1.3 基因工程的应用
1.4 蛋白质工程的崛起
【高考新动向】
1、基因工程的应用
2、蛋白质工程
【考纲全景透析】
一、基因工程的应用
1、植物基因工程：抗虫、抗病、抗逆转基因植物，利用转基因改良植物的品质。
2、动物基因工程：提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物，用转基因动物作器官移植供体
3、基因工程药物
4、基因治疗：把正常的外源基因导入病人体内，使该基因表达产物发挥作用。
二、蛋白质工程
1、崛起的缘由：生物的长期进化过程中形成的天然蛋白质、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。
2、目标：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。
3、操作手段：基因修饰或基因合成
4、操作过程：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→找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）
【热点难点全析】
一、基因工程的应用成果
1.乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较
(1)概念
①乳腺生物反应器是指将外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白。
②工程菌是指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系。
(2)两者的区别
比较项目
乳腺生物反应器
工程菌
基因结构
动物基因的结构与人类基因的结构基本相同
细菌或酵母菌等生物基因的结构与人类基因的结构有较大差异
基因表达
合成的药物蛋白与天然蛋白质相同
细菌细胞内没有内质网、高尔基体等细胞器，产生的药物蛋白可能没有活性
受体细胞
动物的受精卵
微生物细胞
导入目的基因的方式
显微注射法
感受态细胞法
生产条件
不需严格灭菌，温度等外界条件对其影响不大
需严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、Ph、营养物质浓度等外界条件
药物提取
从动物乳汁中提取
从微生物细胞中提取
生产设备
畜牧业生产，加提取设备
工业生产、设备精良
2、基因治疗的类型比较[ ]
比较项目
体外基因治疗[ ]
体内基因治疗
成果举例
用腺苷酸脱氨酶基因治疗复合型免疫缺陷病
用正常基因治疗遗传性囊性纤维化病
过程
取患者的淋巴细胞→细胞培养→将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞中→筛选→将导入成功的淋巴细胞转入患者体内
用经过修饰的腺病毒作载体结合正常基因，构建基因表达载体→导入患者肺组织中
特点
操作复杂，成功率高一些
操作简单，成功率低
3、植物基因工程的应用
植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力（如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等）以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。
（1）提高抗逆性[高考资源网]
①常用抗虫基因：用于抗虫（杀虫）的基因主要是Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等。
②常用抗病基因：a.抗病毒基因有：病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因；b.抗真菌基因有：几丁质酶基因和抗毒素合成基因
③其他抗逆基因：环境条件对农作物的生产会造成很大影响，并且这些影响是多方面的，因此，抗逆性基因也有多种多样，如：抗盐碱和干旱的调节细胞渗透压基因、抗冻基因、抗除草剂基因等等。
（2）改良植物品质
由于人们的食品含有的营养不平衡，不能满足人们对食品的要求，这样，可以通过转基因技术，使植物能够合成某些本来不能合成的物质。如科学家将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，或者改变这些氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量。
（3）生产药物
基因工程不但促进了传统技术的变革，也为人类提供了传统产业难以得到的许多昂贵药品，并已形成基因工程制药业的雏形。目前诸如人胰岛素、人生长激素、人脑激素、α－干扰素、乙肝疫苗、蛋白C、组织血纤维蛋白溶酶原激活剂等数十种基因工程药物已实现商品化。此外，还有促红细胞生成素、白细胞介素－2、肾素、心钠素等一大批珍贵药品正处于试用或临床试验阶段。
4、动物基因工程的应用
（1）用于提高动物生长速度：由于外援生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快，将这类基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。如：转基因绵羊和转基因鲤鱼。
（2）用于改善畜产品的品质：基因工程可用于改善畜产品的品质。如：有些人对牛奶中的乳糖不能完全消化或食用后会出现过敏、腹泻、恶心等不适症状，科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，这样所获得的牛奶其成分不受影响，但乳糖的含量大大减低。
（3）用转基因动物做器官移植的供体：目前，人体移植器官短缺是一个世界性的难题，用其它动物的器官替代，又会出现免疫排斥现象，现在，科学家正试图利用基因工程方法对一些动物的器官进行改造，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆器官。
5、基因治疗
（1）概念：基因治疗是把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，这是治疗遗传病的最有效的手段。
（2）方法：体外基因治疗和体内基因治疗
体外基因治疗：先从病人体内获得某种相关细胞，进行培养，然后在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内，这种方法叫做体外基因治疗。
体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移基因的治疗方法叫做体内基因治疗。
说明：对于遗传病的治疗最根本的方法是进行基因替换或修复。基因治疗的最佳时期理论上是受精卵时期，这样可以使个体的每个细胞都含有正常基因，但在现实生活中是不可能的，因为不可能人人在受精卵时期进行基因检查。其次是对患者进行相关细胞的基因替换，如：对于遗传性糖尿病患者，只对胰腺的B细胞进行基因替换，该个体就能正常分泌胰岛素，糖尿病得以治疗；但这种局部细胞的基因替换，并没有改变其它部位细胞的基因，如精原细胞，其后代很大可能还会患遗传性糖尿病。
二、蛋白质工程和基因工程的关系[高考资源网 ]
[
蛋白质工程
基因工程
[ ]
区别
过程
预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列
获取目的基因→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
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
可产生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来的第二代基因工程
（2）基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质进行修饰、改造
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