專題1基因工程教案

2.情感態(tài)度與價值觀方面認同基因工程的誕生和發(fā)展離不開理論研究和技術創(chuàng)新。2.教學難點基因工程載體需要具備的條件。三、教學方法講授法，對話法2五、教學過程基因工程的概念：“基因工程是指按照人們的愿望，進行嚴格的設計，通過體外DNA重組和轉基因等技術，賦予生物以新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品?！币弧⑾拗菩院怂醿惹忻浮胺肿邮中g刀”⑴來源⑵作用5磷酸二酯鍵是核酸中核苷酸的連接方式，組成了核酸的一縮合成酯鍵，該酯鍵稱3,5磷酸二酯鍵。若干個核苷酸間以3′,5′磷酸二酯鍵(如下圖)連接，已參與二酯鍵的形成，故稱核苷酸殘基。析出限制酶存在于原核生物中的作用是什么嗎？〖生思考討論回答，師提示〗：原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，生物在長期的進化過程中形成了一套完善的防御機制，以防止外來病原物的侵害。限制酶就是細菌的一以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使之失效，從而達到保護自身的目的?！忌伎加懻摶卮穑瑤熖崾尽狡駷橹?，基因工程中使用的限制酶絕大部分都是從細菌或霉菌中提取出來的，它們各自可以識別和切斷DNA上特定的堿基序列。細菌中限制酶之所以不切斷自身識別切割序列，或者通過甲基化酶將甲基轉移到所識別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開。A⑶結果①黏性末端②平末端一條中心軸線(如右圖)，中軸線兩側的雙鏈DNA上的堿基是反向對稱重復排列的。(1)…CTGCA(2)…AC(3)GC…(4)…G(5)G…(6)…GC…G…TGCG……CTTAAACGTC……CG(7)GT…(8)AATTC…CA…G…用DNA連接酶將它們連接起來？〖生思考討論回答，師提示〗答：㈠分類到的，稱之為E·coli連接酶。另一種是從T4噬稱為T4連接酶。㈡作用端磷酸基團上的羥基連接起來形成酯鍵，而不是連接互補堿基之間的氫鍵。程中所用的連接酶有兩種：一種是從大腸桿菌中分離得到的，稱之為E·coli連接酶。另一種是從T4噬菌體中分離得到，稱為T4連接酶。這兩種連接酶催化反應基本相同，都是連接雙鏈DNA的缺口(nick)，而不能連接單鏈DNA。DNA連接酶和DNA聚合酶都是形成磷酸二酯鍵(在相鄰核苷酸的3位碳原子上的羥基與5位碳原子上所連磷酸基團的羥基之間形成)，那么，二者的差別主要表現(xiàn)在什么地方呢？ (1)DNA聚合酶只能將單個核苷酸加到已有的核酸片段的3′末端的羥基上，形成磷酸二酯鍵；而DNA連接酶是在兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵，不是在單個核苷酸與DNA片段 (2)DNA聚合酶是以一條DNA鏈為模板，將單個核苷酸通過磷酸二酯鍵形成一條與模板鏈互補的DNA鏈；而DNA連接酶是將DNA雙鏈上的兩個缺口同時連接起來。因此DNA連接此外，二者雖然都是由蛋白質構成的酶，但組成和性質各不相同?！忌伎加懻摶卮?，師提示〗：迄今為止，所發(fā)現(xiàn)的DNA連接酶都不具有連接單鏈DNA的能力，至于原因，現(xiàn)在還不清楚，也許將來會發(fā)現(xiàn)可以連接單鏈DNA的酶。三、基因進入受體細胞的載體——“分子運載車”〖生思考討論回答，師提示〗：能自我復制、有一個或多個切割位點、有標記基因位點及對受體細胞無害等〖生思考討論回答，師提示〗：基因工程中作為載體使用的DNA分子很多都是質粒 (plasmid)，即獨立于細菌擬核處染色體DNA之外的一種可以自我復制、雙鏈閉環(huán)的裸露的DNA分子。是否任何質粒都可以作為基因工程載體使用呢？其實不然，作為基因工程使用的載體必需滿足以下條件。 (1)載體DNA必需有一個或多個限制酶的切割位點，以便目的基因可以插入到載體上去。這些供目的基因插入的限制酶的切點所處的位置，還必須是在質粒本身需要的基因片段之外，這樣才不至于因目的基因的插入而失活。 (2)載體DNA必需具備自我復制的能力，或整合到受體染色體DNA上隨染色體DNA (3)載體DNA必需帶有標記基因，以便重組后進行重組子的篩選。 (4)載體DNA必需是安全的，不會對受體細胞有害，或不能進入到除受體細胞外的其他 〖生思考討論回答，師提示〗可能是剪切位點或連接位點選得不對(也可能是其他原因)。簡述基因工程原理及基本操作程序。2.能力方面嘗試設計某一轉基因生物的研制過程。基因工程基本操作程序的四個步驟。2.教學難點(1)從基因文庫中獲取目的基因。(2)利用PCR技術擴增目的基因。三、教學方法講授法、對話法2五、教學過程1．為什么要有“目的基因的獲取”這一步？〖學生思考討論回答，師提示〗引導學生看本專題題圖中基因工程的概念：“基因工程是指2．為什么要有“表達載體的構建”這一步？到構建表達載體的目的是為了使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時使目的基因能表達和發(fā)揮作用。3.為什么要有“目的基因導入受體細胞”這一步？〖學生思考討論回答，師提示〗教材指出含有目的基因的表達載體只有進入受體細胞，并且維持穩(wěn)定和表達，才能實現(xiàn)一種生物的基因在另一種生物中的轉化。〖學生思考討論回答，師提示〗這是因為目的基因是否真正插入受體細胞的DNA中，是否能夠在受體細胞中穩(wěn)定遺傳和正確表達，只有通過檢測、鑒定才能得知?！忌伎加懻摶卮?，師提示〗1970年，特明(H.M.Temin)和巴爾的摩(D.Baltimore)酶，由于與中心法則中的從DNA到RNA的轉錄是反向的，所以稱為反轉錄酶(reversetranscriptase)。聚合酶一樣，反轉錄酶也以5′→3′方向合成DNA(圖1-3)。mRNAcDNA程cDNA合成過程是：第一步，反轉錄酶以RNA為模板合成一條與RNA互補的DNA單鏈，形成RNA-DNA雜交分子。第二步，核酸酶H使RNA-DNA雜交分子中的RNA鏈降解，使之PCR擴增是獲取目的基因的一種非常有用的方法，也是進行分子鑒定和檢測的一種很靈敏的第一步：將反應體系(包括雙鏈模板、引物、耐高溫的DNA聚合酶、四種脫氧核糖核苷酸以及酶促反應所需的離子等)加熱至90~95℃，使雙鏈DNA模板兩條鏈之間的氫鍵打開，變第二步：將反應體系降溫至55~60℃，使兩種引物分別與模板DNA鏈3′端的互補序列互補配對，這個過程稱為復性。第三步：將反應體系升溫至70~75℃，在耐高溫的DNA聚合酶催化作用下，將與模板互補的單個核苷酸加到引物所提供的3-OH上，使DNA鏈延伸，產(chǎn)生一條與模板鏈互補的DNA從基因文庫中找到目的基因是一件比較復雜的事情，要根據(jù)目的基因已有的某些信息來進行。下面介紹一種根據(jù)基因的部分核苷酸序列找到目的基因的方法。第一步，通過PCR方法將目的基因已知的部分核苷酸序列擴增出來，進行放射性同位素標記(也可以用別的標記方法進行，如生物素、熒光素等)，即用標記了放射性同位素的目的DNA第二步，將基因文庫中的所有菌落轉移至硝酸纖維膜上(也可以用其他類型的膜)，然后，通過處理溶解消化掉細菌中的蛋白質，并使DNA固定在膜上。ern第四步，在X光底片上出現(xiàn)黑斑的菌落，這表明這個菌落中含有所需要的目的基因(若選用別的標記方法，有陽性信號的菌落則含有所需要的目的基因)。第五步，從該菌落中再提取目的基因。〖生思考討論回答，師提示〗：不可以。因為目的基因在表達載體中得到表達并發(fā)揮作用，還需要有其他控制元件，如啟動子、終止子和標記基因等。必須構建上述元件的主要理由是： (1)生物之間進行基因交流，需使用啟動子和終止子才能比較有利于基因的表達；如通過cDNA文庫獲得的目的基因沒有啟動子，只將編碼序列導入受體生物中無法轉錄； (2)為了增強目的基因的表達水平，往往還要增加一些其他調控元件，如增強子等； (3)目的基因是否導入受體生物中需要有篩選標記； (4)有時需要確定目的基因表達的產(chǎn)物存在于細胞的什么部位，往往要加上可以標識存在部位的基因(或做成目的基因與標識基因的融合基因)，如綠色熒光蛋白基因等。主要考慮以下幾方面的因素。 (1)基因的特點：如果一個來自動物的目的基因含有內含子，就不能用于轉基因植物，因為動物中內含子的剪接系統(tǒng)與植物的不同，植物不能將動物基因的內含子剪切掉，只能用該基因的cDNA?；虻漠a(chǎn)物如果是一個糖蛋白，那么該基因在原核生物細菌中表達出來的蛋白就可能不具備天然狀態(tài)下的活性，因為糖蛋白上的糖鏈是在內質網(wǎng)和高爾基體上加上的，而細菌無這些細胞器。黃澤穎第8頁2022-3-23 (2)要選擇強啟動子或組織特異性啟動子。啟動子有強有弱，選擇強啟動子可以增加轉錄活性，使基因產(chǎn)物量增多。如果希望基因在生物的某個組織表達，如只在植物種子中表達，就要選擇種子中特異表達的啟動子。 (3)要有選擇標記基因，如抗生素基因，以便選擇出真正的轉基因生物。三、將目的基因導入受體細胞〖思考與探究〗2.根據(jù)農(nóng)桿菌可將目的基因導入雙子葉植物的機理，你能分析出農(nóng)桿菌不能將目的基因導入單子葉植物的原因嗎？若想將一個抗病基因導入單子葉植物，如小麥，從理論上〖生思考討論回答，師提示〗：農(nóng)桿菌可分為根瘤農(nóng)桿菌和發(fā)根農(nóng)桿菌，在植物基因工程中計，約有93屬643種雙子葉植物對根瘤農(nóng)桿菌敏感。裸子植物對該菌也敏感。當這些植物被該菌侵染后會誘發(fā)腫瘤。近年來，也有報道該菌對單子葉植物也有侵染能力。根瘤農(nóng)桿菌侵染植物是一個非常復雜的過程。根瘤農(nóng)桿菌具有趨化性，即植物的受傷組織會產(chǎn)生一些糖類和酚類物質吸引根瘤農(nóng)桿菌向受傷組織集中。研究證明，主要酚類誘導物為乙酰丁香酮和羧基乙酰丁香酮，這些物質主要在雙子葉植物細胞壁中合成，通常不存在于單子葉植物中，這也是單子葉植物不易被根瘤農(nóng)桿菌侵染的原因。近年來還發(fā)現(xiàn)一些中性糖，如L-阿拉伯糖、D-木糖等也有誘導作用。酚類物質和糖類物質既可以作為根瘤農(nóng)桿菌的趨化物，又可以作為農(nóng)桿菌中Ti質粒上Vir區(qū)(毒性區(qū))基因的誘導物，使Vir區(qū)基因活化，導致T-DNA的加工和轉移，從而侵染植物細胞。以選擇使用。利用農(nóng)桿菌侵染單子葉植物進行遺傳轉化時，是需要加上述酚類物質的，同時單子葉植物種類不同，農(nóng)桿菌侵染進行遺傳轉化的效果也有很大差異。如果想將一個抗病毒基因轉入小麥，也可以用農(nóng)桿菌，但要注意兩點：①要選擇合適的農(nóng)桿菌菌株，因為不是所有的農(nóng)桿菌菌株都可以侵染單子葉植物；②要加趨化和誘導的物質，一般為乙酰丁香酮等，目的是使農(nóng)桿菌向植物組織的受傷部位靠攏(趨化性)和激活農(nóng)桿菌的Vir區(qū)(誘導)的基因，使T-DNA轉移并插入到染色體DNA上。〖生思考討論回答，師提示〗：構建基因文庫是獲取目的基因的方法之一，并不是惟一的方式。如果所需要的目的基因序列已知，就可以通過PCR方式從含有該基因的生物的DNA中，直接獲得，也可以通過反轉錄，用PCR方式從mRNA中獲得，不一定要構建基因文庫。但如果所需要的目的基因的序列完全不知，或只知道目的基因序列的一段，或想從一種生物體內獲得許多基因，或者想知道這種生物與另一種生物之間有多少基因不同，或者想知道一種生物在個體發(fā)育的不同階段表達的基因有什么不同，或者想得到一種生物的全基因組序列，往往就需要構建基因？DNA不算基因工程。分子雜交技術是基因工程中使用頻率很高的一項技術，主要用于檢測和鑒定，可以分為核酸Southern雜交──DNA和DNA分子之間的雜交。目的基因是否整合到受體生物的染色體DNA穩(wěn)定存在和遺傳的關鍵。如何證明這一點，就需要通過Southern雜交技術?；咀龇ㄊ牵旱谝徊剑瑢⑹荏w生物DNA提取出來，經(jīng)過適當?shù)拿盖泻?，走瓊脂糖凝膠電泳，將不同大小的片段分開；第二步，將凝膠上的DNA片段轉移到硝酸纖維素膜上；第三步，用標記了放射性同位素(或生物素)的目的DNA片段作為探針與硝酸纖維素膜上的DNA進行雜交；第四步，將X光底片壓在硝酸纖維素膜上，在暗處使底片感光；第五步，將X光底片沖洗，如果在底片上出現(xiàn)黑色條帶，則表明受體植物染色體DNA上有目的基因。RNA方法，具體做法與Southern雜交相同，只是第一步從受體植物中提取的是mRNA而不是DNA，雜交帶的顯現(xiàn)也與Southern雜交相同。Western雜交──蛋白質分子(抗原—抗體)之間的雜交。它是檢測目的基因是否表達出蛋達出的蛋白質注射動物進行免疫，產(chǎn)生相應的抗體，并提取出抗體(一抗)；第三步，從轉基因生物中提取蛋白質，走凝膠電泳；第四步，將凝膠中的蛋白轉移到硝酸纖維素膜上；第五步，將抗體(一抗)與硝酸纖維素膜上的蛋白雜交，這時抗體(一抗)與目的基因表達的蛋白(抗原)與一抗結合，二抗抗體上帶有特殊的標記。如果目的基因表達出了蛋白質，則結果為陽性。腸桿菌可以生產(chǎn)出人的胰島素，聯(lián)系前面有關細胞器功能的知識，結合基因工程操作程序的基本思路，思考一下，若要生產(chǎn)人的糖蛋白，可以用大腸桿菌嗎？〖生思考討論回答，師提示〗：有些蛋白質肽鏈上有共價結合的糖鏈，這些糖鏈是在內質網(wǎng)和高爾基復合體上加工完成的，內質網(wǎng)和高爾基復合體存在于真核細胞中，大腸桿菌不存在這兩種細胞器，因此，在大腸桿菌中生產(chǎn)這種糖蛋白是不可能的?！妓伎寂c探究〗4.β-珠蛋白是動物血紅蛋白的重要組成成分。當它的成分異常時，動物有： (1)從小鼠中克隆出β-珠蛋白基因的編碼序列(cDNA)。 (2)將cDNA前接上在大腸桿菌中可以適用的啟動子，另外加上抗四環(huán)素的基因，構建成一個表達載體。 (3)將表達載體導入無四環(huán)素抗性的大腸桿菌中，然后在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)大腸桿菌。如果表達 4)培養(yǎng)進入了β-珠蛋白基因的大腸桿菌，收集菌體，破碎后從中提取β-珠蛋白。1.舉例說出基因工程應用及取得的豐碩成果?；蚬こ痰倪M展。3.認同基因工程的應用促進生產(chǎn)力的提高。二、教學重點和難點基因工程在農(nóng)業(yè)和醫(yī)療等方面的應用。2.教學難點三、教學方法講授法、對話法2五、教學策略1.加強收集信息和處理信息環(huán)節(jié)的指導。基因工程的應用是基因工程基本操作程序的一個必然結果。如果本節(jié)只作為成果的學習，那么就顯得思維力度不足了。為此，建議加強指導學生收集和處理信息這一環(huán)節(jié)。具體做法如下：無論是學習轉基因植物方面的應用，還是學習轉基因動物方面的應用，乃至轉基因工程菌生產(chǎn)藥物方面的應用，首先必須尋找目的基因。教師可利用表1-1，指導學生整理課本中提供的信息，填寫此表。這樣做既可以調動學生學習的積極性，也增強了他們分析和處理信息的能力。-1轉基因生物與目的基因的關系菌調節(jié)細胞滲透壓的基因蛋白基因草劑基因乳糖酶基因基因草抗鹽堿和干旱作物草劑大豆強甜味的水果生產(chǎn)胰島素的工程菌魚人指導學生提高處理信息的能力，還可以體現(xiàn)在對教材內容的重組上。例如，我們可以解決當前世界上存在的重大問題作為主題，如以解決“糧食”、“環(huán)境污染”、“能源危機”、“攻克不治之癥”等問題作為主題，讓學生將課文中的知識或學生知道的課外的基因工程應用方面的知識進行重組。這樣的活動不僅培養(yǎng)了學生處理信息的能力，還會使學生感悟到肩負的社會責任，從而激發(fā)用科學技術報效祖國的志向。2.課文中的一些難點，建議采用小組討論，師生共同歸納的方法學習。知識，但文字說明不多，學生學習有一定難度。例如“什讓學生討論，加深用已有知識認識新事物的能力。學生想不到的地方，可由師生共同歸納。例如，學習乳腺生物反應器時，學生提出“給我們講講乳腺生物反應器究竟是怎么回事”。這時教師可(1)用動物乳腺作為反應器，生產(chǎn)高價值的蛋白質(如教材中列舉的血清白蛋白、抗凝血酶等)比工廠化生產(chǎn)的優(yōu)越之處有哪些？(2)用基因工程技術實現(xiàn)動物乳腺生物反應器的操作過程是怎樣的？應器這一創(chuàng)新成果產(chǎn)生的動力。學生在充分討論和發(fā)表觀點的基礎上，師生共同歸納出乳腺生物反應器的優(yōu)點：①產(chǎn)量高；②質量好；③成本低；④易提取。技術實現(xiàn)動物乳腺生物反應器的操作過程與轉基因動物操作過程相動子，要在編碼目的蛋白質的基因序列前加上乳腺組織中特異表達的啟動子構建成表達載體。操作過程大致歸納為：獲取目的基因(例如血清白蛋白基因)→構建基因表達載體(在血清白蛋白基因前加特異表達的啟動子)→顯微注射導入哺乳動物受精卵中→形成胚胎→將胚胎送入母體動物→發(fā)育成轉基因動物(只有在產(chǎn)下的雌性個體中，轉入的基因才能表達)。關于工程菌的學習，也可結合基因工程操作程序，予以說明，并結合微生物生長和代謝的特點，說明工程菌生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性。可根據(jù)課堂時間而定。如果時間緊，也可采用教師引導學習的方法。第14頁2022-3-23思考與探究大豆等也可以是基因工程產(chǎn)品。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的抗蟲棉、抗病毒煙草、抗除草劑大豆等都已進入商品化生產(chǎn)，上述產(chǎn)品有些是常規(guī)方法難以生產(chǎn)的或者生產(chǎn)成本過高。1.利用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性何在?所謂利用微生物生產(chǎn)蛋白質類藥物，是指將人們需要的某種蛋白質的編碼基因，構建成表達(1)利用活細胞作為表達系統(tǒng)，表達效率高，無需大型裝置和大面積廠房就可以生產(chǎn)出大(2)可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來源的不足。例如，胰島素是治療糖尿病患者的藥物，一名利用基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn)就不需要從動物或人體上獲取原料。(3)降低生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)人員和管理人員。毒轉基因植物中，為什么使用病毒外殼蛋白基因可以抗病毒侵染？關于病毒外殼蛋白(coatprotein，CP)基因導入植物后的抗病毒機理，目前有幾種假說。即被這些外殼蛋白重新包裹，從而阻止病毒核酸分子的復制和翻譯。另一種假說認為：植物細胞內積累的病毒外殼蛋白會抑制病毒脫除外殼，使病毒核酸分子不能釋放出來。然而最近的研究表明，如果將病毒的外殼蛋白的AUG起始密碼缺失，使之不能被翻譯，或者將外殼蛋白基因變成反1.舉例說出蛋白質工程崛起的緣由。.簡述蛋白質工程的原理。3.嘗試運用逆向思維分析和解決問題。(1)為什么要開展蛋白質工程的研究？(2)蛋白質工程的原理。2.教學難點三、教學方法講授法、對話法教學課時21.建議采用“問題—探究—新問題—再探究”的教學模式。本節(jié)內容是基因工程的延伸和發(fā)展。由于蛋白質工程剛剛起步，學習內容較少。如何學得充實，又讓學生悟出些終身學習的道理，建議采用“問題—探究—新問題—再探究”的教學模式。新課一開始，可以帶領學生回憶原有知識：要想讓一種生物的性狀在另一種生物中表達，在種內可以用常規(guī)雜交育種的辦法實現(xiàn)，但要使有生殖隔離的種間生物實現(xiàn)基因交流，就顯得力不從心了?；蚬こ痰恼Q生，為克服這一遠緣雜交的障礙問題，帶來了新的希望。于是取得了豐碩成果：大腸桿菌為人類生產(chǎn)出了胰島素，牛的乳腺生物反應器為人類制造出了蛋白質類藥物，煙草植物體內含有了某種藥物蛋白……至此，人們也只是實現(xiàn)了世界上現(xiàn)有基因在轉基因生物中的表達。但一個新問題出現(xiàn)了，生物產(chǎn)生的天然蛋白質是在長期進化過程中形成的，它的結構、性能不能完全滿足人類生產(chǎn)和生活的需要。為了加深這一點的認識，可調動學生從書中找實例(干擾素例子、工業(yè)用酶的例子)加以佐證。于是要對現(xiàn)有蛋白質進行改造，制造出目前從天然蛋白質中找不到的蛋白質。這樣人們又開始了新一輪的探索，蛋白質工程應運而生了。2.建議加強與已有知識的聯(lián)系，用逆向思維的方法解決新問題。具有復雜的空間結構等知識。中心法則告訴我們功能是由DNA決定的，那么要制造出新的蛋白質，就要改造DNA。所以蛋白質工程的原理應該是中心法則的逆推。結合課本中插圖，可以較明確地說明這一點。明。第一，蛋白質工程的誕生是有其理論與技術條件支撐的，正如因組學、蛋白質組學、生物信息學的發(fā)展等因素有關(本書“前沿動態(tài)”中有簡要介紹)。第二，說明蛋白質工程目前的現(xiàn)狀：成功的例子不多，主要是因為蛋白質發(fā)揮其功能需要依賴于正確的空間結構，而科學家目前對大多數(shù)蛋白質的空間結構了解很少。這樣學習，可以使學生認識到科學探索之路的漫長、艱辛和永無止境。(一)思考與探究提示(供教師在教學中參考)：蛋白質工程的崛起主要是工業(yè)生產(chǎn)和基礎理論研究的需要。而結構生物學對大量蛋白質分子的精確立體結構及其復雜的生物功能的分析結果，為設計改造天然蛋白質提供了藍圖。分子遺傳學的以定點突變?yōu)橹行牡幕虿僮骷夹g為蛋白質工程提供了手段。在已研究過的幾千種酶中，只有極少數(shù)可以應用于工業(yè)生產(chǎn)，絕大多數(shù)酶都不能應用于工業(yè)生產(chǎn)，這些酶雖然在自然狀態(tài)下有活性，但在工業(yè)生產(chǎn)中沒有活性或活性很低。這是因為工業(yè)生產(chǎn)中每一步的反應體系中常常會有酸、堿或有機溶劑存在，反應溫度較高，在這種條件下，大多數(shù)酶會很快變性失活。提高蛋白質的穩(wěn)定性是工業(yè)生產(chǎn)中一個非常重要的課題。一般來說，提高蛋白質的穩(wěn)定性包括：延長酶的半衰期，提高酶的熱穩(wěn)定性，延長藥用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性喪失等。下面舉一個如何通過蛋白質工程來提高重組β-干擾素專一活性和穩(wěn)定性的例子。干擾素是一種抗病毒、抗腫瘤的藥物。將人的干擾素的cDNA在大腸桿菌中進行表達，產(chǎn)生的干擾素的抗病毒活性為106U/mg，只相當于天然產(chǎn)品的十分之一，雖然在大腸桿菌中合成的β-干擾素量很多，但多數(shù)是以無活性的二聚體形式存在。為什么會這樣？如何改變這種狀況？研究發(fā)現(xiàn)，β-干擾素蛋白質中有3個半胱氨酸(第17位、31位和141位)，推測可能是有一個或幾個半胱氨酸形成了不正確的二硫鍵。研究人員將第17位的半胱氨酸，通過基因定點突變改變成絲氨酸，結果使大腸桿菌中生產(chǎn)的β-干擾素的抗病性活性提高到108U/mg，并且比天然β-干擾素的貯在基礎理論研究方面，蛋白質工程是研究多種蛋白質的結構和功能、蛋白質折疊、蛋白質分子設計等一系列分子生物學基本問題的一種新型的、強有力的手段。通過對蛋白質工程的研究，可以深入地揭示生命現(xiàn)象的本質和生命活動的規(guī)律。出自然界已有的蛋白質。蛋白質工程是按照以下思路進行的：確定蛋白質的功能→蛋白質應有的程學的手段，應用于生產(chǎn)、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境保護等方面的一門科學技術。概括地說，酶工程是由酶制劑的生產(chǎn)和應用兩方面和葡萄糖異構酶這三個酶連續(xù)作用于淀粉，就可以代替蔗糖生產(chǎn)出高果糖漿；蛋白酶用于皮革脫毛膠以及洗滌劑工業(yè)；固定化酶還可以治療先天性缺酶病或是器官缺損引起的某些功能的衰竭等。至于我們日常生活中所見到的加酶洗衣粉、嫩肉粉等，就更是酶工程最直接的體現(xiàn)了。通常所說的酶工程是用工程菌生產(chǎn)酶制劑，而沒有經(jīng)過由酶的功能來設計酶的分子結構，然后由酶的分子也會應用到酶工程中，使酶工程成為蛋白質工程的一部分。(二)正文中討論題怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？請把相應的堿基序列寫出來。確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合成或改造目的基因(DNA)？答：(1)每種氨基酸都有對應的三聯(lián)密碼子，只要查一下遺傳密碼子表，就可以將上述氨基酸序列的編碼序列查出來。但是由于上述氨基酸序列中有幾個氨基酸是由多個三聯(lián)密碼子編碼，因此其堿基排列組合起來就比較復雜，至少可以排列出16種，可以讓學生根據(jù)學過的排列組合 (或G)AUGUUU(或C)，再根據(jù)堿基互補配對規(guī)律推出脫氧核苷酸序列：CGA(或G或T或C)ACCTTT(或C)TACAAA(或G)。 (2)確定目的基因的堿基序列后，就可以根據(jù)人類的需要改造它，通過人工合成的方法或(三)異想天開能不能根據(jù)人類需要的蛋白質的結構，設計相應的基因，導入合適的細菌中，讓細菌生產(chǎn)人還沒有真正成功的例子。一些報道利用細菌生產(chǎn)人類需要的蛋白質往往都是自然界已經(jīng)存在的蛋白質，并非完全是人工設計出來而自然不存在的蛋白質。主要原因是蛋白質的高級結構非常復雜，人類對蛋白質的高級結構和在生物體內如何行使功能知之甚少，很難設計出一個嶄新而又具有生命功能作用的蛋白質，而且一個嶄新的蛋白質會帶來什么危害也是人們所擔心的。(四)旁欄思考題1.你知道人類蛋白質組計劃嗎？它與蛋白質工程有什么關系？我國科學家承擔了什么任人類基因組計劃之后，生命科學乃至自然科學領域一項重大的科學命題。2001年，國際人類蛋白質組組織宣告成立。之后，該組織正式提出啟動了兩項重大國質組計劃”；另一項是以美國科學家牽頭執(zhí)行的“人類血漿蛋白質組計劃”，由此拉開了人類蛋白質組計劃的帷幕?！叭祟惛闻K蛋白質組計劃”是國際上第一個人類組織／器官的蛋白質組計劃，由我國賀福初院士牽頭，這是中國科學家第一次領銜的重大國際科研協(xié)作計劃，總部設在北京，目前有16個國家和地區(qū)的80多個實驗室報名參加。它的科學目標是揭示并確認肝臟的蛋白質，為重大肝病預防、診斷、治療和新藥研發(fā)的突破提供重要的科學基礎。人類蛋白質組計劃的深入研究將是對蛋白質工程的有力推動和理論支持。2.對天然蛋白質進行改造，你認為應該直接對蛋白質分子進行操作，還是通過對基因的操作答：毫無疑問應該從對基因的操作來實現(xiàn)對天然蛋白質改造，主要原因如下： (1)任何一種天然蛋白質都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質進行了改造，而且改造過的蛋白質可以遺傳下去。如果對蛋白質直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質分子還1.有關基因工程的敘述正確的是()A.限制酶只在獲得目的基因時才用B.重組質粒的形成是在細胞內完成的C.質粒都可作為載體D.蛋白質的結構成分為合成目的基因提供資料2.基因工程常用的受體有()①大腸桿菌②枯草桿菌③支原體④動植物細胞A.①②③④B.①②③C.②③④D.①②④3.下列哪項不是基因工程中經(jīng)常使用的用來運載目的基因的載體()A.細菌質粒B.噬菌體C.動植物病毒D.細菌核區(qū)的DNA4.基因工程是在DNA分子水平上進行設計施工的。在基因操作的基本步驟中，不進行堿基互補配對的是()A合成目的基因B.目的基因與運載體結合CD.目的基因的檢測表達5.不是基因工程方法生產(chǎn)的藥物是()A.干擾素B.白細胞介素C.青霉素D.乙肝疫苗AA.同種限制酶B.兩種限制酶C.同種連接酶D.兩種連接酶7.在基因工程中用來修飾改造基因的工具是()A.限制酶和連接酶B.限制酶和水解酶C.限制酶和運載酶D.連接酶和運載酶8.下列哪項敘述不是運載體必須具備的條件()A.具有某些標記基因B.決定宿主細胞的生存C.能夠在宿主細胞中復制D.有多個限制酶切點9.水母發(fā)光蛋白由236個氨基酸構成，其中有三種氨基酸構成發(fā)光環(huán)，現(xiàn)已將這種蛋白質的基因作為生物轉基因的標記。在轉基因技術中，這種蛋白質的作用()A.促使目的基因導入宿主細胞中B.促使目的基因在宿主細胞中復制C.使目的基因容易被檢測出來D.使目的基因容易成功表達10.應用基因工程技術診斷疾病的過程中必須使用基因探針才能達到檢測疾病的目的。這里的基因探針是指()A.用于檢測疾病的醫(yī)療器械B.用放射性同位素或熒光分子等標記的DNA分子C.合成β—球蛋白的DNAD.合成苯丙氨酸羥化酶的DNA片段11.基因工程第一步的一種方法是把所需的基因從供體細胞內分離出來，這要利用限制性內切酶。一種限制性內切酶能識別DNA子中的GAATTC順序，切點在G和A之間，這是應用了酶的 ()A．高效性B.專一性C．多樣性D.催化活性受外界條件影響12.上海醫(yī)學遺傳研究所成功培育出第一頭攜帶白蛋白的轉基因牛，還研究出一種可大大提高基因表達水平的新方法，使轉基因動物乳汁中的藥物蛋白含量提高30多倍，轉基因動物是指A.提供基因的動物B.基因組中增加外源基因的動物C.能產(chǎn)生白蛋白的動物D.能表達基因信息的動物13.作為基因的運輸工具——運載體，必須具備的條件之一及理由是()A.能夠在宿主細胞中穩(wěn)定地保存下來并大量復制，以便提供大量的目的基因D.它的參與才能夠使目的基因在宿主細胞中復制并穩(wěn)定保存14.下列黏性末端屬于同一種限制酶切割而成的是：()B．①③CB．①③C①④15.下列平末端屬于同一種限制酶切割而成的是A.①③B.①④C.②③D.②④該限制酶能識別的堿基序列及切點是D．②③GAATCTTAGAATTCTTAG17.下列有關基因工程的敘述中，不正確的是()A.DNA連接酶將黏性末端的堿基對連接起來B熒光分子等標記的DNA分子C.基因治療主要是對有基因缺陷的細胞進行替換D.蛋白質中氨基酸序列可為合成目的基因提供資料①單鏈的脫氧核苷酸序列引物②目的基因所在的DNA片段③脫氧核苷酸④核糖核苷酸⑤DNA連接酶⑥DNA聚合酶⑦DNA限制性內切酶A.①②③⑤B.①②③⑥C.①②③⑤⑦D.①②④⑤⑦ADNA當中B.作為引物的脫氧核苷酸序列必須不斷的加進每一次的擴增當中NAA.氨基酸結構B.蛋白質的空間結構C.肽鏈結構D.基因結構21.以下不屬于周測內容：22.有關基因與酶關系的敘述正確的是()A.每個基因都控制合成一種酶B.酶的遺傳信息編碼在內含子的堿基序列中C.基因的轉錄、翻譯都需要酶D.同一生物體不同細胞的基因和酶是相同的23.某科學家從細菌中分離出耐高溫淀粉酶(Amy)基因a,通過基因工程的方法，將a轉到馬鈴A.目的基因進入受體細胞后，可隨著馬鈴薯的DNA分子的復制而復制，傳給子代細胞B.基因a導入成功后，將抑制細胞原有的新陳代謝，開辟新的代謝途徑CDNA需要整合到馬鈴薯的DNA分子中D.目的基因來自細菌，可以不需要運載體直接導入受體細胞24.下列關于質粒的敘述，正確的是()A.質粒是廣泛存在于細菌細胞中的一種顆粒狀細胞器BDNA分子C.質粒只有在侵入宿主細胞后在宿主細胞內復制D.細菌質粒的復制過程一定是在宿主細胞外獨立進行25.關于基因工程的敘述，正確的是()A.基因工程經(jīng)常以抗菌素抗性基因為目的基因B.細菌質粒是基因工程常用的運載體C.通常用一種限制性內切酶處理含目的基因的DNA，用另一種處理運載體DNAD.為育成抗除草劑的農(nóng)作物新品種導入的抗除草劑的基因只能以受精卵為受體26.采用基因工程的方法培養(yǎng)抗蟲棉，下列導入目的基因的作法正確的是()①將毒素蛋白注射到棉受精卵中②將編碼毒素蛋白的DNA