蛋白质工程

选修3 专题一 基因工程和蛋白质工程

1、基因工程的概念:基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA 重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程是在DNA 分子水平上进行设计和施工的，又叫做DNA 重组技术。

(1)供体：提供目的基因(2)操作环境：体外(3)操作水平：分子水平(4)原理：基因重组(5)受体：表达目的基因(6)本质：性状在受体体内表达(7)优点：克服远缘杂交不亲和的障碍，定向改造生物的遗传性状。

2、限制酶是一类酶，而不是一种酶。

3、限制酶的成分为蛋白质，其作用的发挥需要适宜的理化条件，高温、强酸或强碱均易使之变性失活。

4、将一个基因从DNA 分子上切割下来，需要切两处，同时产生4个黏性末端。

5、不同DNA 分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同，同一个DNA 分子用不同的限制酶切割，产生的黏性末端一般不相同。

6、限制酶切割位点应位于标记基因之外，不能破坏标记基因，以便于进行检测。

7、基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同。基因工程中的载体是DNA 分子，能将目的基因导入受体细胞内；膜载体是蛋白质，与细胞膜的通透性有关。

8、基因工程中有3种工具，但工具酶只有2种。

9、基因工程的操作步骤

(1) 获取目的基因—⎩⎪⎨⎪⎧ ①从基因文库中获取②利用PCR 技术扩增③通过化学方法人工合成

(2) 基因表达载体的构建（核心）—组成

（目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。）

(3) 将目的基因导入受体细胞—方法 ①植物：

②动物：

③微生物：感受态细胞法

(4) 目的基因的检测与鉴定

10、目的基因的插入位点不是随意的

基因表达需要启动子与终止子的调控，所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位。

11、基因工程操作过程中只有第三步(将目的基因导入受体细胞)没有碱基互补配对现象

第一步存在逆转录法获得DNA ，第二步存在黏性末端连接现象，第四步检测存在分子水平杂交方法。

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13、原核生物作为受体细胞的优点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少。

14、一般情况下，用同一种限制酶切割质粒和含有目的基因的片段，但有时可用两种限制酶分别切割质粒和目的基因，这样可避免质粒和质粒之间、目的基因和目的基因之间的连接。

15、目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程，称为转化。转化的实质是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中。

16、不熟悉标记基因的种类和作用：标记基因的作用——筛选、检测目的基因是否导入受体细胞，常见的有抗生素抗性基因、发光基因(表达产物为带颜色的物质)等。

17、对受体细胞模糊不清：受体细胞常用植物受精卵或体细胞(经组织培养)、动物受精卵(一般不用体细胞)、微生物(大肠杆菌、酵母菌)等。要合成糖蛋白、有生物活性的胰岛素则必须用真核生物酵母菌(需内质网、高尔基体的加工、分泌)；一般不用支原体，原因是它营寄生生活；一定不能用哺乳动物成熟的红细胞，原因是它无细胞核，不能合成蛋白质。

18、还应注意的问题有：①基因表达载体中，启动子(DNA片段)≠起始密码子(RNA)；终止子(DNA片段)≠终止密码子(RNA)。②基因表达载体的构建是最核心、最关键的一步，在体外进行。

19、将目的基因导入受体细胞

20、目的基因的检测与鉴定

【反馈练习】

1.如图所示为部分双链DNA片段，下列有关基因工程中工具酶功能的叙述错误的是( )

A．切断a处的酶为限制酶 B．连接a处的酶为DNA连接酶

C．切断b处的酶为DNA解旋酶 D．连接b处的酶为RNA聚合酶

2、下列有关基因工程操作的叙述中，正确的是( )

A．用同种限制酶切割载体与目的基因可获得相同的黏性末端

B．以蛋白质的氨基酸序列为依据合成的目的基因与原基因的碱基序列相同

C．检测到受体细胞含有目的基因就标志着基因工程操作的成功

D．用含抗生素抗性基因的质粒作为载体是因为其抗性基因便于与外源基因连接

3、研究人员将鱼的抗冻基因导入番茄体内，获得抗冻能力明显提高的番茄新品种。下列操作合理( ) A．设计相应DNA单链片段作为引物，利用PCR技术扩增目的基因

生物种类植物动物微生物

常用方法农杆菌转化法显微注射技术感受态细胞法

受体细胞体细胞受精卵原核细胞

转化过程

将目的基因插入到Ti质粒

的T­DNA上→农杆菌→导入

植物细胞→整合到受体细

胞的DNA上→表达

将含有目的基因的表达载

体提纯→取卵(受精卵)→

显微注射→受精卵发育→

获得具有新性状的动物

Ca2＋处理细胞→感受态细

胞→重组表达载体DNA分子

与感受态细胞混合→感受

态细胞吸收DNA分子

B．利用限制酶和DNA聚合酶构建基因表达载体

C．将基因表达载体导入番茄细胞之前需用Ca2＋处理细胞

D．运用DNA分子杂交技术检测抗冻基因是否在番茄细胞中表达

4、在某些深海鱼中发现的抗冻蛋白基因afp对提高农作物的抗寒能力有较好的应用价值。如图所示是获得转基因莴苣的技术流程，请据图回答下列问题：

(1)获取目的基因的主要途径包括从自然界已有的物种中分离和__________。

(2)①过程需要的酶有____________、____________________。

(3)重组质粒除了带有抗冻蛋白基因afp，还必须含有启动子、终止子和____________，这样才能构成一个完整的基因表达载体。

(4)如果受体细胞C1是土壤农杆菌，则将目的基因导入它的目的是利用农杆菌的______________，使目的基因进入受体细胞C2，并将其插入到受体细胞C2中______________________上，使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达，形成转基因莴苣。经②过程获得的转基因莴苣中的目的

基因是否表达，在分子水平上可用____________法进行检测，如果出现杂交带，

说明目的基因已经表达蛋白质产品，转基因莴苣培育成功。

活动一、蛋白质工程

1、概念：蛋白质工程是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，以满足人类的生产和生活的需求。

2、蛋白质工程原理：基因改造。

3、操作过程：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的

氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)→基因表达→产生需要的蛋

白质。

4、对蛋白质分子进行改造，其本质是改变其基因组成。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白质分子还是无法遗传。蛋白质工程的实质是根据蛋白质的结构，创造新基因或者改造老基因，是基因工程的发展与延续。蛋白质工程与DNA分子重组技术是分不开的，常用到基因工程工具酶，如限制酶和DNA连接酶。

【典例分析】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DNA合成形成的新基因应与____________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，需用到的生物工程有____________、____________和发酵工程。

(4)图中从胰岛素模型到新的胰岛素基因合成的基本思路是什

么？___________ ________

______________________________________________________

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