專(zhuān)題1基因工程教案

1、專(zhuān)題1 基因工程1.1 DNA重組技術(shù)的基本工具一、 教學(xué)目標(biāo)1.知識(shí)方面簡(jiǎn)述DNA重組技術(shù)所需三種基本工具的作用。2.情感態(tài)度與價(jià)值觀方面認(rèn)同基因工程的誕生和發(fā)展離不開(kāi)理論研究和技術(shù)創(chuàng)新。二、 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)DNA重組技術(shù)所需的三種基本工具的作用。2.教學(xué)難點(diǎn)基因工程載體需要具備的條件。三、教學(xué)方法講授法，對(duì)話法四、教學(xué)課時(shí)2五、教學(xué)過(guò)程基因工程的概念：“基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，通過(guò)體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，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(lèi)型和生物產(chǎn)品?！币?、限制性核酸內(nèi)切酶“分子手術(shù)刀”來(lái)源作用問(wèn)題1.什么叫磷酸二酯鍵？生思考討論

2、回答，師提示3,5磷酸二酯鍵是核酸中核苷酸的連接方式，組成了核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)。在核酸中一個(gè)核苷酸核糖上第3位的羥基與下一個(gè)核苷酸核糖上第5位的磷酸羥基脫水縮合成酯鍵，該酯鍵稱3,5磷酸二酯鍵。若干個(gè)核苷酸間以3,5磷酸二酯鍵（如下圖）連接成的多核苷酸鏈為核酸。在鏈的一端的一個(gè)核苷酸，其核糖上第5位連接的磷酸只有一個(gè)酯鍵，稱此核苷酸為DNA鏈的5磷酸末端或5端。另一端核苷酸上第3位的羥基是自由的，所以此核苷酸稱為3羥基末端或3端。鏈內(nèi)的核苷酸第5位上的磷酸已形成二酯鍵，第3位上的羥基也已參與二酯鍵的形成，故稱核苷酸殘基。圖 DNA上的磷酸二酯鍵尋根問(wèn)底12.根據(jù)你所掌握的知識(shí)，你能分析出限制酶存在

3、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(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中形成了一套完善的防御機(jī)制，以防止外來(lái)病原物的侵害。限制酶就是細(xì)菌的一種防御性工具，當(dāng)外源DNA侵入時(shí)，會(huì)利用限制酶將外源DNA切割掉，以保證自身的安全。所以，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(dá)到保護(hù)自身的目的。問(wèn)題3.聯(lián)系你已有的知識(shí)，想一想，為什么細(xì)菌中限制酶不剪切細(xì)菌本身的DNA？生思考討論回答，師提示迄今為止，基因工程中使用的限制酶絕大部分都是從細(xì)菌或霉菌中提取出來(lái)的，它們各自可以識(shí)別和切斷DNA上特定的堿基序列。細(xì)菌中限制酶之所以不切斷自身DN

4、A，是因?yàn)槲⑸镌陂L(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中形成了一套完善的防御機(jī)制，對(duì)于外源入侵的DNA可以降解掉。生物在長(zhǎng)期演化過(guò)程中，含有某種限制酶的細(xì)胞，其DNA分子中或者不具備這種限制酶的識(shí)別切割序列，或者通過(guò)甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到所識(shí)別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開(kāi)。這樣，盡管細(xì)菌中含有某種限制酶也不會(huì)使自身的DNA被切斷，并且可以防止外源DNA的入侵。結(jié)果黏性末端平末端問(wèn)題4.限制酶所識(shí)別的序列有什么特點(diǎn)？生思考討論回答，師提示限制酶所識(shí)別的序列，無(wú)論是6個(gè)堿基還是4個(gè)堿基，都可以找到一條中心軸線（如右圖），中軸線兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基是反向?qū)ΨQ重復(fù)排列的。思考與探究1.限制酶在DNA的任何部位都能將

5、DNA切開(kāi)嗎？以下是四種不同限制酶切割形成的DNA片段：(1) CTGCA    (2) AC    (3) GC （4） G      (5)    G  (6) GC    G            TG        CG

6、CTTAA     ACGTC      CG(7) GT       (8)AATTC    CA              G你是否能用DNA連接酶將它們連接起來(lái)？生思考討論回答，師提示答：任何一種限制酶都只識(shí)別和切斷特定的核苷酸序列，這是由限制酶的性質(zhì)所決定的。2

7、和7能連接形成ACGT 4和8能連接形成GAATTC              TGCA； CTTAAG；3和6能連接形成GCGC 1和5能連接形成CTGCAG             CGCG； GACGTC。二、DNA連接酶“分子縫合針”分類(lèi)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

8、離得到，稱為T(mén)4連接酶。作用這兩種連接酶催化反應(yīng)基本相同，都是連接雙鏈DNA的缺口（nick），而不能連接單鏈DNA。問(wèn)題6.DNA連接酶連接的是什么部位？生思考討論回答，師提示DNA連接酶是將一段DNA片段3端的羥基與另一DNA片段5端磷酸基團(tuán)上的羥基連接起來(lái)形成酯鍵，而不是連接互補(bǔ)堿基之間的氫鍵。問(wèn)題7. DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎？為什么？答：不是一回事?；蚬こ讨兴玫倪B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T(mén)4連接酶。這兩種連接酶催化反應(yīng)基本相同，都是連接雙鏈DNA的缺口（nick），而不能連接單鏈

9、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(tuán)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(gè)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(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵，不是在單個(gè)核苷酸與DNA片段之間形成磷酸二酯鍵。（2）DNA聚合酶是以一條DNA鏈為模板，將單個(gè)核苷酸通過(guò)磷酸二酯鍵形成一條與模板鏈互補(bǔ)的DNA鏈；而DNA連接酶是將DNA雙鏈上的兩個(gè)缺口同時(shí)連接起來(lái)。因此DNA連接酶不需要模板。此外，二者雖然都是由蛋白質(zhì)構(gòu)成的酶，但組成和性質(zhì)各不相同。網(wǎng)上查

10、詢8.DNA連接酶有連接單鏈DNA的本領(lǐng)嗎？生思考討論回答，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(lái)會(huì)發(fā)現(xiàn)可以連接單鏈DNA的酶。三、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體“分子運(yùn)載車(chē)”旁欄思考題想一想，具備什么條件才能充當(dāng)“分子運(yùn)輸車(chē)”？生思考討論回答，師提示：能自我復(fù)制、有一個(gè)或多個(gè)切割位點(diǎn)、有標(biāo)記基因位點(diǎn)及對(duì)受體細(xì)胞無(wú)害等問(wèn)題9.天然的DNA分子可以直接用做基因工程載體嗎？為什么？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(zhì)粒（plasmid），即獨(dú)立于細(xì)菌擬核處染色體DNA之外的一種可以自我復(fù)制、雙鏈閉環(huán)的裸露的DNA

11、分子。是否任何質(zhì)粒都可以作為基因工程載體使用呢？其實(shí)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(gè)或多個(gè)限制酶的切割位點(diǎn)，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(diǎn)所處的位置，還必須是在質(zhì)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(fù)制的能力，或整合到受體染色體DNA上隨染色體DNA的復(fù)制而同步復(fù)制。（3） 載體DNA必需帶有標(biāo)記基因，以便重組后進(jìn)行重組子的篩選。（4） 載體DNA必需是安全的，不會(huì)對(duì)受體細(xì)胞有害，或不能進(jìn)入到除受體細(xì)胞外的其他生物細(xì)胞中去。（5） 載體DNA分子大小應(yīng)適合，以便提

12、取和在體外進(jìn)行操作，太大就不便操作。實(shí)際上自然存在的質(zhì)粒DNA分子并不完全具備上述條件，都要進(jìn)行人工改造后才能用于基因工程操作。模擬制作討論題1. 你模擬插入的DNA片段能稱得上一個(gè)基因嗎？生思考討論回答，師提示：不能。因?yàn)橐话慊蛴猩锨€(gè)堿基對(duì)。2. 如果你操作失誤，堿基不能配對(duì)。可能是什么原因造成的？生思考討論回答，師提示可能是剪切位點(diǎn)或連接位點(diǎn)選得不對(duì)（也可能是其他原因）。1.2 基因工程的基本操作程序一、 教學(xué)目標(biāo)1.知識(shí)方面簡(jiǎn)述基因工程原理及基本操作程序。2.能力方面嘗試設(shè)計(jì)某一轉(zhuǎn)基因生物的研制過(guò)程。二、 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)基因工程基本操作程序的四個(gè)步驟。2.教學(xué)難點(diǎn)（1）從

13、基因文庫(kù)中獲取目的基因。（2）利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因。三、教學(xué)方法講授法、對(duì)話法四、教學(xué)課時(shí)2五、教學(xué)過(guò)程對(duì)話先解決為什么要分四個(gè)步驟的問(wèn)題，然后解決每一步驟的技術(shù)方法問(wèn)題。1為什么要有“目的基因的獲取”這一步？學(xué)生思考討論回答，師提示引導(dǎo)學(xué)生看本專(zhuān)題題圖中基因工程的概念：“基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，通過(guò)體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，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(lèi)型和生物產(chǎn)品。”可以說(shuō)這既是概念，也是原理。這里所說(shuō)的“更符合人們需要”，就是目的，那么更符合人們需要的那個(gè)基因就是目的基因了。有了目的基因，我們才能賦予一種生物以另一種生物的遺傳特性。

14、2為什么要有“表達(dá)載體的構(gòu)建”這一步？學(xué)生思考討論回答，師提示單獨(dú)的DNA片段目的基因是不能穩(wěn)定遺傳的。課文中談到構(gòu)建表達(dá)載體的目的是為了使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時(shí)使目的基因能表達(dá)和發(fā)揮作用。3.為什么要有“目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞”這一步？學(xué)生思考討論回答，師提示教材指出含有目的基因的表達(dá)載體只有進(jìn)入受體細(xì)胞，并且維持穩(wěn)定和表達(dá)，才能實(shí)現(xiàn)一種生物的基因在另一種生物中的轉(zhuǎn)化。4.為什么要有“目的基因的檢測(cè)與鑒定”這一步？學(xué)生思考討論回答，師提示這是因?yàn)槟康幕蚴欠裾嬲迦胧荏w細(xì)胞的DNA中，是否能夠在受體細(xì)胞中穩(wěn)定遺傳和正確表達(dá)，只有通過(guò)檢測(cè)、鑒定才能得知。轉(zhuǎn)折每一

15、程序的有什么技術(shù)和方法的學(xué)習(xí)？ 一、目的基因的獲取問(wèn)題引入“目的基因的獲取”有什么方法呢？求異思維你能推測(cè)出由mRNA反轉(zhuǎn)錄形成cDNA的過(guò)程大致分為哪些步驟嗎？生思考討論回答，師提示1970年，特明（H.M. Temin）和巴爾的摩（D. Baltimore）證實(shí)了RNA病毒中含有一種能將RNA轉(zhuǎn)錄成DNA的酶，這種酶被稱為依賴RNA的DNA聚合酶，由于與中心法則中的從DNA到RNA的轉(zhuǎn)錄是反向的，所以稱為反轉(zhuǎn)錄酶（reverse transcriptase）。反轉(zhuǎn)錄酶既可以利用DNA又可以利用RNA作為模板合成與之互補(bǔ)的DNA鏈。像其他DNA聚合酶一樣，反轉(zhuǎn)錄酶也以53方向合成DNA（圖1

16、-3）。圖1-3 由mRNA反轉(zhuǎn)錄形成cDNA的過(guò)程cDNA合成過(guò)程是：第一步，反轉(zhuǎn)錄酶以RNA為模板合成一條與RNA互補(bǔ)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，使之變成單鏈的DNA。第三步，以單鏈DNA為模板，在DNA聚合酶的作用下合成另一條互補(bǔ)的DNA鏈，形成雙鏈DNA分子。講授1.PCR的擴(kuò)增過(guò)程是怎樣的？PCR擴(kuò)增是獲取目的基因的一種非常有用的方法，也是進(jìn)行分子鑒定和檢測(cè)的一種很靈敏的方法。PCR的擴(kuò)增反應(yīng)過(guò)程包括以下幾個(gè)主要過(guò)程。第一步：將反應(yīng)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(yīng)所需

17、的離子等）加熱至9095 ，使雙鏈DNA模板兩條鏈之間的氫鍵打開(kāi)，變成單鏈DNA，作為互補(bǔ)鏈聚合反應(yīng)的模板。第二步：將反應(yīng)體系降溫至5560 ，使兩種引物分別與模板DNA鏈3端的互補(bǔ)序列互補(bǔ)配對(duì)，這個(gè)過(guò)程稱為復(fù)性。第三步：將反應(yīng)體系升溫至7075 ，在耐高溫的DNA聚合酶催化作用下，將與模板互補(bǔ)的單個(gè)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(bǔ)的DNA鏈。上述三步反應(yīng)完成后，一個(gè)DNA分子就變成了兩個(gè)DNA分子，隨著重復(fù)次數(shù)的增多，DNA分子就以2n的形式增加。PCR的反應(yīng)過(guò)程都是在PCR擴(kuò)增儀中完成的。講授2.如何從基因文庫(kù)中找到所需要的基因？從基因文庫(kù)中找到目的基

18、因是一件比較復(fù)雜的事情，要根據(jù)目的基因已有的某些信息來(lái)進(jìn)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(guò)PCR方法將目的基因已知的部分核苷酸序列擴(kuò)增出來(lái)，進(jìn)行放射性同位素標(biāo)記（也可以用別的標(biāo)記方法進(jìn)行，如生物素、熒光素等），即用標(biāo)記了放射性同位素的目的DNA片段作為探針，與擴(kuò)增出來(lái)的DNA雜交。第二步，將基因文庫(kù)中的所有菌落轉(zhuǎn)移至硝酸纖維膜上（也可以用其他類(lèi)型的膜），然后，通過(guò)處理溶解消化掉細(xì)菌中的蛋白質(zhì)，并使DNA固定在膜上。第三步，按Southern雜交的方法進(jìn)行雜交。第四步，在X光底片上出現(xiàn)黑斑的菌落，這表明這個(gè)菌落中含有所需要的目的基因（若選用別的標(biāo)記方法，有陽(yáng)

19、性信號(hào)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。二、基因表達(dá)載體的構(gòu)建核心思考與探究1.作為基因工程表達(dá)載體，只需含有目的基因就可以完成任務(wù)嗎？為什么？生思考討論回答，師提示：不可以。因?yàn)槟康幕蛟诒磉_(dá)載體中得到表達(dá)并發(fā)揮作用，還需要有其他控制元件，如啟動(dòng)子、終止子和標(biāo)記基因等。必須構(gòu)建上述元件的主要理由是：（1） 生物之間進(jìn)行基因交流，需使用啟動(dòng)子和終止子才能比較有利于基因的表達(dá)；如通過(guò)cDNA文庫(kù)獲得的目的基因沒(méi)有啟動(dòng)子，只將編碼序列導(dǎo)入受體生物中無(wú)法轉(zhuǎn)錄；（2）為了增強(qiáng)目的基因的表達(dá)水平，往往還要增加一些其他調(diào)控元件，如增強(qiáng)子等； （3）目的基因是否導(dǎo)入受體生物中

20、需要有篩選標(biāo)記；（4）有時(shí)需要確定目的基因表達(dá)的產(chǎn)物存在于細(xì)胞的什么部位，往往要加上可以標(biāo)識(shí)存在部位的基因（或做成目的基因與標(biāo)識(shí)基因的融合基因），如綠色熒光蛋白基因等。講授3.基因工程載體的構(gòu)建需要考慮哪些方面的因素？道理何在？主要考慮以下幾方面的因素。（1）基因的特點(diǎn)：如果一個(gè)來(lái)自動(dòng)物的目的基因含有內(nèi)含子，就不能用于轉(zhuǎn)基因植物，因?yàn)閯?dòng)物中內(nèi)含子的剪接系統(tǒng)與植物的不同，植物不能將動(dòng)物基因的內(nèi)含子剪切掉，只能用該基因的cDNA?；虻漠a(chǎn)物如果是一個(gè)糖蛋白，那么該基因在原核生物細(xì)菌中表達(dá)出來(lái)的蛋白就可能不具備天然狀態(tài)下的活性，因?yàn)樘堑鞍咨系奶擎準(zhǔn)窃趦?nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體上加上的，而細(xì)菌無(wú)這些細(xì)胞器。（2

21、）要選擇強(qiáng)啟動(dòng)子或組織特異性啟動(dòng)子。啟動(dòng)子有強(qiáng)有弱，選擇強(qiáng)啟動(dòng)子可以增加轉(zhuǎn)錄活性，使基因產(chǎn)物量增多。如果希望基因在生物的某個(gè)組織表達(dá)，如只在植物種子中表達(dá)，就要選擇種子中特異表達(dá)的啟動(dòng)子。（3）要有選擇標(biāo)記基因，如抗生素基因，以便選擇出真正的轉(zhuǎn)基因生物。三、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞思考與探究2.根據(jù)農(nóng)桿菌可將目的基因?qū)腚p子葉植物的機(jī)理，你能分析出農(nóng)桿菌不能將目的基因?qū)雴巫尤~植物的原因嗎？若想將一個(gè)抗病基因?qū)雴巫尤~植物，如小麥，從理論上說(shuō)，你應(yīng)該如何做？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，在植物基因工程中以根瘤農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化最多。根瘤農(nóng)桿菌廣泛存在于雙

22、子葉植物中。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，約有93屬643種雙子葉植物對(duì)根瘤農(nóng)桿菌敏感。裸子植物對(duì)該菌也敏感。當(dāng)這些植物被該菌侵染后會(huì)誘發(fā)腫瘤。近年來(lái)，也有報(bào)道該菌對(duì)單子葉植物也有侵染能力。根瘤農(nóng)桿菌侵染植物是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程。根瘤農(nóng)桿菌具有趨化性，即植物的受傷組織會(huì)產(chǎn)生一些糖類(lèi)和酚類(lèi)物質(zhì)吸引根瘤農(nóng)桿菌向受傷組織集中。研究證明，主要酚類(lèi)誘導(dǎo)物為乙酰丁香酮和羧基乙酰丁香酮，這些物質(zhì)主要在雙子葉植物細(xì)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(lái)還發(fā)現(xiàn)一些中性糖，如L-阿拉伯糖、D-木糖等也有誘導(dǎo)作用。酚類(lèi)物質(zhì)和糖類(lèi)物質(zhì)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T

23、i質(zhì)粒上Vir區(qū)（毒性區(qū)）基因的誘導(dǎo)物，使Vir區(qū)基因活化，導(dǎo)致T-DNA的加工和轉(zhuǎn)移，從而侵染植物細(xì)胞。需要注意的是農(nóng)桿菌中不同的菌株，侵染能力有差別，在基因工程中需要加以選擇使用。利用農(nóng)桿菌侵染單子葉植物進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化時(shí)，是需要加上述酚類(lèi)物質(zhì)的，同時(shí)單子葉植物種類(lèi)不同，農(nóng)桿菌侵染進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化的效果也有很大差異。如果想將一個(gè)抗病毒基因轉(zhuǎn)入小麥，也可以用農(nóng)桿菌，但要注意兩點(diǎn)：要選擇合適的農(nóng)桿菌菌株，因?yàn)椴皇撬械霓r(nóng)桿菌菌株都可以侵染單子葉植物；要加趨化和誘導(dǎo)的物質(zhì)，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(dǎo)）的基因，使T-DNA轉(zhuǎn)移并插入到染

24、色體DNA上。尋根問(wèn)底1.為什么要構(gòu)建基因文庫(kù)？直接從含有目的基因的生物體內(nèi)提取不行嗎？生思考討論回答，師提示：構(gòu)建基因文庫(kù)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(guò)PCR方式從含有該基因的生物的DNA中，直接獲得，也可以通過(guò)反轉(zhuǎn)錄，用PCR方式從mRNA中獲得，不一定要構(gòu)建基因文庫(kù)。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(nèi)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(gè)體發(fā)育的不同階段表達(dá)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(gòu)建基因文庫(kù)。尋根問(wèn)

25、底2.將目的基因直接導(dǎo)入受體細(xì)胞不是更簡(jiǎn)便嗎？如果這么做，結(jié)果會(huì)怎樣？生思考討論回答，師提示：有人采用總DNA注射法進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化，即將一個(gè)生物中的總DNA提取出來(lái)，通過(guò)注射或花粉管通道法導(dǎo)入受體植物，沒(méi)有進(jìn)行表達(dá)載體的構(gòu)建，這種方法針對(duì)性差，完全靠運(yùn)氣，也無(wú)法確定什么基因?qū)肓耸荏w植物。此法目前爭(zhēng)議頗多，嚴(yán)格來(lái)講不算基因工程。四、目的基因的監(jiān)測(cè)和鑒定講授4.什么是分子雜交技術(shù)的顯示帶？分子雜交技術(shù)是基因工程中使用頻率很高的一項(xiàng)技術(shù)，主要用于檢測(cè)和鑒定，可以分為核酸分子之間的雜交和蛋白質(zhì)分子之間的雜交。常用的技術(shù)有：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

26、色體DNA中，這在真核生物中是目的基因可否穩(wěn)定存在和遺傳的關(guān)鍵。如何證明這一點(diǎn)，就需要通過(guò)Southern雜交技術(shù)?；咀龇ㄊ牵旱谝徊?，將受體生物DNA提取出來(lái)，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)拿盖泻?，走瓊脂糖凝膠電泳，將不同大小的片段分開(kāi)；第二步，將凝膠上的DNA片段轉(zhuǎn)移到硝酸纖維素膜上；第三步，用標(biāo)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(jìn)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。Northern雜交DNA和RNA分子之間的雜交。它是檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA的

27、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(zhì)分子（抗原抗體）之間的雜交。它是檢測(cè)目的基因是否表達(dá)出蛋白質(zhì)的一種方法。具體做法是：第一步，將目的基因在大腸桿菌中表達(dá)出蛋白質(zhì)；第二步，將表達(dá)出的蛋白質(zhì)注射動(dòng)物進(jìn)行免疫，產(chǎn)生相應(yīng)的抗體，并提取出抗體（一抗）；第三步，從轉(zhuǎn)基因生物中提取蛋白質(zhì)，走凝膠電泳；第四步，將凝膠中的蛋白轉(zhuǎn)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(shí)抗體（一抗）與目的基因表達(dá)的蛋白（抗原）會(huì)特異結(jié)合。由于這種抗原抗體的結(jié)合顯示不出條帶，

28、所以加入一種稱為二抗的抗體，它可以與一抗結(jié)合，二抗抗體上帶有特殊的標(biāo)記。如果目的基因表達(dá)出了蛋白質(zhì)，則結(jié)果為陽(yáng)性。思考與探究3.利用大腸桿菌可以生產(chǎn)出人的胰島素，聯(lián)系前面有關(guān)細(xì)胞器功能的知識(shí)，結(jié)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(zhì)肽鏈上有共價(jià)結(jié)合的糖鏈，這些糖鏈?zhǔn)窃趦?nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基復(fù)合體上加工完成的，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基復(fù)合體存在于真核細(xì)胞中，大腸桿菌不存在這兩種細(xì)胞器，因此，在大腸桿菌中生產(chǎn)這種糖蛋白是不可能的。思考與探究4.-珠蛋白是動(dòng)物血紅蛋白的重要組成成分。當(dāng)它的成分異常時(shí)，動(dòng)物有可能患某種疾病，如鐮刀形細(xì)胞貧血癥。假

29、如讓你用基因工程的方法，使大腸桿菌生產(chǎn)出鼠的-珠蛋白，想一想，應(yīng)如何進(jìn)行設(shè)計(jì)？生思考討論回答，師提示：基本操作如下：（1）從小鼠中克隆出-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(dòng)子，另外加上抗四環(huán)素的基因，構(gòu)建成一個(gè)表達(dá)載體。（3）將表達(dá)載體導(dǎo)入無(wú)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(dá)載體未進(jìn)入大腸桿菌中，大腸桿菌會(huì)因不含有抗四環(huán)素基因而死掉；如果培養(yǎng)基上長(zhǎng)出大腸桿菌菌落，則表明-珠蛋白基因已進(jìn)入其中。（4）培養(yǎng)進(jìn)入了-珠蛋白基因的大腸桿菌，收集菌體，破碎后從中提取-珠蛋白。1.3 基因工程的應(yīng)用一、 教學(xué)目標(biāo)1.舉例

30、說(shuō)出基因工程應(yīng)用及取得的豐碩成果。2.關(guān)注基因工程的進(jìn)展。3.認(rèn)同基因工程的應(yīng)用促進(jìn)生產(chǎn)力的提高。二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)基因工程在農(nóng)業(yè)和醫(yī)療等方面的應(yīng)用。2.教學(xué)難點(diǎn)基因治療。三、教學(xué)方法講授法、對(duì)話法四、教學(xué)課時(shí)2五、教學(xué)策略1.加強(qiáng)收集信息和處理信息環(huán)節(jié)的指導(dǎo)。基因工程的應(yīng)用是基因工程基本操作程序的一個(gè)必然結(jié)果。如果本節(jié)只作為成果的學(xué)習(xí)，那么就顯得思維力度不足了。為此，建議加強(qiáng)指導(dǎo)學(xué)生收集和處理信息這一環(huán)節(jié)。具體做法如下：無(wú)論是學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)基因植物方面的應(yīng)用，還是學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物方面的應(yīng)用，乃至轉(zhuǎn)基因工程菌生產(chǎn)藥物方面的應(yīng)用，首先必須尋找目的基因。教師可利用表1-1，指導(dǎo)學(xué)生整理課本中提供

31、的信息，填寫(xiě)此表。這樣做既可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，也增強(qiáng)了他們分析和處理信息的能力。表1-1 轉(zhuǎn)基因生物與目的基因的關(guān)系轉(zhuǎn)基因生物目的基因目的基因從何來(lái)抗蟲(chóng)棉Bt毒蛋白基因蘇云金芽孢桿菌抗真菌立枯絲核菌的煙草幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因   抗鹽堿和干旱作物調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因    耐寒的番茄抗凍蛋白基因魚(yú)抗除草劑大豆抗除草劑基因  增強(qiáng)甜味的水果降低乳糖的奶牛  甜味基因腸乳糖酶基因  生產(chǎn)胰島素的工程菌人胰島素基因人指導(dǎo)學(xué)生提高處理信息的能力，還可以體現(xiàn)在對(duì)教材內(nèi)容的重組上。例如，我們可以解決當(dāng)前世界上存在

32、的重大問(wèn)題作為主題，如以解決“糧食”、“環(huán)境污染”、“能源危機(jī)”、“攻克不治之癥”等問(wèn)題作為主題，讓學(xué)生將課文中的知識(shí)或?qū)W生知道的課外的基因工程應(yīng)用方面的知識(shí)進(jìn)行重組。這樣的活動(dòng)不僅培養(yǎng)了學(xué)生處理信息的能力，還會(huì)使學(xué)生感悟到肩負(fù)的社會(huì)責(zé)任，從而激發(fā)用科學(xué)技術(shù)報(bào)效祖國(guó)的志向。2.課文中的一些難點(diǎn)，建議采用小組討論，師生共同歸納的方法學(xué)習(xí)。課文中有幾處是學(xué)生學(xué)習(xí)感興趣的知識(shí)，但文字說(shuō)明不多，學(xué)生學(xué)習(xí)有一定難度。例如 “什么叫乳腺生物反應(yīng)器”、 “什么叫工程菌”、 “什么是基因治療” 等。教師可創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，讓學(xué)生討論，加深用已有知識(shí)認(rèn)識(shí)新事物的能力。學(xué)生想不到的地方，可由師生共同歸納。例如，學(xué)習(xí)乳

33、腺生物反應(yīng)器時(shí)，學(xué)生提出“給我們講講乳腺生物反應(yīng)器究竟是怎么回事”。這時(shí)教師可提出以下問(wèn)題，讓學(xué)生討論。（1）用動(dòng)物乳腺作為反應(yīng)器，生產(chǎn)高價(jià)值的蛋白質(zhì)（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(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器的操作過(guò)程是怎樣的？第一個(gè)問(wèn)題，既可以解決乳腺生物反應(yīng)器的優(yōu)越性問(wèn)題，而且顯示了社會(huì)需求是乳腺生物反應(yīng)器這一創(chuàng)新成果產(chǎn)生的動(dòng)力。學(xué)生在充分討論和發(fā)表觀點(diǎn)的基礎(chǔ)上，師生共同歸納出乳腺生物反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)量高；質(zhì)量好；成本低；易提取。第二個(gè)問(wèn)題，用基因工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器的操作過(guò)程與轉(zhuǎn)基因動(dòng)物操作過(guò)程相同。而不同之處可由教師提出：

34、為了將目標(biāo)產(chǎn)品在奶中形成，需要使用乳腺組織中特異表達(dá)的啟動(dòng)子，要在編碼目的蛋白質(zhì)的基因序列前加上乳腺組織中特異表達(dá)的啟動(dòng)子構(gòu)建成表達(dá)載體。操作過(guò)程大致歸納為：獲取目的基因（例如血清白蛋白基因）構(gòu)建基因表達(dá)載體（在血清白蛋白基因前加特異表達(dá)的啟動(dòng)子）顯微注射導(dǎo)入哺乳動(dòng)物受精卵中形成胚胎將胚胎送入母體動(dòng)物發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物（只有在產(chǎn)下的雌性個(gè)體中，轉(zhuǎn)入的基因才能表達(dá)）。關(guān)于工程菌的學(xué)習(xí)，也可結(jié)合基因工程操作程序，予以說(shuō)明，并結(jié)合微生物生長(zhǎng)和代謝的特點(diǎn)，說(shuō)明工程菌生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性。關(guān)于基因治療，可結(jié)合課文中的具體實(shí)例，歸納出大致治療過(guò)程。至于是否采用討論方式，可根據(jù)課堂時(shí)間而定。如果時(shí)間緊，也可采用教

35、師引導(dǎo)學(xué)習(xí)的方法。六、 答案和提示思考與探究根據(jù)所學(xué)內(nèi)容，試概括寫(xiě)出基因工程解決了哪些生活、生產(chǎn)中難以解決的問(wèn)題。提示：基因工程可以生產(chǎn)人類(lèi)需要的藥物，如胰島素、干擾素等。我們吃的某些食品如番茄、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(chóng)棉、抗病毒煙草、抗除草劑大豆等都已進(jìn)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(guò)高。七、 知識(shí)拓展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(zhì)類(lèi)藥物，是指將人們需要的某種蛋白質(zhì)的編碼基因，構(gòu)建成表達(dá)載體后導(dǎo)入微生物，然后利用微生物發(fā)酵來(lái)生產(chǎn)蛋白質(zhì)類(lèi)藥物。與傳統(tǒng)的制藥相比有以下優(yōu)越性：（1）利用活細(xì)胞作為表達(dá)系統(tǒng)，表達(dá)效率高，無(wú)

36、需大型裝置和大面積廠房就可以生產(chǎn)出大量藥品。（2）可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來(lái)源的不足。例如，胰島素是治療糖尿病患者的藥物，一名糖尿病患者每年需用的胰島素需要從40頭?；?0頭豬的胰臟中才能提取到。1978年科學(xué)家用2 000 L大腸桿菌發(fā)酵液得到100 g胰島素，相當(dāng)于從1 000 kg豬胰臟中提取的量。又如，生長(zhǎng)素是治療侏儒癥患者的藥物，治療一名侏儒癥患者每年需要從80具尸體的腦下垂體中提取生長(zhǎng)素。利用基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn)就不需要從動(dòng)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。2.在抗病毒轉(zhuǎn)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(guān)于病毒外殼蛋白（coat pr

37、otein，CP）基因?qū)胫参锖蟮目共《緳C(jī)理，目前有幾種假說(shuō)。一種假說(shuō)認(rèn)為：CP基因在植物細(xì)胞內(nèi)表達(dá)積累后，當(dāng)入侵的病毒裸露核酸進(jìn)入植物細(xì)胞后，會(huì)立即被這些外殼蛋白重新包裹，從而阻止病毒核酸分子的復(fù)制和翻譯。另一種假說(shuō)認(rèn)為：植物細(xì)胞內(nèi)積累的病毒外殼蛋白會(huì)抑制病毒脫除外殼，使病毒核酸分子不能釋放出來(lái)。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義RNA基因，整合到植物細(xì)胞染色體上，轉(zhuǎn)基因植物則有很好的抗性。因此，有人認(rèn)為抗性機(jī)理不是外殼蛋白在起作用，而是CP基因轉(zhuǎn)錄出RNA后，與入侵病毒RNA之間的相互作用起到了抗性作用。利用CP介導(dǎo)的抗

38、病毒性還存在一些問(wèn)題：轉(zhuǎn)基因植物對(duì)病毒的抗性有局限性，僅限于特定的病毒（被使用CP基因的病毒）或密切相關(guān)的病毒；轉(zhuǎn)基因植物大多數(shù)只是發(fā)病延緩，一般為兩周，并非根治；潛在著植物表達(dá)的外殼蛋白包被與另一種病毒形成新的雜合病毒的危險(xiǎn)。1.4 蛋白質(zhì)工程的崛起一、 教學(xué)目標(biāo)1.舉例說(shuō)出蛋白質(zhì)工程崛起的緣由。2.簡(jiǎn)述蛋白質(zhì)工程的原理。3.嘗試運(yùn)用逆向思維分析和解決問(wèn)題。二、 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)（1）為什么要開(kāi)展蛋白質(zhì)工程的研究？（2）蛋白質(zhì)工程的原理。2.教學(xué)難點(diǎn)蛋白質(zhì)工程的原理。三、教學(xué)方法講授法、對(duì)話法四、教學(xué)課時(shí)2五、 教學(xué)策略1.建議采用“問(wèn)題探究新問(wèn)題再探究”的教學(xué)模式。本節(jié)內(nèi)容是基因

39、工程的延伸和發(fā)展。由于蛋白質(zhì)工程剛剛起步，學(xué)習(xí)內(nèi)容較少。如何學(xué)得充實(shí)，又讓學(xué)生悟出些終身學(xué)習(xí)的道理，建議采用“問(wèn)題探究新問(wèn)題再探究”的教學(xué)模式。新課一開(kāi)始，可以帶領(lǐng)學(xué)生回憶原有知識(shí)：要想讓一種生物的性狀在另一種生物中表達(dá)，在種內(nèi)可以用常規(guī)雜交育種的辦法實(shí)現(xiàn)，但要使有生殖隔離的種間生物實(shí)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(yuǎn)緣雜交的障礙問(wèn)題，帶來(lái)了新的希望。于是取得了豐碩成果：大腸桿菌為人類(lèi)生產(chǎn)出了胰島素，牛的乳腺生物反應(yīng)器為人類(lèi)制造出了蛋白質(zhì)類(lèi)藥物，煙草植物體內(nèi)含有了某種藥物蛋白至此，人們也只是實(shí)現(xiàn)了世界上現(xiàn)有基因在轉(zhuǎn)基因生物中的表達(dá)。但一個(gè)新問(wèn)題出現(xiàn)了，生物產(chǎn)生的天然蛋白

40、質(zhì)是在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成的，它的結(jié)構(gòu)、性能不能完全滿足人類(lèi)生產(chǎn)和生活的需要。為了加深這一點(diǎn)的認(rèn)識(shí)，可調(diào)動(dòng)學(xué)生從書(shū)中找實(shí)例（干擾素例子、工業(yè)用酶的例子）加以佐證。于是要對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，制造出目前從天然蛋白質(zhì)中找不到的蛋白質(zhì)。這樣人們又開(kāi)始了新一輪的探索，蛋白質(zhì)工程應(yīng)運(yùn)而生了。2.建議加強(qiáng)與已有知識(shí)的聯(lián)系，用逆向思維的方法解決新問(wèn)題。學(xué)生在必修課中已學(xué)習(xí)過(guò)中心法則及蛋白質(zhì)具有復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)等知識(shí)。中心法則告訴我們遺傳信息的流動(dòng)方向如圖1-4所示。圖1-4 遺傳信息的流動(dòng)方向這是學(xué)習(xí)新知識(shí)的基礎(chǔ)。既然蛋白質(zhì)的功能是由DNA決定的，那么要制造出新的蛋白質(zhì)，就要改造DNA。所以蛋白質(zhì)工程的原理應(yīng)該

41、是中心法則的逆推。結(jié)合課本中插圖，可以較明確地說(shuō)明這一點(diǎn)。還有兩點(diǎn)教學(xué)建議需要說(shuō)明。第一，蛋白質(zhì)工程的誕生是有其理論與技術(shù)條件支撐的，正如課本中開(kāi)頭描述的，它是隨著分子生物學(xué)、晶體學(xué)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展而誕生的，也與基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、生物信息學(xué)的發(fā)展等因素有關(guān)（本書(shū)“前沿動(dòng)態(tài)”中有簡(jiǎn)要介紹）。第二，說(shuō)明蛋白質(zhì)工程目前的現(xiàn)狀：成功的例子不多，主要是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)發(fā)揮其功能需要依賴于正確的空間結(jié)構(gòu)，而科學(xué)家目前對(duì)大多數(shù)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)了解很少。這樣學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)探索之路的漫長(zhǎng)、艱辛和永無(wú)止境。六、 答案和提示（一）思考與探究1.蛋白質(zhì)工程是應(yīng)怎樣的需求而崛起的？提示（供教師在教學(xué)中

42、參考）：蛋白質(zhì)工程的崛起主要是工業(yè)生產(chǎn)和基礎(chǔ)理論研究的需要。而結(jié)構(gòu)生物學(xué)對(duì)大量蛋白質(zhì)分子的精確立體結(jié)構(gòu)及其復(fù)雜的生物功能的分析結(jié)果，為設(shè)計(jì)改造天然蛋白質(zhì)提供了藍(lán)圖。分子遺傳學(xué)的以定點(diǎn)突變?yōu)橹行牡幕虿僮骷夹g(shù)為蛋白質(zhì)工程提供了手段。在已研究過(guò)的幾千種酶中，只有極少數(shù)可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，絕大多數(shù)酶都不能應(yīng)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(méi)有活性或活性很低。這是因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)中每一步的反應(yīng)體系中常常會(huì)有酸、堿或有機(jī)溶劑存在，反應(yīng)溫度較高，在這種條件下，大多數(shù)酶會(huì)很快變性失活。提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性是工業(yè)生產(chǎn)中一個(gè)非常重要的課題。一般來(lái)說(shuō)，提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性包括：延長(zhǎng)酶的半衰期，提

43、高酶的熱穩(wěn)定性，延長(zhǎng)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(gè)如何通過(guò)蛋白質(zhì)工程來(lái)提高重組-干擾素專(zhuān)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(jìn)行表達(dá)，產(chǎn)生的干擾素的抗病毒活性為106 U/mg，只相當(dāng)于天然產(chǎn)品的十分之一，雖然在大腸桿菌中合成的-干擾素量很多，但多數(shù)是以無(wú)活性的二聚體形式存在。為什么會(huì)這樣？如何改變這種狀況？研究發(fā)現(xiàn)，-干擾素蛋白質(zhì)中有3個(gè)半胱氨酸（第17位、31位和141位），推測(cè)可能是有一個(gè)或幾個(gè)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(guò)基因定點(diǎn)突變改變成絲氨酸，結(jié)果使大腸桿菌

44、中生產(chǎn)的-干擾素的抗病性活性提高到108 U/mg，并且比天然-干擾素的貯存穩(wěn)定性高很多。在基礎(chǔ)理論研究方面，蛋白質(zhì)工程是研究多種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能、蛋白質(zhì)折疊、蛋白質(zhì)分子設(shè)計(jì)等一系列分子生物學(xué)基本問(wèn)題的一種新型的、強(qiáng)有力的手段。通過(guò)對(duì)蛋白質(zhì)工程的研究，可以深入地揭示生命現(xiàn)象的本質(zhì)和生命活動(dòng)的規(guī)律。2.蛋白質(zhì)工程操作程序的基本思路與基因工程有什么不同？答：基因工程是遵循中心法則，從DNAmRNA蛋白質(zhì)折疊產(chǎn)生功能，基本上是生產(chǎn)出自然界已有的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程是按照以下思路進(jìn)行的：確定蛋白質(zhì)的功能蛋白質(zhì)應(yīng)有的高級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)應(yīng)具備的折疊狀態(tài)應(yīng)有的氨基酸序列應(yīng)有的堿基排列，可以創(chuàng)造自然界不存在的蛋白

45、質(zhì)。3.你知道酶工程嗎？絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)，酶工程與蛋白質(zhì)工程有什么區(qū)別？提示：酶工程就是指將酶所具有的生物催化作用，借助工程學(xué)的手段，應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境保護(hù)等方面的一門(mén)科學(xué)技術(shù)。概括地說(shuō)，酶工程是由酶制劑的生產(chǎn)和應(yīng)用兩方面組成的。酶工程的應(yīng)用主要集中于食品工業(yè)、輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中。-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和葡萄糖異構(gòu)酶這三個(gè)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?nèi)粘Ｉ钪兴?jiàn)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(shuō)的酶工程是用工程菌生產(chǎn)

46、酶制劑，而沒(méi)有經(jīng)過(guò)由酶的功能來(lái)設(shè)計(jì)酶的分子結(jié)構(gòu)，然后由酶的分子結(jié)構(gòu)來(lái)確定相應(yīng)基因的堿基序列等步驟。因此，酶工程的重點(diǎn)在于對(duì)已存酶的合理充分利用，而蛋白質(zhì)工程的重點(diǎn)則在于對(duì)已存在的蛋白質(zhì)分子的改造。當(dāng)然，隨著蛋白質(zhì)工程的發(fā)展，其成果也會(huì)應(yīng)用到酶工程中，使酶工程成為蛋白質(zhì)工程的一部分。（二）正文中討論題某多肽鏈的一段氨基酸序列是：丙氨酸色氨酸賴氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸討論： （1） 怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？請(qǐng)把相應(yīng)的堿基序列寫(xiě)出來(lái)。（2） 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(duì)應(yīng)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

47、序列的編碼序列查出來(lái)。但是由于上述氨基酸序列中有幾個(gè)氨基酸是由多個(gè)三聯(lián)密碼子編碼，因此其堿基排列組合起來(lái)就比較復(fù)雜，至少可以排列出16種，可以讓學(xué)生根據(jù)學(xué)過(guò)的排列組合知識(shí)自己排列一下。首先應(yīng)該根據(jù)三聯(lián)密碼子推出mRNA序列為GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C），再根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)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(lèi)的需要改造它，通過(guò)人工合成的方法或從基因庫(kù)中獲取。（三）異想天開(kāi)能不能根據(jù)人類(lèi)需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的基因，導(dǎo)入合適的細(xì)菌中，讓細(xì)菌生產(chǎn)人類(lèi)所需要的蛋白質(zhì)

48、食品呢？提示：理論上講可以，但目前還沒(méi)有真正成功的例子。一些報(bào)道利用細(xì)菌生產(chǎn)人類(lèi)需要的蛋白質(zhì)往往都是自然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)，并非完全是人工設(shè)計(jì)出來(lái)而自然不存在的蛋白質(zhì)。主要原因是蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，人類(lèi)對(duì)蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)和在生物體內(nèi)如何行使功能知之甚少，很難設(shè)計(jì)出一個(gè)嶄新而又具有生命功能作用的蛋白質(zhì)，而且一個(gè)嶄新的蛋白質(zhì)會(huì)帶來(lái)什么危害也是人們所擔(dān)心的。（四）旁欄思考題1.你知道人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃嗎？它與蛋白質(zhì)工程有什么關(guān)系？我國(guó)科學(xué)家承擔(dān)了什么任務(wù)？提示：人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃是繼人類(lèi)基因組計(jì)劃之后，生命科學(xué)乃至自然科學(xué)領(lǐng)域一項(xiàng)重大的科學(xué)命題。2001年，國(guó)際人類(lèi)蛋白質(zhì)組組織宣告成立。之后，該組

49、織正式提出啟動(dòng)了兩項(xiàng)重大國(guó)際合作行動(dòng)：一項(xiàng)是由中國(guó)科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類(lèi)肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”；另一項(xiàng)是以美國(guó)科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類(lèi)血漿蛋白質(zhì)組計(jì)劃”，由此拉開(kāi)了人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃的帷幕。“人類(lèi)肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”是國(guó)際上第一個(gè)人類(lèi)組織器官的蛋白質(zhì)組計(jì)劃，由我國(guó)賀福初院士牽頭，這是中國(guó)科學(xué)家第一次領(lǐng)銜的重大國(guó)際科研協(xié)作計(jì)劃，總部設(shè)在北京，目前有16個(gè)國(guó)家和地區(qū)的80多個(gè)實(shí)驗(yàn)室報(bào)名參加。它的科學(xué)目標(biāo)是揭示并確認(rèn)肝臟的蛋白質(zhì)，為重大肝病預(yù)防、診斷、治療和新藥研發(fā)的突破提供重要的科學(xué)基礎(chǔ)。人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃的深入研究將是對(duì)蛋白質(zhì)工程的有力推動(dòng)和理論支持。2.對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行

50、操作，還是通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)？答：毫無(wú)疑問(wèn)應(yīng)該從對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)天然蛋白質(zhì)改造，主要原因如下：（1）任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且改造過(guò)的蛋白質(zhì)可以遺傳下去。如果對(duì)蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造過(guò)的蛋白質(zhì)分子還是無(wú)法遺傳的。（2）對(duì)基因進(jìn)行改造比對(duì)蛋白質(zhì)直接改造要容易操作，難度要小得多。附加練習(xí)一、 選擇題：（單項(xiàng)選擇題）1. 有關(guān)基因工程的敘述正確的是 （ ）A.限制酶只在獲得目的基因時(shí)才用B.重組質(zhì)粒的形成是在細(xì)胞內(nèi)完成的C.質(zhì)粒都可作為載體 D.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)成分為合成目的基因提供資料2. 基因工程常用的受體有 （ ）大腸桿菌 枯草桿

51、菌 支原體 動(dòng)植物細(xì)胞A. B. C. D.3. 下列哪項(xiàng)不是基因工程中經(jīng)常使用的用來(lái)運(yùn)載目的基因的載體 （ ）A.細(xì)菌質(zhì)粒 B.噬菌體 C.動(dòng)植物病毒 D.細(xì)菌核區(qū)的DNA4. 基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)施工的。在基因操作的基本步驟中，不進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對(duì)的是 （ ）A.人工合成目的基因 B.目的基因與運(yùn)載體結(jié)合C.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 D.目的基因的檢測(cè)表達(dá)5. 不是基因工程方法生產(chǎn)的藥物是 （ ）A.干擾素 B.白細(xì)胞介素 C.青霉素 D.乙肝疫苗6. 在基因工程中，切割載體和含有目的基因的DNA片段中，一般需使用 （ ）A.同種限制酶 B.兩種限制酶 C.同種連接酶 D.兩種

52、連接酶7. 在基因工程中用來(lái)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(yùn)載酶 D.連接酶和運(yùn)載酶8. 下列哪項(xiàng)敘述不是運(yùn)載體必須具備的條件 （ ）A.具有某些標(biāo)記基因 B.決定宿主細(xì)胞的生存C.能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制 D.有多個(gè)限制酶切點(diǎn)9. 水母發(fā)光蛋白由236個(gè)氨基酸構(gòu)成，其中有三種氨基酸構(gòu)成發(fā)光環(huán)，現(xiàn)已將這種蛋白質(zhì)的基因作為生物轉(zhuǎn)基因的標(biāo)記。在轉(zhuǎn)基因技術(shù)中，這種蛋白質(zhì)的作用（ ）A.促使目的基因?qū)胨拗骷?xì)胞中 B.促使目的基因在宿主細(xì)胞中復(fù)制C.使目的基因容易被檢測(cè)出來(lái) D.使目的基因容易成功表達(dá)10. 應(yīng)用基因工程技術(shù)診斷疾病的過(guò)程中必須使用基因探針

53、才能達(dá)到檢測(cè)疾病的目的。這里的基因探針是指 （ ）A.用于檢測(cè)疾病的醫(yī)療器械B.用放射性同位素或熒光分子等標(biāo)記的DNA分子C.合成球蛋白的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(xì)胞內(nèi)分離出來(lái)，這要利用限制性內(nèi)切酶。一種限制性內(nèi)切酶能識(shí)別DNA子中的GAATTC順序，切點(diǎn)在G和A之間，這是應(yīng)用了酶的 （ ）A高效性 B.專(zhuān)一性 C多樣性 D.催化活性受外界條件影響12. 上海醫(yī)學(xué)遺傳研究所成功培育出第一頭攜帶白蛋白的轉(zhuǎn)基因牛，還研究出一種可大大提高基因表達(dá)水平的新方法，使轉(zhuǎn)基因動(dòng)物乳汁中的藥物蛋白含量提高30多倍，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物是指 A.提供基因

54、的動(dòng)物B.基因組中增加外源基因的動(dòng)物C.能產(chǎn)生白蛋白的動(dòng)物 D.能表達(dá)基因信息的動(dòng)物13. 作為基因的運(yùn)輸工具運(yùn)載體，必須具備的條件之一及理由是（ ）A.能夠在宿主細(xì)胞中穩(wěn)定地保存下來(lái)并大量復(fù)制，以便提供大量的目的基因B.具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)，以便于目的基因的表達(dá)C.具有某些標(biāo)記基因，以使目的基因能夠與其結(jié)合D.它的參與才能夠使目的基因在宿主細(xì)胞中復(fù)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： （ ）A B C D15. 下列平末端屬于同一種限制酶切割而成的是A.B.C.D.G A A T T CC T T A A GGC T T A AGA A T T C16. 右圖所示為限制酶切割某DNA分子的過(guò)程，從圖中可知，該限制酶能識(shí)別的堿基序列及切點(diǎn)是A.CTTAAG，切點(diǎn)在C和T之間B.CTTAAG，切點(diǎn)在G和A之間C.GAATTC，切點(diǎn)在G和A之間D.GAATTC，切點(diǎn)在C