資源簡介

(共93張PPT)
第7課時
基因工程的應用和蛋白質工程
課標要求
1.舉例說明基因工程在農牧、食品及醫藥等行業的廣泛應用改善了人類的生活品質。
2.舉例說明依據人類需要對原有蛋白質結構進行基因改造、生產目標蛋白的過程。
考點一　基因工程的應用
考點二　蛋白質工程的原理和應用
內容索引
重溫高考 真題演練
課時精練
考點一
基因工程的應用
1.基因工程在農牧業方面的應用
歸納 夯實必備知識
抗蟲功能的基因
抗病基因
降解或抵抗
蛋白質編
碼基因
花青素代謝相關的
外源生長激素
乳糖酶基因
乳汁
2.基因工程在醫藥衛生領域的應用
基因改造
顯微注射
抗原決定基因
克隆
免疫排斥
3.基因工程在食品工業方面的應用
工程菌
牛凝乳酶的基因
基因工程菌
1.基因工程應用于提高植物抗逆能力，請思考回答下列轉基因抗蟲棉的相關問題：
(1)抗蟲棉能抗病毒、細菌、真菌嗎？為什么？
提示　不能。抗蟲基因具有專一性。
(2)從環境保護角度出發，分析轉基因抗蟲棉與普通棉相比在害蟲防治方面的優越性有哪些？
提示　減少了化學農藥的使用量，降低了環境污染。
拓展 提升科學思維
(3)種植轉基因抗蟲棉若干年后，害蟲會不會對轉基因抗蟲棉產生抗性？為什么？
提示　會。害蟲會因遺傳物質發生改變產生對轉基因抗蟲棉的抗性。
2.為提高動物的生長速度，需將外源生長激素基因導入動物體內，應該選擇的受體細胞是什么？并說明理由。
提示　受精卵。受精卵體積較大，操作較容易，營養物質含量豐富，也能保障發育成的個體所有細胞都含有外源生長激素基因，全能性較高。
1.(2023·山東濰坊高三檢測)基因工程蓬勃發展，下列有關基因工程的說法正確的是
A.基因工程在農牧業上的應用主要目的是培養體型巨大品質優良的動物
B.用基因工程方法培育的抗蟲植物也能抗病毒
C.轉基因綿羊操作過程中生長激素基因的受體細胞最好采用乳腺細胞
D.在農業方面，蛋白質工程可用于改造某些參與調控光合作用的酶，以
提高植物光合作用的效率，增加糧食產量
突破 強化關鍵能力
√
基因工程在農牧業上應用的主要目的是提高動物生長速度、改善畜產品品質，而不是為了產生體型巨大的個體，A錯誤；
用基因工程方法培育的抗蟲植物只能抗蟲，不能抗病毒，B錯誤；
轉基因綿羊操作過程中生長激素基因的受體細胞最好采用受精卵細胞，因為受精卵具有全能性，C錯誤。
2.干擾素是治療癌癥的重要藥物，它必須從血液中提取，每升人血中只能提取0.5 μg，所以價格昂貴。某生物制品公司用如下方法(如圖所示)生產干擾素。從圖中可以看出，該公司生產干擾素運用的方法是
A.個體間的雜交
B.基因工程
C.蛋白質工程
D.器官移植
√
從圖中可以看出，整個過程為將人的淋巴細胞中控制干擾素合成的基因與質粒結合后導入酵母菌，并從酵母菌產物中提取干擾素，這項技術為基因工程。
乳腺生物反應器與工程菌的比較
歸納
總結
比較內容 乳腺生物反應器 工程菌
含義 讓外源基因在哺乳動物的乳腺中特異表達，利用動物的乳腺組織生產藥物蛋白 指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的微生物
基因表達 合成的藥物蛋白與天然蛋白相同 細菌合成的藥物蛋白可能沒有活性
受體細胞 動物受精卵 微生物細胞
乳腺生物反應器與工程菌的比較
歸納
總結
目的基因導入方式 顯微注射法 Ca2＋處理法
生產條件 不需要嚴格滅菌，溫度等外界條件對其影響不大 需要嚴格滅菌，嚴格控制工程菌所需的溫度、pH、營養物質濃度等外界條件
藥物提取 從動物乳汁中提取 從微生物細胞或其培養液中提取
考點二
蛋白質工程的原理和應用
1.蛋白質工程的概念
歸納 夯實必備知識
蛋白質分子
以滿足人類生產和
的結構規律
生活的需求
2.蛋白質工程與基因工程的異同
項目 蛋白質工程 基因工程
過程 從預期的蛋白質功能出發→設計預期的 →推測應有的 →找到并改變相對應的 (基因)或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質 目的基因的篩選與獲取→基因表達載體的構建→將目的基因導入受體細胞→目的基因的檢測與鑒定
蛋白質結構
氨基酸序列
脫氧核苷酸序列
實質 定向改造或生產人類所需要的蛋白質 定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需的生物類型或生物產品
結果 可生產_______________ _________ 只能生產________________________
聯系 蛋白質工程是在基因工程的基礎上，延伸出來的第二代基因工程
自然界中不存在
的蛋白質
自然界中已存在的蛋白質
3.蛋白質工程的應用
(1)在醫藥方面
①利用蛋白質工程研發 。
②實例：如果將干擾素分子上的一個半胱氨酸變成 ，在一定條件下，可以延長保存時間。
(2)在工業方面
①蛋白質工程被廣泛用于改進 或開發新的工業用酶。
②實例：枯草桿菌蛋白酶具有水解蛋白質的作用，因此常被用于洗滌劑工業、絲綢工業等。
藥物
絲氨酸
酶的性能
(3)在農業方面
科學家正在嘗試改造某些參與調控光合作用的酶，以提高植物_________的效率，增加糧食的產量。
光合作用
基因工程在原則上只能生產自然界已存在的蛋白質，這些天然蛋白質是生物在長期進化過程中形成的，它們的結構和功能符合特定物種生存的需要，卻不一定完全符合人類生產和生活的需要。蛋白質工程的目標是生產出符合人類生產和生活需要的蛋白質，甚至是自然界不存在的蛋白質。結合圖示回答有關問題：
拓展 提升科學思維
(1)寫出流程圖中字母代表的含義：
A. ；B. ；C. ；D. ；E. 。
(2)上圖字母中屬于中心法則的過程有 ，屬于蛋白質工程的過程有
。
預期功能
氨基酸序列
改造或合成
轉錄
翻譯
D、E
A、C
(3)對天然蛋白質進行改造，你認為應該是直接對蛋白質分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現？原因是什么？
提示　應該通過對基因的操作來實現對天然蛋白質的改造。主要原因：①蛋白質具有十分復雜的空間結構，基因的結構相對簡單，容易改造；②改造后的基因可以遺傳給下一代，被改造的蛋白質無法遺傳。
3.(不定項)胰島素可用于治療糖尿病，但胰島素注射后易在皮下堆積，需較長時間才能進入血液，進入血液后又易被分解，因此治療效果受到影響。如圖是新的速效胰島素的生產過程，下列有關敘述錯誤的是
A.新的胰島素的預期功能是構
建新胰島素模型的主要依據
B.新的胰島素生產過程中不涉
及中心法則
C.若用大腸桿菌生產新的胰島素，常用Ca2＋處理大腸桿菌
D.新的胰島素功能的發揮必須依賴于蛋白質正確的高級結構
突破 強化關鍵能力
√
新的胰島素生產過程中涉及中心法則，B錯誤；
若要利用大腸桿菌生產新的胰島素，常用Ca2＋處理法提高導入的成功率，C正確；
根據結構與功能相適應的原理分析，新的胰島素功能的發揮必須依賴于蛋白質正確的高級結構，D正確。
4.β-葡聚糖酶是一種在酒類、飼料等行業中具有重要用途的工業用酶。為提高β-葡聚糖酶的催化活性，科學家將其第20位、117位和165位賴氨酸突變為絲氨酸。下列有關敘述錯誤的是
A.改造后的β-葡聚糖酶的耐酸堿能力增強
B.改造后的β-葡聚糖酶空間結構發生了改變
C.對β-葡聚糖酶結構的改造屬于蛋白質工程
D.可通過DNA分子測序法檢測突變是否成功
√
根據題干信息不能得出改造后的β-葡聚糖酶的耐酸堿能力增強，A錯誤。
判斷基因工程和蛋白質工程
歸納
總結
(1)如果僅將基因用限制酶從DNA片段中切割下來，沒有經過對編碼蛋白序列進行修飾、加工，或僅對其調控序列進行加工，則屬于基因工程；如果將目的基因經過了一些實質性的改造，如對編碼蛋白序列進行了堿基替換或增添或缺失某幾個堿基，則屬于蛋白質工程。
(2)如果合成的蛋白質是天然蛋白質，則是基因工程；如果合成的蛋白質和天然蛋白質有差異，甚至是自然界中所沒有的，則為蛋白質工程。
三
重溫高考 真題演練
1.(經典高考題)從某海洋動物中獲得一基因，其表達產物為一種抗菌性和溶血性均較強的多肽P1。目前在P1的基礎上研發抗菌性強但溶血性弱的多肽藥物，首先要做的是
A.合成編碼目的肽的DNA片段
B.構建含目的肽DNA片段的表達載體
C.依據P1氨基酸序列設計多條模擬肽
D.篩選出具有優良活性的模擬肽作為目的肽
1
2
3
4
√
由題意分析可知，多肽P1為抗菌性和溶血性均較強的多肽，要設計出抗菌性強但溶血性弱的多肽，即在P1的基礎上設計出自然界原本不存在的蛋白質，用蛋白質工程技術可以實現。蛋白質工程的基本途徑是從預期的蛋白質功能出發→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到并改變相對應的脫氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質。故要想在P1的基礎上研發抗菌性強但溶血性弱的多肽藥物，首先要做的是依據P1的氨基酸序列設計出多條模擬肽，然后進行改造，從而確定抗菌性強但溶血性弱的多肽的氨基酸序列。
1
2
3
4
2.(2020·山東，25)水稻胚乳中含直鏈淀粉和支鏈淀粉，直鏈淀粉所占比例越小糯性越強。科研人員將能表達出基因編輯系統的DNA序列轉入水稻，實現了對直鏈淀粉合成酶基因(Wx基因)啟動子序列的定點編輯，從而獲得了3個突變品系。
(1)將能表達出基因編輯系統的DNA序列插入Ti質粒構建重組載體時，所需的酶是_______________________________，重組載體進入水稻細胞并在細胞內維持穩定和表達的過程稱為______。
1
2
3
4
限制性內切核酸酶和DNA連接酶
轉化
構建基因表達載體需要限制性內切核酸酶和DNA連接酶，可以對目的基因和載體進行切割和連接，重組載體進入受體細胞內維持穩定和表達的過程稱為轉化。
1
2
3
4
(2)根據啟動子的作用推測，Wx基因啟動子序列的改變影響了__________
________________________，從而改變了Wx基因的轉錄水平。與野生型水稻相比，3個突變品系中Wx基因控制合成的直鏈淀粉合成酶的氨基酸序列_______(填“發生”或“不發生”)改變，原因是_________________
_________________________。
1
2
3
4
RNA聚合
酶與啟動子的識別和結合
編碼直鏈淀粉合成酶的堿基序列中不含啟動子
不發生
RNA聚合酶與啟動子識別和結合后啟動轉錄，啟動子的序列改變會影響與RNA聚合酶的識別和結合，從而改變基因的轉錄，3個突變品系中改變的是啟動子的序列，影響mRNA的轉錄，而編碼直鏈淀粉合成酶的堿基序列中不含有啟動子的序列，所以編碼合成的直鏈淀粉酶的氨基酸序列不發生改變。
1
2
3
4
(3)為檢測啟動子變化對Wx基因表達的影響，科研人員需要檢測Wx基因轉錄產生的mRNA (Wx mRNA)的量。檢測時分別提取各品系胚乳中的總RNA，經________過程獲得總cDNA。通過PCR技術可在總cDNA中專一性的擴增出Wx基因的cDNA，原因是_______________________________
_______________________________________________。
1
2
3
4
逆轉錄
引物是根據Wx基因的一段已知序列設計合成的(或引物能與Wx基因的cDNA特異性結合)
通過mRNA獲得cDNA是逆轉錄過程。PCR過程中需要模板、原料、酶、引物等，其中引物是根據已知基因上的一段序列合成的，這樣要從總cDNA中專一性的擴增出Wx基因的cDNA，關鍵是要根據Wx基因的一段已知序列合成出相應的引物。
1
2
3
4
(4)各品系Wx mRNA量的檢測結果如圖所示，據圖推測糯性最強的品系為_______，原因是_____________________________
____________________________________________________________。
1
2
3
4
品系3
品系3的Wx mRNA量最少，控制合成的直鏈淀粉合成酶的量最少，直鏈淀粉合成量最少，糯性最強
據題中信息可知，水稻胚乳中直鏈淀粉所占比例越小，糯性越強，題圖中品系3中的Wx mRNA量最少，這樣合成的直鏈淀粉合成酶的量最少，則合成的直鏈淀粉所占比例最小，糯性最強。
3.(2022·全國乙，38)新冠疫情出現后，病毒核酸檢測和疫苗接種在疫情防控中發揮了重要作用。回答下列問題：
(1)新冠病毒是一種RNA病毒，檢測新冠病毒RNA(核酸檢測)可以采取RT—PCR法。這種方法的基本原理是先以病毒RNA為模板合成cDNA，這一過程需要的酶是______________________，再通過PCR技術擴增相應的DNA片段。根據檢測結果判斷被檢測者是否感染新冠病毒。
逆轉錄酶(或反轉錄酶)
以病毒RNA為模板合成cDNA是逆轉錄過程，這一過程需要的酶是逆轉錄酶(或反轉錄酶)。獲得cDNA后可通過PCR技術擴增相應的DNA片段。根據檢測結果判斷被檢測者是否感染新冠病毒。
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3
4
(2)為了確保新冠病毒核酸檢測的準確性，在設計PCR引物時必須依據新冠病毒RNA中的__________________來進行。PCR過程每次循環分為3步，其中溫度最低的一步是______________。
1
2
3
4
特異性核苷酸序列
為確保PCR擴增獲得的是特異性序列，從而確保新冠病毒核酸檢測的準確性，設計PCR引物時必須依據新冠病毒RNA中的特異性核苷酸序列來進行。PCR過程每次循環分為3步，即變性(90～95 ℃)→復性(55～60 ℃)→延伸(70～75 ℃)，其中溫度最低的一步是復性(或退火)。
復性(或退火)
(3)某人同時進行了新冠病毒核酸檢測和抗體檢測(檢測體內是否有新冠病毒抗體)，若核酸檢測結果為陰性而抗體檢測結果為陽性，說明________________________(答出1種情況即可)；若核酸檢測和抗體檢測結果均為陽性，說明________________________。
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某人同時進行了新冠病毒核酸檢測和抗體檢測，若核酸檢測結果為陰性而抗體檢測結果為陽性，說明他體內沒有新冠病毒，但曾感染新冠病毒，已經康復；若核酸檢測和抗體檢測結果均為陽性，說明他體內已感染新冠病毒，是患者。
曾感染新冠病毒，已康復
已感染新冠病毒，是患者
(4)常見的病毒疫苗有滅活疫苗、蛋白疫苗和重組疫苗等。已知某種病毒的特異性蛋白S(具有抗原性)的編碼序列(目的基因)。為了制備蛋白疫苗，可以通過基因工程技術獲得大量蛋白S。基因工程的基本操作流程是_______________________________________________________________
________。
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4
獲取目的基因→構建基因表達載體→導入受體細胞→目的基因的檢測
與鑒定
4.(2022·湖南，22)水蛭是我國的傳統中藥材，主要藥理成分水蛭素為水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。擬通過蛋白質工程改造水蛭素結構，提高其抗凝血活性。回答下列問題：
(1)蛋白質工程流程如圖所示，物質a是__________________，物質b是_______。在生產過程中，物質b可能不同，合成的蛋白質空間構象卻相同，原因是________________。
1
2
3
4
氨基酸序列多肽鏈
mRNA
密碼子的簡并性
(2)蛋白質工程是基因工程的延伸，基因工程中獲取目的基因的常用方法有_________________________、_________________________________
_____和利用PCR技術擴增。PCR技術遵循的基本原理是______________
_____。
1
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3
4
從基因文庫中獲取目的基因
通過DNA合成儀用化學方法直接人工
合成
DNA半保留
復制
(3)將提取的水蛭蛋白經甲、乙兩種蛋白酶水解后，分析水解產物中的肽含量及其抗凝血活性，結果如圖所示。推測兩種處理后酶解產物的抗凝血活性差異主要與肽的______(填“種類”或“含量”)有關，導致其活性不同的原因是_________________________________________________
__________________________________。
1
2
3
4
種類
提取的水蛭蛋白的酶解時間和處理的酶的種類不同，導致水蛭蛋白空間結構有不同程度破壞
1
2
3
4
將提取的水蛭蛋白經甲、乙兩種蛋白酶水解后，據圖可知，水解產物中的肽含量隨著酶解時間的延長均上升，且差別不大。水解產物中抗凝血活性有差異，經酶甲處理后，隨著酶解時間的延長，抗凝血活性先上升后相對穩定；經酶乙處理后，隨著酶解時間的延長，抗凝血活性先上升后下降。
經酶甲處理后的酶解產物的抗凝血活性最終高于經酶乙處理后的酶解產物的抗凝血活性，且差異明顯。據此推測兩種酶處理后酶解產物的抗凝血活性差異主要與肽的種類有關，導致其活性不同的原因是提取的水蛭蛋白的酶解時間和酶的種類不同，導致水蛭蛋白空間結構有不同程度的破壞。
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3
4
(4)若要比較蛋白質工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解產物和天然水蛭素的抗凝血活性差異，簡要寫出實驗設計思路。
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
1
2
3
4
取3支試管，分別加入等量的蛋白質工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解產物和天然水蛭素并編號1、2、3；用酒精消毒，用注射器取同一種動物(如家兔)血液，立即將等量的血液加入1、2、3號三支試管中，靜置相同時間，統計三支試管中血液凝固時間
1.判斷關于基因工程的應用的敘述
(1)為培育抗除草劑的作物新品種，導入抗除草劑基因時只能以受精卵為受體(　　)
(2)由大腸桿菌工程菌獲得人的干擾素后可直接應用(　　)
(3)用基因工程方法從大腸桿菌和酵母菌細胞內獲得的干擾素結構和功能完全相同(　　)
五分鐘　查落實
×
×
×
2.判斷關于蛋白質工程的原理及其應用的敘述
(1)蛋白質工程需要改變蛋白質分子的所有氨基酸序列(　　)
(2)基因工程在分子水平對基因進行操作，蛋白質工程在分子水平對蛋白質進行操作(　　)
(3)蛋白質工程可以改造酶，提高酶的熱穩定性(　　)
√
×
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3.填空默寫
(1)(選擇性必修3 P90)乳腺生物反應器是指將 與乳腺中_____
等調控元件重組在一起，通過 的方法導入哺乳動物的 中，由這個受精卵發育成的轉基因動物在進入泌乳期后，可以通過分泌 來生產所需要的藥物。
(2)(選擇性必修3 P91)用轉基因動物(豬)做器官移植的供體，方法是將器官供體基因組導入 ，以抑制____________________________
，然后再結合克隆技術，培育出不會引起免疫排斥反應的轉基因克隆豬器官。
藥用蛋白基因
特異
表達的基因的啟動子
顯微注射
受精卵
乳汁
某種調節因子
抗原決定基因的表達，或設法
除去抗原決定基因
(3)(選擇性必修3 P93)蛋白質工程是指以_____________________________
作為基礎，通過 ，來改造現有蛋白質，或制造 ，以滿足 的需求。
(4)(選擇性必修3 P93)基因工程原則上只能生產 。
(5)(選擇性必修3 P94)對蛋白質的結構進行設計改造，最終還必須通過
來完成。
(6)(選擇性必修3 P94)蛋白質工程的基本思路是從 出發→設計預期的 →推測應有的 →找到并改變相對應的 (基因)或 →獲得 。
蛋白質分子的結構規律及其與生
物功能的關系
改造或合成基因
一種新的蛋白質
人類生產和生活
自然界中已存在的蛋白質
改造或合成基因
預期的蛋白質功能
蛋白質結構
氨基酸序列
脫氧核苷酸序列
合成新的基因
所需要的蛋白質
四
課時精練
一、選擇題：每小題給出的四個選項中只有一個符合題目要求。
1.(2023·山東泰安高三期末)下列有關基因工程的成果及應用的說法，錯誤的是
A.用基因工程方法培育的抗蟲植物也能抗病毒
B.基因工程可提高動物的生長速率是由于外源生長激素基因的表達
C.外源基因在乳腺細胞中表達可讓哺乳動物批量生產藥物
D.基因工程在農業上的應用主要是培育高產、品質優良和具有抗逆性的
農作物
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
√
用基因工程方法培育的抗蟲植物只能抗蟲，不能抗病毒，A錯誤；
可將外源生長激素基因導入動物細胞內，使該細胞合成、分泌生長激素，提高動物的生長速率，B正確；
利用乳腺生物反應器生產人胰島素，轉基因生物進入泌乳期后，外源基因在乳腺細胞中可以表達產生相應的基因產物，使哺乳動物本身變為“批量生產藥物的工廠”，C正確；
基因工程在農業上的應用主要是培育高產、穩產、品質優良和具有抗逆性的農作物，滿足人類的生產生活需要，D正確。
1
2
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14
2.草甘膦是一種非選擇性的除草劑，在基因工程中，如果把導入的抗草甘膦基因整合到大豆體細胞(二倍體)的一條染色體上，將該細胞組織培養獲得的多個大豆植株混種在一塊實驗田，得到F1，科研人員用草甘膦對F1大豆植株進行處理，有1/4的個體被淘汰掉，將剩下的大豆植株再進行田間混種得到F2，再用除草劑處理，如此下去。下列有關說法錯誤的是
A.用草甘膦處理大豆植株是一種人為的定向選擇
B.實驗田中的抗草甘膦轉基因大豆種群發生了進化
C.在獲得的F3中，能穩定遺傳的抗草甘膦轉基因大豆植株占4/9
D.能穩定遺傳的抗草甘膦轉基因大豆，后代偶然會出現不抗草甘膦的個體，且
這種特性能夠遺傳，可能是發生了基因突變或者染色體變異
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√
由于導入的抗草甘膦基因整合到大豆體細胞(二倍體)的一條染色體上，假設相關基因用A、a表示，相當于Aa，自交一代，F1種植的抗草甘膦的植株基因型為1/3AA、2/3Aa，進行田間混種得到F2，再用除草劑處理，如此下去，F2中為4/9AA、4/9Aa、1/9aa，即F2種植了1/2AA、1/2Aa，產生的配子種類及比例為A∶a＝3∶1，在獲得的F3中，AA＝9/16、Aa＝6/16、aa＝1/16，能穩定遺傳的抗草甘膦轉基因大豆植株占9/16，C錯誤。
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3.(2023·河北石家莊高三模擬)下列有關利用乳腺生物反應器與微生物生產藥物的敘述，錯誤的是
A.前者可在乳汁中提取藥物，后者可在細胞中提取
B.兩者都是基因工程在醫藥衛生領域的應用
C.前者合成的蛋白質可加工成熟，后者合成的蛋白質一般不能加工成熟
D.動物和微生物的基因結構與人體的基因結構均相同
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√
4.幾丁質是許多真菌細胞壁的重要成分，幾丁質酶可催化其水解。將幾丁質酶基因轉入菊花體內，可增強其抗真菌病的能力。下列有關敘述錯誤的是
A.將幾丁質酶基因插入Ti質粒的T－DNA上構建表達載體
B.可通過顯微注射法將農桿菌導入菊花受體細胞
C.可用PCR等技術檢測目的基因是否成功導入
D.可用真菌接種實驗檢測轉基因菊花對真菌的抗性程度
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可通過農桿菌轉化法將農桿菌導入菊花受體細胞，顯微注射法是用于將目的基因導入動物細胞的方法，B錯誤。
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5.(2023·山東聊城高三期中)乙烯生物合成酶基因可以控制乙烯的合成，科學家將該基因的反義基因導入番茄細胞內，培育轉基因延熟番茄，延長其儲藏期。反義基因的作用機制如圖所示，下列說法錯誤的是
1
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A.有意義mRNA和反義mRNA是通過
相應基因轉錄而來的
B.乙烯生物合成酶基因的模板鏈的序
列與反義基因的是互補的
C.乙烯是乙烯生物合成酶基因的表達
產物，可促進果實成熟
D.因為mRNA形成雙鏈后無法進行翻譯，所以無乙烯生物合成酶生成
√
乙烯生物合成酶基因的表達產物可以控制乙烯的合成，乙烯不是其表達產物，C錯誤。
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6.(2023·湖南株洲高三調研)動物乳腺生物反應器是一項利用轉基因動物的乳腺代替傳統的生物發酵，進行大規模生產可供治療人類疾病或用于保健的活性蛋白質的現代生物技術。科學家已在牛和羊等動物乳腺生物反應器中表達出了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素等重要藥品，其大致過程如圖所示。
1
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下列有關說法錯誤的是
A.通過③形成的重組質粒具有
人的藥用蛋白基因、啟動子、
終止子和標記基因即可
B.④通常采用顯微注射技術
C.在轉基因母牛的乳腺細胞中人的藥用蛋白基因才會得以表達，因此可
以從乳汁中提取藥物
D.該技術生產藥物的優點是產量高、質量好、易提取
1
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√
要讓藥用蛋白基因在乳腺細胞內表達并分泌含藥物的乳汁，重組質粒上必須具有乳腺中特異表達的基因的啟動子等調控元件，A錯誤。
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7.(2023·湖南永州高三期中)葡萄糖異構酶在工業上應用廣泛，科學家將其第138位甘氨酸替換為脯氨酸后，其最適溫度提高了10 ℃左右。下列相關敘述正確的是
A.蛋白質功能是由氨基酸的種類和數量決定
B.改造蛋白質結構可通過改造基因結構實現
C.蛋白質工程不可以定向改變蛋白質的結構
D.酶最適溫度提高是因為脯氨酸比甘氨酸更耐熱
√
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蛋白質的功能是由蛋白質的結構決定的，從根本上來說，是由基因決定的，A錯誤；
改造蛋白質結構可通過改造編碼蛋白質的基因結構實現，B正確；
蛋白質工程可以獲得特定功能的蛋白質，因此可以定向改變蛋白質的結構，C錯誤；
酶最適溫度提高是因為酶的空間結構發生改變，D錯誤。
8.(2023·河北唐縣高三檢測)下列關于蛋白質工程的說法正確的是
A.蛋白質工程無需構建基因表達載體
B.蛋白質工程需要限制性內切核酸酶和DNA連接酶
C.對蛋白質的改造是通過直接改造相應的mRNA來實現的
D.蛋白質工程的流程和天然蛋白質合成的過程是相同的
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蛋白質工程是以基因工程為基礎的，蛋白質工程需要限制性內切核酸酶(切割目的基因和載體)和DNA連接酶(連接切割后的目的基因和載體)，構建基因表達載體，A錯誤，B正確；
對蛋白質的改造是通過直接改造相應的基因來實現的，C錯誤；
蛋白質工程是從預期的蛋白質功能出發，設計預期的蛋白質結構，推測應有的氨基酸序列，找到相對應的脫氧核苷酸序列(基因)，獲得所需要的蛋白質，故蛋白質工程的流程和天然蛋白質合成的過程是不完全相同的，D錯誤。
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二、選擇題：每小題給出的四個選項中有一個或多個符合題目要求。
9.甲醇酵母菌是基因工程中常用的受體菌，它可以高效表達外源蛋白，但自身蛋白分泌到培養基的較少。研究人員將人的膠原蛋白基因導入甲醇酵母中并成功表達。下列有關敘述正確的是
A.用兩種酶切割目的基因和質粒，可防止目的基因反向連接和質粒的自身環化
B.常用顯微注射法將膠原蛋白基因導入甲醇酵母中
C.與大腸桿菌相比，甲醇酵母作受體菌所表達出的膠原蛋白與人體產生的膠原
蛋白結構更相近
D.與其他酵母菌相比，甲醇酵母作受體菌便于表達出的膠原蛋白的分離與純化
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常用Ca2＋處理細胞，使其處于一種能吸收周圍環境中DNA分子的生理狀態，然后再將重組目的基因導入微生物細胞，B錯誤；
與大腸桿菌作受體相比，甲醇酵母為真核生物，表達出的膠原蛋白經過內質網和高爾基體的加工，所以與人體產生的膠原蛋白結構更相近，C正確；
與其他酵母菌相比，甲醇酵母可以高效表達外源蛋白，但自身蛋白分泌到培養基的較少，便于目的蛋白的分離和純化，D正確。
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10.(2023·河北石家莊高三期末)枯草桿菌蛋白酶能催化蛋白質水解為氨基酸，在有機溶劑中也能催化多肽的合成，被廣泛應用于洗滌劑、制革及絲綢工業。通過將枯草桿菌蛋白酶分子表面的Asp(99)和Glu(156)改成Lys，使其在pH＝6時的活力提高了10倍。下列說法錯誤的是
A.需要通過改造基因實現對蛋白質中氨基酸的替換
B.該成果體現了蛋白質工程在培育新物種方面具有獨特的優勢
C.經蛋白質工程改造后的枯草桿菌蛋白酶活性提高這一性狀不可遺傳
D.蛋白質工程最終要達到的目的是獲取編碼蛋白質的基因序列信息
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氨基酸的排列順序是由基因決定的，因此完成氨基酸的替換需要通過改造基因實現，A正確；
該成果培育了新品種，而不是新物種，B錯誤；
經蛋白質工程改造后的枯草桿菌蛋白酶的基因發生了改變，因此經蛋白質工程改造后的枯草桿菌蛋白酶活性提高這一性狀可以遺傳，C錯誤；
蛋白質工程是在深入了解蛋白質分子的結構與功能關系的基礎上進行的，雖然合成了改造的基因，但它最終要達到的目的是改造現有蛋白質或制造新的蛋白質，滿足人類的需求，D錯誤。
11.閱讀如下資料，判斷下列各項描述不合理的是
資料甲：科學家將牛生長激素基因導入小鼠受精卵中，得到了體型巨大的“超級小鼠”。
資料乙：T4溶菌酶在溫度較高時易失去活性，科學家對編碼T4溶菌酶的基因進行改造，使其表達的T4溶菌酶的第3位的異亮氨酸變為半胱氨酸，在該半胱氨酸與第97位的半胱氨酸之間形成了一個二硫鍵，提高了T4溶菌酶的耐熱性。
A.甲屬于蛋白質工程，乙屬于基因工程
B.甲中將目的基因導入小鼠細胞中常用顯微注射法
C.乙中通過對基因改造實現了對蛋白質的改造
D.從資料乙可看出，T4溶菌酶是一種直接利用氨基酸制造出來的新蛋白質
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甲中的“超級小鼠”的培育，與導入的牛生長激素基因有關，屬于基因工程，資料乙顯示科學家將編碼T4溶菌酶的基因進行了改造，這屬于蛋白質工程，A錯誤；
甲中小鼠的受精卵屬于動物細胞，將目的基因導入動物細胞中常用顯微注射法，B正確；
乙中通過對編碼T4溶菌酶的基因進行改造，導致組成T4溶菌酶的肽鏈中的氨基酸序列發生了改變，實現了對蛋白質的改造，C正確；
從資料乙可看出，T4溶菌酶是一種通過改造“編碼T4溶菌酶的基因”而制造出來的新蛋白質，D錯誤。
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12.(2023·遼寧營口高三模擬)下面是蛋白質工程的基本途徑，據圖分析，下列敘述正確的是
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A.a過程所需原料是脫氧核苷酸，b過程所需原料是氨基酸
B.參與c過程的細胞器有核糖體、內質網、高爾基體、線粒體等
C.d過程的主要依據是每種氨基酸都有其對應的密碼子
D.通過蛋白質工程可以獲得人類需要的蛋白質
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a過程為轉錄，是合成mRNA的過程，所需的原料是核糖核苷酸，A錯誤；
c過程為多肽的加工與折疊，參與c過程的細胞器有內質網、高爾基體、線粒體等，核糖體是合成多肽的場所，B錯誤；
d過程為DNA合成，主要依據是每種氨基酸都有其對應的密碼子，C正確。
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三、非選擇題
13.已知鐮狀細胞貧血是一種單基因遺傳病，患者的血紅蛋白分子β肽鏈第6位氨基酸谷氨酸被纈氨酸代替，導致功能異常；而人類是乙型肝炎病毒的唯一宿主，接種乙肝疫苗是預防乙肝病毒感染的最有效方法。乙型肝炎疫苗的研制先后經歷了血源性疫苗和基因工程疫苗階段。回答下列問題：
(1)將正常的血紅蛋白基因導入患者的骨髓造血干細胞中，可以合成正常的血紅蛋白達到治療的目的。此操作_______(填“屬于”或“不屬于”)蛋白質工程，理由是該操作_______________________________________
____________。
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不屬于
沒有對現有的蛋白質進行改造(或沒有對基
因進行修飾)
蛋白質工程通過改造或合成基因，來改造現有蛋白質，或制造一種新的蛋白質，由于該操作中沒有對蛋白質進行改造或合成新的基因，因此不屬于蛋白質工程。
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(2)用基因工程方法制備血紅蛋白時，可先提取早期紅細胞中的_________
______，以其作為模板，在_______酶的作用下反(逆)轉錄合成cDNA。cDNA與載體需在限制酶和____________酶的作用下，構建基因表達載體，導入受體菌后進行表達。
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mRNA(或
RNA)
逆轉錄
DNA連接
因為血紅蛋白基因只在早期紅細胞中表達，所以可從其中提取mRNA，以mRNA為模板，在逆轉錄酶的作用下反(逆)轉錄合成cDNA。構建基因表達載體需要限制酶和DNA連接酶協助。
(3)如圖為“乙肝基因工程疫苗”的生產和使用過程，質粒中lacZ基因可使細菌利用加入培養基的物質X－gal，從而使菌落顯現出藍色，若無該基因，菌落則成白色。圖中過程①有兩種限制酶選擇方案，它們分別是____________或_______________________。
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只用BamHⅠ
同時用EcoRⅠ和BamHⅠ
根據圖解可知，含有目的基因的外源DNA和載體上都有限制酶BamHⅠ、EcoRⅠ和EcoRV的識別序列和切割位點，用EcoRV切割會破壞目的基因，
因此圖中過程①有兩種限制酶選擇方案，它們分別是只用BamHⅠ或同時用EcoRⅠ和BamHⅠ。
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(4)獲取目的基因的方法除了圖中用酶切的方法從細胞中分離以外，還可以通過_________________________來獲得。據圖可知，該目的基因的具體功能是______________________________。
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人工合成(或PCR技術擴增)
指導乙肝病毒蛋白質外殼的合成
獲取目的基因的方法：從基因文庫中獲取、利用PCR技術擴增和人工合成。根據圖中④目的基因最終產生乙肝病毒外殼進行接種，說明該目的基因具體功能是指導合成乙肝病毒蛋白質外殼。
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(5)為了篩選含目的基因的重組質粒的大腸桿菌，可在培養大腸桿菌的通用培養基中加入________________，培養一段時間挑選出_____色的菌落進一步培養獲得大量目的菌。
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青霉素和X－gal
白
用限制酶BamHⅠ切割時破壞了lacZ基因，但沒有破壞青霉素抗性基因，因此為了篩選含目的基因的重組質粒的大腸桿菌，可在培養大腸桿菌的通用
培養基中加入青霉素和X－gal，
根據題干信息“質粒中lacZ基因可使細菌利用加入培養基的物質
X－gal，從而使菌落顯現出藍色，若無該基因，菌落則成白色”可知，培養一段時間挑選出白色的菌落進一步培養獲得大量目的菌。
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14.甜蛋白是一種高甜度的特殊蛋白質。為了改善黃瓜的品質，科學家采用農桿菌轉化法將一種甜蛋白基因成功導入黃瓜細胞，得到了轉基因植株。回答下列問題：
(1)通常，基因工程操作主要有4個步驟，即目的基因獲取、重組表達載體的構建、將目的基因導入受體細胞、目的基因的檢測與鑒定。因此，基因工程的含義可概括為_________________________________________
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按照人們的愿望，通過轉基因等技術，賦予生物新的遺傳特性，創造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品
(2)若在轉基因黃瓜中檢測到這種甜蛋白，則表明該重組質粒中________
______已轉移到植物細胞中且能夠表達；用該轉基因黃瓜的某一植株與一株非轉基因植株雜交，發現子代中含甜蛋白個體數與不含甜蛋白個體數之比為1∶1，則說明甜蛋白基因已經整合到__________(填“核基因組”“線粒體基因組”或“葉綠體基因組”)中。
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甜蛋白
基因
核基因組
(3)用農桿菌感染時，應優先選用黃瓜_______(填“受傷的”或“完好的”)葉片與含重組質粒的農桿菌共同培養，選用這種葉片的理由是_________
______________________________________________________。
受傷的
葉片傷口處的細胞釋放出大量酚類物質，可吸引農桿菌移向這些細胞
(4)基因工程中可以通過PCR技術擴增目的基因。生物體細胞內的DNA復制開始時，解開DNA雙鏈的酶是________。在體外利用PCR技術擴增目的基因時，使反應體系中的模板DNA解鏈為單鏈的條件是____________
______。上述兩個解鏈過程的共同點是破壞了DNA雙鏈分子中的______。目前在PCR反應中使用TaqDNA聚合酶而不使用大腸桿菌DNA聚合酶的主要原因是_____________________________________________________
______。
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解旋酶
加熱至90～
95 ℃
氫鍵
TaqDNA聚合酶耐高溫，而大腸桿菌DNA聚合酶在高溫下會失活
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細胞內的DNA復制開始時，通過解旋酶解開DNA雙鏈。在體外利用PCR技術擴增目的基因時，通過高溫(90～95 ℃)使反應體系中的模板DNA解聚為單鏈。上述兩個解鏈過程的共同點是破壞了DNA雙鏈分子中的氫鍵。大腸桿菌DNA聚合酶不耐高溫，在高溫下會失活，而PCR反應體系中加入的DNA聚合酶需耐高溫，故在PCR反應中要用能耐高溫的TaqDNA聚合酶。第7課時　基因工程的應用和蛋白質工程
課標要求　1.舉例說明基因工程在農牧、食品及醫藥等行業的廣泛應用改善了人類的生活品質。2.舉例說明依據人類需要對原有蛋白質結構進行基因改造、生產目標蛋白的過程。
考點一　基因工程的應用
1．基因工程在農牧業方面的應用
2．基因工程在醫藥衛生領域的應用
3．基因工程在食品工業方面的應用
1．基因工程應用于提高植物抗逆能力，請思考回答下列轉基因抗蟲棉的相關問題：
(1)抗蟲棉能抗病毒、細菌、真菌嗎？為什么？
提示　不能。抗蟲基因具有專一性。
(2)從環境保護角度出發，分析轉基因抗蟲棉與普通棉相比在害蟲防治方面的優越性有哪些？
提示　減少了化學農藥的使用量，降低了環境污染。
(3)種植轉基因抗蟲棉若干年后，害蟲會不會對轉基因抗蟲棉產生抗性？為什么？
提示　會。害蟲會因遺傳物質發生改變產生對轉基因抗蟲棉的抗性。
2．為提高動物的生長速度，需將外源生長激素基因導入動物體內，應該選擇的受體細胞是什么？并說明理由。
提示　受精卵。受精卵體積較大，操作較容易，營養物質含量豐富，也能保障發育成的個體所有細胞都含有外源生長激素基因，全能性較高。
1．(2023·山東濰坊高三檢測)基因工程蓬勃發展，下列有關基因工程的說法正確的是(　　)
A．基因工程在農牧業上的應用主要目的是培養體型巨大品質優良的動物
B．用基因工程方法培育的抗蟲植物也能抗病毒
C．轉基因綿羊操作過程中生長激素基因的受體細胞最好采用乳腺細胞
D．在農業方面，蛋白質工程可用于改造某些參與調控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，增加糧食產量
答案　D
解析　基因工程在農牧業上應用的主要目的是提高動物生長速度、改善畜產品品質，而不是為了產生體型巨大的個體，A錯誤；用基因工程方法培育的抗蟲植物只能抗蟲，不能抗病毒，B錯誤；轉基因綿羊操作過程中生長激素基因的受體細胞最好采用受精卵細胞，因為受精卵具有全能性，C錯誤。
2．干擾素是治療癌癥的重要藥物，它必須從血液中提取，每升人血中只能提取0.5 μg，所以價格昂貴。某生物制品公司用如下方法(如圖所示)生產干擾素。從圖中可以看出，該公司生產干擾素運用的方法是(　　)
A．個體間的雜交 B．基因工程
C．蛋白質工程 D．器官移植
答案　B
解析　從圖中可以看出，整個過程為將人的淋巴細胞中控制干擾素合成的基因與質粒結合后導入酵母菌，并從酵母菌產物中提取干擾素，這項技術為基因工程。
歸納總結　乳腺生物反應器與工程菌的比較
比較內容 乳腺生物反應器 工程菌
含義 讓外源基因在哺乳動物的乳腺中特異表達，利用動物的乳腺組織生產藥物蛋白 指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的微生物
基因表達 合成的藥物蛋白與天然蛋白相同 細菌合成的藥物蛋白可能沒有活性
受體細胞 動物受精卵 微生物細胞
目的基因導入方式 顯微注射法 Ca2＋處理法
生產條件 不需要嚴格滅菌，溫度等外界條件對其影響不大 需要嚴格滅菌，嚴格控制工程菌所需的溫度、pH、營養物質濃度等外界條件
藥物提取 從動物乳汁中提取 從微生物細胞或其培養液中提取
考點二　蛋白質工程的原理和應用
1．蛋白質工程的概念
2．蛋白質工程與基因工程的異同
項目 蛋白質工程 基因工程
過程 從預期的蛋白質功能出發→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到并改變相對應的脫氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質 目的基因的篩選與獲取→基因表達載體的構建→將目的基因導入受體細胞→目的基因的檢測與鑒定
實質 定向改造或生產人類所需要的蛋白質 定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需的生物類型或生物產品
結果 可生產自然界中不存在的蛋白質 只能生產自然界中已存在的蛋白質
聯系 蛋白質工程是在基因工程的基礎上，延伸出來的第二代基因工程
3.蛋白質工程的應用
(1)在醫藥方面
①利用蛋白質工程研發藥物。
②實例：如果將干擾素分子上的一個半胱氨酸變成絲氨酸，在一定條件下，可以延長保存時間。
(2)在工業方面
①蛋白質工程被廣泛用于改進酶的性能或開發新的工業用酶。
②實例：枯草桿菌蛋白酶具有水解蛋白質的作用，因此常被用于洗滌劑工業、絲綢工業等。
(3)在農業方面
科學家正在嘗試改造某些參與調控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，增加糧食的產量。
基因工程在原則上只能生產自然界已存在的蛋白質，這些天然蛋白質是生物在長期進化過程中形成的，它們的結構和功能符合特定物種生存的需要，卻不一定完全符合人類生產和生活的需要。蛋白質工程的目標是生產出符合人類生產和生活需要的蛋白質，甚至是自然界不存在的蛋白質。結合圖示回答有關問題：
(1)寫出流程圖中字母代表的含義：
A．預期功能；B.氨基酸序列；C.改造或合成；D.轉錄；E.翻譯。
(2)上圖字母中屬于中心法則的過程有D、E，屬于蛋白質工程的過程有A、C。
(3)對天然蛋白質進行改造，你認為應該是直接對蛋白質分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現？原因是什么？
提示　應該通過對基因的操作來實現對天然蛋白質的改造。主要原因：①蛋白質具有十分復雜的空間結構，基因的結構相對簡單，容易改造；②改造后的基因可以遺傳給下一代，被改造的蛋白質無法遺傳。
3．(不定項)胰島素可用于治療糖尿病，但胰島素注射后易在皮下堆積，需較長時間才能進入血液，進入血液后又易被分解，因此治療效果受到影響。如圖是新的速效胰島素的生產過程，下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．新的胰島素的預期功能是構建新胰島素模型的主要依據
B．新的胰島素生產過程中不涉及中心法則
C．若用大腸桿菌生產新的胰島素，常用Ca2＋處理大腸桿菌
D．新的胰島素功能的發揮必須依賴于蛋白質正確的高級結構
答案　B
解析　新的胰島素生產過程中涉及中心法則，B錯誤；若要利用大腸桿菌生產新的胰島素，常用Ca2＋處理法提高導入的成功率，C正確；根據結構與功能相適應的原理分析，新的胰島素功能的發揮必須依賴于蛋白質正確的高級結構，D正確。
4．β-葡聚糖酶是一種在酒類、飼料等行業中具有重要用途的工業用酶。為提高β-葡聚糖酶的催化活性，科學家將其第20位、117位和165位賴氨酸突變為絲氨酸。下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．改造后的β-葡聚糖酶的耐酸堿能力增強
B．改造后的β-葡聚糖酶空間結構發生了改變
C．對β-葡聚糖酶結構的改造屬于蛋白質工程
D．可通過DNA分子測序法檢測突變是否成功
答案　A
解析　根據題干信息不能得出改造后的β-葡聚糖酶的耐酸堿能力增強，A錯誤。
歸納總結　判斷基因工程和蛋白質工程
(1)如果僅將基因用限制酶從DNA片段中切割下來，沒有經過對編碼蛋白序列進行修飾、加工，或僅對其調控序列進行加工，則屬于基因工程；如果將目的基因經過了一些實質性的改造，如對編碼蛋白序列進行了堿基替換或增添或缺失某幾個堿基，則屬于蛋白質工程。
(2)如果合成的蛋白質是天然蛋白質，則是基因工程；如果合成的蛋白質和天然蛋白質有差異，甚至是自然界中所沒有的，則為蛋白質工程。
1．(經典高考題)從某海洋動物中獲得一基因，其表達產物為一種抗菌性和溶血性均較強的多肽P1。目前在P1的基礎上研發抗菌性強但溶血性弱的多肽藥物，首先要做的是(　　)
A．合成編碼目的肽的DNA片段
B．構建含目的肽DNA片段的表達載體
C．依據P1氨基酸序列設計多條模擬肽
D．篩選出具有優良活性的模擬肽作為目的肽
答案　C
解析　由題意分析可知，多肽P1為抗菌性和溶血性均較強的多肽，要設計出抗菌性強但溶血性弱的多肽，即在P1的基礎上設計出自然界原本不存在的蛋白質，用蛋白質工程技術可以實現。蛋白質工程的基本途徑是從預期的蛋白質功能出發→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到并改變相對應的脫氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質。故要想在P1的基礎上研發抗菌性強但溶血性弱的多肽藥物，首先要做的是依據P1的氨基酸序列設計出多條模擬肽，然后進行改造，從而確定抗菌性強但溶血性弱的多肽的氨基酸序列。
2．(2020·山東，25)水稻胚乳中含直鏈淀粉和支鏈淀粉，直鏈淀粉所占比例越小糯性越強。科研人員將能表達出基因編輯系統的DNA序列轉入水稻，實現了對直鏈淀粉合成酶基因(Wx基因)啟動子序列的定點編輯，從而獲得了3個突變品系。
(1)將能表達出基因編輯系統的DNA序列插入Ti質粒構建重組載體時，所需的酶是____________________________________________________________________________，重組載體進入水稻細胞并在細胞內維持穩定和表達的過程稱為________。
(2)根據啟動子的作用推測，Wx基因啟動子序列的改變影響了__________________________，從而改變了Wx基因的轉錄水平。與野生型水稻相比，3個突變品系中Wx基因控制合成的直鏈淀粉合成酶的氨基酸序列__________(填“發生”或“不發生”)改變，原因是________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(3)為檢測啟動子變化對Wx基因表達的影響，科研人員需要檢測Wx基因轉錄產生的mRNA (Wx mRNA)的量。檢測時分別提取各品系胚乳中的總RNA，經____________過程獲得總cDNA。通過PCR技術可在總cDNA中專一性的擴增出Wx基因的cDNA，原因是____________
_______________________________________________________________________________。
(4)各品系Wx mRNA量的檢測結果如圖所示，據圖推測糯性最強的品系為________，原因是_______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
答案　(1)限制性內切核酸酶和DNA連接酶　轉化　(2)RNA聚合酶與啟動子的識別和結合　不發生　編碼直鏈淀粉合成酶的堿基序列中不含啟動子　(3)逆轉錄　引物是根據Wx基因的一段已知序列設計合成的(或引物能與Wx基因的cDNA特異性結合)　(4)品系3　品系3的Wx mRNA量最少，控制合成的直鏈淀粉合成酶的量最少，直鏈淀粉合成量最少，糯性最強
解析　(1)構建基因表達載體需要限制性內切核酸酶和DNA連接酶，可以對目的基因和載體進行切割和連接，重組載體進入受體細胞內維持穩定和表達的過程稱為轉化。(2)RNA聚合酶與啟動子識別和結合后啟動轉錄，啟動子的序列改變會影響與RNA聚合酶的識別和結合，從而改變基因的轉錄，3個突變品系中改變的是啟動子的序列，影響mRNA的轉錄，而編碼直鏈淀粉合成酶的堿基序列中不含有啟動子的序列，所以編碼合成的直鏈淀粉酶的氨基酸序列不發生改變。(3)通過mRNA獲得cDNA是逆轉錄過程。PCR過程中需要模板、原料、酶、引物等，其中引物是根據已知基因上的一段序列合成的，這樣要從總cDNA中專一性的擴增出Wx基因的cDNA，關鍵是要根據Wx基因的一段已知序列合成出相應的引物。(4)據題中信息可知，水稻胚乳中直鏈淀粉所占比例越小，糯性越強，題圖中品系3中的Wx mRNA量最少，這樣合成的直鏈淀粉合成酶的量最少，則合成的直鏈淀粉所占比例最小，糯性最強。
3．(2022·全國乙，38)新冠疫情出現后，病毒核酸檢測和疫苗接種在疫情防控中發揮了重要作用。回答下列問題：
(1)新冠病毒是一種RNA病毒，檢測新冠病毒RNA(核酸檢測)可以采取RT—PCR法。這種方法的基本原理是先以病毒RNA為模板合成cDNA，這一過程需要的酶是________________，再通過PCR技術擴增相應的DNA片段。根據檢測結果判斷被檢測者是否感染新冠病毒。
(2)為了確保新冠病毒核酸檢測的準確性，在設計PCR引物時必須依據新冠病毒RNA中的____________________來進行。PCR過程每次循環分為3步，其中溫度最低的一步是______________。
(3)某人同時進行了新冠病毒核酸檢測和抗體檢測(檢測體內是否有新冠病毒抗體)，若核酸檢測結果為陰性而抗體檢測結果為陽性，說明________________________(答出1種情況即可)；若核酸檢測和抗體檢測結果均為陽性，說明________________________。
(4)常見的病毒疫苗有滅活疫苗、蛋白疫苗和重組疫苗等。已知某種病毒的特異性蛋白S(具有抗原性)的編碼序列(目的基因)。為了制備蛋白疫苗，可以通過基因工程技術獲得大量蛋白S。基因工程的基本操作流程是________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案　(1)逆轉錄酶(或反轉錄酶)　(2)特異性核苷酸序列　復性(或退火)　(3)曾感染新冠病毒，已康復　已感染新冠病毒，是患者　(4)獲取目的基因→構建基因表達載體→導入受體細胞→目的基因的檢測與鑒定
解析　(1)以病毒RNA為模板合成cDNA是逆轉錄過程，這一過程需要的酶是逆轉錄酶(或反轉錄酶)。獲得cDNA后可通過PCR技術擴增相應的DNA片段。根據檢測結果判斷被檢測者是否感染新冠病毒。(2)為確保PCR擴增獲得的是特異性序列，從而確保新冠病毒核酸檢測的準確性，設計PCR引物時必須依據新冠病毒RNA中的特異性核苷酸序列來進行。PCR過程每次循環分為3步，即變性(90～95 ℃)→復性(55～60 ℃)→延伸(70～75 ℃)，其中溫度最低的一步是復性(或退火)。(3)某人同時進行了新冠病毒核酸檢測和抗體檢測，若核酸檢測結果為陰性而抗體檢測結果為陽性，說明他體內沒有新冠病毒，但曾感染新冠病毒，已經康復；若核酸檢測和抗體檢測結果均為陽性，說明他體內已感染新冠病毒，是患者。
4．(2022·湖南，22)水蛭是我國的傳統中藥材，主要藥理成分水蛭素為水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。擬通過蛋白質工程改造水蛭素結構，提高其抗凝血活性。回答下列問題：
(1)蛋白質工程流程如圖所示，物質a是________________，物質b是__________。在生產過程中，物質b可能不同，合成的蛋白質空間構象卻相同，原因是______________________。
(2)蛋白質工程是基因工程的延伸，基因工程中獲取目的基因的常用方法有_______________、_______________和利用PCR技術擴增。PCR技術遵循的基本原理是__________________。
(3)將提取的水蛭蛋白經甲、乙兩種蛋白酶水解后，分析水解產物中的肽含量及其抗凝血活性，結果如圖所示。推測兩種處理后酶解產物的抗凝血活性差異主要與肽的______(填“種類”或“含量”)有關，導致其活性不同的原因是____________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)若要比較蛋白質工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解產物和天然水蛭素的抗凝血活性差異，簡要寫出實驗設計思路。
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案　(1)氨基酸序列多肽鏈　mRNA　密碼子的簡并性　(2)從基因文庫中獲取目的基因　通過DNA合成儀用化學方法直接人工合成　DNA半保留復制　(3)種類　提取的水蛭蛋白的酶解時間和處理的酶的種類不同，導致水蛭蛋白空間結構有不同程度破壞　(4)取3支試管，分別加入等量的蛋白質工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解產物和天然水蛭素并編號1、2、3；用酒精消毒，用注射器取同一種動物(如家兔)血液，立即將等量的血液加入1、2、3號三支試管中，靜置相同時間，統計三支試管中血液凝固時間
解析　(3)將提取的水蛭蛋白經甲、乙兩種蛋白酶水解后，據圖可知，水解產物中的肽含量隨著酶解時間的延長均上升，且差別不大。水解產物中抗凝血活性有差異，經酶甲處理后，隨著酶解時間的延長，抗凝血活性先上升后相對穩定；經酶乙處理后，隨著酶解時間的延長，抗凝血活性先上升后下降。經酶甲處理后的酶解產物的抗凝血活性最終高于經酶乙處理后的酶解產物的抗凝血活性，且差異明顯。據此推測兩種酶處理后酶解產物的抗凝血活性差異主要與肽的種類有關，導致其活性不同的原因是提取的水蛭蛋白的酶解時間和酶的種類不同，導致水蛭蛋白空間結構有不同程度的破壞。
1．判斷關于基因工程的應用的敘述
(1)為培育抗除草劑的作物新品種，導入抗除草劑基因時只能以受精卵為受體(　×　)
(2)由大腸桿菌工程菌獲得人的干擾素后可直接應用(　×　)
(3)用基因工程方法從大腸桿菌和酵母菌細胞內獲得的干擾素結構和功能完全相同(　×　)
2．判斷關于蛋白質工程的原理及其應用的敘述
(1)蛋白質工程需要改變蛋白質分子的所有氨基酸序列(　×　)
(2)基因工程在分子水平對基因進行操作，蛋白質工程在分子水平對蛋白質進行操作(　×　)
(3)蛋白質工程可以改造酶，提高酶的熱穩定性(　√　)
3．填空默寫
(1)(選擇性必修3 P90)乳腺生物反應器是指將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達的基因的啟動子等調控元件重組在一起，通過顯微注射的方法導入哺乳動物的受精卵中，由這個受精卵發育成的轉基因動物在進入泌乳期后，可以通過分泌乳汁來生產所需要的藥物。
(2)(選擇性必修3 P91)用轉基因動物(豬)做器官移植的供體，方法是將器官供體基因組導入某種調節因子，以抑制抗原決定基因的表達，或設法除去抗原決定基因，然后再結合克隆技術，培育出不會引起免疫排斥反應的轉基因克隆豬器官。
(3)(選擇性必修3 P93)蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規律及其與生物功能的關系作為基礎，通過改造或合成基因，來改造現有蛋白質，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類生產和生活的需求。
(4)(選擇性必修3 P93)基因工程原則上只能生產自然界中已存在的蛋白質。
(5)(選擇性必修3 P94)對蛋白質的結構進行設計改造，最終還必須通過改造或合成基因來完成。
(6)(選擇性必修3 P94)蛋白質工程的基本思路是從預期的蛋白質功能出發→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到并改變相對應的脫氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質。
課時精練
一、選擇題：每小題給出的四個選項中只有一個符合題目要求。
1．(2023·山東泰安高三期末)下列有關基因工程的成果及應用的說法，錯誤的是(　　)
A．用基因工程方法培育的抗蟲植物也能抗病毒
B．基因工程可提高動物的生長速率是由于外源生長激素基因的表達
C．外源基因在乳腺細胞中表達可讓哺乳動物批量生產藥物
D．基因工程在農業上的應用主要是培育高產、品質優良和具有抗逆性的農作物
答案　A
解析　用基因工程方法培育的抗蟲植物只能抗蟲，不能抗病毒，A錯誤；可將外源生長激素基因導入動物細胞內，使該細胞合成、分泌生長激素，提高動物的生長速率，B正確；利用乳腺生物反應器生產人胰島素，轉基因生物進入泌乳期后，外源基因在乳腺細胞中可以表達產生相應的基因產物，使哺乳動物本身變為“批量生產藥物的工廠”，C正確；基因工程在農業上的應用主要是培育高產、穩產、品質優良和具有抗逆性的農作物，滿足人類的生產生活需要，D正確。
2.草甘膦是一種非選擇性的除草劑，在基因工程中，如果把導入的抗草甘膦基因整合到大豆體細胞(二倍體)的一條染色體上，將該細胞組織培養獲得的多個大豆植株混種在一塊實驗田，得到F1，科研人員用草甘膦對F1大豆植株進行處理，有1/4的個體被淘汰掉，將剩下的大豆植株再進行田間混種得到F2，再用除草劑處理，如此下去。下列有關說法錯誤的是(　　)
A．用草甘膦處理大豆植株是一種人為的定向選擇
B．實驗田中的抗草甘膦轉基因大豆種群發生了進化
C．在獲得的F3中，能穩定遺傳的抗草甘膦轉基因大豆植株占4/9
D．能穩定遺傳的抗草甘膦轉基因大豆，后代偶然會出現不抗草甘膦的個體，且這種特性能夠遺傳，可能是發生了基因突變或者染色體變異
答案　C
解析　由于導入的抗草甘膦基因整合到大豆體細胞(二倍體)的一條染色體上，假設相關基因用A、a表示，相當于Aa，自交一代，F1種植的抗草甘膦的植株基因型為1/3AA、2/3Aa，進行田間混種得到F2，再用除草劑處理，如此下去，F2中為4/9AA、4/9Aa、1/9aa，即F2種植了1/2AA、1/2Aa，產生的配子種類及比例為A∶a＝3∶1，在獲得的F3中，AA＝9/16、Aa＝6/16、aa＝1/16，能穩定遺傳的抗草甘膦轉基因大豆植株占9/16，C錯誤。
3．(2023·河北石家莊高三模擬)下列有關利用乳腺生物反應器與微生物生產藥物的敘述，錯誤的是(　　)
A．前者可在乳汁中提取藥物，后者可在細胞中提取
B．兩者都是基因工程在醫藥衛生領域的應用
C．前者合成的蛋白質可加工成熟，后者合成的蛋白質一般不能加工成熟
D．動物和微生物的基因結構與人體的基因結構均相同
答案　D
4．幾丁質是許多真菌細胞壁的重要成分，幾丁質酶可催化其水解。將幾丁質酶基因轉入菊花體內，可增強其抗真菌病的能力。下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．將幾丁質酶基因插入Ti質粒的T－DNA上構建表達載體
B．可通過顯微注射法將農桿菌導入菊花受體細胞
C．可用PCR等技術檢測目的基因是否成功導入
D．可用真菌接種實驗檢測轉基因菊花對真菌的抗性程度
答案　B
解析　可通過農桿菌轉化法將農桿菌導入菊花受體細胞，顯微注射法是用于將目的基因導入動物細胞的方法，B錯誤。
5．(2023·山東聊城高三期中)乙烯生物合成酶基因可以控制乙烯的合成，科學家將該基因的反義基因導入番茄細胞內，培育轉基因延熟番茄，延長其儲藏期。反義基因的作用機制如圖所示，下列說法錯誤的是(　　)
A．有意義mRNA和反義mRNA是通過相應基因轉錄而來的
B．乙烯生物合成酶基因的模板鏈的序列與反義基因的是互補的
C．乙烯是乙烯生物合成酶基因的表達產物，可促進果實成熟
D．因為mRNA形成雙鏈后無法進行翻譯，所以無乙烯生物合成酶生成
答案　C
解析　乙烯生物合成酶基因的表達產物可以控制乙烯的合成，乙烯不是其表達產物，C錯誤。
6．(2023·湖南株洲高三調研)動物乳腺生物反應器是一項利用轉基因動物的乳腺代替傳統的生物發酵，進行大規模生產可供治療人類疾病或用于保健的活性蛋白質的現代生物技術。科學家已在牛和羊等動物乳腺生物反應器中表達出了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素等重要藥品，其大致過程如圖所示。下列有關說法錯誤的是(　　)
A．通過③形成的重組質粒具有人的藥用蛋白基因、啟動子、終止子和標記基因即可
B．④通常采用顯微注射技術
C．在轉基因母牛的乳腺細胞中人的藥用蛋白基因才會得以表達，因此可以從乳汁中提取藥物
D．該技術生產藥物的優點是產量高、質量好、易提取
答案　A
解析　要讓藥用蛋白基因在乳腺細胞內表達并分泌含藥物的乳汁，重組質粒上必須具有乳腺中特異表達的基因的啟動子等調控元件，A錯誤。
7．(2023·湖南永州高三期中)葡萄糖異構酶在工業上應用廣泛，科學家將其第138位甘氨酸替換為脯氨酸后，其最適溫度提高了10 ℃左右。下列相關敘述正確的是(　　)
A．蛋白質功能是由氨基酸的種類和數量決定
B．改造蛋白質結構可通過改造基因結構實現
C．蛋白質工程不可以定向改變蛋白質的結構
D．酶最適溫度提高是因為脯氨酸比甘氨酸更耐熱
答案　B
解析　蛋白質的功能是由蛋白質的結構決定的，從根本上來說，是由基因決定的，A錯誤；改造蛋白質結構可通過改造編碼蛋白質的基因結構實現，B正確；蛋白質工程可以獲得特定功能的蛋白質，因此可以定向改變蛋白質的結構，C錯誤；酶最適溫度提高是因為酶的空間結構發生改變，D錯誤。
8．(2023·河北唐縣高三檢測)下列關于蛋白質工程的說法正確的是(　　)
A．蛋白質工程無需構建基因表達載體
B．蛋白質工程需要限制性內切核酸酶和DNA連接酶
C．對蛋白質的改造是通過直接改造相應的mRNA來實現的
D．蛋白質工程的流程和天然蛋白質合成的過程是相同的
答案　B
解析　蛋白質工程是以基因工程為基礎的，蛋白質工程需要限制性內切核酸酶(切割目的基因和載體)和DNA連接酶(連接切割后的目的基因和載體)，構建基因表達載體，A錯誤，B正確；對蛋白質的改造是通過直接改造相應的基因來實現的，C錯誤；蛋白質工程是從預期的蛋白質功能出發，設計預期的蛋白質結構，推測應有的氨基酸序列，找到相對應的脫氧核苷酸序列(基因)，獲得所需要的蛋白質，故蛋白質工程的流程和天然蛋白質合成的過程是不完全相同的，D錯誤。
二、選擇題：每小題給出的四個選項中有一個或多個符合題目要求。
9．甲醇酵母菌是基因工程中常用的受體菌，它可以高效表達外源蛋白，但自身蛋白分泌到培養基的較少。研究人員將人的膠原蛋白基因導入甲醇酵母中并成功表達。下列有關敘述正確的是(　　)
A．用兩種酶切割目的基因和質粒，可防止目的基因反向連接和質粒的自身環化
B．常用顯微注射法將膠原蛋白基因導入甲醇酵母中
C．與大腸桿菌相比，甲醇酵母作受體菌所表達出的膠原蛋白與人體產生的膠原蛋白結構更相近
D．與其他酵母菌相比，甲醇酵母作受體菌便于表達出的膠原蛋白的分離與純化
答案　ACD
解析　常用Ca2＋處理細胞，使其處于一種能吸收周圍環境中DNA分子的生理狀態，然后再將重組目的基因導入微生物細胞，B錯誤；與大腸桿菌作受體相比，甲醇酵母為真核生物，表達出的膠原蛋白經過內質網和高爾基體的加工，所以與人體產生的膠原蛋白結構更相近，C正確；與其他酵母菌相比，甲醇酵母可以高效表達外源蛋白，但自身蛋白分泌到培養基的較少，便于目的蛋白的分離和純化，D正確。
10．(2023·河北石家莊高三期末)枯草桿菌蛋白酶能催化蛋白質水解為氨基酸，在有機溶劑中也能催化多肽的合成，被廣泛應用于洗滌劑、制革及絲綢工業。通過將枯草桿菌蛋白酶分子表面的Asp(99)和Glu(156)改成Lys，使其在pH＝6時的活力提高了10倍。下列說法錯誤的是(　　)
A．需要通過改造基因實現對蛋白質中氨基酸的替換
B．該成果體現了蛋白質工程在培育新物種方面具有獨特的優勢
C．經蛋白質工程改造后的枯草桿菌蛋白酶活性提高這一性狀不可遺傳
D．蛋白質工程最終要達到的目的是獲取編碼蛋白質的基因序列信息
答案　BCD
解析　氨基酸的排列順序是由基因決定的，因此完成氨基酸的替換需要通過改造基因實現，A正確；該成果培育了新品種，而不是新物種，B錯誤；經蛋白質工程改造后的枯草桿菌蛋白酶的基因發生了改變，因此經蛋白質工程改造后的枯草桿菌蛋白酶活性提高這一性狀可以遺傳，C錯誤；蛋白質工程是在深入了解蛋白質分子的結構與功能關系的基礎上進行的，雖然合成了改造的基因，但它最終要達到的目的是改造現有蛋白質或制造新的蛋白質，滿足人類的需求，D錯誤。
11．閱讀如下資料，判斷下列各項描述不合理的是(　　)
資料甲：科學家將牛生長激素基因導入小鼠受精卵中，得到了體型巨大的“超級小鼠”。
資料乙：T4溶菌酶在溫度較高時易失去活性，科學家對編碼T4溶菌酶的基因進行改造，使其表達的T4溶菌酶的第3位的異亮氨酸變為半胱氨酸，在該半胱氨酸與第97位的半胱氨酸之間形成了一個二硫鍵，提高了T4溶菌酶的耐熱性。
A．甲屬于蛋白質工程，乙屬于基因工程
B．甲中將目的基因導入小鼠細胞中常用顯微注射法
C．乙中通過對基因改造實現了對蛋白質的改造
D．從資料乙可看出，T4溶菌酶是一種直接利用氨基酸制造出來的新蛋白質
答案　AD
解析　甲中的“超級小鼠”的培育，與導入的牛生長激素基因有關，屬于基因工程，資料乙顯示科學家將編碼T4溶菌酶的基因進行了改造，這屬于蛋白質工程，A錯誤；甲中小鼠的受精卵屬于動物細胞，將目的基因導入動物細胞中常用顯微注射法，B正確；乙中通過對編碼T4溶菌酶的基因進行改造，導致組成T4溶菌酶的肽鏈中的氨基酸序列發生了改變，實現了對蛋白質的改造，C正確；從資料乙可看出，T4溶菌酶是一種通過改造“編碼T4溶菌酶的基因”而制造出來的新蛋白質，D錯誤。
12．(2023·遼寧營口高三模擬)下面是蛋白質工程的基本途徑，據圖分析，下列敘述正確的是(　　)
A．a過程所需原料是脫氧核苷酸，b過程所需原料是氨基酸
B．參與c過程的細胞器有核糖體、內質網、高爾基體、線粒體等
C．d過程的主要依據是每種氨基酸都有其對應的密碼子
D．通過蛋白質工程可以獲得人類需要的蛋白質
答案　CD
解析　a過程為轉錄，是合成mRNA的過程，所需的原料是核糖核苷酸，A錯誤；c過程為多肽的加工與折疊，參與c過程的細胞器有內質網、高爾基體、線粒體等，核糖體是合成多肽的場所，B錯誤；d過程為DNA合成，主要依據是每種氨基酸都有其對應的密碼子，C正確。
三、非選擇題
13．已知鐮狀細胞貧血是一種單基因遺傳病，患者的血紅蛋白分子β肽鏈第6位氨基酸谷氨酸被纈氨酸代替，導致功能異常；而人類是乙型肝炎病毒的唯一宿主，接種乙肝疫苗是預防乙肝病毒感染的最有效方法。乙型肝炎疫苗的研制先后經歷了血源性疫苗和基因工程疫苗階段。回答下列問題：
(1)將正常的血紅蛋白基因導入患者的骨髓造血干細胞中，可以合成正常的血紅蛋白達到治療的目的。此操作__________(填“屬于”或“不屬于”)蛋白質工程，理由是該操作______________________________________________。
(2)用基因工程方法制備血紅蛋白時，可先提取早期紅細胞中的__________，以其作為模板，在________酶的作用下反(逆)轉錄合成cDNA。cDNA與載體需在限制酶和____________酶的作用下，構建基因表達載體，導入受體菌后進行表達。
(3)如圖為“乙肝基因工程疫苗”的生產和使用過程，質粒中lacZ基因可使細菌利用加入培養基的物質X－gal，從而使菌落顯現出藍色，若無該基因，菌落則成白色。圖中過程①有兩種限制酶選擇方案，它們分別是____________或____________。
(4)獲取目的基因的方法除了圖中用酶切的方法從細胞中分離以外，還可以通過____________來獲得。據圖可知，該目的基因的具體功能是__________________。
(5)為了篩選含目的基因的重組質粒的大腸桿菌，可在培養大腸桿菌的通用培養基中加入________________，培養一段時間挑選出____________色的菌落進一步培養獲得大量目的菌。
答案　(1)不屬于　沒有對現有的蛋白質進行改造(或沒有對基因進行修飾)　(2)mRNA(或RNA)　逆轉錄　DNA連接　(3)只用BamHⅠ　同時用EcoRⅠ和BamHⅠ　(4)人工合成(或PCR技術擴增)　指導乙肝病毒蛋白質外殼的合成　(5)青霉素和X－gal　白
解析　(1)蛋白質工程通過改造或合成基因，來改造現有蛋白質，或制造一種新的蛋白質，由于該操作中沒有對蛋白質進行改造或合成新的基因，因此不屬于蛋白質工程。(2)因為血紅蛋白基因只在早期紅細胞中表達，所以可從其中提取mRNA，以mRNA為模板，在逆轉錄酶的作用下反(逆)轉錄合成cDNA。構建基因表達載體需要限制酶和DNA連接酶協助。(3)根據圖解可知，含有目的基因的外源DNA和載體上都有限制酶BamHⅠ、EcoRⅠ和EcoRV的識別序列和切割位點，用EcoRV切割會破壞目的基因，因此圖中過程①有兩種限制酶選擇方案，它們分別是只用BamHⅠ或同時用EcoRⅠ和BamHⅠ。(4)獲取目的基因的方法：從基因文庫中獲取、利用PCR技術擴增和人工合成。根據圖中④目的基因最終產生乙肝病毒外殼進行接種，說明該目的基因具體功能是指導合成乙肝病毒蛋白質外殼。(5)用限制酶BamHⅠ切割時破壞了lacZ基因，但沒有破壞青霉素抗性基因，因此為了篩選含目的基因的重組質粒的大腸桿菌，可在培養大腸桿菌的通用培養基中加入青霉素和X－gal，根據題干信息“質粒中lacZ基因可使細菌利用加入培養基的物質X－gal，從而使菌落顯現出藍色，若無該基因，菌落則成白色”可知，培養一段時間挑選出白色的菌落進一步培養獲得大量目的菌。
14．甜蛋白是一種高甜度的特殊蛋白質。為了改善黃瓜的品質，科學家采用農桿菌轉化法將一種甜蛋白基因成功導入黃瓜細胞，得到了轉基因植株。回答下列問題：
(1)通常，基因工程操作主要有4個步驟，即目的基因獲取、重組表達載體的構建、將目的基因導入受體細胞、目的基因的檢測與鑒定。因此，基因工程的含義可概括為_______________
_______________________________________________________________________________。
(2)若在轉基因黃瓜中檢測到這種甜蛋白，則表明該重組質粒中__________________已轉移到植物細胞中且能夠表達；用該轉基因黃瓜的某一植株與一株非轉基因植株雜交，發現子代中含甜蛋白個體數與不含甜蛋白個體數之比為1∶1，則說明甜蛋白基因已經整合到________(填“核基因組”“線粒體基因組”或“葉綠體基因組”)中。
(3)用農桿菌感染時，應優先選用黃瓜______________(填“受傷的”或“完好的”)葉片與含重組質粒的農桿菌共同培養，選用這種葉片的理由是__________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)基因工程中可以通過PCR技術擴增目的基因。生物體細胞內的DNA復制開始時，解開DNA雙鏈的酶是______________。在體外利用PCR技術擴增目的基因時，使反應體系中的模板DNA解鏈為單鏈的條件是________________。上述兩個解鏈過程的共同點是破壞了DNA雙鏈分子中的____________________。目前在PCR反應中使用TaqDNA聚合酶而不使用大腸桿菌DNA聚合酶的主要原因是_______________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案　(1)按照人們的愿望，通過轉基因等技術，賦予生物新的遺傳特性，創造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品　(2)甜蛋白基因　核基因組　(3)受傷的　葉片傷口處的細胞釋放出大量酚類物質，可吸引農桿菌移向這些細胞　(4)解旋酶　加熱至90～95 ℃　氫鍵　TaqDNA聚合酶耐高溫，而大腸桿菌DNA聚合酶在高溫下會失活
解析　(4)細胞內的DNA復制開始時，通過解旋酶解開DNA雙鏈。在體外利用PCR技術擴增目的基因時，通過高溫(90～95 ℃)使反應體系中的模板DNA解聚為單鏈。上述兩個解鏈過程的共同點是破壞了DNA雙鏈分子中的氫鍵。大腸桿菌DNA聚合酶不耐高溫，在高溫下會失活，而PCR反應體系中加入的DNA聚合酶需耐高溫，故在PCR反應中要用能耐高溫的TaqDNA聚合酶。第7課時　基因工程的應用和蛋白質工程
課標要求　1.舉例說明基因工程在農牧、食品及醫藥等行業的廣泛應用改善了人類的生活品質。2.舉例說明依據人類需要對原有蛋白質結構進行基因改造、生產目標蛋白的過程。
考點一　基因工程的應用
1．基因工程在農牧業方面的應用
2．基因工程在醫藥衛生領域的應用
3．基因工程在食品工業方面的應用
1．基因工程應用于提高植物抗逆能力，請思考回答下列轉基因抗蟲棉的相關問題：
(1)抗蟲棉能抗病毒、細菌、真菌嗎？為什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(2)從環境保護角度出發，分析轉基因抗蟲棉與普通棉相比在害蟲防治方面的優越性有哪些？
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(3)種植轉基因抗蟲棉若干年后，害蟲會不會對轉基因抗蟲棉產生抗性？為什么？
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2．為提高動物的生長速度，需將外源生長激素基因導入動物體內，應該選擇的受體細胞是什么？并說明理由。
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1．(2023·山東濰坊高三檢測)基因工程蓬勃發展，下列有關基因工程的說法正確的是(　　)
A．基因工程在農牧業上的應用主要目的是培養體型巨大品質優良的動物
B．用基因工程方法培育的抗蟲植物也能抗病毒
C．轉基因綿羊操作過程中生長激素基因的受體細胞最好采用乳腺細胞
D．在農業方面，蛋白質工程可用于改造某些參與調控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，增加糧食產量
2．干擾素是治療癌癥的重要藥物，它必須從血液中提取，每升人血中只能提取0.5 μg，所以價格昂貴。某生物制品公司用如下方法(如圖所示)生產干擾素。從圖中可以看出，該公司生產干擾素運用的方法是(　　)
A．個體間的雜交 B．基因工程
C．蛋白質工程 D．器官移植
歸納總結　乳腺生物反應器與工程菌的比較
比較內容 乳腺生物反應器 工程菌
含義 讓外源基因在哺乳動物的乳腺中特異表達，利用動物的乳腺組織生產藥物蛋白 指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的微生物
基因表達 合成的藥物蛋白與天然蛋白相同 細菌合成的藥物蛋白可能沒有活性
受體細胞 動物受精卵 微生物細胞
目的基因導入方式 顯微注射法 Ca2＋處理法
生產條件 不需要嚴格滅菌，溫度等外界條件對其影響不大 需要嚴格滅菌，嚴格控制工程菌所需的溫度、pH、營養物質濃度等外界條件
藥物提取 從動物乳汁中提取 從微生物細胞或其培養液中提取
考點二　蛋白質工程的原理和應用
1．蛋白質工程的概念
2．蛋白質工程與基因工程的異同
項目 蛋白質工程 基因工程
過程 從預期的蛋白質功能出發→設計預期的____ ______→推測應有的 →找到并改變相對應的 (基因)或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質 目的基因的篩選與獲取→基因表達載體的構建→將目的基因導入受體細胞→目的基因的檢測與鑒定
實質 定向改造或生產人類所需要的蛋白質 定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需的生物類型或生物產品
結果 可生產________________________ 只能生產____________________
聯系 蛋白質工程是在基因工程的基礎上，延伸出來的第二代基因工程
3.蛋白質工程的應用
(1)在醫藥方面
①利用蛋白質工程研發________。
②實例：如果將干擾素分子上的一個半胱氨酸變成________，在一定條件下，可以延長保存時間。
(2)在工業方面
①蛋白質工程被廣泛用于改進________________或開發新的工業用酶。
②實例：枯草桿菌蛋白酶具有水解蛋白質的作用，因此常被用于洗滌劑工業、絲綢工業等。
(3)在農業方面
科學家正在嘗試改造某些參與調控光合作用的酶，以提高植物__________________的效率，增加糧食的產量。
基因工程在原則上只能生產自然界已存在的蛋白質，這些天然蛋白質是生物在長期進化過程中形成的，它們的結構和功能符合特定物種生存的需要，卻不一定完全符合人類生產和生活的需要。蛋白質工程的目標是生產出符合人類生產和生活需要的蛋白質，甚至是自然界不存在的蛋白質。結合圖示回答有關問題：
(1)寫出流程圖中字母代表的含義：
A．____________；B.____________；C.____________；D.________；E.________。
(2)上圖字母中屬于中心法則的過程有______，屬于蛋白質工程的過程有________。
(3)對天然蛋白質進行改造，你認為應該是直接對蛋白質分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現？原因是什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3．(不定項)胰島素可用于治療糖尿病，但胰島素注射后易在皮下堆積，需較長時間才能進入血液，進入血液后又易被分解，因此治療效果受到影響。如圖是新的速效胰島素的生產過程，下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．新的胰島素的預期功能是構建新胰島素模型的主要依據
B．新的胰島素生產過程中不涉及中心法則
C．若用大腸桿菌生產新的胰島素，常用Ca2＋處理大腸桿菌
D．新的胰島素功能的發揮必須依賴于蛋白質正確的高級結構
4．β 葡聚糖酶是一種在酒類、飼料等行業中具有重要用途的工業用酶。為提高β 葡聚糖酶的催化活性，科學家將其第20位、117位和165位賴氨酸突變為絲氨酸。下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．改造后的β 葡聚糖酶的耐酸堿能力增強
B．改造后的β 葡聚糖酶空間結構發生了改變
C．對β 葡聚糖酶結構的改造屬于蛋白質工程
D．可通過DNA分子測序法檢測突變是否成功
歸納總結　判斷基因工程和蛋白質工程
(1)如果僅將基因用限制酶從DNA片段中切割下來，沒有經過對編碼蛋白序列進行修飾、加工，或僅對其調控序列進行加工，則屬于基因工程；如果將目的基因經過了一些實質性的改造，如對編碼蛋白序列進行了堿基替換或增添或缺失某幾個堿基，則屬于蛋白質工程。
(2)如果合成的蛋白質是天然蛋白質，則是基因工程；如果合成的蛋白質和天然蛋白質有差異，甚至是自然界中所沒有的，則為蛋白質工程。
1．(經典高考題)從某海洋動物中獲得一基因，其表達產物為一種抗菌性和溶血性均較強的多肽P1。目前在P1的基礎上研發抗菌性強但溶血性弱的多肽藥物，首先要做的是(　　)
A．合成編碼目的肽的DNA片段
B．構建含目的肽DNA片段的表達載體
C．依據P1氨基酸序列設計多條模擬肽
D．篩選出具有優良活性的模擬肽作為目的肽
2．(2020·山東，25)水稻胚乳中含直鏈淀粉和支鏈淀粉，直鏈淀粉所占比例越小糯性越強。科研人員將能表達出基因編輯系統的DNA序列轉入水稻，實現了對直鏈淀粉合成酶基因(Wx基因)啟動子序列的定點編輯，從而獲得了3個突變品系。
(1)將能表達出基因編輯系統的DNA序列插入Ti質粒構建重組載體時，所需的酶是____________________________________________________________，重組載體進入水稻細胞并在細胞內維持穩定和表達的過程稱為________。
(2)根據啟動子的作用推測，Wx基因啟動子序列的改變影響了_______________________，從而改變了 Wx基因的轉錄水平。與野生型水稻相比，3個突變品系中Wx基因控制合成的直鏈淀粉合成酶的氨基酸序列__________(填“發生”或“不發生”)改變，原因是_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(3)為檢測啟動子變化對Wx基因表達的影響，科研人員需要檢測Wx基因轉錄產生的mRNA (Wx mRNA)的量。檢測時分別提取各品系胚乳中的總RNA，經____________過程獲得總cDNA。通過PCR技術可在總cDNA中專一性的擴增出 Wx基因的cDNA，原因是_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)各品系Wx mRNA量的檢測結果如圖所示，據圖推測糯性最強的品系為________，原因是_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
3．(2022·全國乙，38)新冠疫情出現后，病毒核酸檢測和疫苗接種在疫情防控中發揮了重要作用。回答下列問題：
(1)新冠病毒是一種RNA病毒，檢測新冠病毒RNA(核酸檢測)可以采取RT—PCR法。這種方法的基本原理是先以病毒RNA為模板合成cDNA，這一過程需要的酶是________________________，再通過PCR技術擴增相應的DNA片段。根據檢測結果判斷被檢測者是否感染新冠病毒。
(2)為了確保新冠病毒核酸檢測的準確性，在設計PCR引物時必須依據新冠病毒RNA中的____________________來進行。PCR過程每次循環分為3步，其中溫度最低的一步是______________。
(3)某人同時進行了新冠病毒核酸檢測和抗體檢測(檢測體內是否有新冠病毒抗體)，若核酸檢測結果為陰性而抗體檢測結果為陽性，說明________________________(答出1種情況即可)；若核酸檢測和抗體檢測結果均為陽性，說明________________________。
(4)常見的病毒疫苗有滅活疫苗、蛋白疫苗和重組疫苗等。已知某種病毒的特異性蛋白S(具有抗原性)的編碼序列(目的基因)。為了制備蛋白疫苗，可以通過基因工程技術獲得大量蛋白S。基因工程的基本操作流程是_______________________________________________________
______________________________________________________________________________。
4．(2022·湖南，22)水蛭是我國的傳統中藥材，主要藥理成分水蛭素為水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。擬通過蛋白質工程改造水蛭素結構，提高其抗凝血活性。回答下列問題：
(1)蛋白質工程流程如圖所示，物質a是________________，物質b是__________。在生產過程中，物質b可能不同，合成的蛋白質空間構象卻相同，原因是______________________。
(2)蛋白質工程是基因工程的延伸，基因工程中獲取目的基因的常用方法有_______________、______________________________________和利用PCR技術擴增。PCR技術遵循的基本原理是__________________。
(3)將提取的水蛭蛋白經甲、乙兩種蛋白酶水解后，分析水解產物中的肽含量及其抗凝血活性，結果如圖所示。推測兩種處理后酶解產物的抗凝血活性差異主要與肽的______(填“種類”或“含量”)有關，導致其活性不同的原因是__________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)若要比較蛋白質工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解產物和天然水蛭素的抗凝血活性差異，簡要寫出實驗設計思路。
1．判斷關于基因工程的應用的敘述
(1) 為培育抗除草劑的作物新品種，導入抗除草劑基因時只能以受精卵為受體(　　)
(2)由大腸桿菌工程菌獲得人的干擾素后可直接應用(　　)
(3)用基因工程方法從大腸桿菌和酵母菌細胞內獲得的干擾素結構和功能完全相同(　　)
2．判斷關于蛋白質工程的原理及其應用的敘述
(1)蛋白質工程需要改變蛋白質分子的所有氨基酸序列(　　)
(2)基因工程在分子水平對基因進行操作，蛋白質工程在分子水平對蛋白質進行操作(　　)
(3)蛋白質工程可以改造酶，提高酶的熱穩定性(　　)
3．填空默寫
(1)(選擇性必修3 P90)乳腺生物反應器是指將_____________________________________與乳腺中________________________________等調控元件重組在一起，通過________________的方法導入哺乳動物的______中，由這個受精卵發育成的轉基因動物在進入泌乳期后，可以通過分泌________來生產所需要的藥物。
(2)(選擇性必修3 P91)用轉基因動物(豬)做器官移植的供體，方法是將器官供體基因組導入________________，以抑制________________________________________，然后再結合克隆技術，培育出不會引起免疫排斥反應的轉基因克隆豬器官。
(3)(選擇性必修3 P93)蛋白質工程是指以________________________________________作為基礎，通過________________，來改造現有蛋白質，或制造________________，以滿足________________________的需求。
(4)(選擇性必修3 P93)基因工程原則上只能生產________________________________。
(5)(選擇性必修3 P94)對蛋白質的結構進行設計改造，最終還必須通過____________來完成。
(6)(選擇性必修3 P94)蛋白質工程的基本思路是從______________出發→設計預期的________________→推測應有的______________________________→找到并改變相對應的________________(基因)或______________→獲得________________。

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