3.4蛋白质工程的原理和应用课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第一章 第4节 蛋白质工程的原理和应用 人教版 选择性必修3 从社会中来 你见过用细菌画画吗？右图是用发出不同颜色荧光的细菌“画"的美妙图案。这些细菌能够发出荧光，是因为在它们的体内导入了荧光蛋白的基因。最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋白，科学家通过改造它，获得了黄色荧光蛋白等。这些荧光蛋白在细胞内生命活动的检测、肿瘤的示踪研究等领域有着重要应用。 那么，科学家是怎样对蛋白质分子进行设计和改造的呢？ 科学家解析了多管水母绿色荧光蛋白的晶体结构，并利用计算机进行辅助设计，在此基础上再采用定点突变的技术将绿色荧光蛋白发光基团正下方的第203位的苏氨酸替换为酪氨酸，从而获得了一种新的绿色荧光蛋白的衍生物——黄色荧光蛋白。 用细菌“画”的画 右图是用发出不同颜色荧光的细菌“画"的美妙图案。这些细菌能够发出荧光，是因为在它们的体内导入了荧光蛋白的基因。最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋白（GFP），科学家通过改造它，获得了黄色荧光蛋白（YFP）等。这些荧光蛋白在细胞内生命活动的检测、肿瘤的示踪研究等领域有着重要应用。 讨论： 1.GFP最早发现于维多利亚多管水母体内，科学家是让细菌也能发出绿色荧光的呢？ 利用基因工程技术： 获取荧光蛋白基因→构建荧光蛋白基因的表达载体→导入细菌细胞→表达荧光蛋白→发出荧光 讨论： 2.自然界中原本不存在YFP，科学家是如何合成这种蛋白质的？ 通过改造GFP获得了YFP。 3.科学家是直接改造GFP的空间结构来获得了YFP的吗？ 不是。 那是如何改造的？ 晶体学、分子生物学和计算机技术等 绿色荧光蛋白结构 绿色荧光蛋白功能 相互关系 掌握 依据 改造绿色荧光蛋白基因 黄色荧光蛋白功能 对蛋白质分子的设计和改造是通过蛋白质工程来实现的。 蛋白质工程 Genetic engineering 定义 蛋白质工程是指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。 为什么要改造？ 自主学习 怎么改造？ 基础： 蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。 操作方法及对象： 改造或合成基因。 结果： 改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质。 目的： 改造现有蛋白质或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。 蛋白质工程的实质： 相关学科及技术： 分子生物学、晶体学和计算机技术。 是对编码蛋白质的基因进行改造。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。 蛋白质工程 蛋白质工程的基本原理 蛋白质工程的应用 蛋白质工程崛起的缘由 蛋白质工程的原理和应用 目录 7 基因工程的实质 将一种生物的基因转移到另一种生物的体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质 ，进而表现出新性状。 ①基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质(天然蛋白)。 ②天然蛋白质是生物长期进化过程中形成的，它们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； 局限性 实例：对天然酶的改造 赖氨酸 天冬氨酸激酶 （含量低） 二氢吡啶二羧酸合成酶 玉米 促进 促进 抑制 抑制 改造 后的 天冬氨酸激酶 异亮氨酸 （352位） 苏氨酸 （352位） 变为 异亮氨酸 （104位） 天冬酰胺 （104位） 改造后的二氢吡啶二羧酸合成酶 变为 玉米 赖氨酸 （含量提高5倍） 促进 （含量提高2倍） 赖氨酸 玉米 促进 提高玉米赖氨酸含量 一 蛋白质工程崛起的缘由 蛋白质工程（第二代基因工程）·实例 01 【资料1】玉米中赖氨酸的含量比较低，原因是赖氨酸合成过程中的两种关键酶——天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性受细胞内赖氨酸浓度的影响大。赖氨酸达到一定浓度就会抑制这两种酶的活性，所以赖氨酸含量很难提高。 【资料2】如果我们将天冬氨酸激酶中第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子中游离赖氨酸的含量分别提高5倍和2倍 ①基因工程： ； ②蛋白质工程： 。 将赖氨酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中 通过改造基因，进而改造现有蛋白质 如何培育高赖氨酸玉米？ 思考 你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家承担了什么任务？ 一 蛋白质工程崛起的缘由 你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家承担了什么任务？ 人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科学领域重大的国际合作科研项目。2001年，国际人类蛋白质组组织宣布成立。2003年，该组织正式提出启动两项重大国际合作项目：一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是由美国科学家牵头执行的“人类血浆蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。 “人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类组织器官的蛋白质组计划，由我国贺福初院士牵头，这是中国科学家第一次领衔重大国际科研协作计划。它的目标是通过对肝脏蛋白质高通量、规模化的研究，解析肝脏蛋白质在生理、病理过程中的功能意义，为重大肝病的预防、诊断、治疗和新药的研发提供重要的科学依据。 人类蛋白质组计划取得的成果有力推动了蛋白质工程的发展，为它提供了重要的理论支持。2014年6月，中国人类蛋白质组计划启动。 情景视频 天然蛋白质的缺陷： 天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们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。 实例对天然酶的改造：玉米中赖氨酸含量较低，经人工设计改造，可使其叶片和种子中游离赖氨酸的含量分别提高5倍和2倍。 一 蛋白质工程崛起的缘由 1.蛋白质工程的目标： 2.蛋白质工程的实质： 3.天然蛋白质合成的过程： 4.蛋白质工程的基本思路： 根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。 通过改造或合成基因，来定向改造现有蛋白质或制造新的蛋白质。 天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的。基因→表达（转录和翻译）→形成具有特定氨基酸序列的多肽链→形成具有高级结构的蛋白质→行使生物功能。 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→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。 逆中心法则 二 蛋白质工程的基本原理 为什么蛋白质工程改造基因而不是直接改造蛋白质？ ①任何一种天然蛋白质是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造； ②基因可以遗传，蛋白质无法遗传； ③蛋白质的高级结构十分复杂，对基因进行改造比对蛋白质直接改造更容易操作，难度要小得多。 探究 回顾旧知 转录 DNA RNA 翻译 肽链 逆转录 复制 复制 折叠等 具有空间结构的蛋白质 表达生物特有的功能或性状 天然蛋白质的合成过程与性状表达 蛋白质只有具有一定空间结构，才能表达特有性状或具有特定功能 血红蛋白的三级结构 5. 蛋白质工程流程图 预期的蛋白质功能 合成新的基因 设计预期的蛋白质结构 推测应有的氨基酸序列 找到相应的核苷酸序列 所需蛋白质 二 蛋白质工程的基本原理 思考·讨论 ：蛋白质工程基本思路的应用 某多肽链的一段氨基酸序列是： 丙氨酸 …… …… 色氨酸 赖氨酸 苯丙 氨酸 讨论: 1．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。 2．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？ 蛋白质工程基本思路的应用 已知某多肽链的一段氨基酸序列是： 丙氨酸 …… …… 色氨酸 赖氨酸 苯丙 氨酸 讨论： 1.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。 推知mRNA序列为： GCU（或C或A或G）UGG AAA（或G）GAA（或G）UUU（或C） 脱氧核苷酸序列： 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) 2.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？ 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。 共 种可能序列 32 共 种可能序列 32 思考 · 讨论 查密码子表得知：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）。 推知mRNA序列为：GCU（或C或A或G）UGG AAA（或G）GAA（或G）UUU（或C） 进一步推知脱氧核苷酸序列为：CGA（或G或T或C）ACC TTT（或C）CTT（或C）AAA（或G）GCT（或C或A或G）TGG AAA（或G）GAA（或G）TTT（或C） 思考·讨论 ：蛋白质工程基本思路的应用 某多肽链的一段氨基酸序列是： 丙氨酸 …… …… 色氨酸 赖氨酸 苯丙 氨酸 讨论 1．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。 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。 思考·讨论 ：蛋白质工程基本思路的应用 某多肽链的一段氨基酸序列是： 丙氨酸 …… …… 色氨酸 赖氨酸 苯丙 氨酸 讨论 2．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？ 扩展：基因定点突变技术 02 引物 突变 DNA聚合酶 DNA连接酶 受体细胞 转录 突变 项目 内容 条件 原料 酶 引物 操作方法 先通过 扩增已获得定点突变的基因，再通过基因工程将突变基因导入受体细胞，经过 和 合成所需的蛋白质。 结果 后代中 为诱变的DNA分子 适用范围 空间结构完全清楚的蛋白质， 对其基因进行碱基的 等 特点 4种脱氧核苷酸 DNA聚合酶和DNA连接酶 含突变位点的DNA分子片段 有目的性和针对性 PCR 转录 翻译 一半 替换 【拓展】 利用“重叠延伸PCR”引入突变位点 C G 定点突变 A T 引物a 引物c 引物b 引物d 产物AB PCR1 至少第2次循环获得 产物CD PCR2 至少第2次循环获得 CD下链 AB上链 突变产物AD PCR3 引物a 引物d PCR4 大量突变产物AD 【拓展】 利用“大引物PCR”引入突变位点 C G 定点突变 A T 引物a 引物b 引物c 大引物AB 产物AB PCR1 至少第2次循环获得 PCR2 至少第2次循环获得 思考·讨论 拓展延伸 根据改造蛋白质的部位的多少，对蛋白质的改造可分为三类： （1）大改： 设计并制造出自然界中不存在的全新蛋白质 （2）中改： 在蛋白质分子中替换某一个肽段或某一个特定的结构域。 （3）小改： 改造蛋白质分子中的几个氨基酸残基 项目 蛋白质工程 基因工程 操作对象 操作起点 操作水平 操作流程 结果 实质 联系 基因 基因 DNA分子水平 DNA分子水平 预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→找到并改变对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新基因→获得所需要的蛋白质 目的基因的筛选与获取→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定 可生产自然界没有的蛋白质 生产自然界已有的蛋白质 通过改造或合成基因来定向改造现有蛋白质或制造新的蛋白质 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 ①蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程； ②蛋白质工程离不开基因工程，其包含基因工程的基本操作。 预期蛋白质功能 目的基因 蛋白质工程和基因工程的比较 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 蛋白质工程和基因工程的比较 思考：如何辨别一个操作是基因工程还是蛋白质工程？ 29 情景视频 异想天开 能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入合适的宿主细胞中，让宿主细胞生产人类所需要的蛋白质食品呢？ 理论上讲可以，但目前还没有真正成功的例子。利用改造后的动物细胞、微生物细胞等可以生产人类需要的蛋白质，但这些蛋白质往往都是自然界中已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来的、自然界中不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对大多数蛋白质的高级结构和蛋白质在生物体内如何行使功能了解得还不够，很难设计出一个全新的而又具有功能的蛋白质。即使设计并获得了一个全新的蛋白质，它的生理生化特性、用它生产的蛋白质食品的安全性等都需要长期深入的研究。 【自主学习】自主阅读课本P95相关内容，总结蛋白质工程可以应用于哪些领域，有哪些案例。 三 蛋白质工程的应用 天然蛋白质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 转录 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 1、医药工业方面 （1）研发速效胰岛素类似物 阻碍胰岛素从注射部位进入血液，延缓了降血糖作用 定点突变 三 蛋白质工程的应用 任务：基因工程和蛋白质工程 1.研究人员试图将人胰岛素的B链的第28位氨基酸由脯氨酸替换为天冬氨酸，从而有效抑制胰岛素的聚合，获得速效胰岛素类似物产品，应进行的操作是 ，从而使其指导合成的胰岛素相应位置上的氨基酸发生改变。 将基因相应位置上的碱基进行替换 探究—学习笔记P73 1、医药工业方面 天然干扰素不易保存 预期结构 改造 一个半胱氨酸变成丝氨酸 新干扰素基因 转录 mRNA 折叠 预期功能 行使功能 延长保存时间 设计结构 氨基酸替换 推测序列 翻译 多肽链 在-70℃下可以保存半年 （2）延长干扰素体外保存时间 定点突变 三 蛋白质工程的应用 1、医药工业方面 （3）降低人对小鼠单抗隆抗体的免疫反应 通过改造基因，将小鼠抗体上结合抗原的区域（即可变区）“嫁接”到人的抗体（即恒定区）上，经过这样改造的抗体诱发免疫反应的强度就会减低很多。 小鼠单克隆抗体会使人体产生免疫反应，从而导致治疗效果大大降低 医学问题: 解决办法: 基因融合 该过程能通过基因定点突变技术改造基因实现吗？ 不能；需要通过基因拼接完成。 三 蛋白质工程的应用 37 蛋白质工程的应用 03 （3）提高蛋白质的热稳定性 第3位上的 异亮氨酸 半胱氨酸 与第97位的半胱氨酸形成-s-s- 定点突变 1.医药工业方面 基因工程 蛋白质工程被广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶。如枯草杆菌蛋白酶具有水解蛋白质的作用，常被用于洗涤剂工业、丝绸工业等。迄今为止，利用蛋白质工程获得的该酶的突变体已有上百种，从中可能筛选出一些符合工业化生产需求的突变体，从而提高这种酶的使用价值。 3、农业方面 （1）改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的速率，增加粮食的产量。 （2）利用蛋白质工程的思路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。 2、其他工业方面 三 蛋白质工程的应用 三 级 结 构 一 级 结 构 四 级 结 构 二 级 结 构 蛋白质工程是一项难度很大的工程； 蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，而这种高级结构往往十分复杂 主要原因： 由计算机建立的血红蛋白三维结构模型 4、面临的困难 三 蛋白质工程的应用 科学家要设计出更加符合人类需要的蛋白质，还需要不断地攻坚克难。随着科技的深入发展，蛋白质工程将会给人类带来更多的福祉。 思考 为什么蛋白质工程改造基因而不是直接改造蛋白质？ 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； 5、前景展望： 三 蛋白质工程的应用 到社会中去 酶用作工业催化剂，比无机催化剂具有更大的优越性，主要体现在以下几个方面。由于酶促反应能在常温、常压和中性pH条件下进行，因此可以节省大量的能源和设备投资；生产过程中不会造成严重的污染，符合环境保护的要求；生产过程简单、效率高，产品质量好，生产成本低。因此，酶制剂在工业领域得到了广泛的应用。近年来，通过引进国外先进设备、优良菌种以及开发新型酶制剂，我国酶制剂产业保持了较快的增长态势，品种越来越丰富，产品的市场竞争力也在不断提升。2016年，我国工业酶制剂年产量达120万吨，年增长率保持在10%左右。在全球范围内，我国酶制剂的市场份额已占到了30%左右，我国进入酶制剂生产大国的行列。在酶制剂产业中，蛋白质工程被广泛用于开发酶的新品种或改进酶的性能，如提高酶的热稳定性，增加某些被用作去污剂的酶的去污效率等。 (1)一看对基因的操作方法 如果仅将基因用限制酶从DNA片段中切割下来，没有经过对编码蛋白序列进行修饰、加工，或仅对其调控序列进行加工，则属于基因工程；如果将目的基因经过了一些实质性的改造，如对编码蛋白序列进行了碱基替换或增添或缺失某几个碱基，则属于蛋白质工程。 (2)二看目的基因的合成方式 基因工程和蛋白质工程中都可以通过逆转录合成目的基因，或根据蛋白质的氨基酸序列先合成mRNA，再合成基因。如果合成时mRNA或氨基酸序列没有经过改造，则为基因工程技术；如果mRNA或氨基酸序列经过了改造，或者mRNA或氨基酸序列是根据蛋白质预期的功能人工设计的，则为蛋白质工程技术。 (3)三看合成的蛋白质种类 如果合成的蛋白质是天然蛋白质，则是基因工程；如果合成的蛋白质和天然蛋白质有差异，甚至是自然界中所没有的，则为蛋白质工程。 核心归纳—学习笔记P73 蛋白质工程的原理和应用·判断正误 (1)蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质(　　) (2)对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的(　　) (3)由于蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化，空间结构千差万别， 蛋白质工程操作难度很大(　　) (4)蛋白质工程不能改变蛋白质的活性(　　) √ √ × 基因； × 可以改变； 1.下图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答下列问题： （1）代表蛋白质工程操作思路的过程是_____；代表中心法则内容的是________。(填写数字) （2）写出图中各数字代表的生物学过程的名称或内容： ①______；②______；③______；④______；⑤__________。 （3）蛋白质工程的目标是_______________________________________ __________________，通过_____________________实现。 （4）从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则是______的。 ④⑤ ①②③ 转录 翻译 折叠 推测 改造合成 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 改造或合成基因 相反 一、蛋白质工程崛起的缘由： 基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。 二、蛋白质工程的基本原理： 预期蛋白质功能→设计预期蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列。 三、蛋白质工程的应用 课堂总结 练习与应用 一、概念检测（P96） 1.蛋白质工程可以说是基因工程的延伸。判断下列相关表述是否正确。 (1)基因工程需要在分子水平对基因进行操作，蛋白质工程不需要对基因进行操作。 ( ) (2)蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列。 ( ) (3)蛋白质工程可以改造酶，提高酶的热稳定性。 ( ) × × √ 练习与应用 一、概念检测（P96） 2、蛋白质工程是在深入了解蛋白质分子的结构与功能关系的基础上进行的，它最终要达到的目的是 ( ) A .分析蛋白质的三维结构 B .研究蛋白质的氨基酸组成 C .获取编码蛋白质的基因序列信息 D .改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，满足人类的需求 D 练习与应用 一、概念检测（P96） 3.水蛭素是一种蛋白质，可用于预防和治疗血栓。研究人员发现，用赖氨酸替换水蛭素第47位的天冬酰胺可以提高它的抗凝血活性。在这项替换研究中，目前可行的直接操作对象是( ) A.基因 B.氨基酸 C.多肽链 D、蛋白质 A 2025/7/1 二、拓展应用（P96） 练习与应用 T4溶菌酶是一种重要的工业用酶，但是它在温度较高时容易失去活性。为了提高T4溶菌酶的耐热性，科学家首先对影响T4溶菌酶耐热性的一些重要结构进行了研究。然后以此为依据对相关基因进行改造，使T4溶菌酶的第3位异亮氨酸变为半胱氨酸。于是，在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，T4溶菌酶的耐热性得到了提高。这项工作属于什么工程的范畴?在该实例中引起T4溶菌酶空间结构发生改变的根本原因是什么?如果要将该研究成果应用到生产实践，还需要做哪些方面的工作? 这项工作属于蛋白质工程的范畴。 引起T4溶菌酶空间结构发生改变的根本原因是基因的碱基序列发生了变化。 如果要将改造后的T4溶菌酶应用于生产实践，还有很多工作需要做。例如，由于改造后酶的空间结构发生了变化，因此它的一些基本特性需要重新明确，包括它能耐受的温度范围、催化反应的最适温度、酶活力的大小等；需要建立规模化生产该酶的技术体系，评估生产成本等。 复习与提高 1.(1)①应选择用相同的限制酶或切割能产生相同末端的限制酶切割质粒和含有目的基因的DNA片段; ②注意限制酶的切割位点不能位于目的基因的内部，以防破坏目的基因; ③限制酶也不能破坏质粒的启动子、终止子、标记基因、复制原点等结构。 (2)加入DNA连接酶。 复习与提高 (3) 该质粒便于进行双重筛选。 标记基因Amp基因可用于检测质粒是否导入了大肠杆菌，一般只有导入了质粒的大肠杆菌才能在添加了青霉素的培养基上生长。 由于LacZ基因的效应，这些生长的菌落可能出现两种颜色：含有空质粒（没有连接目的基因的质粒）的大肠杆菌菌落呈蓝色；含有重组质粒的大肠杆菌菌落呈白色。 （4)含有重组质粒的大肠杆菌菌落呈白色。因为目的基因的插入破坏了LacZ基因的结构，使其不能正常表达形成β-半乳糖苷酶，底物X-gal也就不会被分解。 复习与提高 （3) 可以依次去掉1个基因，将其他3个基因转入小鼠成纤维细胞中，然后通过与转入4个基因的小鼠成纤维细胞的诱导情况进行比较，来推测缺失的那个基因对诱导iPS细胞的影响，进而判断每个基因作用的相对大小。（其他合理答案均可）。 （4) 不会引起免疫排斥反应; 因为在诱导转化的过程中细胞的遗传物质没有发生变化，理论上产生的还是“自体”细胞。 iPS细胞拥有分化为各种细胞的潜能，因此存在分化成肿瘤细胞的风险。 复习与提高 2.(1)逆转录病毒是载体，能将外源基因Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4送入小鼠成纤维细胞。 （2) 可以设置对照组。将转入外源基因和没有转入外源基因的细胞分别培养在相同的培养基中，并确保其他培养条件相同。如果只有转入外源基因的细胞转化成了iPS细胞，就可以证明iPS细胞的产生不是由于培养基的作用。 复习与提高 3.(1) 从亲缘关系的远近来看，固氮相关基因可能更容易在水稻根系微生物中稳定存在和表达，进而使其具有固氮的能力。（其他合理答案均可) （2) 此题不要求有唯一的答案，学生可从便捷性、安全性、经济性等角度进行分析，言之成理即可。例如，从便捷性角度认为能固氮的水稻新品种更值得推广；或从转基因安全性角度认为能固氮的水稻根系微生物更值得推广等。 1.下列关于蛋白质工程的说法，错误的是( ) A.蛋白质工程能定向改造蛋白质的分子结构，使之更加符合人类的需要。 B.蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子结构。 C.蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子。 D.蛋白质工程与基因工程密不可分，又称为第二代基因工程。 B 课堂练习 2.下图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答下列问题： （1）代表蛋白质工程操作思路的过程是_____；代表中心法则内容的是________。(填写数字) （2）写出图中各数字代表的生物学过程的名称或内容： ①______；②______；③______；④______；⑤__________。 （3）蛋白质工程的目的是_______________________________________ _____________________，通过___________________实现。 （4）从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则是______的。 ④⑤ ①②③ 转录 翻译 折叠 推测 改造合成 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 基因改造或基因合成 相反 课堂练习 3.IKK激酶参与动物体内免疫细胞的分化。临床上发现某重症联合免疫缺陷(SCID)患儿IKK基因编码区第1183位碱基T突变为C,导致IKK上第395位酪氨酸被组氨酸代替。为研究该患儿发病机制,研究人员利用纯合野生鼠应用大引物PCR定点诱变技术培育出SCID模型小鼠(纯合),主要过程如图甲、乙。分析回答: (1)在PCR反应体系中,需加入引物、IKK基因、缓冲液、Mg2+等外,还需加入　　　　 　等。  (2)在图甲获取突变基因过程中,需要以下3种引物: 则PCR1中使用的引物有　　　　　　,PCR2中使用的引物有　　　和图中大引物的　　　(填“①”或“②”)链。   (3)PCR的反应程序:94 ℃ 3 min;94 ℃ 30 s,58 ℃ 30 s,72 ℃ 50 s,30个循环。在循环之前的94 ℃ 3 min处理为预变性;循环中72 ℃处理的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。   (4)研究人员经鉴定、筛选获得一只转基因杂合鼠F0,并确认突变基因已经稳定同源替代IKK基因,请你设计完成获得SCID模型鼠的实验步骤: ①杂交亲本:　　　　　　　　,杂交得F1;  ②F1雌、雄鼠随机交配得F2; ③提取F2每只小鼠的基因组DNA,采用分子生物学方法,利用IKK基因探针和突变基因探针进行筛选, 则　　　 　　 　　 　　 　　　 　　 　的为模型鼠。  耐高温DNA聚合酶、4种脱氧核苷酸(dNTP) 引物A和引物B 引物C ② 耐高温的DNA聚合酶从引物起始进行互补链合成 F0×野生鼠 IKK基因探针检测未出现杂交带,突变基因探针检测出现杂交带 课堂练习 FormatFactory : www.pcfreetime.com FormatFactory : www.pcfreetime.com 引物A 5'—CCCCAACCGGAAAGTGTCA—3' (下划线字母为突变碱基) 引物B 5'—TAAGCTTCGAACATCCTA—3' (下划线部分为限制酶HindⅢ识别序列) 引物C 5'—GTGAGCTCGCTGCCCCAA—3' (下划线部分为限制酶SacⅠ识别序列) $$