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课题82：基因工程的发展前景
【课标要求】了解基因工程在光合作用、生物固氮等方面的应用研究；认识生物反应器与蛋白质工程；了解基因工程的未来。
【考向瞭望】蛋白质工程原理及其与基因工程的区别和联系。
【知识梳理】
一、科学家在基因工程方面的最新尝试
项目 最新尝试 目的
光合作用 利用基因工程技术提高二磷酸核酮糖羧化酶的羧化酶活性，降低加氧酶活性 增加植物对二氧化碳的固定效率，提高栽培作物的光合作用效率
生物固氮 利用基因工程技术把固氮菌的固氮基因导入非豆科作物的细胞中 培育出具有固氮能力的非豆科农作物
生物反应器 利用基因工程技术把相应基因导入栽培植物和饲养动物的细胞中 生产蛋白质药物或疫苗
二、蛋白质工程和基因工程的比较
蛋白质工程 基因工程
区别 过程 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 获得目的基因→形成重组DNA分子→将重组DNA分子导入受体细胞→筛选含有目的基因的受体细胞→目的基因的表达
实质 定向改造或生产人类所需的蛋白质 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 可生产自然界没有的蛋白质 只能生产自然界已有的蛋白质
联系 （1）蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出的第二代基因工程（2）基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造
【基础训练】
1、胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，要经过较长的时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此，治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题：
（1）构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是蛋白质的预期功能。
（2）通过DNA合成形成的新基因应与载体结合后转移到大肠杆菌等受体细胞中才能得到准确表达。
（3）若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有蛋白质工程、基因工程和发酵工程。
（4）图解中从胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么？根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因。
（5）下列关于蛋白质工程的说法错误的是 B 。
A、蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类需要
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，定向改变分子的结构
C、蛋白质工程能生产自然界中不曾存在的新型蛋白质分子
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
2、现在，转基因技术广泛运用于生物新品种的培育，科研中多采用显微注射法，借助电子显微镜将外源基因注射到细胞中。但这一传统方法更多地适应于哺乳动物，而运用到家禽转基因时，成功率仅有5%到10%左右。有的专家尝试使用病毒侵染的方法开展转基因实验，但因为安全性问题，运用范围有限。多年来，国内外家禽转基因技术一直没有实现重大突破。据生命科学网报道：2007年9月，扬州大家动物科学院博士生导师李碧春教授率领的攻关小组经过4年的努力，成功研究出精原干细胞介导法，这一方法可广泛运用于家禽的转基因，而且成功率提高了10倍。
请回答下列问题：
（1）培育转基因动物的受体细胞是受精卵，是否转基因动物的每一个体细胞都含有目的基因？为什么？是的，因为转基因动物的每个体细胞都是受精卵经过有丝分裂产生的，而有丝分裂的子细胞与母细胞中遗传物质是相同的。
（2）在基因工程中需要哪些酶？限制性核酸内切酶和DNA连接酶。被转移的基因在相应动物细胞中表达要经过转录和翻译两个过程。
（3）对家禽进行转基因育种，导入目的基因的理想方法是精原干细胞介导法；如用病毒侵染的方法，存在的安全性问题主要是病毒导致家禽患病。
（4）转基因动物依据的原理与克隆动物不同，克隆动物培育的依据细胞全能性（动物细胞核具有全能性）原理。
（5）转基因动物与克隆动物相比较明显的优点是按照人们的意愿改造生物（定向改造生物的某些性状）。
3、上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白蛋白的转基因牛，他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高30多倍。“转基因动物”是指（ B ）
A、提供基因的动物 B、基因组中增加外源基因的动物
C、能产生白蛋白的动物 D、能表达基因信息的动物
【高考模拟】
4、（2006广东生物26）在已知某小片段基因碱基序列的情况下，获得该基因的最佳方法是（ B ）
A、用mRNA为模板逆转录合成DNA
B、以4种脱氧核苷酸为原料人工合成
C、将供体DNA片段转入受体细胞中，再进一步筛选
D、由蛋白质的氨基酸序列推测mRNA
5、（2006广东生物29）下图为脉胞霉体内精氨酸的合成途径示意图。 从图中不可得出（ C ）
A. 精氨酸的合成是由多对基因共同控制的
B．基因可通过控制酶的合成来控制代谢
C．若基因②不表达，则基因③和④也不表达
D．若产生鸟氨酸依赖突变型脉胞霉，则可能是基因①发生突变
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