新教材备战高考生物一轮复习全考点精讲课堂第36讲基因工程的应用及蛋白质工程（课件）

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这是一份新教材备战高考生物一轮复习全考点精讲课堂第36讲基因工程的应用及蛋白质工程（课件），共22页。PPT课件主要包含了章节知识体系，CONTENT，考点分析，基因工程的应用等内容，欢迎下载使用。

第2课时基因工程的应用及蛋白质工程
第十六单元生物技术与工程
基因工程的基本操作工具
基因进入受体细胞的载体
基因工程的基本操作程序
将目的基因导入受体细胞
利用 PCR 获取和扩增目的基因
DNA 片段的扩增及电泳鉴定
农牧业、医药卫生、食品工业等
能明确基因工程的概念和原理，了解基因工程的诞生和发展，认同基础理论和相关技术的发展催生了基因工程。
能阐明DNA重组技术所需的三种基本工具的作用，能完成DNA的粗提取和鉴定。
能理解利用PCR技术获取和扩增目标DNA片段，并用电泳鉴定PCR的产物。
能阐明蛋白质工程崛起的缘由，明确蛋白质工程的基本原理，能依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白质的过程。
了解基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面的应用。
能阐明基因工程的基本操作程序，能针对人类生产和生活中的某一需求，选取适当的基因工程的技术和方法，尝试设计获得某一转基因产品的方案。
1、基因工程在农牧业方面的应用
2、基因工程在医药卫生领域的应用
3、基因工程在食品工业方面的应用
二、蛋白质工程的原理和应用
1、蛋白质过程的概念
蛋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。
2、蛋白质工程崛起的缘由
基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。这些天然蛋白质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。
3、蛋白质工程的基本原理
通过改造或合成基因来实现对蛋白质结构的设计改造。
4、蛋白质工程的基本思路
从预期的蛋白质功能出发
找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因
1、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？
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泌乳期乳腺细胞内得以表达
2、利用转基因细菌能否直接生产干扰素等化学本质为糖蛋白的药物？为什么？
不能。糖蛋白合成后需要经过内质网和高尔基体的加工修饰，才具有生物活性。而细菌是原核生物，细胞中无内质网和高尔基体等其他细胞器。
3、对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？原因是什么？
应该通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造。主要原因：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，容易改造；②改造后的基因可以遗传给下一代，被改造的蛋白质无法遗传。
4、请判断对错。 ①利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品，如人的血清白蛋白，这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中(　　)②由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用(　　)③蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质(　　)④蛋白质工程可以合成自然界中不存在的蛋白质(　　)⑤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(　　)⑥种植转基因植物有可能因基因扩散而影响野生植物的基因多样性(　　)⑦蛋白质工程经常要借助计算机来建立蛋白质的三维结构模型(　　)⑧根据蛋白质的氨基酸序列推测出的DNA碱基序列与细胞中的相同(　　)⑨基因工程需要在分子水平对基因进行操作，蛋白质工程不需要对基因进行操作(　　)⑩蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列(　　)
5、[2022·宁夏石嘴山三中高三月考]目前科学家们通过蛋白质工程制造出了蓝色荧光蛋白、黄色荧光蛋白等。采用蛋白质工程技术制造出蓝色荧光蛋白过程的正确顺序是(　　) ①推测蓝色荧光蛋白的氨基酸序列和基因的核苷酸序列 ②蓝色荧光蛋白的功能分析和结构设计序列 ③蓝色荧光蛋白基因的合成 ④表达出蓝色荧光蛋白 A．①②③④ B．②①③④ C．②③①④ D．④②①③ 6、(2021·辽宁高考)腈水合酶(N0)广泛应用于环境保护和医药原料生产等领域，但不耐高温。利用蛋白质工程技术在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽，可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)。下列有关叙述错误的是(　 ) A．N1与N0氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一 B．加入连接肽需要通过改造基因实现 C．获得N1的过程需要进行转录和翻译 D．检测N1的活性时先将N1与底物充分混合，再置于高温环境
7、甲醇酵母菌是基因工程中常用的受体菌，它可以高效表达外源蛋白，但自身蛋白较少分泌到培养基中。研究人员将人的胶原蛋白基因导入甲醇酵母中并成功表达。下列有关叙述错误的是( ) A. 用两种酶切割目的基因和质粒，可防止目的基因反向连接和质粒的自身环化 B. 常用显微注射法将胶原蛋白基因导入甲醇酵母中 C. 与大肠杆菌相比，甲醇酵母作受体菌所表达出的胶原蛋白与人体产生的胶原蛋白结构更相近 D. 与其他酵母菌相比，甲醇酵母作受体菌便于表达出的胶原蛋白的分离与纯化 8、(2021·天津等级考改编)关于转基因抗虫棉的叙述错误的是(　　) 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TDNA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
9、利用重叠延伸PCR技术进行定点突变可以实现对纤维素酶基因进行合理性改造，其过程如下图所示。下列分析错误的是(　 ) A．PCR1过程中的产物AB是依赖引物a和引物b扩增的结果 B．引物c和引物b上均含有与模板链不能互补的碱基 C．①过程需要先加热至90～95℃后再冷却至50～60℃ D．②过程需要利用引物a和引物d获得突变产物AD
10、(2021·扬州高三模拟)20世纪70年代，Fred sanger发明了双脱氧终止法对DNA进行测序。其原理如图，在4个试管中分别加入4种脱氧核苷三磷酸(dNTP)和1种双脱氧核苷三磷酸(ddNTP)；ddNTP可以与dNTP竞争核苷酸链延长位点，并终止DNA片段的延伸。在4个试管中DNA链将会分别在A、C、G及T位置中止，并形成不同长度的DNA片段。这些片段随后可被电泳分开并显示出来。下列说法中正确的是(　　)
A．这种测序方法需要引物和耐高温的DNA连接酶 B．电泳图谱中的箭头所指的DNA片段以鸟嘌呤结尾 C．测得未知DNA的序列为5′-GATTCGAGCTGA-3′ D．ddNTP与dNTP竞争的延长位点是核苷酸链的5′末端
为什么ddNTP可以与dNTP竞争核苷酸链延长位点，并终止DNA片段的延伸？
11、[全国卷Ⅱ]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158位的丝氨酸变成亮氨酸，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。所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括_____________________的复制；以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：___________________________________________。（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，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物_______进行鉴定。
DNA和RNA(或遗传物质)
DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录、翻译)
拓展基因编辑技术
CRISPR/Cas9基因编辑系统是由人工合成的单链向导RNA(sgRNA)和一种来自细菌的核酸酶Cas9组成。 sgRNA的部分序列通过碱基互补配对原则，与目标DNA中希望被编辑的序列相结合；Cas9也与sgRNA结合，然后切割与sgRNA结合的DNA，使目标DNA双链断裂。对于DNA双链的断裂这一生物事件，生物体自身存在着DNA损伤修复的应答机制，会将断裂上下游两端的序列连接起来，从而实现了细胞中目标基因的敲除。此时，如果向细胞中加入大量可用于修复的模板DNA(即大部分序列与被切割位点附近的序列相同，但个别位点被人工改变的DNA)，细胞就会以这些片段为模板合成DNA。就这样，人类希望改变的碱基序列被引入基因组中，基因组的准确编辑由此实现。此外，如果想让某个基因失去功能，也可以利用基因组编辑来破坏目的基因。
12、(2022·湖南高三模拟)CRISPR/Cas9基因编辑技术可以按照人们的意愿精准剪切、改变任意靶基因的遗传信息，对该研究有突出贡献的科学家被授予2020年诺贝尔化学奖。其原理是由一条单链向导RNA(sgRNA)引导Cas9蛋白到一个特定的基因位点进行切割，从而达到基因定点敲除、敲入、突变的目的。通过设计向导RNA中20个碱基的识别序列，可人为选择DNA上的目标位点进行切割(如图所示)。请据图分析回答下列问题。
（1）CRISPR/Cas9基因编辑技术中，sgRNA是根据靶基因设计的引导RNA，准确引导Cas9切割与sgRNA配对的靶基因DNA序列。Cas9借助向导RNA对目标DNA分子进行精准定位，依赖于_____________________________________________________；Cas9蛋白能对目标位点进行准确切割，是因为______________________________________________________________，由此可见，Cas9在功能上属于_____酶。
向导RNA识别序列与目标DNA之间的
Cas9蛋白能识别特定核苷酸序列并在特定位点断开磷酸二酯键
（2）在使用Cas9对不同目标DNA进行编辑时，应使用Cas9蛋白和_____(填“相同”或“不同”)的向导RNA进行基因编辑。在设计向导RNA识别序列时，若目标DNA的α链切点附近序列为…GAATCTCCA…，则向导RNA上识别序列为______________________。（3）分析上述信息可知，CRISPR/Cas9基因编辑技术与早期基因工程相比最明显的优势是___________________________________________________________________________________。（4）已知玉米中赖氨酸含量较低，原因是与赖氨酸合成过程中的两个关键酶——天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性，受细胞内赖氨酸浓度影响较大。当赖氨酸浓度达到一定量时就影响这两种酶的活性，从而使赖氨酸含量很难提高，不能满足需求。现使用CRISPR/Cas9基因编辑技术对天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶基因进行改造，首先需要构建由启动子、______________________________ (目的基因)、标记基因、终止子等组成的基因表达载体，然后使用___________法导入玉米细胞，完成转化后CRISPR/Cas9系统可在玉米体细胞中特定的基因位点改写遗传信息，再经_______________技术培育成赖氨酸高产的玉米植株。
…GAAUCUCCA…
CRISPR/Cas9基因编辑技术可人为地选择DNA上的目标位点进行切割，目的性更强
Cas9蛋白基因和sgRNA基因
拓展基因的定点突变技术
重叠延伸PCR技术是一项重要的基因定点突变技术，其主要设计思路是用具有互补配对片段的引物(图中的引物2和3，突起处代表与模板链不能互补的突变位点)，分别进行PCR，获得有重叠链的两种DNA片段，再在随后的扩增反应中通过重叠链的延伸获得想要的目的基因。
13、水蛭素是一种蛋白质,可用于预防和治疗血栓。某科研团队运用重叠延伸PCR技术在水蛭素基因中的特定位点引入特定突变，使水蛭素第47位的天冬酰胺(密码子为AAC、AAU)替换为赖氨酸(密码子为AAA、AAG)，从而提高水蛭素的抗凝血活性。原理如图。
（1）由以上事例可知，要对蛋白质的结构进行改造,需要通过　　　　来完成。（2）若拟突变位点的碱基对为A-T，则需要让其突变为　　才能达到目的。引物2的突变位点(突起处)应设计为。　　　(假设引物为单链DNA)。
（3）在第一阶段获得两种具有重叠片段DNA的过程中，引物1、引物2组成的反应系统和引物3、引物4组成的反应系统中
均进行一次复制，共产生　种DNA分子。该阶段必须将引物1、2和引物3、4置于不同反应系统中，这是因为　　。
引物2和3中存在互补配对片段,置于同一反应系统时它们会发生结合而失去作用