高三生物一轮复习课件【知识建构+精讲精练】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基因工程在农牧业方面的应用①转基因抗虫植物②转基因抗病植物③转基因抗除草剂植物④转基因改良植物的品质提高作物抗逆能力改良作物的品质改良动物的品质⑤用于提高动物生长速度⑥用于改善畜产品的品质01基因工程在农牧业方面的应用①转基因抗虫植物提高作物抗逆能力从某些生物中分离出抗虫基因导入作物，使之具有抗虫性状①-1优点：减少化学农药的使用、降低生产成本、提高产量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

①-2抗虫基因：①-3实例：转基因抗虫棉、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。转基因抗虫棉01基因工程在农牧业方面的应用②转基因抗病植物提高作物抗逆能力将某些病毒、真菌等的抗病基因导入作物，培育出抗病作物。②-1优点：减少化学农药的使用、降低生产成本、提高产量②-2抗病基因：②-3实例：抗病毒转基因甜椒、番木瓜和烟草等抗病毒的目的基因抗真菌的目的基因病毒外壳蛋白基因病毒复制酶基因几丁质酶基因抗毒素合成基因01基因工程在农牧业方面的应用②转基因抗病植物提高作物抗逆能力易感（非转基因）番木瓜品种被PRSV感染。在非转基因番木瓜田的植物中没有收获果实。工程抗病毒木瓜领域完全免受PRSV感染。病毒外壳蛋白基因(CP)的机理a.在植物细胞中积累的外壳蛋白会将入侵的病毒核酸包裹，抑制核酸的复制和表达；b.抑制病毒脱外壳；c.外壳蛋白基因转录出的RNA和病毒RNA相互作用。01基因工程在农牧业方面的应用③转基因抗除草剂植物提高作物抗逆能力抗草甘膦玉米抗草甘膦大豆实验01基因工程在医药卫生领域的应用干扰素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。★生产过程01基因工程在医药卫生领域的应用反刍动物乳腺人生长激素基因显微注射01基因工程在食品工业方面的应用阿斯巴甜天冬氨酸-苯丙氨酸利用基因工程菌除了可以生产药物，还能生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。01

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。(教材P93黑体字)---第二代基因工程途径目的蛋白质工程蛋白质工程的原理和利用02基因工程的局限性：原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。天然蛋白质符合特定物种生存需要不一定符合人类生产、生活需要蛋白质工程改造蛋白质工程的原理和利用02干扰素改造干扰素（半胱氨酸）体外很难保存干扰素（丝氨酸）体外可以保存半年赖氨酸（人体必需氨基酸）玉米中含量较低蛋白质工程改造蛋白质工程的原理和利用02天冬氨酸激酶二氢吡啶二羧酸合成酶前体物质赖氨酸玉米活性很低，造成赖氨酸含量较低天冬氨酸激酶（352位的苏氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）天冬氨酸激酶（异亮氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）改造改造提高产量蛋白质工程的原理和利用02根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。--目的预期功能生物功能设计氨基酸推测改造或合成转录翻译折叠行使实质：通过改造或合成基因，定向改造或生产人类所需的蛋白质蛋白质工程的原理和利用02想一想：蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？▲基因工程是遵循中心法则，DNA→mRNA→蛋白质→折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。▲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，创造出自然界不存在的蛋白质蛋白质工程的原理和利用02基因工程与蛋白质工程的比较项目蛋白质工程基因工程区别操作对象基因基因操作水平DNA分子水平DNA分子水平操作流程预期蛋白质的功能→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DNA序列或合成新的基因→获得所需的蛋白质目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定。结果生产自然界没有的蛋白质生产自然界已有的蛋白质实质天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的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。将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新性状不足生产符合人类生产和生活的需要的蛋白质在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质

联系①蛋白质工程是在基因工程的基础上衍生出来的第二代基因工程。②蛋白质工程离不开基因工程，蛋白质工程在改造基因时需要与基因工程有关的工具酶，需要构建基因表达载体，改造后的基因要表达出相应的蛋白质，同样需要将改造或合成的基因导入受体细胞。蛋白质工程的原理和利用021.在医药工业方面①研发速效胰岛素类似物已经在临床上广泛应用胰岛素速效胰岛素蛋白质工程的应用031.在医药工业方面②人鼠嵌合抗体人鼠嵌合抗体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。蛋白质工程的应用032.其他工业方面改进酶的性能或开发新的工业用酶枯草杆菌蛋白酶治癌酶的改造：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-1TK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。蛋白质工程的应用033.农业方面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。ACSCatalysis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蛋白质工程的应用03蛋白质工程的应用03例1.下列有关基因工程及其应用的相关叙述，不正确的是（）A.基因工程育种能够定向改造生物性状B.DNA连接酶可催化脱氧核苷酸链间形成氢键C.可利用转基因细菌降解有毒有害的化合物D.能够使植物体表达动物蛋白的育种方法是基因工程育种例2.纤维素酶广泛应用于医药、食品发酵、造纸、废水处理等领域。研究人员利用蛋白质工程将细菌纤维素酶的第137、179、194位相应氨基酸替换为赖氨酸后，纤维素酶热稳定性得到了提高。下列有关该技术，说法错误的是（）A.经改造后的纤维素酶热稳定性提高，这一性状可遗传B.对纤维素酶的改造是通过直接改造mRNA实现的C.改造纤维素酶也需要构建基因表达载体D.改造后的纤维素酶和原纤维素酶不是同一种酶BB蛋白质工程的应用03例3.为研究拟南芥的AtCIPK基因对烟草抗旱能力的影响,科研人员将该基因转入烟草得到甲、乙、丙三个转基因品种,变量处理后的第7天检测AtCIPK基因和抗干旱基因NtLE5的表达量,结果如下表所示。下列错误的是()A表达量品种AtCIPK基因相对表达量NtLE5基因的表达量0天7天甲5.311.011.81乙5.