生物現(xiàn)代生物科技專題新人教版選修

目錄專題1基因工程專題2細(xì)胞工程專題3胚胎工程專題4生物技術(shù)的安全性和倫理問(wèn)題專題5生態(tài)工程專題1基因工程基因工程的誕生基因工程的原理及技術(shù)基因工程的應(yīng)用蛋白質(zhì)工程水母熒光水母普通熱帶斑馬魚(yú)能發(fā)熒光的熱帶斑馬魚(yú)基因工程的誕生和發(fā)展1.基礎(chǔ)理論艾弗里證明：沃森和克里克：克里克：尼倫貝格：DNA是遺傳物質(zhì)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)中心法則的確立遺傳密碼的破譯2.工具基礎(chǔ)酶：載體：限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶、逆轉(zhuǎn)錄酶質(zhì)粒等基因工程的誕生和發(fā)展3.誕生

1973年，美國(guó)斯坦福大學(xué)分子生物學(xué)家科恩第一個(gè)建成“基因工程菌”?？茖W(xué)界把這一年定為“基因工程元年”基因工程的概念：書(shū)P8金榜基因工程的發(fā)展1、經(jīng)過(guò)哪幾個(gè)時(shí)期？2、基因工程是如何曲折發(fā)展的？1974～1976：1977：1978～1980：1982：基因工程的工具分子手術(shù)刀：分子縫合針：分子運(yùn)輸車(chē)：一、限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術(shù)刀”1、來(lái)源——主要是從原核生物中分離純化而來(lái)（流感嗜血桿菌）

2、功能——一種限制性核酸內(nèi)切酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子。尋根問(wèn)底：

根據(jù)你掌握的知識(shí)，你能推測(cè)這類酶存在于原核生物中的作用是什么嗎？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)程中形成了完善的防御機(jī)制，以防止外來(lái)病原物的侵害。限制性核酸內(nèi)切酶就是細(xì)菌的防御性工具，當(dāng)外源DNA侵入時(shí)，限制性核酸內(nèi)切酶會(huì)將外源DNA切割掉，以保證自身的安全。所以，限制性核酸內(nèi)切酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使之失效，從而保護(hù)自身的作用。限制性核酸內(nèi)切酶作用的是DNA分子中的什么鍵？磷酸二酯鍵即脫氧核糖、磷酸之間的連接ATGGCATCTTCGAA

GP

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黏性末端平末端CCC

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限制性核酸內(nèi)切酶能識(shí)別特定的核苷酸序列：科學(xué)家為何對(duì)“黏性末端”很感興趣？GAATTCCGTAGAATTCGGATT嘗試寫(xiě)出下列序列受EcoRI限制酶作用后的黏性末端CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTCTTAAGGCATCTTAAGCCTAACTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAG二、DNA連接酶——“分子縫合針”1、作用——把兩條DNA末端之間的縫隙“縫合”起來(lái)。G

AATTCCTTAA

G

即脫氧核糖、磷酸基之間的連接

GP

AP2、分類E.coliDNA連接酶——只能將雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端之間連接起來(lái)，不能將雙鏈DNA平末端之間進(jìn)行連接T4DNA連接酶——既可將雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端之間連接起來(lái)，也能將雙鏈DNA平末端之間進(jìn)行連接，但連接平末端的效率比較低尋根問(wèn)底：DNA連接酶和DNA聚合酶是一回事嗎？為什么？

不是。兩者的差別在于（1）DNA聚合酶只能將單個(gè)的核苷酸加到已有的核酸片段的3‘末端的羥基上，形成磷酸二脂鍵，而DNA連接酶是在兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二脂鍵。（2）DNA聚合酶是以一條DNA為模板，將單個(gè)核苷酸通過(guò)形成磷酸二脂鍵形成一條與摸板互補(bǔ)的DNA鏈；而DNA連接酶是將雙鏈上的兩個(gè)缺口同時(shí)連接起來(lái)。因此DNA連接酶不需要摸板。三、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體

——“分子運(yùn)輸車(chē)”1、通常以質(zhì)粒作為載體質(zhì)?！?xì)菌細(xì)胞中一種很小的環(huán)狀DNA分子。裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、獨(dú)立于細(xì)菌之外，并且有自我復(fù)制能力氨芐青霉素抗性基因質(zhì)粒擬核大腸桿菌細(xì)胞目的基因插入位點(diǎn)復(fù)制原點(diǎn)思考：具備什么樣的條件才能充當(dāng)“分子運(yùn)輸車(chē)”？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?qū)κ荏w細(xì)胞無(wú)害等。2、作用將外源DNA攜帶進(jìn)受體細(xì)胞后，停留在細(xì)胞中進(jìn)行自我復(fù)制或整合到染色體上，隨染色體DNA進(jìn)行同步復(fù)制。質(zhì)粒DNA分子上有特殊的遺傳標(biāo)記基因，如抗四環(huán)素、氨芐青霉素等標(biāo)記基因，供重組DNA的鑒定和選擇。3、其他載體

噬菌體、動(dòng)植物病毒

在基因工程操作中，真正被用作載體的質(zhì)粒，都是在天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上進(jìn)行過(guò)人工改造的。基因工程的一般過(guò)程與技術(shù)1、據(jù)圖1-4說(shuō)出基因工程的基本過(guò)程。2、認(rèn)真閱讀13頁(yè)圖1-6，討論：目的基因是什么？受體細(xì)胞是什么？基因表達(dá)產(chǎn)物是什么？土壤農(nóng)桿菌在其中可能起什么作用？1、從基因文庫(kù)中獲取

將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導(dǎo)入受體菌的群體中儲(chǔ)存，各個(gè)受體菌分別含有這種生物的不同的基因，稱為基因文庫(kù)。一、目的基因的獲取基因組文庫(kù)含有一種生物全部基因的基因文庫(kù)部分基因文庫(kù)含有一種生物部分基因的基因文庫(kù)像國(guó)家圖書(shū)館像市圖書(shū)館如cDNA文庫(kù)基因文庫(kù)像“圖書(shū)館”每個(gè)基因是一本書(shū)①概念：PCR全稱為_(kāi)______________，是一項(xiàng)在生物____復(fù)制___________的核酸合成技術(shù)③條件：___________________、_______________、______(做啟動(dòng)子)、___________.前提條件：②原理：__________④方式：以_____方式擴(kuò)增，即____（n為循環(huán)的次數(shù)）⑤結(jié)果：聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)體外特定DNA片段DNA復(fù)制已知基因的核苷酸序列四種脫氧核苷酸引物DNA聚合酶指數(shù)2n使目的基因的片段在短時(shí)間內(nèi)成百萬(wàn)倍地?cái)U(kuò)增2、利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因一、目的基因的獲?、捱^(guò)程：a、DNA變性（95℃）：雙鏈DNA模板在熱作用下，_____斷裂，形成___________b、退火（復(fù)性25℃）：系統(tǒng)溫度降低，引物與DNA模板結(jié)合，形成局部________。c、延伸（72℃）：在Taq酶的作用下，從引物的5′端→3′端延伸，合成與模板互補(bǔ)的________。氫鍵單鏈DNA雙鏈DNA鏈引物模板DNAdCTPdATPdGTPdTTP

熱穩(wěn)定DNA聚合酶（Taq酶）DNA解鏈引物結(jié)合到互補(bǔ)DNA鏈Taq酶從引物起始進(jìn)行互補(bǔ)鏈合成加熱至70~75℃加熱至90~95℃冷卻至55~60℃

若基因較小，核苷酸序列已知，也可以通過(guò)DNA合成儀用化學(xué)方法直接人工合成。3、人工合成一、目的基因的獲取1.用一定的_________切割質(zhì)粒，使其出現(xiàn)一個(gè)切口，露出____________。2.用_____________切斷目的基因，使其產(chǎn)生_________________。二、制備重組DNA分子——

核心3.將切下的目的基因片段插入質(zhì)粒的______處，再加入適量___________，形成了一個(gè)重組

DNA分子（重組質(zhì)粒）限制性核酸內(nèi)切酶黏性末端同一種限制性核酸內(nèi)切酶的黏性末端切口DNA連接酶相同質(zhì)粒DNA分子限制酶處理一個(gè)切口兩個(gè)黏性末端兩個(gè)切口獲得目的基因DNA連接酶重組DNA分子（重組質(zhì)粒）同一種4.過(guò)程:二、制備重組DNA分子復(fù)制原點(diǎn)+目的基因+啟動(dòng)子+終止子+標(biāo)記基因它們有什么作用？二、制備重組DNA分子補(bǔ)：原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)編碼區(qū)上游編碼區(qū)下游與RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)啟動(dòng)子終止子RNA聚合酶能夠識(shí)別調(diào)控序列中的結(jié)合位點(diǎn)，并與其結(jié)合。

轉(zhuǎn)錄開(kāi)始后，RNA聚合酶沿DNA分子移動(dòng)，并以DNA分子的一條鏈為模板合成RNA。

轉(zhuǎn)錄完畢后，RNA鏈釋放出來(lái)，緊接著RNA聚合酶也從DNA模板鏈上脫落下來(lái)。①不能轉(zhuǎn)錄為信使RNA，不能編碼蛋白質(zhì)。：能轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的信使RNA，能編碼蛋白質(zhì)編碼區(qū)非編碼區(qū)原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)②有調(diào)控遺傳信息表達(dá)的核苷酸序列，在該序列中，最重要的是位于編碼區(qū)上游的RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)。啟動(dòng)子補(bǔ)：真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)與RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)內(nèi)含子外顯子能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做外顯子不能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做內(nèi)含子啟動(dòng)子終止子編碼區(qū)上游編碼區(qū)下游內(nèi)含子：外顯子：真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)編碼區(qū)非編碼區(qū)外顯子：能編碼蛋白質(zhì)的序列內(nèi)含子：不能編碼蛋白質(zhì)的序列：有調(diào)控作用的核苷酸序列，包括位于編碼區(qū)上游的RNA

聚合酶結(jié)合位點(diǎn)。非編碼序列：包括非編碼區(qū)和內(nèi)含子原核細(xì)胞真核細(xì)胞不同點(diǎn)編碼區(qū)是_____的編碼區(qū)是間隔的、_____的相同點(diǎn)都由能夠編碼蛋白質(zhì)的______和具有調(diào)控作用的______區(qū)組成的原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)比較思考編碼相同數(shù)目氨基酸的蛋白質(zhì)，原核細(xì)胞與真核細(xì)胞基因結(jié)構(gòu)一樣長(zhǎng)嗎？連續(xù)不連續(xù)編碼區(qū)非編碼三、轉(zhuǎn)化受體細(xì)胞轉(zhuǎn)化——方法將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法基因槍法花粉管通道法——顯微注射法——用鈣離子處理細(xì)胞（感受態(tài)細(xì)胞）目的基因進(jìn)入_________內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持_____和_____的過(guò)程受體細(xì)胞穩(wěn)定表達(dá)1、將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞（1）農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法雙子葉植物中常用方法（2）基因槍法（3）花粉管通道法單子葉植物常用的轉(zhuǎn)化方法，成本較高我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的轉(zhuǎn)化方法如：我國(guó)的轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉三、轉(zhuǎn)化受體細(xì)胞書(shū)P16顯微注射技術(shù)注入的是含有目的基因的表達(dá)載體

是轉(zhuǎn)基因動(dòng)物中采用最多、最有效的一種將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞的方法。2、將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞三、轉(zhuǎn)化受體細(xì)胞用原核細(xì)胞作為受體細(xì)胞的原因？繁殖快、多為單細(xì)胞、遺傳物質(zhì)相對(duì)較少等大腸桿菌應(yīng)用最為廣泛大腸桿菌細(xì)胞最常用的轉(zhuǎn)化方法：Ca2+處理細(xì)胞→感受態(tài)細(xì)胞→重組表達(dá)載體DNA溶于緩沖液中與感受態(tài)細(xì)胞混合→在一定的溫度下促進(jìn)感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子→完成轉(zhuǎn)化過(guò)程。3、將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞三、轉(zhuǎn)化受體細(xì)胞四、篩選出獲得目的基因的受體細(xì)胞是檢查基因工程是否成功的一步（一）首先要檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物染色體上的DNA上是否插入了目的基因檢測(cè)方法是采用DNA分子雜交技術(shù)

DNA—DNA（二）其次，還需要檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA這是檢測(cè)目的基因是否發(fā)揮功能的第一步檢測(cè)方法是采用分子雜交技術(shù)

DNA—mRNA——檢查是否成功檢測(cè)—鑒定——①檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNA

上是否插入了目的基因②檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA③檢測(cè)目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)抗蟲(chóng)鑒定、抗病鑒定、活性鑒定等方法——方法——方法——DNA分子雜交分子雜交（注意與上不同之處）抗原抗體雜交四、篩選出獲得目的基因的受體細(xì)胞DNA分子雜交示意圖

采用一定的技術(shù)手段，將兩種生物的DNA分子的單鏈放在一起，如果這兩個(gè)單鏈具有互補(bǔ)的堿基序列，那么，互補(bǔ)的堿基序列就會(huì)結(jié)合在一起，形成雜合雙鏈區(qū)；在沒(méi)有互補(bǔ)堿基序列的部位，仍然是兩條游離的單鏈。四、篩選出獲得目的基因的受體細(xì)胞第二節(jié)基因工程的應(yīng)用一、基因工程的應(yīng)用二、轉(zhuǎn)基因生物的安全性問(wèn)題三、生物武器的危害性1、抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因植物

——從某些生物中分離出具有殺蟲(chóng)活性的基因，將其導(dǎo)入作物中，使其具有抗蟲(chóng)性。

已問(wèn)世的轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)植物主要有水稻、棉、玉米、馬鈴薯、番茄、大豆、蠶豆、煙草、蘋(píng)果、核桃、楊、菊花和白花三葉草等。用于殺蟲(chóng)的基因主要是：

Bt毒蛋白基因蛋白酶抑制劑基因淀粉酶抑制劑基因植物凝集素基因等

例如，我國(guó)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉就是轉(zhuǎn)入Bt毒蛋白基因培育出來(lái)的，它對(duì)棉鈴蟲(chóng)具有較強(qiáng)的抗性。一、轉(zhuǎn)基因植物2、抗病轉(zhuǎn)基因植物

引起植物生病的微生物稱為病原微生物，主要有病毒、真菌和細(xì)菌等。

目前，人們已獲得抗煙草花葉病毒的轉(zhuǎn)基因煙草和抗病毒的轉(zhuǎn)基因小麥、甜椒、番茄等多種作物。用于抗病轉(zhuǎn)基因植物的基因主要是：

病毒外殼蛋白（CP）基因病毒的復(fù)制酶基因用于抗真菌轉(zhuǎn)基因植物的基因主要是：幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因3、其它抗逆轉(zhuǎn)基因植物

利用調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因，來(lái)提高農(nóng)作物的抗鹽堿和抗干旱的能力。

將魚(yú)的抗凍蛋白基因?qū)霟煵莺头?，使煙草和番茄的耐寒能力均有提高?/p>

將抗除草劑基因?qū)氪蠖?、玉米等作物，噴灑除草劑時(shí)，殺死田間雜草而不損傷作物。4、利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)

將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因，導(dǎo)入植物中，或者改變這些氨基酸合成途徑中某種關(guān)鍵酶的活性，以提高氨基酸的含量。富含賴氨酸的轉(zhuǎn)基因玉米

用基因重組藍(lán)玫瑰

將控制番茄果實(shí)成熟的基因?qū)敕眩@得轉(zhuǎn)基因延熟番茄。

將與植物花青素代謝有關(guān)的基因?qū)牖ɑ苤参锇珷颗Ｖ?，轉(zhuǎn)基因矮牽牛呈現(xiàn)出自然界沒(méi)有的顏色變異。1、用于提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度

將外源生長(zhǎng)激素基因的表達(dá)可以使轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生長(zhǎng)得更快。轉(zhuǎn)生長(zhǎng)激素基因鯉魚(yú)轉(zhuǎn)生長(zhǎng)激素基因綿羊二、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物超級(jí)小鼠轉(zhuǎn)生長(zhǎng)激素基因鯉魚(yú)2、用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)

例如，有些人對(duì)牛奶中的乳糖不能完全消化或食用后會(huì)出現(xiàn)過(guò)敏、腹瀉、惡心等不適癥狀，科學(xué)家將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，使獲得的轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁，在其他營(yíng)養(yǎng)成分不受影響的情況下，乳糖的含量大大減低。乳腺生物反應(yīng)器：目前科學(xué)家已在牛和山羊等動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器中表達(dá)畜了抗凝血酶、血清白蛋白、生長(zhǎng)激素和α抗胰蛋白酶等重要醫(yī)藥產(chǎn)品。3、用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物4、用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植的供體

將器官共同基因組導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子，一頓抑制抗原決定基因的表達(dá)，或設(shè)法除去抗原決定基因，在結(jié)婚克隆技術(shù)，培育畜沒(méi)有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。假如某位心臟病人換上了經(jīng)過(guò)改造的豬的心臟，在生活中他會(huì)遭到歧視嗎？這些藥物包括細(xì)胞因子、抗體、疫苗、激素。如胰島素、白細(xì)胞介素－2、干擾素、乙肝疫苗等近20種基因工程藥物

基因治療使把正?；?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達(dá)到治療疾病的目的，這是治療遺傳病的最有效的手段。三、基因工程藥物異軍突起四、基因治療曙光初照生產(chǎn)干擾素的車(chē)間

體外基因治療先從病人體內(nèi)獲得某種細(xì)胞，進(jìn)行培養(yǎng)，然后，在體外完成基因轉(zhuǎn)移，再篩選成功轉(zhuǎn)移的細(xì)胞擴(kuò)增培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內(nèi)。（效果較為可靠）

體內(nèi)基因治療

直接向人體組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因的治病方法用于基因治療的基因種類第一類從健康人體上分離得到的功能正常的基因；第二類反義基因第三類編碼可以殺死癌變細(xì)胞的蛋白酶基因，又稱自殺基因4蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由

通過(guò)基因工程能夠大規(guī)模生產(chǎn)生物體內(nèi)微量存在的活性物質(zhì)，并借助轉(zhuǎn)基因而改變動(dòng)植物性狀，得以在人類醫(yī)療保健中進(jìn)行基因診斷和基因治療。然而在廣泛利用自然界各種蛋白質(zhì)的過(guò)程中就發(fā)現(xiàn)，這些蛋白質(zhì)只是適應(yīng)生物自身的需要，而對(duì)它們進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)往往不合意，需要加以改造。1983年Ulmer首先提出蛋白質(zhì)工程，它是指按照特定的需要，對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)和改造的工程。自此以后，蛋白質(zhì)工程迅速發(fā)展，已成為生物工程的重要組成部分。

4蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用

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。例如: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106U/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β-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)，β-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-干擾素的貯存穩(wěn)定性高很多?！昂蠡蚪M時(shí)代”將是“蛋白質(zhì)組學(xué)時(shí)代”，即從對(duì)基因信息的研究轉(zhuǎn)向?qū)Φ鞍踪|(zhì)信息的研究，包括研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、功能與應(yīng)用及蛋白質(zhì)相互關(guān)系和作用。蛋白質(zhì)工程就是在對(duì)蛋白質(zhì)的化學(xué)、晶體學(xué)、動(dòng)力學(xué)等結(jié)構(gòu)與功能認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)蛋白質(zhì)人工改造與合成，最終獲得商業(yè)化的產(chǎn)品。二、蛋白質(zhì)工程的基本原理蛋白質(zhì)工程的主要步驟通常包括：（1）從生物體中分離純化目的蛋白；（2）測(cè)定其氨基酸序列；（3）借助核磁共振和X射線晶體衍射等手段，盡可能地了解蛋白質(zhì)的二維重組和三維晶體結(jié)構(gòu);（4）設(shè)計(jì)各種處理?xiàng)l件，了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化，包括折疊與去折疊等對(duì)其活性與功能的影響；（5）設(shè)計(jì)編碼該蛋白的基因改造方案，如點(diǎn)突變；（6）分離、純化新蛋白，功能檢測(cè)后投入實(shí)際使用。（一）蛋白質(zhì)的分子設(shè)計(jì)與改造蛋白質(zhì)工程首先是以蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，通過(guò)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)和溶液構(gòu)象的研究，積累了成千上萬(wàn)蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)和高級(jí)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)資料，并編制成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，得以從中找出蛋白質(zhì)分子間的進(jìn)化關(guān)系、一級(jí)結(jié)構(gòu)和高級(jí)結(jié)構(gòu)的關(guān)系、結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系方面的規(guī)律。

蛋白質(zhì)作為生物大分子是生物化學(xué)和分子生物學(xué)的研究重點(diǎn)，大量蛋白質(zhì)被分離純化，測(cè)定了它們的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和生物學(xué)作用。分子生物學(xué)有關(guān)基因組的研究，也可以用以推測(cè)出一些未知蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能。采用定位誘變的方法，可以對(duì)編碼蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行核苷酸密碼子的插入、刪除、置換和改組，其結(jié)果為分子改造提供新的設(shè)計(jì)方案?，F(xiàn)有的蛋白質(zhì)是生物長(zhǎng)期進(jìn)化的結(jié)果，蛋白質(zhì)工程則是對(duì)生物進(jìn)化的模擬，按照蛋白質(zhì)形成的規(guī)律，改造蛋白質(zhì)或構(gòu)建新的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)的改造通常需要先經(jīng)周密的分子設(shè)計(jì)，然后依賴基因工程獲得突變型蛋白質(zhì)，以檢驗(yàn)其是否達(dá)到了預(yù)期的效果。如果改造的結(jié)果不理想，還需要從新設(shè)計(jì)再進(jìn)行改造，往往經(jīng)歷多次實(shí)踐摸索才能達(dá)到改進(jìn)蛋白質(zhì)性能的預(yù)定目標(biāo)。（二）蛋白質(zhì)改造工程舉例1．水蛭素改造水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特異抑制劑，它有多種變異體，由65或66個(gè)氨基酸殘基組成。水蛭素在臨床上可作為抗栓藥物用于治療血栓疾病。為提高水蛭素活性，在綜合各變異體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出改造水蛭素主要變異體HV2的設(shè)計(jì)方案，將47位的Asn（天冬酰胺）變成Lys（賴氨酸），使其與分子內(nèi)第4或第5位Thr（蘇氨酸）間形成氫鍵來(lái)幫助水蛭素N端肽段的正確取向，從而提高凝血效率，試管試驗(yàn)活性提高4倍，在動(dòng)物模型上檢驗(yàn)抗血栓形成的效果，提高20倍。2．生長(zhǎng)激素改造生長(zhǎng)激素通過(guò)對(duì)它特異受體的作用促進(jìn)細(xì)胞和機(jī)體的生長(zhǎng)發(fā)育，然而它不僅可以結(jié)合生長(zhǎng)激素受體，還可以結(jié)合許多種不同類型細(xì)胞的催乳激素受體，引發(fā)其他生理過(guò)程。在治療過(guò)程中為減少副作用，需使人的重組生長(zhǎng)激素只與生長(zhǎng)激素受體結(jié)合，盡可能減少與其他激素受體的結(jié)合。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，二者受體結(jié)合區(qū)有一部分重疊，但并不完全相同，有可能通過(guò)改造加以區(qū)別。由于人的生長(zhǎng)激素和催乳激素受體結(jié)合需要鋅離子參與作用，而它與生長(zhǎng)激素受體結(jié)合則無(wú)需鋅離子參與，于是考慮取代充當(dāng)鋅離子配基的氨基酸側(cè)鏈，如第18和第21位His（組氨酸）和第17位Glu（谷氨酸）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)先設(shè)想一致，但要開(kāi)發(fā)作為臨床用藥還有大量的工作要做。3．胰島素改造

天然胰島素制劑在儲(chǔ)存中易形成二聚體和六聚體，延緩胰島素從注射部位進(jìn)入血液，從而延緩了其降血糖作用，也增加了抗原性，這是胰島素B23-B28氨基酸殘基結(jié)構(gòu)所致。利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)改變這些殘基，則可降低其聚合作用，使胰島素快速起作用。該速效胰島素已通過(guò)臨床實(shí)驗(yàn)。

4．治癌酶的改造癌癥的基因治療分二個(gè)方面：藥物作用于癌細(xì)胞，特異性地抑制或殺死癌細(xì)胞；藥物保護(hù)正常細(xì)胞免受化學(xué)藥物的侵害，可以提高化學(xué)治療的劑量。皰疹病毒（HSV）胸腺嘧啶激酶（TK）可以催化胸腺嘧啶和其它結(jié)構(gòu)類似物磷酸化而使這些堿基3’-OH缺乏,從而阻斷DNA的合成，殺死癌細(xì)胞。HSV—TK催化能力可以通過(guò)基因突變來(lái)提高。從大量的隨機(jī)突變中進(jìn)行篩選出一種酶,在酶活性部位附近有6個(gè)氨基酸被替換，催化能力20倍以上。蛋白質(zhì)工程的發(fā)展很快，研究工作很多，以上僅介紹了幾個(gè)例子。蛋白質(zhì)工程除了用于改造天然蛋白質(zhì)或設(shè)計(jì)制造新的蛋白質(zhì)外，其本身還是研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能的一種強(qiáng)有力的工具，它在解決生物理論方面所起的作用，可以和任何重大的生物研究方法相提并論。何謂蛋白質(zhì)工程？在現(xiàn)代生物技術(shù)中，蛋白質(zhì)工程出現(xiàn)得最晚，是在20世紀(jì)80年代初期出現(xiàn)的。1983年“蛋白質(zhì)工程”這個(gè)名詞出現(xiàn)后，隨即被廣泛接受和采用。蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ),通過(guò)基因修飾或基因合成,對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,或制造一種新的蛋白質(zhì),以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。

三、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景

蛋白質(zhì)工程匯集了當(dāng)代分子生物學(xué)等學(xué)科的一些前沿領(lǐng)域的最新成就，它把核酸與蛋白質(zhì)結(jié)合、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與生物功能結(jié)合起來(lái)研究。蛋白質(zhì)工程將蛋白質(zhì)與酶的研究推進(jìn)到嶄新的時(shí)代，為蛋白質(zhì)和酶在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥方面的應(yīng)用開(kāi)拓了誘人的前景。蛋白質(zhì)工程開(kāi)創(chuàng)了按照人類意愿改造、創(chuàng)造符合人類需要的蛋白質(zhì)的新時(shí)期。1、基因工程2、蛋白質(zhì)工程（1）基本工具（2）基本操作程序（3）應(yīng)用專題1基因工程A1、DNA的基本功能是使遺傳信息得到A.傳遞和表達(dá)B.儲(chǔ)存和復(fù)制C.轉(zhuǎn)錄和翻譯D.復(fù)制和翻譯A2、對(duì)比RNA和DNA化學(xué)成分，RNA特有的是A.核糖和尿嘧啶B.脫氧核糖和尿嘧啶C.核糖和胸腺嘧啶D.脫氧核糖和胸腺嘧啶D3、DNA分子的解旋發(fā)生在哪一過(guò)程中A.復(fù)制B.轉(zhuǎn)錄C.翻譯D.復(fù)制和轉(zhuǎn)錄習(xí)題訓(xùn)練B4、組成DNA和RNA的核苷酸、五碳糖和堿基各共有A.

8、8、8種B.

8、2、5種C.

2、2、4種D.

2、2、8種B5、小麥的遺傳物質(zhì)由幾種核苷酸組成A.2種B.4種C.5種D.8種D6、以下哪項(xiàng)對(duì)RNA來(lái)說(shuō)是正確的A.C＋G＝A＋UB.C＋G＞A＋UC.G＋A＝C＋UD.前三項(xiàng)都不對(duì)9、已知一段雙鏈DNA分子中，鳥(niǎo)嘌呤所占比例為20%，由該DNA轉(zhuǎn)錄出來(lái)的RNA中，其胞嘧啶的比例是A.10%B.20%C.40%D.無(wú)法確定D8、某信使RNA的堿基中，U占19%，A占21%，則作為它的模板的DNA中，胞嘧啶占全部堿基的A.21%B.19%C.60%D.30%D7、某信使RNA上，A的含量是24%，U的含量是26%，C的含量是27%，則控制其合成的模板鏈中G的含量為A.

23%D.

24%B.

25%C.

27%CA11、有3個(gè)核酸分子，經(jīng)分析共有5種堿基，8種核苷酸，4條多核苷酸鏈，它的組成是A.

一個(gè)DNA分子，兩個(gè)RNA分子B.

兩個(gè)DNA分子，一個(gè)RNA分子C.

三個(gè)DNA分子D.

三個(gè)RNA分子B10、某一核酸分子，堿基A數(shù)量為52%，該核酸分子是A.只是DNA分子B.單鏈DNA分子或RNA分子C.只有RNA分子D.雙鏈DNA分子或RNA分子7、堿基數(shù)、氨基酸數(shù)計(jì)算DNAmRNA轉(zhuǎn)錄翻譯蛋白質(zhì)堿基個(gè)數(shù)n堿基個(gè)數(shù)n2n23n6氨基酸個(gè)數(shù)例：由n個(gè)堿基組成的基因，控制合成一條多肽鏈組成的蛋白質(zhì)，氨基酸的平均相對(duì)分子質(zhì)量為a，則該蛋白質(zhì)的現(xiàn)代分子質(zhì)量最大為A.a/6B.a/3-18(n/3-1)C.na-18(n-1)D.na/6-18(n/6-1)D1、在遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程中，翻譯者是

A.基因B.信使RNAC.轉(zhuǎn)移RNAD.遺傳密碼3、下列關(guān)于遺傳密碼的敘述中，錯(cuò)誤的是

A.一種氨基酸可能有多種與之對(duì)應(yīng)的遺傳密碼

B.GTA肯定不是遺傳密碼

C.每種密碼都有與之對(duì)應(yīng)的氨基酸

D.信使RNA上的GCA在人細(xì)胞中和小麥細(xì)胞中決定的是同一種氨基酸C2、復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯的場(chǎng)所依次是

A.細(xì)胞核、細(xì)胞核、核糖體

B.細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、核糖體

C.細(xì)胞核、細(xì)胞核、高爾基體

D.細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、線粒體AC習(xí)題訓(xùn)練B4、由密碼子表可知A.密碼子是DNA的成分B.一個(gè)密碼子只能代表一種氨基酸C.密碼子可以代表遺傳物質(zhì)D.密碼子存在于細(xì)胞核中A5、如果細(xì)胞