2026届高三生物一轮复习课件：第 52讲 基因工程的应用和蛋白质工程

2026高考一轮复习 第52讲 基因工程的应用和蛋白质工程 1 基因工程的应用 2 蛋白质工程 目 录 contents 基因工程的应用 考点1 考点梳理 1、基因工程在农牧业方面的应用 考点1 基因工程的应用 基因工程在农牧业方面的应用 转基因抗除草剂植物 转基因抗虫植物 转基因抗病植物 改良植物的品质 提高动物的生长速率 改善畜产品的品质 1、基因工程在农牧业方面的应用 （1）培养抗性植物 考点1 基因工程的应用 抗虫功能的基因 抗病基因 降解或抵抗 导入植物中，培养抗性植物 抗虫目的基因种类 考点1 基因工程的应用 ①Bt毒蛋白基因： ②淀粉酶抑制剂基因： ③蛋白酶抑制剂基因： ④植物凝集素基因： 阻断或降低蛋白酶的活性，使害虫不能正常消化食物，还会引起厌食反应。 导致细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解。 产生的抑制剂可与害虫消化道内的淀粉酶结合。 可与害虫肠道黏膜上的某种物质结合，影响害虫对营养物质的吸收和利用。 1、基因工程在农牧业方面的应用 （2）改良植物品质 考点1 基因工程的应用 蛋白质编 码基因 花青素代谢相关的 1、基因工程在农牧业方面的应用 （3）提高动物生长速率、改善畜产品品质 考点1 基因工程的应用 外源生长激素 肠乳糖酶基因 乳汁 考点1 基因工程的应用 乳糖不耐受：有些人由于乳糖酶分泌少，不能完全消化牛奶中的乳糖，食用牛奶后会出现腹泻等不适症状，称之为乳糖不耐受。 乳糖耐受(有乳糖酶) 乳糖不耐受(无乳糖酶) 大肠 肠道内渗透压增高，刺激胃肠蠕动增加 2、基因工程在医药卫生领域的应用 （1）基因改造微生物或动植物的细胞生产药物 常见药物类型： 应用： 方法： 考点1 基因工程的应用 细胞因子、抗体、疫苗和激素 预防治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病等。 对微生物或动植物的细胞进行基因改造，使他们能够生产药物。 实例： 考点1 基因工程的应用 ①促红细胞生成素 (一种细胞因子）促红细胞生成素又称红细胞刺激因子、促红素，是一种人体内源性糖蛋白激素，可刺激红细胞生成。缺氧可刺激促红细胞生成素产生，早已有重组人促红细胞生成素用于临床，用于治疗肾功能不全合并的贫血、获得性免疫缺陷综合征/艾滋病本身或治疗引起的贫血、恶性肿瘤伴发的贫血及风湿病贫血等多种贫血。 实例： （一种细胞因子）重组人血小板生成素是高特异性的血小板刺激因子，直接作用于骨髓造血干细胞，调控血小板生成的各个阶段，特异性升高血小板。 考点1 基因工程的应用 ②重组人血小板生成素 干扰素作用：是动物或人体细胞受到病毒感染后产生的一种细胞因子，是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白。在临床上常用作抗病毒的特效药，对癌症也有一定疗效。 生产过程： 实例： 考点1 基因工程的应用 ③重组人干扰素 干扰素基因 质粒 重组质粒 大肠杆菌或酵母菌 可大量生产干扰素的大肠杆菌或酵母菌 构建 导入 培养 （2）利用基因工程技术，让哺乳动物批量生产药物 ①乳腺生物反应器 考点1 基因工程的应用 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，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中，由这个受精卵发育成的转基因动物在进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物，这称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。 （2）利用基因工程技术，让哺乳动物批量生产药物 ①乳腺生物反应器 考点1 基因工程的应用 并非所有个体都可作为乳腺生物反应器，应选择 个体， 雌性 基因表达载体导入的是 ； 受精卵 且 才会分泌； 泌乳期 体细胞中均含有目的基因，但其与乳腺中特异性表达基因的启动子等调控元件重组在一起，所以只在乳腺细胞中表达。 （2）利用基因工程技术，让哺乳动物批量生产药物 ②膀胱生物反应器 考点1 基因工程的应用 构建膀胱生物反应器是将目的基因与膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子重组，从而指导目的基因表达产物分泌在尿中，其原理是根据膀胱尿乳头顶端表面可表达一组称之为尿血小板溶素的膜蛋白。 膀胱生物反应器相比乳腺生物反应器的优点是： a.从尿中提取蛋白质比在乳汁中提取更简便、高效。 b.不受性别的限制 c.不受年龄的限制 （3）利用基因工程技术，使建立移植器官工厂的设想成为现实 考点1 基因工程的应用 抗原决定基因 克隆 免疫排斥 （3）利用基因工程技术，使建立移植器官工厂的设想成为现实 用猪作为器官供体形成转基因克隆猪的过程： 考点1 基因工程的应用 调节因子 载体 重组载体 猪成纤维细胞 卵母细胞 细胞核 去核卵母细胞 重构胚 代孕母猪 转基因克隆猪 应用 基因来源或处理 成果 转基因微生物或动植物细胞生产药物 对微生物或动植物的细胞进行_____改造 生产包括细胞因子、抗体、疫苗和激素等的药物 乳腺（或乳房）生物反应器生产药物 _________基因+乳腺中特异表达的基因的_______ 生产抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和 <m>α−</m> 抗胰蛋白酶等 转基因动物作器官移植的供体 抑制_________基因的表达或除去_________基因 结合克隆技术培育出不会引起_________反应的转基因克隆猪器官 基因 药用蛋白 启动子 抗原决定 抗原决定 免疫排斥 考点1 基因工程的应用 3、基因工程在食品工业方面的应用 考点1 基因工程的应用 基因工程菌 概念 运用 步骤 用基因工程的方法， 使外源基因得到高效表达的菌类。 基因工程构建基因工程菌 工业发酵批量生产 利用基因工程菌，除了可以生产药物，还能生产食品工业用酶、阿斯巴甜、氨基酸和维生素等 阿斯巴甜，一种普遍使用的甜味剂，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可通过基因工程实现大规模生产。 3、基因工程在食品工业方面的应用 考点1 基因工程的应用 工程菌 牛凝乳酶的基因 基因工程菌 比较内容 乳腺生物反应器 工程菌 含义 让外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白 指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的微生物 基因表达 合成的药物蛋白与天然蛋白相同 细菌合成的药物蛋白可能没有活性 受体细胞 动物受精卵 微生物细胞 目的基因导入方式 显微注射法 Ca2＋处理法 生产条件 不需要严格灭菌，温度等外界条件对其影响不大 需要严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件 药物提取 从动物乳汁中提取 从微生物细胞或其培养液中提取 乳腺生物反应器与工程菌的比较 [教材新命题点思考] 1.野外种植转基因抗A害虫植物的同时，还种植一定量的同种不抗虫植物，可降低抗性害虫在整个害虫种群中所占比例的增加速率。试分析其中的原因。 ①种植一定量的同种不抗虫植物，对抗性害虫的选择作用减弱。 ②混种可以使无抗性害虫个体有较多生存机会，从而减缓棉铃虫种群抗Bt毒蛋白基因频率的增长，进而延缓棉铃虫对转基因棉花产生抗性。 题型剖析 2.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？为什么？ 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。 3.人的胰岛素基因导入大肠杆菌后不能正确表达出胰岛素，其原因是_________________________________________________________________________________________________________________。 真核细胞的基因结构不同于原核细胞，其转录出的mRNA需加工剪切内含子后才能作为翻译的模板，细菌中不存在剪切内含子的酶 题型剖析 蛋白质工程 考点2 考点梳理 1、蛋白质工程崛起的缘由 （1）基因工程的实质 将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状，但不会导致受体细胞或生物产生“新基因”或“新蛋白质”。 （2）基因工程的不足（即蛋白质工程崛起的缘由） 基因工程在原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质，这些天然蛋白质的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。 考点2 蛋白质工程 2、蛋白质工程的概念 （1）基础：蛋白质分子的___________及其与__________的关系。 （2）手段：_________或__________。 （3）基本流程： 考点2 蛋白质工程 结构规律 生物功能　 改造基因 合成基因 ①预期蛋白质的功能 ②设计预期的蛋白质结构 ③推测应有的氨基酸序列 ④找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因 ⑤获得所需蛋白质 逆中心法则，与天然蛋白质合成的过程相反 2、蛋白质工程的概念 （3）基本流程： （4）蛋白质工程的关键： 考点2 蛋白质工程 目的基因 转录 mRNA 翻译 多肽链 折叠 蛋白质 （三维结构） 行使 生物功能 预期功能 设计 推测 改造或合成 已知蛋白质分子的结构 2、蛋白质工程的概念 （5）目的、结果：改造现有蛋白质或制造一种新的_______，以满足人类生产和生活的需求。 （7）应用： 主要集中应用于对___________进行改造，改良生物性状。 考点2 蛋白质工程 蛋白质 （6）与基因工程的关系：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，是涉及多学科的综合科技工程。 现有蛋白质 为什么蛋白质工程改造基因而不是直接改造蛋白质？ 确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因？ 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，改造了基因可以间接改造蛋白质； ③基因可以遗传，蛋白质无法遗传； 确定目的基因的碱基序列后，可以人工合成目的基因或从基因文库中获取目的基因。对基因的改造经常会用到基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等。 题型剖析 丙氨酸 苯丙氨酸 色氨酸 谷氨酸 赖氨酸 ①查密码子表得知： ②推知mRNA序列为： 丙氨酸（GCU、GCC、GCA、GCG)、色氨酸(UGG)、赖氨酸(AAA、AAG）、谷氨酸（GAA、GAG）、苯丙氨酸（UUU、UUC）。 GCU（或C或A或G）UGG AAA（或G）GAA（或G）UUU（或C） 共 种可能序列 32 ③推知脱氧核苷酸序列为： GCT(或C或A或G)TGG AAA(或G)GAA（或G） TTT(或C) CGA(或G或T或C) ACC TTT(或C)CTT（或C） AAA(或G) 共 种可能序列 32 怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。 题型剖析 3、蛋白质工程的应用 （1）在医药方面 考点2 蛋白质工程 ①利用蛋白质工程研发 ，产生速效胰岛素、易保存的干扰素、人鼠嵌合抗体。 ②实例：如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成 ，在一定条件下，可以延长保存时间。 药物 丝氨酸 基因的定点突变（研发速效胰岛素类似物）： 考点2 蛋白质工程 天然胰岛素易形成二聚体或六聚体 预期结构 改造 B28位脯氨酸替换为天冬氨酸或将它与B29位的赖氨酸交换位置 新胰岛素基因 mRNA 折叠 预期功能 行使功能 降低胰岛素的聚合作用 设计结构 改变B链 第20～29位 氨基酸组成 推测 序列 翻译 多肽链 有效抑制胰岛素的聚合 转录 （2）在工业方面 （3）在农业方面 考点2 蛋白质工程 ②实例：枯草杆菌蛋白酶具有水解蛋白质的作用，因此常被用于洗涤剂工业、丝绸工业等。 科学家正在尝试改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物_________的效率，增加粮食的产量；设计优良微生物农药，通过改造微生物蛋白质的结构，使它防治病虫害的效果增强。 光合作用 ①蛋白质工程被广泛用于改进 或开发新的工业用酶。 酶的性能 项目 蛋白质工程 基因工程 过程 从预期的蛋白质功能出发→设计预期的 →推测应有的 →找到并改变相对应的 (基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质 目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定 实质 定向改造或生产人类所需要的蛋白质 定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品 结果 可生产_______________________ 只能生产__________________ 联系 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 蛋白质结构 氨基酸序列 脱氧核苷酸序列 自然界中不存在的蛋白质 自然界中已存在的 蛋白质 是否合成新的基因 蛋白质工程 是否对原有基因进行改造 是 否 是 否 蛋白质工程 基因工程 看蛋白质 看基因 是否为天然蛋白质 是 否 蛋白质工程 基因工程 如何确定一个操作过程是基因工程技术还是蛋白质工程技术？ 题型剖析 1．蛋白质工程的流程与天然蛋白质合成的过程是相同的。( ) 2．对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的。( ) 3．为延长干扰素保存时间，需要替换氨基酸；为提高玉米中赖氨酸含量，需要在蛋白质中加入赖氨酸。( ) × × × 4．根据某多肽链的一段氨基酸序列，可以很容易地确定决定这段肽链的脱氧核苷酸序列。( ) 5．蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要是因为人们对蛋白质复杂的高级结构没有完全认识。( ) 6.蛋白质工程可以改造自然界中所有酶。（ ） × √ × 题型剖析 2. 已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题： (1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的_____________________进行改造。 氨基酸序列(或结构) 题型剖析 (2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有改造____基因或合成_____基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括_______________________的复制，以及遗传信息在不同分子之间的流动，即_________________________________________________________ ______。 (3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期的蛋白质功能出发，通过_____________________和______________________，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物_______进行鉴定。 P　 P1　 DNA和RNA(或遗传物质)　 DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录、 设计预期的蛋白质结构　 推测应有的氨基酸序列 功能 翻译) 题型剖析 2.(2023·湖南选择考)某些植物根际促生菌具有生物固氮、分解淀粉和抑制病原菌等作用。回答下列问题： (1)若从植物根际土壤中筛选分解淀粉的固氮细菌，培养基的主要营养物质包括水和________________。 (2)现从植物根际土壤中筛选出一株解淀粉芽孢杆菌H，其产生的抗菌肽抑菌效果见下表。据表推测该抗菌肽对______________________________的抑制效果较好，若要确定其有抑菌效果的最低浓度，需在__________ μg·mL－1浓度区间进一步实验。 无机盐、淀粉　 金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌　 1.73～3.45　 题型剖析 测试菌 抗菌肽浓度/(μg·mL－1) 55.20 27.60 13.80 6.90 3.45 1.73 0.86 金黄色葡萄球菌 － － － － － ＋ ＋ 枯草芽孢杆菌 － － － － － ＋ ＋ 禾谷镰孢菌 － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ 假丝酵母 － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ 注：“＋”表示长菌，“－”表示未长菌。 题型剖析 (3)研究人员利用解淀粉芽孢杆菌H的淀粉酶编码基因M构建高效表达质粒载体，转入大肠杆菌成功构建基因工程菌A。在利用A菌株发酵生产淀粉酶M过程中，传代多次后，生产条件未变，但某子代菌株不再产生淀粉酶M。分析可能的原因是___________________________________________ ___________________(答出两点即可)。 淀粉酶编码基因M发生突变；重组质粒在大肠杆菌分裂过程中丢失 题型剖析 (4)研究人员通过肺上皮干细胞诱导生成肺类器官，可自组装或与成熟细胞组装成肺类装配体，如下图所示。肺类装配体培养需要满足适宜的营养、温度、渗透压、pH以及____________________________________ _____________________(答出两点即可)等基本条件。肺类装配体形成过程中是否运用了动物细胞融合技术？________(填“是”或“否”)。 无菌、无毒的环境，含95%空气和5%CO2的气体环境　 否　 题型剖析 (5)耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)是一种耐药菌，严重危害人类健康。科研人员拟用MRSA感染肺类装配体建立感染模型，来探究解淀粉芽孢杆菌H抗菌肽是否对MRSA引起的肺炎有治疗潜力。以下实验材料中必备的是__________。 ①金黄色葡萄球菌感染的肺类装配体 ②MRSA感染的肺类装配体 ③解淀粉芽孢杆菌H抗菌肽 ④生理盐水 ⑤青霉素(抗金黄色葡萄球菌的药物) ⑥万古霉素(抗MRSA的药物) ②③④⑥ 题型剖析 小本-T6．(2023·浙江6月选考)某研究小组利用转基因技术，将绿色荧光蛋白基因(GFP)整合到野生型小鼠Gata3基因一端，如图甲所示。实验得到能正常表达两种蛋白质的杂合子雌雄小鼠各1只，交配以期获得Gata3—GFP基因纯合子小鼠。为了鉴定交配获得的4只新生小鼠的基因型，设计了引物1和引物2用于PCR扩增，PCR产物电泳结果如图乙所示。 题型剖析 下列叙述正确的是(　　) A．Gata3基因的启动子无法控制GFP基因表达 B.翻译时先合成Gata3蛋白，再合成GFP蛋白 C．2号条带的小鼠是野生型，4号条带的小鼠是Gata3—GFP基因纯合子 D．若用引物1和引物3进行PCR，能更好地区分杂合子和纯合子 B 题型剖析 11（3）为了确保PCR扩增出的是Wx基因的cDNA，关键操作：是____________________________________________。 13（1）PCR产物经电泳结果符合预期，但仍需通过基因测序进一步确认，原因是______________________________________________________。 (3)图中的连接产物需要导入大肠杆菌中的原因是___________________ ______________________________________________________________，导入前一般用________处理大肠杆菌使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。 设计并添加与Wx基因两端互补的引物 连接产物为混合物，需先导入大肠杆菌筛选正确的重组表达载体，以提高转基因的成功率 Ca2＋ 电泳技术仅能检测DNA分子的大小，无法确定其碱基序列　 题型剖析 转基因产品的安全性 转基因成果 ①减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的发酵周期 ②构建高产、优质的基因工程菌生产氨基酸； ③用基因工程菌生产药物 ①培育生长迅速、营养品质优良的转基因家禽、家畜； ②培育抵抗相应病毒的动物新品种； ③建立某些人类疾病的转基因动物模型 培育具有抗虫、抗病、抗除草剂和耐储藏等新性状的作物 微生物方面 转基因动物方面　 转基因植物方面　 转基因产品的安全性 对转基因产品安全性的争论 安全性 经济发展水平 ①清晰地了解转基因技术的 和 规程。 ②看到人们的观点受到许多复杂的政治、经济和 等因素的影响。 ③要靠 的证据和 的逻辑进行思考和辩论。 ①研究上要 ，坚持自主创新。 ②推广上要 ，做到确保安全。 ③管理上要 ，坚持依法监管。 转基因产品的安全性 理性看待转基因技术 原理 操作 文化 确凿 严谨 大胆 慎重 严格 理性看待转基因技术的前提 我国对转基因技术的态度 转基因产品的安全性 理性看待转基因技术 我国相关部门制定了一系列的政策、法规并成立相关机构 知情权 选择权 安全性 ①维护了消费者对转基因产品的 和 。 ②保证了转基因技术和已经上市的转基因产品的 。 ③为保障农业转基因生物安全提供重要的技术支撑。 关注生殖性克隆人 生殖性克隆人面临的伦理问题 生殖性克隆和治疗性克隆的比较 治疗性克隆 生殖性克隆 目的 处理方式： 水平 联系 治疗人类疾病 获得早期胚胎主要用于获得胚胎干细胞，然后诱导胚胎干细胞分化出所需的细胞、组织或器官。 获得早期胚胎需通过胚胎移植，到母体子宫内发育成个体。 细胞水平 个体水平 都属无性繁殖，产生新个体、新组织，遗传物质相同 1.生殖性克隆 2.治疗性克隆 指通过克隆技术产生独立生存的新个体。 指利用克隆技术产生特定的细胞、组织和器官，用它们来修复或替代受损的细胞、组织和器官，从而达到治疗疾病的目的。 53 关注生殖性克隆人 生殖性克隆人面临的伦理问题 关于生殖性克隆人的争论 观点 理由 赞同 ①科学研究有 ，社会应该允许科学家研究； ②现在人们的伦理道德观念还不能接受这一切，但是______ 是可以改变的 大多数人反对 ①生殖性克隆人“ ”； ②在人为地制造在心理上和社会地位上都不健全的人，严重地违反了 ，是克隆技术的滥用； ③克隆技术还不成熟，面临着 等问题 自己内在的发展规律 有违人类尊严 人类伦理道德 人的 观念 流产、死胎和畸形儿 ②我国政府重视 所涉及的伦理问题，主张对治疗性克隆进行有效监控和严格审查。 关注生殖性克隆人 生殖性克隆人面临的伦理问题 我国政府态度 不赞成 治疗性克隆 ①我国 、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验。 关注生殖性克隆人 试管婴儿和设计试管婴儿的比较 类型 试管婴儿 设计试管婴儿 技术手段 不需进行__________ 胚胎移植前需进行__________ 实践应用 解决 问题 用于 等疾病的治疗 联系 二者都是体外受精，经体外 ，再进行 ，在生殖方式上都为_________ 遗传诊断 遗传诊断 不孕不育 白血病、贫血病 早期胚胎发育 胚胎移植 有性生殖 禁止生物武器 生物武器的种类和特点 种类 致病菌类 生化毒剂类 禁止生物武器 生物武器的种类和特点 特点 ①致病性强；传染性强；人易感。 ②较隐蔽：不易被发现；易传播(如气溶胶)，发病有潜伏期，污染面积大、危害时间长。 ③易得到：制备容易，花费小。 ④传染途径多，治疗困难。 ⑤受自然条件影响大。 禁止生物武器 《禁止生物武器公约》 (1)1972年4月，苏联、美国、英国分别在其首都签署了《_____________ 》，并于1975年3月生效。 (2)1984年11月，我国也加入了这一公约。 (3)1998年6月，中美两国元首重申了在任何情况下___________________ 生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。 (4)2010年，在第65届联合国大会上，我国政府主张全面禁止和彻底销毁 等各类大规模杀伤性武器。 禁止生 物武器公约 不发展、不生产、 不储存 生物武器 加 油！ 学 习 $$