高考生物一轮复习第十单元第49课基因工程的应用及蛋白质工程课件

第49课基因工程的应用及蛋白质工程第十单元生物技术与工程·学业质量水平要求·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.概述人们根据基因工程原理，进行蛋白质设计和改造，可以获得性状和功能更符合人类需求的蛋白质。3.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1．基因工程在农牧业方面的应用(1)转基因______植物；(2)转基因______植物；(3)转基因__________植物；(4)改良植物的品质；(5)提高动物的__________；(6)改善畜产品的品质。抗虫抗病抗除草剂生长速率2．基因工程在医药卫生领域的应用(1)对______________________进行基因改造，使它们能够生产药物；(2)让哺乳动物批量生产______；(3)可能使建立__________工厂的设想成为现实。3．基因工程在食品工业方面的应用利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。微生物或动植物的细胞药物移植器官4．乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别比较内容乳腺生物反应器工程菌含义指将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指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类基因表达合成的药物蛋白与天然蛋白质相同微生物合成的药物蛋白可能没有活性受体细胞动物受精卵微生物细胞目的基因导入方式显微注射法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或其培养液中提取1．利用工程菌可以生产人的胰岛素等某些激素。(

)2．基因工程中，要培育转基因植物和动物，选用的受体细胞都是受精卵。

(

)3．由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用。(

)4．来自苏云金杆菌的抗虫蛋白基因只能应用于棉花。(

)5．“转基因抗虫植物”也可以用于抵抗各种植物疾病。(

)6．用基因工程的方法，使得外源基因得到高效表达的菌类一般称为基因工程菌。(

)√××××√1．(选择性必修3P90正文)生产乳腺生物反应器构建基因表达载体时有什么特别要求？为什么？____________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________。2．(选择性必修3P90正文)利用转基因细菌不能直接生产干扰素等化学本质为糖蛋白的药物，原因是________________________________________________________

_______________。3．(选择性必修3P91正文)利用基因工程技术对猪的器官进行改造，采用的方法是在器官供体的基因组中导入某种调节因子，其目的是__________________________

___________________________________________________________________________________________。细菌中只有核糖体，没有内质网和高尔基体等其他细胞器，不必须把药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控元件重组在一起。因为只有连接了乳腺蛋白基因的启动子，才能保证相应的目的基因在雌性动物进入泌乳期后在其乳腺细胞内得以表达能加工糖蛋白抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，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1．(2024·天津模拟)红细胞生成素(EPO)是人体内促进红细胞生成的一种糖蛋白，可用于治疗肾衰性贫血等疾病。由于天然EPO来源极为有限，某科研团队采用基因工程培育转基因羊作为乳腺生物反应器，使其能合成EPO。下列说法错误的是(

)A．用显微注射技术将含EPO基因的表达载体导入羊的乳腺细胞中，可得到乳腺生物反应器B．构建基因表达载体时，需将EPO基因与乳腺蛋白基因的启动子重组在一起C．该转基因羊中的EPO基因可在羊的乳腺细胞中表达D．可通过PCR技术检测EPO基因是否插入山羊基因组中√A

解析：用显微注射技术将含EPO基因的表达载体导入羊的受精卵中，可得到乳腺生物反应器，A错误；在构建基因表达载体时，需要将EPO基因和乳腺蛋白基因的启动子等调控元件重组在一起，这样才能使目的基因只在乳腺组织中表达，B正确；EPO基因与乳腺蛋白基因的启动子重组在一起，可以在羊的乳腺细胞中表达，其他细胞中不表达，C正确；目的基因进入受体细胞后，是否稳定维持和表达其遗传特性，只有通过检测与鉴定才能知道，可通过PCR技术检测EPO基因是否成功插入山羊基因组中，D正确。2．(2023·广东卷)中外科学家经多年合作研究，发现circDNMT1(一种RNA分子)通过与抑癌基因p53表达的蛋白结合诱发乳腺癌，为解决乳腺癌这一威胁全球女性健康的重大问题提供了新思路。下列叙述错误的是(

)A．p53基因突变可能引起细胞癌变B．p53蛋白能够调控细胞的生长和增殖C．circDNMT1高表达会使乳腺癌细胞增殖变慢D．circDNMT1的基因编辑可用于乳腺癌的基础研究√C

解析：p53是抑癌基因，p53基因突变可能引发细胞癌变，A正确；抑癌基因表达的蛋白质能调控细胞的生长和增殖，B正确；circDNMT1高表达会促进其与抑癌基因p53表达的蛋白质结合，诱发乳腺癌，使乳腺癌细胞增殖加快，C错误；circDNMT1的基因编辑可以减少circDNMT1的合成，避免(减少)乳腺癌的发生，可用于乳腺癌的基础研究，D正确。3．为提高转基因抗虫棉的抗虫持久性，可采取基因策略(包括提高杀虫基因的表达量、向棉花中转入多种杀虫基因等)。例如，早期种植的抗虫棉只转入了一种Bt毒蛋白基因，抗虫机制比较单一；现在经常将两种或两种以上Bt基因同时转入棉花。关于上述基因策略，下列叙述错误的是(

)A．提高Bt基因的表达量，可降低抗虫棉种植区的棉铃虫种群密度B．转入棉花植株的两种Bt基因的遗传不一定遵循基因的自由组合定律C．若两种Bt基因插入同一个T-DNA并转入棉花植株，则两种基因互为等位基因D．转入多种Bt基因能提高抗虫持久性，是因为棉铃虫基因突变频率低且不定向√C

解析：提高Bt基因表达量，使抗虫蛋白含量增加，可以使更多的棉铃虫被淘汰，所以可以降低棉铃虫的种群密度，A正确；如果两种Bt基因转入同一条染色体上，则其遗传不遵循基因的自由组合定律，B正确；如果两种Bt基因插入同一个T-DNA并转入棉花植株，两个基因位于一条染色体上，互为非等位基因，而等位基因位于一对同源染色体上、控制相对性状，C错误；由于棉铃虫基因突变频率低且不定向，转入多种Bt基因可以降低棉铃虫抗Bt毒蛋白的能力，从而提高抗虫持久性，D正确。考点二蛋白质工程1．蛋白质工程的概念基础蛋白质分子的结构规律及其与__________的关系目的合成满足人类生产和生活需求的________措施基因改造或__________生物功能蛋白质基因合成2.蛋白质工程的基本原理3．蛋白质工程的应用(1)医药工业方面：利用蛋白质工程研发药物。(2)其他工业方面：被广泛用于改进__________或开发新的工业用酶。(3)农业方面：科学家正在尝试改造某些__________________的酶，以提高植物光合作用的效率，增加粮食产量。质功能氨基酸序列蛋白新的基因酶的性能参与调控光合作用4．蛋白质工程与基因工程的区别和联系1．蛋白质工程可以合成自然界中不存在的蛋白质。(

)2．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，是涉及多学科的综合科技工程领域。(

)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。(

)√√×1．(选择性必修3P94思考·讨论)确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因？_______________________________________________________

_______________________________________________________________________________________。2．(选择性必修3P94正文发掘)对天然蛋白质进行改造，是通过对基因的操作来实现的，原因是_______________________________________________________

___________________________________________________________________。①蛋白质具有十分复杂的空间结构，但基因的结构相对简单，确定目的基因的碱基序列后，可以人工合成目的基因或从基因文库中获取目的基因。对基因的改造经常会用到基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等容易改造；②改造后的基因可以遗传给下一代，被改造后的蛋白质无法遗传1．天然人白细胞介素-2(IL-2)是一种由133个氨基酸残基组成的多肽，该多肽含有3个半胱氨酸，其中一个半胱氨酸(Cys125)残基以游离方式存在，另两个(Cys58和Cys105)缩合成活性所必需的二硫键，人们利用定位诱变技术将基因中编码Cys125的碱基TGT转换成TCT或GCA，使Cys125转换成丝氨酸或丙氨酸，不仅避免了错误配对的发生，而且产生的新IL-2的生物活性不受影响，其热稳定性也得到了明显的改善。下列相关叙述正确的是(

)A．天然的IL-2是由白细胞分泌的具有免疫能力的抗体B．人工改造合成新IL-2，属于蛋白质工程C．可通过直接改造IL-2的氨基酸成为新IL-2从而改善其稳定性D．利用定位诱变后的基因表达新IL-2的过程不遵循中心法则√B

解析：白细胞介素属于免疫活性物质，但不是抗体，A错误；蛋白质工程可以生产自然界中本不存在的蛋白质，据题干信息可知，通过题中过程可以产生新的蛋白质，所以属于蛋白质工程，B正确；蛋白质工程通过对基因修饰或基因合成间接改造蛋白质的结构从而改变其稳定性，C错误；基因表达蛋白质的过程遵循中心法则，D错误。2．(2021·广东卷)非细胞合成技术是一种运用合成生物学方法，在细胞外构建多酶催化体系，获得目标产物的新技术，其核心是各种酶基因的挖掘、表达等。中国科学家设计了4步酶促反应的非细胞合成路线(如图所示)，可直接用淀粉生产肌醇(重要的医药食品原料)，以期解决高温强酸水解方法造成的严重污染问题，并可以提高产率。回答下列问题：(1)研究人员采用PCR技术从土壤微生物基因组中扩增得到目标酶基因。此外，获得酶基因的方法还有____________________________。(答出两种即可)(2)高质量的DNA模板是成功扩增出目的基因的前提条件之一。在制备高质量DNA模板时必须除去蛋白质，方法有__________________________。(答出两种即可)从基因文库中获取、人工合成酶解法、氯仿抽提之后离心(3)研究人员使用大肠杆菌BL21作为受体细胞、pET20b为表达载体分别进行4种酶的表达。表达载体转化大肠杆菌时，首先应制备________细胞。为了检测目的基因是否成功表达出酶蛋白，需要采用的方法有________________。(4)如图所示流程，在一定的温度、pH等条件下，将4种酶与可溶性淀粉溶液混合组成一个反应体系。若这些酶最适反应条件不同，可能导致的结果是_______

_____________________。在分子水平上，可以通过改变__________，从而改变蛋白质的结构，实现对酶特性的改造和优化。感受态抗原—抗体杂交不能获基因的结构得肌醇或肌醇产量较低解析：(1)除了PCR技术以外，基因工程中获取目的基因的方法还有从基因文库中获取、人工合成等。(2)除去混合在DNA中的蛋白质，可以利用酶解法水解除去蛋白质