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高中生物浙科版 (2019)选择性必修3 生物技术与工程第二节 基因工程及其延伸技术应用广泛备课课件ppt
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这是一份高中生物浙科版 (2019)选择性必修3 生物技术与工程第二节 基因工程及其延伸技术应用广泛备课课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了乳腺生物反应器，基本思路，课后习题等内容，欢迎下载使用。
1982年，利用转基因大肠杆菌生产的人胰岛素，成为第一个被批准用于治疗人体疾病的基因工程药物。如今，基因工程及其延伸出的蛋白质工程已经影响到我们生活的方方面面。 那么，基因工程是如何影响我们生活的？什么是蛋白质工程？蛋白质工程又是如何进行的？
1．运用核酸分子杂交、PCR等技术进行基因诊断（探针）(1)核酸分子杂交和PCR技术常用来检测患者自身携带的缺陷基因。例如，检测引起镰刀形贫血症的基因突变。
一、基因工程改善了人类的生活品质
推动了医疗制药、法医鉴定、农牧业育种、环境保护等行业的发展。
引起镰刀形贫血症的基因突变，使血红蛋白基因缺少一个限制性内切核酸酶MstⅡ的识别序列，因为该识别序列5'-CCTGAGG-3'中的A突变成T。检测时，先用PCR技术扩增待检者基因的相应片段，然后用MstⅡ剪切扩增后的DNA，经琼脂糖凝胶电泳分离酶切后的DNA片段，并结合DNA分子杂交技术，则可判断待检者的基因组成，如图4-34所示。
例如，设计特异扩增HIV病毒部分基因片段的PCR引物，使用PCR技术检测患者少量血液或细胞中的DNA，根据凝胶电泳结果就可以判断患者是否携带HIV病毒。甚至在感染的早期，就能从血液中直接检测到微量的病毒基因，如图4-35所示。
(2)灵敏度极高的PCR技术常用于诊断患者是否感染某种病原体。例如，根据凝胶电泳结果就可以判断患者是否携带HIV病毒。
目前，人们运用PCR并结合其他技术，不仅可以在患者未发病，甚至出生前就能确诊其是否患有镰刀形贫血症、血友病等疾病，还可以根据某些核苷酸序列的特异性差异来推测某人患阿尔茨海默病以及癌症等疾病的风险。随着基因测序技术进一步发展，有望研制出专门针对个人基因特点的药物。
【微思考】 根据所学知识,推测新型冠状病毒核酸检测试剂盒的检测原理。提示 新型冠状病毒核酸检测试剂盒是用于快速进行体外定性检测新型冠状病毒的医疗检测用品,它的工作原理是通过提取病人样本中的RNA,进行逆转录聚合酶链式反应(荧光定量RT-PCR),通过扩增反应将样本中微量的病毒信息进行放大,加一段荧光标记的探针，最后以荧光的方式读取信号（荧光分子游离时会发出微弱的荧光，一旦与双链DNA结合荧光信号会增强。并会随DNA复制而加强）。如果有病毒的基因序列就会结合产生荧光信号即为阳性(荧光信号会增强),那么就可以认为样本中存在病毒(已经感染),反之表明样本中没有病毒(未感染)。
2．向患者体内导入正常基因进行基因治疗(1)基因治疗：向有基因缺陷的细胞中引入正常功能的基因，以纠正或补偿基因的缺陷（并非修复），从而达到治疗的目的。(2)基因治疗主要针对一些严重威胁人类健康的遗传病，如血友病、恶性肿瘤等。(3)基因导入细胞的过程常以修饰过的病毒为载体，如腺病毒和逆转录病毒。 1990年美国完成了世界首例重症免疫缺陷病的基因治疗。
1990年9月14日，安德森对一例患腺甘脱氨酶缺乏症（ADA缺乏症）的4岁女孩进行基因治疗。这个4岁女孩由于遗传基因有缺陷，自身不能生产ADA，先天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他们将这个女孩的白血球进行基因改造，使有缺陷的基因被健康的基因替代，然后把含正常白血球的血液输入她左臂的一条静脉血管中。在以后的10个月内她又接受了7次这样的治疗，同时也接受酶治疗。后来，她的免疫功能日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生活，并进入普通小学上学。 ADA缺乏症：一种严重的免疫缺陷症,腺苷脱氨酶的缺乏可使T淋巴细胞因代谢产物的累积而死亡,从而导致严重的联合性免疫缺陷症(SCID)。通常导致婴儿出生几个月后死亡。
如重度免疫缺陷症的基因治疗
T淋巴细胞的改造发生在体外，又叫体外基因治疗
例题1.阅读以下材料，回答问题：复合型免疫缺陷症是一种遗传疾病。某女童由于腺苷酸脱氨酶基因缺失，造成体内缺乏腺苷酸脱氨酶；而腺苷酸脱氨酶是人体免疫系统发挥正常功能所必需的，因此，该女童不能抵抗病原微生物的威胁。1990年9月，这名女童接受了基因治疗，研究人员将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋巴细胞中，使淋巴细胞能够产生腺苷酸脱氨酶，然后，再将这种淋巴细胞转入患者体内。半年后，在血液中检测出了被改造的淋巴细胞，女童体内产生的腺苷酸脱氨酶也越来越多，女童产生抗体的能力显著改善。(1)请运用遗传学原理，预测该女童腺苷酸脱氨酶基因缺失的可能原因。_______________________________________________________(2)研究人员将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞而不是其他细胞的原因可能是_______________________________________________________(3)请用基因工程方法简要写出该女童基因治疗的步骤。
腺苷酸脱氨酶是免疫系统发挥正常功能所必需的，淋巴细胞具有这种酶才能产生抗体等免疫物质
获取腺苷酸脱氨酶基因→形成重组DNA分子→将含腺苷酸脱氨酶基因的重组DNA分子导入淋巴细胞→筛选出含此基因的淋巴细胞并且把这些淋巴细胞输入患者体内。
1994年，美国科学家以修饰过的腺病毒为载体，首次对一位囊性纤维病（常隐，主要影响胃肠道和呼吸系统）患者进行了基因治疗。1991年，我国进行了世界上首例B型血友病的基因治疗临床实验。2003年，我国食品药品监督管理总局为世界首个癌症基因治疗药物颁发了新药证书——治疗恶性肿瘤的重组人p53腺病毒注射液。 虽然已经有一些运用基因治疗成功的临床实验，但是基因治疗仍面临着很多挑战,很多技术不成熟。科学家要继续探索如何控制转入的基因在正确的时间和空间表达出适量的蛋白质产物，同时确保基因的插入不会影响其他基因的正常功能。小资料：RNA干扰技术---注入双链RNA诱导细胞内含有相同或相似序列的mRNA降解。
1990年美国完成了世界首例重症免疫缺陷病的基因治疗。
3．利用转基因生物生产基因工程药物 (1)转基因植物可用于生产药物蛋白，如人血红蛋白、小儿麻痹症疫苗等。(2)转基因鼠、兔、羊、猪、牛的乳腺可以生产多种转基因产品，如人凝血因子Ⅷ、人白细胞介素2、牛乳清蛋白等。哺乳动物的乳腺作为生物反应器生产蛋白质类药物有以下优点：乳汁可以连续合成；频繁釆集不会对动物产生危害；乳汁成分相对简单、明确，便于药物的提纯。
出生前就已在体内植入了两种人类母乳的基因,这两种基因都是人类在哺乳期乳腺才能分泌的蛋白质,这样它产出的奶中所含的蛋白质就会与人奶中的相同。人奶中的蛋白质可为新生儿提供抗菌与抗病毒的保护,这种牛奶也能做到。
【答案】不一定。①目的基因在受体细胞中不是成对存在的，相当于杂合子，配子中可能不含该基因，则有性生殖产生的后代中可能不含目的基因。②有性生殖产生的后代可能为雄性，不能分泌乳汁。
小思考：乳腺生物反应器经过有性生殖产生的后代一定可以产生目标蛋白质吗？
(3)大肠杆菌等微生物遗传物质简单、操作方便，可以在价格低廉的培养基中快速生长，因此，转基因微生物成为理想的合成蛋白质的分子工厂。
4．转基因动物可为研究疾病机理提供模型。可以获得基因、改造基因，还可以“敲除”某些基因(1)通过在基因中插入DNA片段使该基因永久失活，再通过观察转基因生物性状变化，可以推测该基因的功能。(2)实例：科学家发现敲除肠碱性磷酸酶基因的小鼠更容易发胖，从而推测该基因有“保持身材”的作用，也许不久的将来肥胖会被“根治”。
①小鼠与人体存在很多差异，利用该动物模型生产出来的药物对人体可能会产生不良影响;②利用动物体作为反应器，会对其产生不同程度的伤害;………
①利用动物作研究模型；②生产出性状优良的改良家畜家禽，如长得快，繁殖力高，能抗病等;③利用动物体作为反应器，生产珍贵的蛋白质，如一些只能从人体内提取的蛋白质;④生产玩赏动物，如同猫一样大的小马，如同鼠一样大的兔子...
5．应用基因工程技术进行法医鉴定，能保护受害者权益 (1)法医鉴定包括个体识别、亲子鉴定等内容。(2)DNA 指纹：除了同卵双胞胎外，我们每个人都拥有自己独特的DNA。经过限制酶剪切、电泳、与标记的探针进行核酸分子杂交，得到的图谱也是特异的，就像人的指纹一样。(3)随着PCR技术的引入，20个细胞的DNA经过扩增就足够用于鉴定。
6．应用基因工程可培育具有优良性状的农牧业品种 植物：在抗虫、抗病、抗逆、产品的品质不断被改良 动物：获得生长快、体型大、性状优良 (1)我国自主研发将苏云金芽孢杆菌Bt毒蛋白基因转入棉花，培育出抗虫棉。 Bt毒蛋白在害虫的肠道被水解成有毒片段，结合细胞表面受体。(减少农药使用，减少环境污染，降低生产成本)(2)将鱼的抗冻蛋白基因导入番茄中可提高其抗寒能力。(3)将抗除草剂草甘膦的基因转到烟草、番茄、马铃薯等植物中，以便在喷洒草甘膦时杀死田间杂草而不损伤作物。(4)向番茄中导入相关基因，阻碍与乙烯生成相关的酶的合成，获得的转基因番茄的乙烯含量远远低于普通番茄，延长了保存期，便于长途运输。
(5)将来自大肠杆菌中编码丝氨酸转乙酰酶和乙酰丝氨酸硫氢化酶的基因转入羊中，获得的转基因羊能够利用胃中的硫化氢合成半胱氨酸，提高羊毛产量。(6)转入乳糖酶基因的奶牛产出的牛奶，则受到乳糖过敏或消化不良的人群的欢迎。
基因工程育种和杂交育种的比较
7．基因工程技术可用于保护生态环境(1)有些微生物具有采矿或分解有毒污染物的宝贵能力，科学家将这些微生物的基因进行改造，获得了拥有珍贵性状并易于培养的转基因工程菌。(2)有的工程菌能够摄取环境中的铜、铅等重金属，并在体内转化为硫酸铜、硫酸铅等易于提取的化合物，在矿产日益枯竭的今天意义重大。 (3)有的工程菌能够降解氯化烃和其他有毒的化合物，处理石油泄漏污染问题。超级细菌
1975年美籍印度人查克拉搏特等科学家依据似单胞杆菌对石油中有毒成分具有很强分解力这一特性，把4种能吃浮油的假单胞杆菌的基因拼接起来，合并成一种假单胞菌种，组成了所谓的“超级菌”，它能分解各种石油烃，消除浮油的效率高、速度快，只需几小时就能除掉自然菌种需几年才能消除的原油污染。
能分解石油的“超级吸油菌”
动物基因工程前景广阔,最令人兴奋的是利用基因工程技术将哺乳动物改造成乳腺生物反应器,以生产所需要的药品,如利用转基因动物生产人α-抗胰蛋白酶。下图是科学家将转基因动物改造成为乳腺生物反应器的示意图,分析回答下列问题。
1.将药用蛋白基因导入受体细胞之前,需要构建重组DNA分子。如何构建含有药用蛋白基因的重组DNA分子?提示 将药用蛋白基因和在乳腺中特异性表达的蛋白质编码基因的启动子等调控元件重组在一起,构建出重组DNA分子。2.重组DNA分子的受体细胞一般是受精卵,为什么?提示 受精卵具有全能性,发育成完整个体后才可以获得转基因动物。
3.导入牛的受精卵后,还需要借助哪些技术手段,才能尽可能多地制造出乳腺生物反应器?提示 早期胚胎培养技术、胚胎分割技术、胚胎移植技术等。4.乳腺细胞中存在外源药用蛋白基因,其他体细胞中是否存在?提示 存在。但药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达,因为药用蛋白基因和乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起。
[归纳提升]乳腺生物反应器与基因工程菌生产药物的区别(在生产人的药物蛋白方面)
例题2.科学家运用基因工程技术,将人凝血因子基因导入山羊的DNA中,培育出羊乳腺生物反应器,使羊乳汁中含有人凝血因子。以下有关叙述正确的是( )A.可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组DNA分子导入羊的受精卵B.在该转基因羊中,人凝血因子基因存在于乳腺细胞中,而不存在于其他细胞中C.人凝血因子基因开始转录后,DNA聚合酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNAD.科学家将人凝血因子基因与山羊乳腺蛋白基因重组在一起,从而使人凝血因子基因只在山羊乳腺细胞中特异表达
将山羊乳腺蛋白基因的启动子与人凝血因子基因重组
例题3.从转基因牛、羊乳汁中提取药物工艺简单,甚至可直接饮用治病。如果将药用蛋白基因转入动物(如牛、羊)的膀胱上皮细胞中,从转基因牛、羊尿液中提取药物比从乳汁中提取药物的更大优越性在于( )A.技术简单B.膀胱上皮细胞容易表达药用蛋白C.膀胱上皮细胞全能性较高D.无论是雌性还是雄性个体,在任何发育时期都可以产生所需药物
例4 通过转基因技术培育出乳汁中含人β酪蛋白的山羊，其流程如图。回答有关问题。 (1)基因工程的核心是图中的______(填序号)过程；如果要利用人类基因组构建含人β酪蛋白基因的基因文库，该过程________(填“需要”或“不需要”)限制性内切核酸酶参与。若要检测乳汁中是否出现人β酪蛋白，可用的检测物质是
__________________(填“人β酪蛋白基因”或“人β酪蛋白抗体”)。 (2)②过程一般是通过______________法实现的。 (3)③过程的实现必须通过____________技术；通过④过程实现转基因山羊的克隆繁殖，要通过_________技术形成重组细胞后，再经胚胎工程实现。【解析】(1)基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建，即图中①过程；如果要利用人类基因组构建含人β酪蛋白基因的基因文库，该过程需要限制性内切核酸酶参与；若要检测乳汁中是否出现人β酪蛋白，可用抗原抗体杂交法，因此可用的检测物质是人β酪蛋白抗体。
课堂检测1.基因工程技术的发展,极大地推动了医疗制药、法医鉴定、农牧业育种、环境保护等行业的发展。判断下列有关基因工程应用描述的正误。(1)运用基因工程技术进行基因诊断时,主要借助的是核酸分子杂交和PCR技术。( )(2)基因治疗是将患者体内的致病基因进行修复,使其携带的遗传信息正常。( )(3)将植物生长素基因导入鲤鱼,培育出的转基因鲤鱼生长速率大大提高。( )
(4)利用基因工程生产的细胞因子、抗体、疫苗和激素等药物,可用于人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿性关节炎等疾病的预防和治疗。( )(5)将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起,通过显微注射法导入哺乳动物的乳腺细胞中,制成乳腺生物反应器。( )
例题5.下列有关基因工程在农牧业领域应用的叙述,错误的是( )A.将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物,可培育出转基因抗病植物B.将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物,可培育出转基因抗除草剂作物C.将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物,可提高植物的营养价值D.将基因工程生产的肠乳糖酶作为药物添加在牛奶中,可解决人的乳糖不耐受问题答案 D解析 肠乳糖酶属于蛋白质,口服会被胃蛋白酶消化分解而失效,D项错误。
1．基因工程的局限：目的基因的表达结果有时并不理想，合成 的蛋白质不能很好地行使功能，无法满足人们的需求。2．蛋白质工程遵循“中心法则”。3．蛋白质工程的思路：通过设计和改造编码蛋白质的基因 从而改变氨基酸序列，最终获得特定功能的蛋白质4．蛋白质工程的步骤 (1)建立蛋白质功能与结构的联系。 (2)依据所需蛋白质的功能， 设计改造天然蛋白质的空间结构，推测出其氨基酸的序列。 (3)根据“中心法则”逆推出基因的核苷酸序列。 (4)利用基因工程技术改变DNA上特定位点的核苷酸序列 (5)将改造了的基因导入受体细胞后进行表达。 蛋白质工程可以合成自然界中不存在的蛋白质
二、蛋白质工程是基因工程的延伸
由于基因决定蛋白质,因此要对蛋白质的结构进行设计改造,最终还必须通过改造或合成基因来完成
5．实例：科学家对人体内的抗病毒糖蛋白β干扰素的改良。小思考：为什么蛋白质工程改造基因而不是直接改造蛋白质？【答案】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，便可以间接改造蛋白质。③基因可以遗传，蛋白质无法遗传。
干扰素是一种抗病毒、抗肿瘤的药物。将人的干扰素基因导入大肠杆菌中并进行表达,产生的干扰素的抗病毒活性为106 U/mg,只相当于天然产品的十分之一。虽然在大肠杆菌中合成的干扰素量很多,但多数是以无活性的二聚体形式存在。为什么会这样?如何改变这种状况?研究发现,干扰素蛋白质中有3个半胱氨酸(第17、31、141位),推测可能是有一个或几个半胱氨酸形成了二硫键。研究人员通过基因定点突变将第17位的半胱氨酸改变成丝氨酸,结果使大肠杆菌中产生的干扰素的抗病毒活性提高到108 U/mg,并且比天然干扰素的贮存稳定性高很多。请讨论回答下列问题。
1.基因工程在满足人类需要上有哪些“缺点”?提示 基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质,这些蛋白质不一定完全符合人类生产和生活的需要。2.蛋白质工程在应用中的最大难点是什么?提示 复杂的蛋白质结构与功能之间的关系。
3.如何实现基因的定点突变?请举例说明。提示 运用PCR技术实现基因的定点突变。设计并合成诱变引物,该引物特定位点上的碱基与模板上的碱基不互补配对,但其余大多数碱基与模板能够配对。这样得到的PCR产物中,特定位点的碱基发生了改变。4.为什么说蛋白质工程是基因工程的延伸?提示 蛋白质工程离不开基因工程,基因经改造或合成后,要通过基因工程生产出人类需要的蛋白质。
“二看法”判断基因工程和蛋白质工程
基因工程与蛋白质工程的比较
2．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)基因工程中所利用的某些酶可通过蛋白质工程进行修饰、改造。
例题6.案例分析：凝乳酶是奶酪生产中的关键性酶，研究人员利用基因工程技术，将编码该酶的基因转移到了微生物细胞中并使之表达。如图表示EcR Ⅰ、BamH Ⅰ、Pst Ⅰ三种限制酶在质粒和含凝乳酶基因的外源DNA片段上的切割位点。回答下列问题。
(1)根据图中EcR Ⅰ、BamH Ⅰ、Pst Ⅰ三种限制酶的切割位点分析，该工程中最不适宜用来切割外源DNA获取目的基因的限制酶是___________，将切割后的质粒和目的基因连接起来需要_____________酶。构建好的重组质粒在目的基因前要加上特殊的启动子，它是_______________识别和结合的部位。(2)工业化生产过程中，若采用重组大肠杆菌生产凝乳酶，该过程中将目的基因导入大肠杆菌前，常常用________处理细胞，使之处于一种能吸收周围环境中的DNA分子的生理状态，这种细胞称为____________细胞。
(3)研究发现，如果将该凝乳酶第20位和第24位的氨基酸改为半胱氨酸，其催化能力将提高2倍。科学家可以生产上述高效凝乳酶的现代生物工程技术是______________。该生物工程技术对蛋白质结构的设计和改造，必须通过基因来完成，原因是_________________________。
例题7．为了增加油菜种子的含油量，研究人员尝试将酶D基因与转运肽基因相连，一起导入油菜细胞并获得了转基因油菜品种(1)研究人员依据基因的已知序列设计引物，采用_________技术快速扩增从陆地棉基因文库中获取的酶D基因和从拟南芥基因文库中获取的转运肽基因。所含三种限制酶(Cla Ⅰ、SacⅠ、Xba Ⅰ)的切点如图所示，则用____________________酶处理两个基因后，可得到_________(填图中字母)端相连的融合基因。
Cla Ⅰ和DNA连接
(2)将上述融合基因插入如图所示Ti质粒的TDNA(可转移的DNA)中，构建___________________________并导入农杆菌中。将获得的农杆菌接种在含___________的固体平板上培养得到含融合基因的单菌落，再利用液体培养基振荡培养，得到用于转化的侵染液。(3)剪取油菜的叶片放入侵染液中一段时间，此过程的目的是_____________________________________，进一步筛选后获得转基因油菜细胞。(4)用_________________法可检测转基因油菜植株中的融合基因是否成功表达。
基因表达载体(或重组质粒)
利用农杆菌将融合基因导入油菜细胞
例题8.T4溶菌酶在高温时易失去活性。研究人员对编码T4溶菌酶的基因进行改造,使T4溶菌酶第3位的异亮氨酸突变为半胱氨酸,该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成一个二硫键,提高了酶的耐热性。下列相关叙述正确的是( )A.T4溶菌酶耐热性提高的原因是组成该酶的氨基酸种类和数量发生了改变B.T4溶菌酶的改造属于蛋白质工程,自然界中的酶都可通过蛋白质工程进行改造C.蛋白质工程与“中心法则”的流动方向一致,即DNA→mRNA→蛋白质D.若高温使蛋白质分子的空间结构发生改变,蛋白质的功能也会受到影响
例题9.猪胰岛素用于降低人体血糖浓度的效果并不明显,原因是猪胰岛素分子中有一个氨基酸与人不同。为了使猪胰岛素能够用于临床治疗糖尿病,利用蛋白质工程对猪胰岛素分子设计的最佳方案是( )A.将猪胰岛素中不同于人的那个氨基酸进行替换B.将猪胰岛素和人胰岛素进行拼接组成新的胰岛素C.将猪和人的胰岛素混合在一起治疗糖尿病D.根据人的胰岛素设计制造一种全新的胰岛素
课堂检测1.基因工程的原理在蛋白质工程和测序技术上都得到了应用。判断下列有关描述的正误。(1)蛋白质工程是指通过直接改造现有蛋白质而生产出符合人类需求的新的蛋白质的工程技术。( )(2)由于基因决定蛋白质,因此要对蛋白质的结构进行设计改造,最终还必须通过改造或合成基因来完成。( )
(3)由于蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化,空间结构千差万别,蛋白质工程的操作难度很大。( )(4)运用PCR技术实现定点突变,可改变基因的结构,从而使表达出的蛋白质特定位点的氨基酸发生改变。( )(5)基因芯片用于科学研究和临床诊断的原理是核酸分子杂交技术。( )
例题10.下列关于基因工程与蛋白质工程的叙述,错误的是( )A.通过基因工程育种可以定向改变生物的性状B.常用PCR等技术检测目的基因是否插入受体细胞的DNA分子中C.蛋白质工程通过直接改造蛋白质的结构来创造新的蛋白质D.在蛋白质工程中,蛋白质的合成仍然遵循“中心法则”
1．2003年人类基因组计划测序完成，我国也参与其中并做出很大的贡献。2．基因测序技术不断发展，不仅速度越来越快，而且成本也越来越低。3．多个国家和机构建立了庞大的生物信息数据库。 (1)数据库信息不仅通过互联网共享，还定期交换数据进行更新。 (2)现在通过访问互联网，任何人都可以方便地检索出需要的信息。 (3)科学家也能通过比对核酸或蛋白质的序列重新审视生命进化的历程，深度解码个人的遗传信息。
三、以测序为基础建立的基因数据库是人类共有的财富
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用。( )(2)蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质。( )(3)蛋白质工程可以合成自然界中不存在的蛋白质。( )(4)将与叶绿素代谢相关的基因导入矮牵牛，可培育出自然界没有的颜色变异。( )(5)将植物生长素基因导入鲤鱼，培育出的转基因鲤鱼生长速率大大提高。( )
(6)基因工程育种比传统育种所需的时间短，并且可以解决远缘亲本难以杂交的问题。( )(7)利用转基因技术改良植物品质，目的基因一定是控制该性状的基因。( )(8)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。( )
例题11．案例分析：凝乳酶是奶酪生产中的关键性酶，研究人员利用基因工程技术，将编码该酶的基因转移到了微生物细胞中并使之表达。如图表示EcR Ⅰ、BamH Ⅰ、Pst Ⅰ三种限制酶在质粒和含凝乳酶基因的外源DNA片段上的切割位点。回答下列问题。
(3)研究发现，如果将该凝乳酶第20位和第24位的氨基酸改变为半胱氨酸，其催化能力将提高2倍。科学家可以生产上述高效凝乳酶的现代生物工程技术是______________。该生物工程技术对蛋白质结构的设计和改造，必须通过基因来完成，原因是_________________________。
王氏：甲李氏：乙张氏：丙
1982年，利用转基因大肠杆菌生产的人胰岛素，成为第一个被批准用于治疗人体疾病的基因工程药物。如今，基因工程及其延伸出的蛋白质工程已经影响到我们生活的方方面面。 那么，基因工程是如何影响我们生活的？什么是蛋白质工程？蛋白质工程又是如何进行的？
1．运用核酸分子杂交、PCR等技术进行基因诊断（探针）(1)核酸分子杂交和PCR技术常用来检测患者自身携带的缺陷基因。例如，检测引起镰刀形贫血症的基因突变。
一、基因工程改善了人类的生活品质
推动了医疗制药、法医鉴定、农牧业育种、环境保护等行业的发展。
引起镰刀形贫血症的基因突变，使血红蛋白基因缺少一个限制性内切核酸酶MstⅡ的识别序列，因为该识别序列5'-CCTGAGG-3'中的A突变成T。检测时，先用PCR技术扩增待检者基因的相应片段，然后用MstⅡ剪切扩增后的DNA，经琼脂糖凝胶电泳分离酶切后的DNA片段，并结合DNA分子杂交技术，则可判断待检者的基因组成，如图4-34所示。
例如，设计特异扩增HIV病毒部分基因片段的PCR引物，使用PCR技术检测患者少量血液或细胞中的DNA，根据凝胶电泳结果就可以判断患者是否携带HIV病毒。甚至在感染的早期，就能从血液中直接检测到微量的病毒基因，如图4-35所示。
(2)灵敏度极高的PCR技术常用于诊断患者是否感染某种病原体。例如，根据凝胶电泳结果就可以判断患者是否携带HIV病毒。
目前，人们运用PCR并结合其他技术，不仅可以在患者未发病，甚至出生前就能确诊其是否患有镰刀形贫血症、血友病等疾病，还可以根据某些核苷酸序列的特异性差异来推测某人患阿尔茨海默病以及癌症等疾病的风险。随着基因测序技术进一步发展，有望研制出专门针对个人基因特点的药物。
【微思考】 根据所学知识,推测新型冠状病毒核酸检测试剂盒的检测原理。提示 新型冠状病毒核酸检测试剂盒是用于快速进行体外定性检测新型冠状病毒的医疗检测用品,它的工作原理是通过提取病人样本中的RNA,进行逆转录聚合酶链式反应(荧光定量RT-PCR),通过扩增反应将样本中微量的病毒信息进行放大,加一段荧光标记的探针，最后以荧光的方式读取信号（荧光分子游离时会发出微弱的荧光，一旦与双链DNA结合荧光信号会增强。并会随DNA复制而加强）。如果有病毒的基因序列就会结合产生荧光信号即为阳性(荧光信号会增强),那么就可以认为样本中存在病毒(已经感染),反之表明样本中没有病毒(未感染)。
2．向患者体内导入正常基因进行基因治疗(1)基因治疗：向有基因缺陷的细胞中引入正常功能的基因，以纠正或补偿基因的缺陷（并非修复），从而达到治疗的目的。(2)基因治疗主要针对一些严重威胁人类健康的遗传病，如血友病、恶性肿瘤等。(3)基因导入细胞的过程常以修饰过的病毒为载体，如腺病毒和逆转录病毒。 1990年美国完成了世界首例重症免疫缺陷病的基因治疗。
1990年9月14日，安德森对一例患腺甘脱氨酶缺乏症（ADA缺乏症）的4岁女孩进行基因治疗。这个4岁女孩由于遗传基因有缺陷，自身不能生产ADA，先天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他们将这个女孩的白血球进行基因改造，使有缺陷的基因被健康的基因替代，然后把含正常白血球的血液输入她左臂的一条静脉血管中。在以后的10个月内她又接受了7次这样的治疗，同时也接受酶治疗。后来，她的免疫功能日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生活，并进入普通小学上学。 ADA缺乏症：一种严重的免疫缺陷症,腺苷脱氨酶的缺乏可使T淋巴细胞因代谢产物的累积而死亡,从而导致严重的联合性免疫缺陷症(SCID)。通常导致婴儿出生几个月后死亡。
如重度免疫缺陷症的基因治疗
T淋巴细胞的改造发生在体外，又叫体外基因治疗
例题1.阅读以下材料，回答问题：复合型免疫缺陷症是一种遗传疾病。某女童由于腺苷酸脱氨酶基因缺失，造成体内缺乏腺苷酸脱氨酶；而腺苷酸脱氨酶是人体免疫系统发挥正常功能所必需的，因此，该女童不能抵抗病原微生物的威胁。1990年9月，这名女童接受了基因治疗，研究人员将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋巴细胞中，使淋巴细胞能够产生腺苷酸脱氨酶，然后，再将这种淋巴细胞转入患者体内。半年后，在血液中检测出了被改造的淋巴细胞，女童体内产生的腺苷酸脱氨酶也越来越多，女童产生抗体的能力显著改善。(1)请运用遗传学原理，预测该女童腺苷酸脱氨酶基因缺失的可能原因。_______________________________________________________(2)研究人员将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞而不是其他细胞的原因可能是_______________________________________________________(3)请用基因工程方法简要写出该女童基因治疗的步骤。
腺苷酸脱氨酶是免疫系统发挥正常功能所必需的，淋巴细胞具有这种酶才能产生抗体等免疫物质
获取腺苷酸脱氨酶基因→形成重组DNA分子→将含腺苷酸脱氨酶基因的重组DNA分子导入淋巴细胞→筛选出含此基因的淋巴细胞并且把这些淋巴细胞输入患者体内。
1994年，美国科学家以修饰过的腺病毒为载体，首次对一位囊性纤维病（常隐，主要影响胃肠道和呼吸系统）患者进行了基因治疗。1991年，我国进行了世界上首例B型血友病的基因治疗临床实验。2003年，我国食品药品监督管理总局为世界首个癌症基因治疗药物颁发了新药证书——治疗恶性肿瘤的重组人p53腺病毒注射液。 虽然已经有一些运用基因治疗成功的临床实验，但是基因治疗仍面临着很多挑战,很多技术不成熟。科学家要继续探索如何控制转入的基因在正确的时间和空间表达出适量的蛋白质产物，同时确保基因的插入不会影响其他基因的正常功能。小资料：RNA干扰技术---注入双链RNA诱导细胞内含有相同或相似序列的mRNA降解。
1990年美国完成了世界首例重症免疫缺陷病的基因治疗。
3．利用转基因生物生产基因工程药物 (1)转基因植物可用于生产药物蛋白，如人血红蛋白、小儿麻痹症疫苗等。(2)转基因鼠、兔、羊、猪、牛的乳腺可以生产多种转基因产品，如人凝血因子Ⅷ、人白细胞介素2、牛乳清蛋白等。哺乳动物的乳腺作为生物反应器生产蛋白质类药物有以下优点：乳汁可以连续合成；频繁釆集不会对动物产生危害；乳汁成分相对简单、明确，便于药物的提纯。
出生前就已在体内植入了两种人类母乳的基因,这两种基因都是人类在哺乳期乳腺才能分泌的蛋白质,这样它产出的奶中所含的蛋白质就会与人奶中的相同。人奶中的蛋白质可为新生儿提供抗菌与抗病毒的保护,这种牛奶也能做到。
【答案】不一定。①目的基因在受体细胞中不是成对存在的，相当于杂合子，配子中可能不含该基因，则有性生殖产生的后代中可能不含目的基因。②有性生殖产生的后代可能为雄性，不能分泌乳汁。
小思考：乳腺生物反应器经过有性生殖产生的后代一定可以产生目标蛋白质吗？
(3)大肠杆菌等微生物遗传物质简单、操作方便，可以在价格低廉的培养基中快速生长，因此，转基因微生物成为理想的合成蛋白质的分子工厂。
4．转基因动物可为研究疾病机理提供模型。可以获得基因、改造基因，还可以“敲除”某些基因(1)通过在基因中插入DNA片段使该基因永久失活，再通过观察转基因生物性状变化，可以推测该基因的功能。(2)实例：科学家发现敲除肠碱性磷酸酶基因的小鼠更容易发胖，从而推测该基因有“保持身材”的作用，也许不久的将来肥胖会被“根治”。
①小鼠与人体存在很多差异，利用该动物模型生产出来的药物对人体可能会产生不良影响;②利用动物体作为反应器，会对其产生不同程度的伤害;………
①利用动物作研究模型；②生产出性状优良的改良家畜家禽，如长得快，繁殖力高，能抗病等;③利用动物体作为反应器，生产珍贵的蛋白质，如一些只能从人体内提取的蛋白质;④生产玩赏动物，如同猫一样大的小马，如同鼠一样大的兔子...
5．应用基因工程技术进行法医鉴定，能保护受害者权益 (1)法医鉴定包括个体识别、亲子鉴定等内容。(2)DNA 指纹：除了同卵双胞胎外，我们每个人都拥有自己独特的DNA。经过限制酶剪切、电泳、与标记的探针进行核酸分子杂交，得到的图谱也是特异的，就像人的指纹一样。(3)随着PCR技术的引入，20个细胞的DNA经过扩增就足够用于鉴定。
6．应用基因工程可培育具有优良性状的农牧业品种 植物：在抗虫、抗病、抗逆、产品的品质不断被改良 动物：获得生长快、体型大、性状优良 (1)我国自主研发将苏云金芽孢杆菌Bt毒蛋白基因转入棉花，培育出抗虫棉。 Bt毒蛋白在害虫的肠道被水解成有毒片段，结合细胞表面受体。(减少农药使用，减少环境污染，降低生产成本)(2)将鱼的抗冻蛋白基因导入番茄中可提高其抗寒能力。(3)将抗除草剂草甘膦的基因转到烟草、番茄、马铃薯等植物中，以便在喷洒草甘膦时杀死田间杂草而不损伤作物。(4)向番茄中导入相关基因，阻碍与乙烯生成相关的酶的合成，获得的转基因番茄的乙烯含量远远低于普通番茄，延长了保存期，便于长途运输。
(5)将来自大肠杆菌中编码丝氨酸转乙酰酶和乙酰丝氨酸硫氢化酶的基因转入羊中，获得的转基因羊能够利用胃中的硫化氢合成半胱氨酸，提高羊毛产量。(6)转入乳糖酶基因的奶牛产出的牛奶，则受到乳糖过敏或消化不良的人群的欢迎。
基因工程育种和杂交育种的比较
7．基因工程技术可用于保护生态环境(1)有些微生物具有采矿或分解有毒污染物的宝贵能力，科学家将这些微生物的基因进行改造，获得了拥有珍贵性状并易于培养的转基因工程菌。(2)有的工程菌能够摄取环境中的铜、铅等重金属，并在体内转化为硫酸铜、硫酸铅等易于提取的化合物，在矿产日益枯竭的今天意义重大。 (3)有的工程菌能够降解氯化烃和其他有毒的化合物，处理石油泄漏污染问题。超级细菌
1975年美籍印度人查克拉搏特等科学家依据似单胞杆菌对石油中有毒成分具有很强分解力这一特性，把4种能吃浮油的假单胞杆菌的基因拼接起来，合并成一种假单胞菌种，组成了所谓的“超级菌”，它能分解各种石油烃，消除浮油的效率高、速度快，只需几小时就能除掉自然菌种需几年才能消除的原油污染。
能分解石油的“超级吸油菌”
动物基因工程前景广阔,最令人兴奋的是利用基因工程技术将哺乳动物改造成乳腺生物反应器,以生产所需要的药品,如利用转基因动物生产人α-抗胰蛋白酶。下图是科学家将转基因动物改造成为乳腺生物反应器的示意图,分析回答下列问题。
1.将药用蛋白基因导入受体细胞之前,需要构建重组DNA分子。如何构建含有药用蛋白基因的重组DNA分子?提示 将药用蛋白基因和在乳腺中特异性表达的蛋白质编码基因的启动子等调控元件重组在一起,构建出重组DNA分子。2.重组DNA分子的受体细胞一般是受精卵,为什么?提示 受精卵具有全能性,发育成完整个体后才可以获得转基因动物。
3.导入牛的受精卵后,还需要借助哪些技术手段,才能尽可能多地制造出乳腺生物反应器?提示 早期胚胎培养技术、胚胎分割技术、胚胎移植技术等。4.乳腺细胞中存在外源药用蛋白基因,其他体细胞中是否存在?提示 存在。但药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达,因为药用蛋白基因和乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起。
[归纳提升]乳腺生物反应器与基因工程菌生产药物的区别(在生产人的药物蛋白方面)
例题2.科学家运用基因工程技术,将人凝血因子基因导入山羊的DNA中,培育出羊乳腺生物反应器,使羊乳汁中含有人凝血因子。以下有关叙述正确的是( )A.可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组DNA分子导入羊的受精卵B.在该转基因羊中,人凝血因子基因存在于乳腺细胞中,而不存在于其他细胞中C.人凝血因子基因开始转录后,DNA聚合酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNAD.科学家将人凝血因子基因与山羊乳腺蛋白基因重组在一起,从而使人凝血因子基因只在山羊乳腺细胞中特异表达
将山羊乳腺蛋白基因的启动子与人凝血因子基因重组
例题3.从转基因牛、羊乳汁中提取药物工艺简单,甚至可直接饮用治病。如果将药用蛋白基因转入动物(如牛、羊)的膀胱上皮细胞中,从转基因牛、羊尿液中提取药物比从乳汁中提取药物的更大优越性在于( )A.技术简单B.膀胱上皮细胞容易表达药用蛋白C.膀胱上皮细胞全能性较高D.无论是雌性还是雄性个体,在任何发育时期都可以产生所需药物
例4 通过转基因技术培育出乳汁中含人β酪蛋白的山羊，其流程如图。回答有关问题。 (1)基因工程的核心是图中的______(填序号)过程；如果要利用人类基因组构建含人β酪蛋白基因的基因文库，该过程________(填“需要”或“不需要”)限制性内切核酸酶参与。若要检测乳汁中是否出现人β酪蛋白，可用的检测物质是
__________________(填“人β酪蛋白基因”或“人β酪蛋白抗体”)。 (2)②过程一般是通过______________法实现的。 (3)③过程的实现必须通过____________技术；通过④过程实现转基因山羊的克隆繁殖，要通过_________技术形成重组细胞后，再经胚胎工程实现。【解析】(1)基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建，即图中①过程；如果要利用人类基因组构建含人β酪蛋白基因的基因文库，该过程需要限制性内切核酸酶参与；若要检测乳汁中是否出现人β酪蛋白，可用抗原抗体杂交法，因此可用的检测物质是人β酪蛋白抗体。
课堂检测1.基因工程技术的发展,极大地推动了医疗制药、法医鉴定、农牧业育种、环境保护等行业的发展。判断下列有关基因工程应用描述的正误。(1)运用基因工程技术进行基因诊断时,主要借助的是核酸分子杂交和PCR技术。( )(2)基因治疗是将患者体内的致病基因进行修复,使其携带的遗传信息正常。( )(3)将植物生长素基因导入鲤鱼,培育出的转基因鲤鱼生长速率大大提高。( )
(4)利用基因工程生产的细胞因子、抗体、疫苗和激素等药物,可用于人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿性关节炎等疾病的预防和治疗。( )(5)将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起,通过显微注射法导入哺乳动物的乳腺细胞中,制成乳腺生物反应器。( )
例题5.下列有关基因工程在农牧业领域应用的叙述,错误的是( )A.将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物,可培育出转基因抗病植物B.将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物,可培育出转基因抗除草剂作物C.将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物,可提高植物的营养价值D.将基因工程生产的肠乳糖酶作为药物添加在牛奶中,可解决人的乳糖不耐受问题答案 D解析 肠乳糖酶属于蛋白质,口服会被胃蛋白酶消化分解而失效,D项错误。
1．基因工程的局限：目的基因的表达结果有时并不理想，合成 的蛋白质不能很好地行使功能，无法满足人们的需求。2．蛋白质工程遵循“中心法则”。3．蛋白质工程的思路：通过设计和改造编码蛋白质的基因 从而改变氨基酸序列，最终获得特定功能的蛋白质4．蛋白质工程的步骤 (1)建立蛋白质功能与结构的联系。 (2)依据所需蛋白质的功能， 设计改造天然蛋白质的空间结构，推测出其氨基酸的序列。 (3)根据“中心法则”逆推出基因的核苷酸序列。 (4)利用基因工程技术改变DNA上特定位点的核苷酸序列 (5)将改造了的基因导入受体细胞后进行表达。 蛋白质工程可以合成自然界中不存在的蛋白质
二、蛋白质工程是基因工程的延伸
由于基因决定蛋白质,因此要对蛋白质的结构进行设计改造,最终还必须通过改造或合成基因来完成
5．实例：科学家对人体内的抗病毒糖蛋白β干扰素的改良。小思考：为什么蛋白质工程改造基因而不是直接改造蛋白质？【答案】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，便可以间接改造蛋白质。③基因可以遗传，蛋白质无法遗传。
干扰素是一种抗病毒、抗肿瘤的药物。将人的干扰素基因导入大肠杆菌中并进行表达,产生的干扰素的抗病毒活性为106 U/mg,只相当于天然产品的十分之一。虽然在大肠杆菌中合成的干扰素量很多,但多数是以无活性的二聚体形式存在。为什么会这样?如何改变这种状况?研究发现,干扰素蛋白质中有3个半胱氨酸(第17、31、141位),推测可能是有一个或几个半胱氨酸形成了二硫键。研究人员通过基因定点突变将第17位的半胱氨酸改变成丝氨酸,结果使大肠杆菌中产生的干扰素的抗病毒活性提高到108 U/mg,并且比天然干扰素的贮存稳定性高很多。请讨论回答下列问题。
1.基因工程在满足人类需要上有哪些“缺点”?提示 基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质,这些蛋白质不一定完全符合人类生产和生活的需要。2.蛋白质工程在应用中的最大难点是什么?提示 复杂的蛋白质结构与功能之间的关系。
3.如何实现基因的定点突变?请举例说明。提示 运用PCR技术实现基因的定点突变。设计并合成诱变引物,该引物特定位点上的碱基与模板上的碱基不互补配对,但其余大多数碱基与模板能够配对。这样得到的PCR产物中,特定位点的碱基发生了改变。4.为什么说蛋白质工程是基因工程的延伸?提示 蛋白质工程离不开基因工程,基因经改造或合成后,要通过基因工程生产出人类需要的蛋白质。
“二看法”判断基因工程和蛋白质工程
基因工程与蛋白质工程的比较
2．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)基因工程中所利用的某些酶可通过蛋白质工程进行修饰、改造。
例题6.案例分析：凝乳酶是奶酪生产中的关键性酶，研究人员利用基因工程技术，将编码该酶的基因转移到了微生物细胞中并使之表达。如图表示EcR Ⅰ、BamH Ⅰ、Pst Ⅰ三种限制酶在质粒和含凝乳酶基因的外源DNA片段上的切割位点。回答下列问题。
(1)根据图中EcR Ⅰ、BamH Ⅰ、Pst Ⅰ三种限制酶的切割位点分析，该工程中最不适宜用来切割外源DNA获取目的基因的限制酶是___________，将切割后的质粒和目的基因连接起来需要_____________酶。构建好的重组质粒在目的基因前要加上特殊的启动子，它是_______________识别和结合的部位。(2)工业化生产过程中，若采用重组大肠杆菌生产凝乳酶，该过程中将目的基因导入大肠杆菌前，常常用________处理细胞，使之处于一种能吸收周围环境中的DNA分子的生理状态，这种细胞称为____________细胞。
(3)研究发现，如果将该凝乳酶第20位和第24位的氨基酸改为半胱氨酸，其催化能力将提高2倍。科学家可以生产上述高效凝乳酶的现代生物工程技术是______________。该生物工程技术对蛋白质结构的设计和改造，必须通过基因来完成，原因是_________________________。
例题7．为了增加油菜种子的含油量，研究人员尝试将酶D基因与转运肽基因相连，一起导入油菜细胞并获得了转基因油菜品种(1)研究人员依据基因的已知序列设计引物，采用_________技术快速扩增从陆地棉基因文库中获取的酶D基因和从拟南芥基因文库中获取的转运肽基因。所含三种限制酶(Cla Ⅰ、SacⅠ、Xba Ⅰ)的切点如图所示，则用____________________酶处理两个基因后，可得到_________(填图中字母)端相连的融合基因。
Cla Ⅰ和DNA连接
(2)将上述融合基因插入如图所示Ti质粒的TDNA(可转移的DNA)中，构建___________________________并导入农杆菌中。将获得的农杆菌接种在含___________的固体平板上培养得到含融合基因的单菌落，再利用液体培养基振荡培养，得到用于转化的侵染液。(3)剪取油菜的叶片放入侵染液中一段时间，此过程的目的是_____________________________________，进一步筛选后获得转基因油菜细胞。(4)用_________________法可检测转基因油菜植株中的融合基因是否成功表达。
基因表达载体(或重组质粒)
利用农杆菌将融合基因导入油菜细胞
例题8.T4溶菌酶在高温时易失去活性。研究人员对编码T4溶菌酶的基因进行改造,使T4溶菌酶第3位的异亮氨酸突变为半胱氨酸,该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成一个二硫键,提高了酶的耐热性。下列相关叙述正确的是( )A.T4溶菌酶耐热性提高的原因是组成该酶的氨基酸种类和数量发生了改变B.T4溶菌酶的改造属于蛋白质工程,自然界中的酶都可通过蛋白质工程进行改造C.蛋白质工程与“中心法则”的流动方向一致,即DNA→mRNA→蛋白质D.若高温使蛋白质分子的空间结构发生改变,蛋白质的功能也会受到影响
例题9.猪胰岛素用于降低人体血糖浓度的效果并不明显,原因是猪胰岛素分子中有一个氨基酸与人不同。为了使猪胰岛素能够用于临床治疗糖尿病,利用蛋白质工程对猪胰岛素分子设计的最佳方案是( )A.将猪胰岛素中不同于人的那个氨基酸进行替换B.将猪胰岛素和人胰岛素进行拼接组成新的胰岛素C.将猪和人的胰岛素混合在一起治疗糖尿病D.根据人的胰岛素设计制造一种全新的胰岛素
课堂检测1.基因工程的原理在蛋白质工程和测序技术上都得到了应用。判断下列有关描述的正误。(1)蛋白质工程是指通过直接改造现有蛋白质而生产出符合人类需求的新的蛋白质的工程技术。( )(2)由于基因决定蛋白质,因此要对蛋白质的结构进行设计改造,最终还必须通过改造或合成基因来完成。( )
(3)由于蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化,空间结构千差万别,蛋白质工程的操作难度很大。( )(4)运用PCR技术实现定点突变,可改变基因的结构,从而使表达出的蛋白质特定位点的氨基酸发生改变。( )(5)基因芯片用于科学研究和临床诊断的原理是核酸分子杂交技术。( )
例题10.下列关于基因工程与蛋白质工程的叙述,错误的是( )A.通过基因工程育种可以定向改变生物的性状B.常用PCR等技术检测目的基因是否插入受体细胞的DNA分子中C.蛋白质工程通过直接改造蛋白质的结构来创造新的蛋白质D.在蛋白质工程中,蛋白质的合成仍然遵循“中心法则”
1．2003年人类基因组计划测序完成，我国也参与其中并做出很大的贡献。2．基因测序技术不断发展，不仅速度越来越快，而且成本也越来越低。3．多个国家和机构建立了庞大的生物信息数据库。 (1)数据库信息不仅通过互联网共享，还定期交换数据进行更新。 (2)现在通过访问互联网，任何人都可以方便地检索出需要的信息。 (3)科学家也能通过比对核酸或蛋白质的序列重新审视生命进化的历程，深度解码个人的遗传信息。
三、以测序为基础建立的基因数据库是人类共有的财富
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用。( )(2)蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质。( )(3)蛋白质工程可以合成自然界中不存在的蛋白质。( )(4)将与叶绿素代谢相关的基因导入矮牵牛，可培育出自然界没有的颜色变异。( )(5)将植物生长素基因导入鲤鱼，培育出的转基因鲤鱼生长速率大大提高。( )
(6)基因工程育种比传统育种所需的时间短，并且可以解决远缘亲本难以杂交的问题。( )(7)利用转基因技术改良植物品质，目的基因一定是控制该性状的基因。( )(8)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。( )
例题11．案例分析：凝乳酶是奶酪生产中的关键性酶，研究人员利用基因工程技术，将编码该酶的基因转移到了微生物细胞中并使之表达。如图表示EcR Ⅰ、BamH Ⅰ、Pst Ⅰ三种限制酶在质粒和含凝乳酶基因的外源DNA片段上的切割位点。回答下列问题。
(3)研究发现，如果将该凝乳酶第20位和第24位的氨基酸改变为半胱氨酸，其催化能力将提高2倍。科学家可以生产上述高效凝乳酶的现代生物工程技术是______________。该生物工程技术对蛋白质结构的设计和改造，必须通过基因来完成，原因是_________________________。
王氏：甲李氏：乙张氏：丙
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