高中三年级下学期生物《考点39 基因工程应用及蛋白质工程》教学课件

考点39基因工程的应用与蛋白质工程二轮复习微课基因工程应用蛋白质工程基因工程在农牧业方面的应用基因工程在医药卫生领域的应用基因工程在食品工业方面的应用蛋白质工程崛起的缘由蛋白质工程的基本原理蛋白质工程的应用其它方面改良动植物品种、提高作物和畜产品产量等生产基因工程药物、获得乳腺生物反应器、解决器官移植来源不足的问题等生产食品工业用酶、氨基酸、维生素等培养基因工程菌生产能源、解决环境污染问题按照人类需求改造现有蛋白质或制造一种新的蛋白质与中心法则相反研发药物、改进酶的性能、研发新的工业用酶等一、乳腺生物反应器与基因工程菌名称乳腺生物反应器工程菌含义使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用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类基因结构动物基因的结构与人类基因的结构基本相同细菌和酵母菌等生物基因的结构与人类基因的结构有较大差异基因表达合成的药物蛋白与天然蛋白质相同细菌细胞内没有内质网、高尔基体等细胞器，产生的药物蛋白可能没有活性受体细胞动物的受精卵微生物细胞导入目的基因的方式显微注射法感受态细胞法（Ca2+处理法）生产条件不需严格灭菌，温度等外界条件对其影响不大需严格灭菌，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中提取乳腺能成为基因工程药物最理想的表达场所的原因(1)乳腺是一个外分泌器官,乳汁不进入体内循环,不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。(2)从乳汁中获取目的基因产物，产量高、易提取,表达的蛋白质已经过充分的修饰加工,具有稳定的生物活性。(3)从乳汁中源源不断获得目的基因产物的同时,不影响转基因动物的繁殖拓展膀胱反应器优点:1.可以从动物一出生就收集产物，不论动物的性别和是否正处于生殖期。2.从尿液中提取蛋白质比从乳汁中提取更简便、高效。研制膀胱生物反应器时，应如何处理目的基因？将目的基因与膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子重组例1、继哺乳动物乳腺生物反应器研究成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答下列问题：（1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是__________。（2）进行基因转移时，通常要将外源基因转入__________________中，原因是__________________。（3）通常采用_________技术检测外源基因是否插入了小鼠的染色体DNA上。（4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的____________细胞中特异表达。（5）若使外源基因在乳腺细胞中表达，在构建基因表达载体时，还需加入_________________等调控元件。启动子的作用是______________。答案：（1）显微注射法（2）受精卵受精卵的全能性高（3）DNA分子杂交技术（4）膀胱上皮（5）乳腺蛋白基因的启动子作为RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录例2、通过基因工程的方法可实现β-珠蛋白的大量生产。请回答下列问题：（1）若采用基因工程的方法使大肠杆菌产生鼠的β-珠蛋白，则目的基因最好从____________________（填基因组文库或cDNA文库）中获取，原因是________________________________________。（2）利用乳腺生物反应器生产β-珠蛋白时，首先需要将β-珠蛋白基因与__________________等调控元件重组在一起，常通过_______________方法将目的基因导入哺乳动物的受精卵中，进而培养出可在乳腺细胞中表达β-珠蛋白的转基因动物。（3）获得乳腺生物反应器的过程中，可在胚胎的囊胚期取___________细胞对胚胎进行性别鉴定，选择____________胚胎进行移植。最终所得转基因动物中只有乳腺细胞产生了β-珠蛋白，其原因是______________。（4）与利用乳腺生物反应器相比，利用工程菌生产β-珠蛋白的优点是____________________________________。答案：（1）cDNA文库大肠杆菌是原核生物，cDNA文库中没有内含子（非编码序列），基因结构与原核细胞的基因结构更接近（2）乳腺蛋白基因的启动子

显微注射

（3）滋养层

雌性

只有乳腺细胞中的目的基因进行了选择性表达，合成了β−珠蛋白（4）工程菌代谢旺盛，繁殖周期短，可以在短期内实现目的基因的大量扩增和表达二、基因工程的应用例1.

下列关于基因工程的叙述，正确的是（）A．若受体大肠杆菌含有构建重组质粒时用到的限制性核酸内切酶，则一定有利于该重组质粒进入受体并保持结构稳定B．抗除草剂基因转入某抗盐植物，获得2个稳定遗传转基因品系，抗性鉴定为抗除草剂抗盐和抗除草剂不抗盐。表明一定是抗盐性的改变与抗除草剂基因的转入无关C．抗除草剂基因转入某植物获得转基因植株，其DNA检测均含目的基因，抗性鉴定为抗除草剂和不抗除草剂。表明一定是前者表达了抗性蛋白而后者只表达抗性基因RNAD．已知不同分子量DNA可分开成不同条带，相同分子量的为一条带。用某种限制性核酸内切酶完全酶切环状质粒后，出现3条带，表明该质粒上一定至少有3个被该酶切开的位置答案：D三、蛋白质工程（原理和应用）蛋白质工程的概念

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。蛋白质工程的基本原理1.蛋白质工程的目标根据人们对蛋白质功能的特定需求，因此要对蛋白质的结构进行设计改造2.蛋白质工程的实质

改造或合成基因（来定向改造现有蛋白质或制造新的蛋白质）思考：为什么蛋白质工程改造基因而不是直接改造蛋白质？①蛋白质的高级结构十分复杂，直接改造难度大；②蛋白质是由基因编码的，改造了基因可以间接改造蛋白质；③基因可以遗传，蛋白质无法遗传；蛋白质工程流程图预期功能生物功能蛋白质三维结构氨基酸序列多肽链分子设计折叠基因DNADNA合成翻译mRNA转录速效胰岛素B链中28号与29号氨基酸对换速效胰岛素两条多肽链氨基酸序列速效胰岛素基因转录速效胰岛素mRNA翻译折叠（1）基础:蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。（2）手段: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。例1.已知生物体内有一种蛋白质（P），该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中第158位的丝氨酸变成亮氨酸，第240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质（P1）不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题。（1）从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的________进行改造。（2）以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰____基因或合成____基因。所获得的基因在表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括（以图表示）____________。（3）蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过_________和___________，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得目的基因，再经表达、纯化获得目标蛋白质，之后还需要对该蛋白质的生物_______进行鉴定。答案：（1）氨基酸序列（或结构）

（2）

PP1

（3）设计蛋白质的结构

推测相应氨基酸序列功能

四、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测蛋白质的功能→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脱氧核苷酸序列或合成新的基因→获得所需要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通过改造或合成基因，定向改造或生产人类所需蛋白质基因重组，定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或产品应用及现状主要集中在对现有蛋白质的改造，在设计全新蛋白质方面尚有难题未克服在转基因动植物、药品生产等领域已有广泛应用联系①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例1.胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，要经过较长的时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此，治疗效果会受到影响。如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题：

(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键,图中构建新的胰岛素模型的主要依据是_____________________________________________________。(2)通过人工合成DNA形成的新基因应与__________结合后转移到_________中才能得到准确表达。(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素,则需用到的生物工程有___