨基酸序列及结构进行局部调整，形成胰岛素类似物加以避免。请根据上述设想，补充完善其基本研发流程：预期蛋白质功能→设计预期蛋白质的空间结构→推测氨基酸序列→_________________________________→构建表达载体，转基因获得胰岛素类似物。
奶牛乳腺蛋白基因(或奶牛乳腺中特异表达的基因)
找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)
解析:(1)外源DNA分子中含有限制酶SmaⅠ、PstⅠ、AluⅠ的识别序列和切割位点，其中限制酶AluⅠ的切割位点位于目的基因上，因此不能用该酶进行切割；若只用PstⅠ切割会导致目的基因和载体自身环化或反向连接，因此构建重组质粒时，应选用限制酶SmaⅠ、PstⅠ处理目的基因和载体。基因表达载体的组成包括目的基因、标记基因、启动子、终止子、复制原点等。(2)将真核基因导入原核生物时，一般从cDNA文库中获取目的基因；重组大肠杆菌合成的人胰岛素原没有活性，需用蛋白酶将其加工成含α、β两条多肽链的胰岛素。(3)利用奶牛设计乳腺生物反应器生产人胰岛素，为使人胰岛素基因在奶牛乳腺中特异表达，构建表达载体时应将目的基因与奶牛乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，并选用受精卵为受体细胞。(4)题述设想需要采用蛋白质工程技术，因此基本研发流程：预期蛋白质功能→设计预期蛋白质的空间结构→推测氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)→构建表达载体，转基因获得胰岛素类似物。
1.蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质(　　)2.蛋白质工程可以合成自然界中不存在的蛋白质(　　)3.蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构(　　)