基因工程--基因的应用及蛋白质工程作业
高考生物：基因工程和蛋白质工程
基因工程和蛋白质工程章节概述基因工程是生物工程的核心技术，是当前生命科学研究的热点和前沿，因而各地高考命题均以此作为命题重点，常以材料分析题、选择题等形式出现。
从其地位来看，继续作为命题热点的可能性不会改变。
蛋白质工程主要是工业生产和基础理论研究的需要，而结构生物学对大量蛋白质分子的精确立体结构极其复杂的生物功能的分析结果，为设计改造天然蛋白质提供了蓝图，分子遗传学的以定点突变为中心的基因操作技术为蛋白质工程提供了手段。
目标认知学习目标1．简述基因工程的原理及技术、举例说明基因工程的应用。
2．关注基因工程的发展，认同基因工程的应用促进生产力的提高。
3．尝试运用基因工程原理，提出解决某一实际问题的方案。
重点1．DNA重组技术所需的三种基本工具的作用。
2．基因工程基本操作程序的四个步骤。
3．蛋白质工程的原理。
难点1．基因工程载体需要的条件。
2．从基因文库中获取目的基因。
3．利用PCR技术扩增目的基因。
知识精讲重点知识讲解限制性核酸内切酶在生物体内有一类酶，它们能将外来的DNA切断，但对自己的DNA没有损害作用。
由于这种切割作用实在DNA分子内部进行的，故名限制性内切酶，简称限制酶。
限制酶是基因工程中重要的切割工具，科学家已经从原核生物中分离出了许多种限制酶并且已经商品化，在基因工程中广泛使用。
根据限制酶切割的特点，可将它们分为两大类：一类是切割部位没有特异性；另一类是可以特异性的识别核苷酸序列，即只能在一定的DNA序列上进行切割。
限制酶在特定切割部位进行切割时，按照切割的方式，又可以分为错位切和平切两种。
错位切一般是在两条链的不同部位切割，中间相隔几个核苷酸，切下后的两端形成一种回文式的单链末端，这个末端能与具有互补碱基的目的基因的DNA片段连接，故称为黏性末端。
这种酶在基因工程中应用最多。
另一种是在两条链的特定序列的相同部位切割，形成一个无黏性末端的平口。
如下图所示：限制性核酸内切酶根据其功能可分为一级和二级两大类。
蛋白质工程
20种氨基酸的密码子表
—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—”的脱氧核苷酸序列
比较基因工程和蛋白质工程
中心法则逆推
中心法则
流程
蛋白质工程是在基因工程基础上的延伸,是第二代基因工程
联系
基因修饰或基因合成
基因重组
实质
自然不存在的蛋白
天然存在的蛋白
结果
操作环境——生物体外；操作对象——基因；操作水平——分子
玉米中赖氨酸含量可提高数倍
1、目标：根据人们对 功能的特定需求,对蛋白质的 进行分子设计。 2、原理：改造基因 基因 或基因 。 3、途径： 预期蛋白质功能→设计 →推测应有的 序列→找到对应的 序列 基因 。
蛋白质工程的途径：
基础:
蛋白质工程的实质：
途径:
目标:
蛋白质分子的结构规律和生物功能
基因修饰或基因合成
改造或制造新的蛋白质,满足人类的生产或生活的需要
是对编码蛋白质的基因进行改造
蛋白质工程的概念
讨论：对照密码表,至少写出三种决定“—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—”的脱氧核苷酸序列。 P27
Suitable for teaching courseware and reports
蛋白质工程
温故而知新
2、描述基因工程的操作步骤。
3、讨论基因工程产生的蛋白质的特点。
基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。
1、蛋白质的基本单位蛋白质多样性的根本原因
一、蛋白质工程崛起的缘由
1、基因工程的应用 1 基因工程的实质：将一种生物的 转移到另一种生物体内,使后者产生本不能产生的 ,进而表现出的 。 2 基因工程的不足：在原则上只能生产自然界已存在的 。 2、天然蛋白质的不足 天然蛋白质是生物在长期 过程中形成的,它们的 符合特定物种 的需要,却不一定完全符合人类生产和生活的需要。 3、蛋白质工程的目的生产符合人类生产和生活需要的 。
高中生物教案《基因工程和蛋白质工程》
《基因工程和蛋白质工程》高中生物教案一、教学目标1.知识与技能：o理解基因工程和蛋白质工程的基本概念、原理和应用。
o掌握基因工程的基本操作技术，包括基因克隆、基因表达和基因编辑。
o了解蛋白质工程的设计原理和方法，以及其在医药、工业等领域的应用。
2.过程与方法：o通过观察、分析和讨论，培养学生的观察力和分析能力。
o通过案例分析和模拟实验，让学生深入理解基因工程和蛋白质工程的过程和机制。
3.情感态度与价值观：o激发学生对基因工程和蛋白质工程的兴趣和好奇心。
o培养学生的科学探究精神和创新意识，认识到基因工程和蛋白质工程在生命科学和生物技术领域的重要性。
二、教学重难点•重点：基因工程和蛋白质工程的基本原理和操作技术。
•难点：理解基因工程和蛋白质工程在分子水平上的复杂性和精准性。
三、教学准备•基因工程和蛋白质工程的多媒体课件，包括基本原理、技术操作和应用案例等。
•模拟实验材料，如质粒DNA、PCR试剂、蛋白质表达载体等。
•小组讨论指导问题。
四、教学过程1.导入新课o通过展示基因工程和蛋白质工程在医药、农业、工业等领域的应用案例，引出基因工程和蛋白质工程的概念和重要性。
o提问学生：你们知道基因工程和蛋白质工程是什么吗？它们在我们的生活中有哪些应用？2.新课讲解o介绍基因工程的基本概念，包括基因克隆、基因表达和基因编辑的原理和技术。
o讲解蛋白质工程的设计原理和方法，包括蛋白质结构分析、功能预测和优化等。
o展示基因工程和蛋白质工程在医药、农业、工业等领域的应用案例，让学生了解其实际价值和意义。
3.模拟实验与探究o利用模拟实验材料，让学生亲自操作基因克隆和基因表达的实验，感受基因工程的实际操作过程。
o教师演示多媒体课件中的基因编辑和蛋白质工程的设计过程，让学生观察并理解其分子机制。
4.小组讨论o学生分组讨论基因工程和蛋白质工程在生命科学和生物技术领域的发展趋势和前景。
o教师提供指导问题，引导学生深入思考并分享讨论结果。
蛋白质工程的原理和应用重难点
蛋白质工程的原理和应用重难点一、蛋白质工程的原理蛋白质工程是一种通过改变蛋白质的结构和功能来设计和构建新的蛋白质的技术。
它是蛋白质科学领域的一项重要研究方向，可以用于改善或增强蛋白质的性能，开发新的药物或生物材料。
蛋白质工程的原理主要包括以下几个方面：1.1 蛋白质结构设计蛋白质的结构是其功能的基础，通过合理设计蛋白质的结构可以增强其稳定性和活性。
蛋白质结构设计会考虑到蛋白质的二级结构、三级结构和四级结构等方面，通过改变氨基酸序列、添加或删除结构域等手段来调节蛋白质的功能。
1.2 重组蛋白质技术重组蛋白质技术是蛋白质工程中常用的一种方法，通过利用基因工程技术，将目标蛋白质的基因导入到宿主细胞中，使其表达出目标蛋白质。
这样可以大量产生目标蛋白质，并帮助研究人员研究其功能。
1.3 蛋白质工程的模拟和计算蛋白质工程的原理还包括模拟和计算。
通过使用计算机模拟和计算方法，可以对蛋白质的结构进行预测和分析，为蛋白质工程的设计提供指导。
例如，可以通过分子动力学模拟来研究蛋白质的稳定性和折叠动力学。
二、蛋白质工程的应用重难点蛋白质工程的应用涵盖了多个领域，包括药物研发、生物技术和生物工程等。
然而，在实际应用中，常常会面临以下几个重难点：2.1 蛋白质的稳定性蛋白质在多种条件下都会发生失活或降解，而在许多应用中需要蛋白质具有较好的稳定性。
如何提高蛋白质的稳定性，防止其在储存、传输和应用过程中发生降解，是一个重要的难题。
常见的解决方法包括选择稳定性较高的蛋白质模板、引入稳定性突变、改变环境条件等。
2.2 蛋白质的活性蛋白质的活性是衡量其功能的重要指标，但在蛋白质工程中，常常会遇到如何增强或恢复蛋白质活性的问题。
这包括如何通过改变蛋白质结构来提高其催化效率、抑制剂结合性等。
解决蛋白质活性问题的方法包括结构设计、基因工程和蛋白质修饰等。
2.3 蛋白质的特异性蛋白质的特异性是指其与特定受体或底物的识别和结合能力。
在某些应用中，需要蛋白质具有较高的特异性，但在设计和构建蛋白质时往往会面临如何提高或调节蛋白质的特异性的问题。
蛋白质工程与基因工程的联系
蛋白质工程与基因工程的联系蛋白质工程和基因工程都是现代生物技术的重要组成部分，它们之间存在密切的联系。
以下从基因编码、基因表达、基因调控、目标产物和技术手段等方面阐述二者的关联。
1. 基因编码在基因工程中，首先需要将目的基因进行编码，这一过程主要依赖于DNA的碱基序列，即基因编码。
基因编码的准确性直接影响到后续的基因表达和蛋白质产物的质量。
而在蛋白质工程中，虽然主要目标是改造蛋白质的结构和性质，但这一目标的实现同样需要在基因编码层面对DNA序列进行操作。
因此，基因编码是蛋白质工程和基因工程的重要交汇点。
2. 基因表达基因表达是基因工程和蛋白质工程中的另一个共同关注点。
在基因工程中，通过操作基因表达来控制目标产物的合成。
而在蛋白质工程中，对蛋白质结构的改造往往需要通过改变基因表达来实现。
这包括对转录和翻译过程的调控，以及对翻译后修饰的干预。
因此，对基因表达的调控能力是蛋白质工程和基因工程的关键能力之一。
3. 基因调控基因调控是生物体内的一种复杂机制，它涉及到一系列的基因相互作用和环境响应。
在基因工程中，理解并利用基因调控是实现目标产物高效合成的重要手段。
而在蛋白质工程中，为了实现对蛋白质结构和性质的改造，也需要深入理解相关的基因调控机制，以便通过操作这些机制来实现对蛋白质的改造。
因此，对基因调控的理解和应用是蛋白质工程和基因工程的共同基础。
4. 目标产物无论是基因工程还是蛋白质工程，它们的目标产物都是生物分子。
在基因工程中，目标产物通常是DNA或RNA分子，这些分子可以编码特定的蛋白质或调控因子。
而在蛋白质工程中，目标产物则是经过改造的蛋白质分子，这些分子可能具有新的功能或性质。
因此，尽管两种技术的操作对象和手段不同，但它们的目标产物具有相似性。
5. 技术手段最后，在技术手段上，基因工程和蛋白质工程也有许多相似之处。
例如，两者都涉及到分子克隆、载体构建、转化和筛选等技术。
此外，随着技术的发展，两者在技术手段上也有交叉和融合，例如在基因编辑技术（如CRISPR-Cas9）的应用上，既可以用在基因工程中对基因进行精确编辑，也可以用在蛋白质工程中对蛋白质进行点突变等操作。
高中生物(新人教版)选择性必修三课后习题：蛋白质工程的原理和应用(课后习题)【含答案及解析】
蛋白质工程的原理和应用必备知识基础练1.下列有关基因工程与蛋白质工程的叙述,正确的是()A.蛋白质工程与基因工程的目的都是获得人类需要的蛋白质,所以二者没有区别B.基因工程是蛋白质工程的关键技术C.通过蛋白质工程改造后的蛋白质仍然是天然的蛋白质D.蛋白质工程是在蛋白质分子水平上直接改造蛋白质的,而蛋白质工程可以生产自然界中没有的新的蛋白质,两者存在区别,A项错误;蛋白质工程本质上是通过基因修饰或基因合成来完成对蛋白质分子的改造,是在基因工程的基础上发展出的第二代基因工程,B项正确;蛋白质工程改造后的蛋白质可能是自然界中没有的新的蛋白质,C项错误;蛋白质工程本质上是改造基因,不是直接改造蛋白质分子,D 项错误。
2.(2021安徽淮南一中高二期中)下图所示是利用蛋白质工程生产保存时间更久的干扰素(一种糖蛋白)的核心流程,下列叙述正确的是()A.该过程得到的干扰素与自然界中的干扰素相同B.图中③过程得到的脱氧核苷酸序列往往是唯一的C.蛋白质工程的基础是蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系D.蛋白质工程是通过对蛋白质的结构进行修饰或合成来操作的,该过程得到的干扰素是经过改造的,与自然界中的干扰素不相同,A项错误;由于密码子的简并性,图中③过程得到的脱氧核苷酸序列往往不是唯一的,B项错误;结构决定功能,蛋白质工程的基础是蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系,C项正确;蛋白质工程是通过对基因的结构进行修饰或合成来操作的,D项错误。
3.下图为蛋白质工程的流程图,下列说法正确的是()A.利用蛋白质工程制造出的蛋白质都是自然界本来就有的B.蛋白质工程是一项完全摆脱基因工程技术的全新的生物工程技术C.过程a、b分别是转录、翻译D.蛋白质工程不可能构建出一种新的基因,蛋白质工程可以生产自然界中不存在的蛋白质,A项错误;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,B项错误;据图可知,过程a、b分别是转录、翻译,C项正确;蛋白质工程中可根据预期蛋白质的结构构建出一种全新的基因,D项错误。
2022版高考生物一轮复习第十单元现代生物科技专题专题二十五基因工程2试题含解析
专题二十五基因工程考点1 基因工程的基本工具与操作程序1.[2021某某某某阶段训练,12分]超氧化物歧化酶(SOD)具有抗衰老作用。
研究人员培育了能合成SOD的转基因酵母菌。
结合下图回答下列问题。
注:Hin d Ⅲ和Apa LⅠ是两种限制酶,箭头表示酶的切割位置。
(1)将图中的重组DNA分子用Hin d Ⅲ和Apa L Ⅰ完全酶切后,可得到种DNA片段。
(2)作为受体细胞的酵母菌缺失URA3基因,必须在含有尿嘧啶的培养基中才能存活,为了筛选出成功导入表达载体的酵母菌,所使用的培养基(填“需要”或“不需要”)添加尿嘧啶,理由是。
(3)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。
为了确定受体细胞中SOD基因是否转录,可用标记的作探针与从受体细胞中提取的RNA进行分子杂交检测,分子杂交的原理是。
(4)利用蛋白质工程获得活性更高的SOD时,需根据所设计蛋白质的结构推测其氨基酸序列,最终确定相对应的脱氧核苷酸序列并经获得所需的基因。
2.[2020某某示X高中联考,15分]南极某种鱼含有抗冻基因,如图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图。
请回答下列相关问题:(1)利用①过程的方法获取目的基因需要用到酶。
②过程中常需要用到的工具酶是。
(2)通过①、②过程成功构建的重组质粒,除目的基因外,还应该具备等。
(3)将目的基因导入番茄体细胞的方法是利用农杆菌的作用,其原理是。
(4)要确认抗冻基因是否在转基因番茄植株中表达出相应的蛋白质,可以采用方法,除进行分子检测外,有时还需要进行的鉴定。
考点2 基因工程的应用与蛋白质工程3.[2021某某某某质量检测,12分]植物基因工程技术的发展为人类更好地利用盐碱地提供了可能。
请回答下列问题:(1)欲培育转基因耐盐水稻,需要完成的基因工程的核心步骤是,一个基因表达载体的组成,除了目的基因和复制原点外,还必须有、以及标记基因。
(2)用PCR技术扩增耐盐基因的原理是,目前将耐盐基因导入双子叶植物最常用的方法是。
蛋白质工程
3、 合成嵌合抗体。如：人鼠嵌合抗体抗原性显著下降 、 合成嵌合抗体。
第三节
蛋白质工程
1、蛋白质工程概念 2、蛋白质工程原理、步骤 3、蛋白质的分子设计 1）小范围改造 如：T4溶菌酶、速效胰岛素 2）拼接组装 如：人鼠嵌合抗体 3）从头设计 4、蛋白质工程的应用 1）提高蛋白质的稳定性 2）改变蛋白质的活性 3）合成嵌合抗体
二、蛋白质工程原理、步骤 蛋白质工程原理、
基因表达流程图 基因表达流程图
蛋白质工程流程图 蛋白质工程流程图 工程流程
1. 从预期的蛋白质功能出发 从预期的蛋白质功能 功能出发 2. 设计预期的蛋白质结构 设计预期的蛋白质结构 3. 推测应有的氨基酸序列 推测应有的氨基酸 氨基酸序列 4. 找到相应的脱氧核苷酸序列 找到相应的脱氧核苷酸 脱氧核苷酸序列
（1）获得②一般用 人工合成基因 的方法，①和②结合能形 ______的方法 的方法， ）获得② 最重要的是① 成③，最重要的是①和②经处理后具有 相同的黏性末端 。 （2）在⑤→⑥过程中，获得抗病基因的金茶花细胞将经历 ） ⑥过程中， 脱分化和 再分化 _____和 过程后才能形成⑦ 过程后才能形成⑦。 （3）抗枯萎病金茶花的培育成功说明一种生物的基因表达系统 ） 脱氧核苷酸序列（遗传信息或碱基序列） 脱氧核苷酸序列 能够识别来自另一种生物的DNA的________。（遗传信息或碱基序列） 能够识别来自另一种生物的 的 。 （4）欲快速培育大量该抗病新品种，应该采用的技术是 ）欲快速培育大量该抗病新品种， 植物组织培养 ____________________。通过转基因方法获得的抗病金茶花， 。通过转基因方法获得的抗病金茶花， 将来产生的配子中是否一定含有抗病基因？ 将来产生的配子中是否一定含有抗病基因？ 不一定 。
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1、下列叙述符合基因工程概念的是（ ）
A．B淋巴细胞与肿瘤细胞融合，杂交瘤细胞中含有B淋巴细胞中的抗体基因
B．将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株
C．用紫外线照射青霉菌，使其DNA发生改变，通过筛选获得青霉素高产菌株
D．自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上
正确答案：B
知识点：基因工程的定义
分析与思考：基因工程是把一个外源的基因导入到细胞内，从而培育出转基因生物，是在基
因水平上操作的。A为细胞工程，B为基因工程，C为人工诱变，D为自然基因重组，故选
B。
2、下列关于基因工程的叙述，错误的是（ ）
A．目的基因的受体细胞均可来自动、植物或微生物
B．限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶
C．人的胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性
D．载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达
正确答案：D
知识点：基因工程
分析与思考：载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞，但是却不能促进目的基因
的表达，故选D。
3、培育转基因动物时，所用的受体细胞是（ ）
A．受精卵 B．精细胞
C．卵细胞 D．体细胞
正确答案：A
知识点：基因工程
分析与思考：基因工程的目的是得到有相应性状的生物个体，所以对于动物来说，受体细胞
应该是受精卵，故选A。
4、在医学上，蛋白质工程药物正逐步取代第一代基因工程多肽蛋白质类替代治疗剂，则基
因工程药物与蛋白质工程药物的区别是（ ）
A．都与天然产物完全相同
B．都与天然产物不相同
C．基因工程药物与天然产物完全相同，蛋白质工程药物与天然产物不相同
D．基因工程药物与天然产物不相同，蛋白质工程药物与天然产物完全相同
正确答案：C
知识点：蛋白质工程
分析与思考：基因工程是通过转基因技术实现跨物种的基因重组，但是所有的基因都是自然
界中存在的基因，所合成的蛋白质都是自然界中存在的蛋白质，而蛋白质工程是对天然的蛋
白质进行改造，合成的蛋白质是自然界中本不存在的，故选C。
5、下列关于蛋白质工程，叙述不正确的是（ ）
A．收集大量的蛋白质分子结构信息，以便分析分析结构与功能之间的关系
B．可以预测具有一定氨基酸序列的蛋白质的空间结构和生物功能
C．根据特定的生物功能，设计蛋白质的氨基酸序列和空间结构
D．根据人们的需要，直接对氨基酸的分子结构进行重新设计
正确答案：D
知识点：蛋白质工程
分析与思考：蛋白质工程直接操作的对象是基因，通过改造基因进而改造蛋白质，D错，故
选择D。