第二节基因工程(二)

基因工程（二）主讲：黄冈中学优秀生物教师严贻兰一、知识概述1、基因工程的应用；2、蛋白质工程的崛起；3、蛋白质工程与基因工程的关系。二、重点知识归纳及讲解（一）基因工程的应用1、植物基因工程的成果提高农作物的抗逆能力、改良农作物的品质、利用植物生产药物等。(1)抗虫转基因植物1993年，中国农业科学院的科学家成功地培育出了抗棉铃虫的转基因抗虫棉。(2)抗病转基因植物转黄瓜抗青枯病基因的甜椒(3)抗逆转基因植物(4)利用转基因改良植物的品质2、动物基因工程的成果(1)提高动物的生长速度生长快、肉质好的转基因鱼(中国)(2)改善畜产品的品质①优良基因：肠乳糖酶基因。②成果：转基因牛乳汁中乳糖含量少，而其他营养成分不受影响。(3)转基因动物生产药物①基因来源：药用蛋白基因＋乳腺蛋白基因的启动子等调控组件。②成果：乳腺生物反应器。乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷)③乳腺生物反应器与微生物生产的比较类型项目乳腺生物反应器微生物生产基因结构动物基因结构与人类基因结构相同与人类基因结构不同基因表达与天然蛋白质活性没有区别由于缺少内质网、高尔基体等细胞器，产物可能不具有生物活性产物提取从乳汁中较易分离提取从细胞中提取，较为复杂生产设备畜牧业生产，加工提取设备工业生产，设备精良(4)转基因动物作器官移植的供体①器官供体：抑制或除去抗原决定基因。②成果：利用克隆技术培育没有免疫排斥反应的猪器官。3、基因工程药物我国生产的部分基因工程疫苗和药物人造血液的生产4、基因治疗(1)特点：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。(2)成果：将腺苷酸脱氨酶基因导入患者的淋巴细胞，治疗复合型免疫缺陷症。(3)方法：分为体外基因治疗法和体内基因治疗法。(4)体外基因治疗法和体内基因治疗比较项目类型外源基因类型及举例过程特点成果举例体外基因治疗腺苷酸脱氨酶基因①从病人体内获得某种细胞②细胞培养③体外完成基因转移④筛选并扩增培养操作复杂，但成功率高治疗复合型免疫缺陷症⑤重新输入患者体内体内基因治疗治疗遗传性囊性纤维化病的基因外源基因→载体携带体内相应组织细胞操作简单，成功率低治疗遗传性囊性纤维化病（二）蛋白质工程1、概念：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，以满足人类的生产和生活的需求。2、基本原理3、蛋白质工程与基因工程比较项目蛋白质工程基因工程区别原理中心法则的逆推基因重组过程预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质获取目的基因→构建表达载体→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以合成自然界不存在的蛋白质只能生产自然界已存在的蛋白质联系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。对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现典型例题例1、采用基因工程技术将人凝血因子基因导入山羊受精卵中，培育出了转基因羊。但是人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中。下列有关叙述，正确的是（）A．人体细胞中凝血因子基因的碱基对数目，小于凝血因子氨基酸数目的3倍B．可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组DNA分子导入羊的受精卵C．在该转基因羊中，人凝血因子基因只存在于乳腺细胞，而不存在于其他体细胞中D．人凝血因子基因开始转录后，DNA连接酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNA答案：B解析：人体细胞内遗传信息的表达过程中存在终止密码子等不编码氨基酸的情况，因此，细胞中凝血因子基因的碱基对数目应大于凝血因子氨基酸数目的3倍；在该转基因羊中，人凝血因子基因存在于所有的体细胞中；催化mRNA合成的酶是RNA聚合酶。例2、我国科学家运用基因工程技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞并成功表达，培育出了抗虫棉。下列叙述不正确的是（）A．抗虫基因的提取和运输都需要专用的工具和运载体B．重组DNA分子中增加一个碱基对，不一定导致毒蛋白的毒性丧失C．运用基因工程技术培育抗虫棉克服了远缘杂交不亲和的障碍D．转基因棉花是否具有抗虫特性是通过检测棉花对抗生素抗性来确定的答案：D解析：非编码区的功能是调控基因的表达，对基因功能是必不可少的；基因中增添一个碱基，属于基因突变，很可能引起基因编码产物功能的丧失；转基因作物可能通过花粉将外源基因扩散，造成基因污染。而D中棉花的抗虫性状应该直接用害虫来食用棉花叶片做毒性检测，至于抗生素抗性的检测往往用于对标记基因进行检测以确定外源基因是否成功导入。例3、如图表示从苏云金芽孢杆菌分离出来的杀虫晶体蛋白质基因(简称Bt基因)及形成转基因抗虫植物的图解：请回答：(1)在下列含有ATP和有关的酶的试管中，大量而快捷的获取Bt基因的最佳方案是如图所示中的（）(2)写出b过程表达式：______________________________________________。(3)活化的毒性物质应是一种______________分子，活化的毒性物质全部或部分嵌合于昆虫的细胞膜上，使细胞膜产生孔道，导致细胞由于______________平衡的破坏而破裂。(4)我国在“863”计划资助下开展Bt抗虫棉育种等研究，这将对________、________和农业可持续发展产生巨大影响。(5)胰岛素是治疗依赖型糖尿病的特效药物，但是天然胰岛素在人体内寿命只有几小时，重症病人每天得注射好几次药物，给病人增加了不便和痛苦。通过蛋白质工程改变胰岛素的空间结构，以延长胰岛素的半衰期，得到长效胰岛素；还可以在不改变胰岛素活性部位结构的前提下，增强其他部位的结合强度，使之难以被酶破坏，从而增强其稳定性。①若要利用大肠杆菌生产上述长效胰岛素，需用到的生物工程有______________、______________和______________。②用蛋白质工程生产的胰岛素，与天然胰岛素比较，显著的优点是______________。答案：(1)D(2)Bt基因mRNA原毒素(3)多肽渗透(4)农业害虫防治环境保护(5)①发酵工程基因工程蛋白质工程②具有长效性解析：应用基因工程技术，从苏云金芽孢杆菌中提取杀虫晶体蛋白基因(目的基因)导入棉花细胞中形成转基因抗虫棉，Bt基因的表达使棉花细胞中合成了原毒素，使采食棉花的昆虫中毒死亡。蛋白质工程的实质是生产出自然界原本不存在的蛋白质，所以需对原有的胰岛素进行改造，改造好的目的基因需通过基因工程生产基因产物，并且在生产过程中要借助工程菌，所以还需要进行发酵。-返回-同步测试一、选择题1、下图是获得抗虫棉的技术流程示意图。卡那霉素抗性基因(kanr)常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。下列叙述正确的是（）A．构建重组质粒过程中需要限制性内切酶和DNA连接酶B．愈伤组织的分化产生了不同基因型的植株C．卡那霉素抗性基因(kanr)中有该过程所利用的限制性内切酶的识别位点D．抗虫棉有性生殖后代能保持抗虫性状的稳定遗传2、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．原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良3、北极比目鱼中有抗冻基因,其编码的抗冻蛋白具有11个氨基酸的重复序列，该序列重复次数越多，抗冻能力越强。下图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图，有关叙述正确的是（）A．过程①获取的目的基因，可用于基因工程和比目鱼基因组测序B．多个抗冻基因编码区依次相连成能表达的新基因，不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白C．过程②构成的重组质粒缺乏标记基因，需要转入农杆菌才能进行筛选D．应用DNA探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达4、不属于基因工程方法生产的药物是（）A．干扰素B．白细胞介素C．青霉素D．乙肝疫苗5、下列关于蛋白质工程的叙述中，错误的是（）ABCD6、科学家已能运用基因工程技术，让羊合成并由乳腺分泌抗体，相关叙述中正确的是（）①该技术将导致定向变异②DNA连接酶把目的基因与载体黏性末端的碱基对连接起来③蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供资料④受精卵是理想的受体A．①②③④B．①③④C．②③④D．①②④7、科学家将β－干扰素基因进行定点突变，然后导入大肠杆菌表达，使干扰素第17位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高β－干扰素的抗病性活性，并且提高了储存稳定性。该生物技术为（）A．基因工程B．蛋白质工程C．基因突变D．细胞工程8、用现代生物技术培育生物新品种具有许多优点，以下不属于其优越性的是（）ABCD9、科学家在某种植物中找到了抗枯萎的基因，并以质粒为载体，采用转基因方法培育出了抗枯萎病的金茶花新品种，下列有关说法正确的是（）A．质粒是最常用的载体之一，它仅存在于原核细胞中B．将抗枯萎基因连接到质粒上，用到的工具酶仅是DNA连接酶C．用叶肉细胞作为受体细胞培育出的植株不能表现出抗枯萎性状D．通过该方法获得的抗枯萎病金茶花，产生的配子不一定含抗枯萎病基因10、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11、科学家将控制某药物蛋白合成的基因转移到白色来亨鸡的受精卵细胞的DNA中，发育后的雌鸡就能产出含该药物蛋白的鸡蛋，在每一只鸡蛋的蛋清中都含有大量的药物蛋白，而且用这些鸡蛋孵出的鸡，仍能产出含该药物蛋白的鸡蛋。据此分析，下列叙述错误的是（）A．该过程运用了胚胎移植技术B．这些鸡是转基因工程的动物C．该种变异属于定向变异D．这些鸡的变异来源属于基因重组显示提示提示：1、A提示：质粒与目的基因结合时需要用同一种限制性内切酶切割，用DNA连接酶连接；愈伤组织由相同细胞分裂形成，分化后产生相同基因型的植株；卡那霉素抗性基因作为标记基因不能有限制性内切酶的切割位点；抗虫棉有性生殖后代可能会发生性状分离，抗虫性状不一定能稳定遗传。2、B提示：基因治疗是向目标细胞中引入正常功能的基因，以纠正或补偿基因的缺陷，达到治疗的目的；一种基因探针能检测水体中的一种病毒；原核基因可以用来进行真核生物的遗传改良。3、B提示：过程1获得的目的基因已不含非编码区和内含子，因此不能用于比目鱼基因组测序，因此A错。导入农杆菌是为了扩增和更易导入番茄细胞，C错。DNA探针技术不能检测基因是否完全表达，D错。4、C提示：基因工程生产的药物有胰岛素、干扰素、白细胞介素、溶血栓剂、凝血因子、人造血液代用品、乙肝疫苗等。而青霉素是发酵工程的产品之一。5、D提示：蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→应有的碱基排列，可以创造出自然界中不存在的蛋白质。所以蛋白质工程并不是中心法则的简单逆反。6、B7、B提示：基因工程是通过对基因的操作，将符合人们需要的目的基因导入适宜的生物体，使其高效表达，从中提取所需的基因控制合成的蛋白质，或表现某种性状，蛋白质产品仍然为天然存在的蛋白质；蛋白质工程却是对控制蛋白质合成的基因进行改造，从而实现对其编码的蛋白质的改变，所得到的已不是天然的蛋白质。题目中的操作中涉及的基因显然不再是原来的基因，其合成的β－干扰素也不是天然β－干扰素，而是经过改造的，是人类所需的蛋白质，因而整个过程利用的生物技术应为蛋白质工程。8、C提示：群落是在一定自然区域内，相互之间具有直接和间接关系的各种生物的总和。解决该类题目的规律：基因工程是在两个物种之间9、D提示：质粒在某些真核细胞中也有，如酵母菌；将目的基因连接到质粒上，不但要用到DNA连接酶，在连接之前要用同一种限制酶处理以得到相同的黏性末端；植物的体细胞具有全能性，