基因工程--基因的应用及蛋白质工程作业

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。

《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。

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。

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。

高考生物专题复习《基因工程》【考点梳理.逐个击破】一、基因工程的操作工具1．限制性核酸内切酶(简称限制酶)(1)来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。

(2)作用：识别双链DNA 分子的某种特定的核苷酸序列并切开特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

(3)结果：产生黏性末端或平末端。

2．DNA 连接酶3．载体(1)作用：携带外源DNA 片段进入受体细胞。

(2)种类：质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。

(3)条件⎩⎪⎨⎪⎧能自我复制有一个至多个限制酶切割位点有特殊的标记基因二、基因工程的基本操作程序 1．目的基因的获取(1)目的基因：主要是指编码蛋白质的基因，也可以是具有调控作用的因子。

(2)获取方法⎩⎪⎨⎪⎧从基因文库中获取利用PCR 技术扩增通过化学方法人工合成2．基因表达载体的构建 (1)构建基因表达载体的目的①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。

②使目的基因能够表达和发挥作用。

(2)基因表达载体的组成：目的基因、启动子、终止子及标记基因等。

3．目的基因导入受体细胞微生物细胞感受态细胞法(Ca2＋处理法)4．目的基因的检测与鉴定检测目的检测方法判断标准目的基因是否插入转基因生物的DNA DNA分子杂交技术是否出现杂交带目的基因是否转录出了mRNA 分子杂交技术是否出现杂交带目的基因是否翻译出蛋白质抗原—抗体杂交技术是否出现杂交带个体水平的检测如抗虫、抗病的接种实验是否表现出相应的特性三、基因工程的应用及蛋白质工程1．基因工程的应用(1)动物基因工程：提高动物生长速度从而提高产品产量；改善畜产品品质；用转基因动物生产药物；用转基因动物作器官移植的供体等。

(2)植物基因工程：培育抗虫转基因植物(如抗虫棉)、抗病转基因植物(如转基因烟草)和抗逆转基因植物(如抗寒番茄)；利用转基因改良植物的品质(如新花色矮牵牛)。

2．基因诊断与基因治疗(1)基因诊断：又称为DNA诊断，是采用基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体。