基因工程的应用及蛋白质工程

1、【备选考点备选考点】基因工程的应用和蛋白质工程基因工程的应用和蛋白质工程 1.1.基因工程的应用：基因工程的应用： (1)(1)乳腺生物反应器。乳腺生物反应器。 优点：产量高、质量好、成本低、易提取等。优点：产量高、质量好、成本低、易提取等。 操作过程：获取目的基因操作过程：获取目的基因构建基因表达载体构建基因表达载体显微注射导入哺乳显微注射导入哺乳 动物受精卵中动物受精卵中形成早期胚胎形成早期胚胎将胚胎移植到母体动物子宫内将胚胎移植到母体动物子宫内发育发育 成转基因动物成转基因动物在雌性个体中目的基因表达，从分泌的乳汁中提取所在雌性个体中目的基因表达，从分泌的乳汁中提取所 需蛋白质。需蛋白质

2、。 (2)(2)基因工程药品。基因工程药品。 生产方式：利用基因工程培育生产方式：利用基因工程培育“工程菌工程菌”来生产药品。来生产药品。 a.“a.“工程菌工程菌”：用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表达的菌：用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表达的菌 类细胞株系，如含有人胰岛素基因的大肠杆菌菌株、含有抗虫基因的类细胞株系，如含有人胰岛素基因的大肠杆菌菌株、含有抗虫基因的 土壤农杆菌菌株等。土壤农杆菌菌株等。 b.b.用基因工程生产的药品，从化学成分上分析都应该是蛋白质类。用基因工程生产的药品，从化学成分上分析都应该是蛋白质类。 成果：生产出细胞因子、抗体、疫苗、激素等。成果：生产出

3、细胞因子、抗体、疫苗、激素等。 (3)(3)基因诊断。基因诊断。 方法：方法：DNADNA分子杂交技术分子杂交技术( (即即DNADNA探针法探针法) )。 主要过程：主要过程： 将互补的双链将互补的双链DNADNA解旋解旋 获得单链获得单链DNADNA片段片段 用同位素、荧光分子或化学发光催化剂标记单链用同位素、荧光分子或化学发光催化剂标记单链DNADNA片段片段 引入待检测的引入待检测的DNADNA样品中样品中 检测检测DNADNA样品样品 (4)(4)基因治疗。基因治疗。 方法：基因置换、基因修复、基因增补、基因失活等。方法：基因置换、基因修复、基因增补、基因失活等。 途径。途径。 a.

4、a.体外基因治疗：先从病人体内获得某种细胞进行培养，然后在体外体外基因治疗：先从病人体内获得某种细胞进行培养，然后在体外 完成转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内，完成转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内， 如腺苷酸脱氨酶基因的转移。如腺苷酸脱氨酶基因的转移。 b.b.体内基因治疗：用基因工程的方法，直接向人体组织细胞中转移基体内基因治疗：用基因工程的方法，直接向人体组织细胞中转移基 因的方法。因的方法。 2.2.蛋白质工程与基因工程：蛋白质工程与基因工程： (1)(1)区别：区别： 项项 目目 蛋白质工程蛋白质工程基因工程基因工程 过过 程程 预期蛋白

5、质功能预期蛋白质功能设计预设计预 期的蛋白质结构期的蛋白质结构推测应推测应 有的氨基酸序列有的氨基酸序列找到相找到相 对应的脱氧核苷酸序列对应的脱氧核苷酸序列 获取目的基因获取目的基因构建基因构建基因 表达载体表达载体将目的基因导将目的基因导 入受体细胞入受体细胞目的基因的目的基因的 检测与鉴定检测与鉴定 实实 质质 定向改造或生产人类所需定向改造或生产人类所需 的蛋白质的蛋白质 定向改造生物的遗传特性，定向改造生物的遗传特性， 以获得人类所需的生物类以获得人类所需的生物类 型或生物产品型或生物产品 结结 果果 可生产自然界没有的蛋白可生产自然界没有的蛋白 质质 只能生产自然界已有的蛋只能生产

6、自然界已有的蛋 白质白质 (2)(2)联系。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。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。 基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造。基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造。 【考题回访考题回访】 1.(20131.(2013新课标全国卷新课标全国卷节选节选) )阅读如下资料：阅读如下资料： 资料：资料：T T4 4溶菌酶在温度较高时易失去活性。科学家对编码溶菌酶在温度较高时易失去活性。科学家对编码T T4 4溶菌酶的溶菌酶的 基因进行了改造，使其表达的基因进行了改造，使其表达的T

7、T4 4溶菌酶第溶菌酶第3 3位的异亮氨酸变为半胱氨位的异亮氨酸变为半胱氨 酸，在该半胱氨酸与第酸，在该半胱氨酸与第9797位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，提高位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，提高 了了T T4 4溶菌酶的耐热性。溶菌酶的耐热性。 回答下列问题：回答下列问题： 该资料属于该资料属于工程的范畴。该工程是指以分子生物学相关理论工程的范畴。该工程是指以分子生物学相关理论 为基础，通过基因修饰或基因合成，对为基础，通过基因修饰或基因合成，对进行改造，或制造进行改造，或制造 一种一种的技术。在该实例中，引起的技术。在该实例中，引起T T4 4溶菌酶空间结构改变的原溶菌酶空间结构改变的

8、原 因是组成该酶肽链的因是组成该酶肽链的序列发生了改变。序列发生了改变。 【解析解析】资料中对基因进行改造，结果得到耐热性提高的蛋白质，因资料中对基因进行改造，结果得到耐热性提高的蛋白质，因 此属于蛋白质工程的范畴。蛋白质工程是指以分子生物学相关理论为此属于蛋白质工程的范畴。蛋白质工程是指以分子生物学相关理论为 基础，通过基因修饰或基因合成，对现有的蛋白质进行改造，或制造基础，通过基因修饰或基因合成，对现有的蛋白质进行改造，或制造 一种新蛋白质的技术。对基因进行改造后，第一种新蛋白质的技术。对基因进行改造后，第3 3位的异亮氨酸变为半位的异亮氨酸变为半 胱氨酸，该半胱氨酸与第胱氨酸，该半胱氨酸

9、与第9797位的半胱氨酸之间形成了二硫键，引起了位的半胱氨酸之间形成了二硫键，引起了 空间结构的改变，所以最终是由于氨基酸序列的改变导致了空间结构空间结构的改变，所以最终是由于氨基酸序列的改变导致了空间结构 的改变。的改变。 答案：答案：蛋白质现有的蛋白质新蛋白质氨基酸蛋白质现有的蛋白质新蛋白质氨基酸 2.(20122.(2012福建高考福建高考) )肺细胞中的肺细胞中的let-7let-7基因表达减弱，癌基因基因表达减弱，癌基因RASRAS表达表达 增强，会引发肺癌。研究人员利用基因工程技术将增强，会引发肺癌。研究人员利用基因工程技术将let-7let-7基因导入肺基因导入肺 癌细胞实现表达

10、，发现肺癌细胞的增殖受到抑制。该基因工程技术基癌细胞实现表达，发现肺癌细胞的增殖受到抑制。该基因工程技术基 本流程如图本流程如图1 1。 请回答：请回答： (1)(1)进行过程时，需用进行过程时，需用酶切开载体以插入酶切开载体以插入let-7let-7基因。基因。 载体应有载体应有RNARNA聚合酶识别和结合的部位，以驱动聚合酶识别和结合的部位，以驱动let-7let-7基因转录，基因转录， 该部位称为该部位称为。 (2)(2)进行过程时，需用进行过程时，需用酶处理贴附在培养皿壁上的细胞，酶处理贴附在培养皿壁上的细胞， 以利于传代培养。以利于传代培养。 (3)(3)研究发现，研究发现，let-

11、7let-7基因能影响癌基因基因能影响癌基因RASRAS的表达，其影响机理如图的表达，其影响机理如图 2 2。据图分析，可从细胞中提取。据图分析，可从细胞中提取进行分子杂交，以直接检测进行分子杂交，以直接检测 let-7let-7基因是否转录。肺癌细胞增殖受到抑制，可能是由于细胞中基因是否转录。肺癌细胞增殖受到抑制，可能是由于细胞中 ( (填填“RAS mRNARAS mRNA”或或“RASRAS蛋白蛋白”) )含量减少引起的。含量减少引起的。 【解题指南解题指南】解答本题的关键是：解答本题的关键是： (1)(1)注意目的基因和载体需用同一种限制性核酸内切酶切割。注意目的基因和载体需用同一种限

12、制性核酸内切酶切割。 (2)(2)注意题干信息注意题干信息“let-7let-7基因导入肺癌细胞实现表达，发现肺癌细胞基因导入肺癌细胞实现表达，发现肺癌细胞 的增殖受到抑制的增殖受到抑制”，由此推出肺癌细胞增殖受到抑制的原因是，由此推出肺癌细胞增殖受到抑制的原因是let-7let-7 基因翻译抑制。基因翻译抑制。 【解析解析】(1)(1)基因工程中目的基因和载体需要同一种限制性核酸内切基因工程中目的基因和载体需要同一种限制性核酸内切 酶切割产生相同的黏性末端，使目的基因与载体结合，载体中与酶切割产生相同的黏性末端，使目的基因与载体结合，载体中与RNARNA 聚合酶识别和结合的部位是启动子。聚合

13、酶识别和结合的部位是启动子。 (2)(2)原代培养产生的细胞需用胰蛋白酶处理，分散成单个细胞。原代培养产生的细胞需用胰蛋白酶处理，分散成单个细胞。 (3)(3)检测目的基因是否转录需提取受体细胞中的检测目的基因是否转录需提取受体细胞中的RNARNA进行分子杂交；由进行分子杂交；由 图图2 2可知可知let-7let-7基因翻译抑制则不能产生基因翻译抑制则不能产生RASRAS蛋白，因此蛋白，因此RASRAS蛋白减少，蛋白减少， 肺癌细胞的增殖就受到抑制。肺癌细胞的增殖就受到抑制。 答案：答案：(1)(1)限制性核酸内切限制性核酸内切( (或限制或限制) )启动子启动子 (2)(2)胰蛋白胰蛋白(3)RNA(3)RNARASRAS蛋白蛋白 【延伸探究延伸探究】 (1)(1)为什么构建基因表达载体，不能