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。在基因重组方面广泛使用的是二级，一般情况下识别由4~8个碱基构成的特定序列有选择地将其切断。一级限制性核酸内切酶则跟特定的碱基序列结合，切断位置上不具有特异性。以典型的二级限制性核酸内切酶EcoRI为例，识别5’-GAATTC-3’这一序列（双链中的另外一条链为3’-CTTAAG-5’）将各链上连接G（鸟嘌呤）和A（腺嘌呤）之间的磷酸二酯键切断生成两个DNA的断片。如图所示：

基因工程中的运载体

在基因操作过程中使用运载体有两个目的：一是用它作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞中去；二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量的复制（称为克隆）。现在所用的运载体主要有两类：一类是细菌细胞质的质粒，它是一种相对分子质量较小、独立于染色体DNA之外的环状DNA。质粒能通过细菌间的接合由一个细菌向另一个细菌转移，可以独立复制，也可整合到细菌染色体DNA中，随着染色体DNA的复制而复制。另一类运载体是噬菌体或某些病毒等。现在人们还在不断寻找新的运载体，如叶绿体或线粒体DNA等也有可能

成为运载体。质粒的模型如图所示：

作为运载体必须具有三个条件：①在宿主细胞中能保存下来并能大量复制；②有多个限制酶切点，而且每种酶的切点最好只有一个可适于多种限制酶切割的DNA插入；③有一定的标记基因，便于进行筛选。如大肠杆菌的pBR322质粒携带氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因，就可以作为筛选的标记基因。一般来说，天然运载体往往不能满足上述要求，因此需要根据不同的目的和需要，对运载体进行人工改造。现在所使用的质粒载体几乎都是经过改建的。

蛋白质工程的原理

蛋白质工程的目标——是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。其基本途径是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）。其流程图如下：

知识拓展

基因工程能解决哪些问题

传统育种有杂交育种（例子：水稻杂交）、单倍体育种，多倍体育种（如：无籽西瓜）、另外还有诱变育种（如：太空椒）。但是以上育种的缺点很多，如：不同物种之间的优良性状不能结合，或者时间长，或者得到的下一代并不是理想的??所以当代很有研究价值的是基因工程。它可以解决远距离杂家不亲和的问题，因为一样的基因是控制一样的蛋白质。 可以培育转基因植物，例如：把不抗虫的植物通过转基因，合成有毒蛋白，这样就可以抵抗害虫，也就免去了农药的喷洒。可以培养转基因动物，可以把别的动物的优良性状或者别的生物的优良性状集中到一种动物上，达到理想的效果。在医药上也有很大的用处，如：利用转基因，可在大肠杆菌中合成很多的胰岛素，减少了成本增加了数量。另外还有合成干扰素，乙型肝炎疫苗，还可以利用基因工程来治疗一些因为基因缺损引起的疾病。基因工程发展的前景还很大，科学家正在极力研究，它可以帮人类解决很多问题，一时是列举不完的。

基因工程有哪些成果

基因工程自20世纪70年代兴起之后，经过二十多年的发展历程，取得了惊人的成绩，特别是近十年来，基因工程的发展更是突飞猛进。基因转移、基因扩增等技术的应用不仅使生命科学的研究发生了前所未有的变化，而且在实际应用领域——医药卫生、农牧业、食品工业、环境保护等方面也展示出美好的应用前景。 基因工程与医药卫生

目前，基因工程在医药卫生领域的应用非常广泛，主要包括以下两个方面。

1．生产基因工程药品 如胰岛素、干扰素和乙肝疫苗等。基因工程药品是制药工业上的重大突破。 2．用于基因诊断与基因治疗 基因工程技术还可以直接用于基因的诊断和治疗。目前用基因诊断方法已

经能够检测出肠道病毒、单纯疱疹病毒等许多种病毒。基因治疗是把健康的外源基因导入有基因缺

陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。如恶性肿瘤、艾滋病、心血管疾病，以及糖尿病等，也都可以 被人类征服。

基因工程与农牧业、食品工业

基因工程在农牧业生产上的应用主要是培育高产、优质或具有特殊用途的动植物新品种。基因工程在农业方面的应用主要表现在两个方面。首先，是通过基因工程技术获得高产、稳产和具有优良品质的农作物。例如，用基因工程的方法可以改善粮食作物的蛋白质含量。其次，是用基因工程的方法培育出具有各种抗逆性的作物新品种。自然界中细菌的种类是非常多的，在细菌身上几乎可以找到植物所需要的各种抗性，如抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温等。如果将这些抗性基因转移到作物体内，将从根本上改变作物的特性。基因工程在畜牧养殖业上的应用也具有广阔的前景，科学家将某些特定基因与病毒DNA

构成重组DNA，然后通过感染或显微注射技术将重组DNA转移到动物受精卵中。由这种受精 卵发育成的动物可以获得人们所需要的各种优良品质，如具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质量的皮毛等。

基因工程还可以为人类开辟新的食物来源 …… 此处隐藏：2311字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……