資源簡介

(共80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
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.基因工程在農牧業中的應用價值
歸納 夯實必備知識
外源生長激素基因
2.基因工程在食品業中的應用價值
(1)轉基因食品已進入商業化生產，其中大豆、玉米和油菜種植面積很大。
(2)植物蛋白質、糖類、脂肪品質的改良以及維生素種類和含量的改良等方面，是主要研究熱點。
(3)基因工程在氨基酸、助鮮劑、甜味劑等食品添加劑的生產，以及廣泛應用于食品制造業的淀粉酶、纖維素酶、脂肪酶、蛋白酶的生產方面也大顯身手。
3.基因工程在醫藥業中的應用價值
(1)基因工程藥物
轉基因藥物的反應器：科學家將藥用蛋白基因與 的啟動子等重組起來，轉入哺乳動物的受精卵中，制成乳腺生物反應器或乳房生物反應器。
乳腺蛋白基因
辨析
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
辨析
乳腺生物反應器與工程菌的比較
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
(2)基因治療
①概念：指利用正?；? 缺陷基因的治療方法。包括基因診斷、基因分離、載體構建、目的基因導入等多項技術。
②途徑： 和 兩種。
置換或彌補
體內
體外
考向　基因工程的應用
1.(2023·江蘇天一中學高三檢測)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.(多選)為研究擬南芥的AtCIPK基因對煙草抗旱能力的影響，科研人員將該基因轉入煙草得到甲、乙、丙三個轉基因品種，變量處理后的第7天檢測AtCIPK基因和抗干旱基因NtLE5的表達量，結果如下表所示。下列分析錯誤的是
表達量品種 AtCIPK基因相對表達量 NtLE5基因的表達量
0天 7天
甲 5.31 1.01 1.81
乙 5.52 1.05 1.83
丙 7.05 1.26 3.08
丁 0 0.98 0.95
A.丁組與其他實驗組在變量處理前都需要提供適宜光照和進行干旱處理
B.基因表達量的分析過程中不存在U—A堿基配對
C.除了檢測基因的表達量外，還需進行個體水平的檢測
D.AtCIPK基因的表達產物可能促進NtLE5基因的表達，從而提高植物對
干旱的適應性
表達量品種 AtCIPK基因相對表達量 NtLE5基因的表達量
0天 7天
甲 5.31 1.01 1.81
乙 5.52 1.05 1.83
丙 7.05 1.26 3.08
丁 0 0.98 0.95
√
√
丁組與其他實驗組在變量處理前都需要提供適宜的光照并澆水使其正常生長，變量處理時，實驗組和對照組停止澆水，A錯誤；
檢測基因表達量時先提純RNA，用逆轉錄的方法得到DNA，定時定量分析特定基因的含量，用于反映轉錄的情況，此過程中存在U—A堿基配對，B錯誤；
除了檢測基因的表達量，實驗還需比較轉基因煙草植株與普通煙草植株的生長量，用于檢測轉基因煙草的抗旱能力，C正確；
由圖中的數據可以看出，AtCIPK基因的相對表達量與抗干旱基因NtLE5的表達量存在正相關關系，說明AtCIPK基因的表達產物可能促進NtLE5基因的表達，從而提高植物的抗旱能力，D正確。
考點二
蛋白質工程
歸納 夯實必備知識
1.蛋白質工程的概念
蛋白質分子
的結構規律
以
滿足人類生產和生活
的需要
目的基因的設計改造
2.過程
(1)流程圖
A. ，B. ，C. ，D. ，E. 。
(2)首先要獲取目的基因和蛋白質的 。
(3)通過基因改造生產目標蛋白質。針對相關基因進行改造，即基因的體外定向突變。大面積的定向突變一般采用 的方法，而含有單一或少數幾個突變位點的基因定向突變則可采用多種策略，如__________
法。
轉錄
翻譯
分子設計
氨基酸序列
預期功能
結構數據
基因全合成
引物定點
引入
3.蛋白質工程的設計思路與應用
(1)提高 。
(2)改善酶的 。
(3)消除酶的 。
蛋白質(酶)的穩定性
催化活性
被抑制特性
4.蛋白質工程與基因工程的比較
項目 蛋白質工程 基因工程
區別 原理 中心法則的逆推、中心法則 基因重組
實質 定向改造或生產人類所需的蛋白質 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(基因的異體表達)
結果 可生產自然界沒有的蛋白質 生產自然界已有的蛋白質
聯系 (1)蛋白質工程是在基因工程基礎上延伸出來的第二代基因工程，對現有蛋白質的改造或制造新的蛋白質，必須通過基因修飾或基因合成實現；(2)基因工程所利用的某些酶需要通過蛋白質工程進行修飾、改造
考向　蛋白質工程
3.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
突破 強化關鍵能力
√
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。
4.下列有關基因工程和蛋白質工程的敘述中，正確的是
A.蛋白質工程難度很大是因為對蛋白質的高級結構了解不夠
B.基因工程和蛋白質工程都可以生產自然界不存在的蛋白質
C.不同來源的DNA分子能夠拼接，其原因是所有生物共用一套密碼子
D.基因工程的直接操作對象是基因，蛋白質工程的直接操作對象是蛋白質
√
基因工程生產自然界已有的蛋白質，蛋白質工程生產自然界中不存在的蛋白質，B錯誤；
不同來源的DNA分子能夠拼接，其原因是不同來源的DNA分子具有相同的結構及遵循堿基互補配對原則，C錯誤；
蛋白質工程需要進行基因修飾或合成，蛋白質工程的直接操作對象是基因，D錯誤。
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
√
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______。
限制性內切核酸酶和DNA連接酶
轉化
1
2
3
4
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_______________
___________________________。
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
1
2
3
4
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____________________________
___________________________________________________。
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)
1
2
3
4
通過mRNA獲得cDNA是逆轉錄過程。PCR過程中需要模板、原料、酶、引物對等，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_____________________________________________
_____________________________________________。
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
1
2
3
4
3.(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________________。
氨基酸序列多肽鏈
mRNA
密碼子的簡并性
1
2
3
4
(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____________
______。
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_____________________________________________________
________________________________。
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
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；
1
2
3
4
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
2
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。
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
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
2
3
4
4.(2022·全國乙卷，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)
1
2
3
4
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。
1
2
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______。
特異性核苷酸序列
退火
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 ℃)→退火(55～60 ℃)→延伸(70～75 ℃)，其中溫度最低的一步是退火。
1
2
3
4
(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________________________。
曾感染
新冠病毒，已康復
已感染新冠病毒，是患者
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。
1
2
3
4
(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______________________________________________________________
_______。
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
一、易錯辨析
1.利用乳腺生物反應器能夠獲得一些重要的醫藥產品，如人的血清白蛋白，這是因為將人的血清白蛋白基因導入了動物的乳腺細胞中(　　)
2.由大腸桿菌工程菌獲得人的干擾素后可直接應用(　　)
3.蛋白質工程的目的是改造或合成人類需要的蛋白質(　　)
4.蛋白質工程可以合成自然界中不存在的蛋白質(　　)
5.蛋白質工程是在分子水平上對蛋白質分子直接進行操作，定向改變分子的結構(　　)
五分鐘　查落實
×
×
√
√
×
二、填空默寫
1.(選擇性必修3 P103)轉基因生物___________________________________
的生物。
2.(選擇性必修3 P106)基因治療的體內途徑是將_______________________
______________________________________________________________
。體外途徑是_____________________________________________
______________________________________________________________
。
利用轉基因工程技術培育的、能穩定遺
傳外源基因所決定的性狀
分離出來的帶有治療作用
的基因通過載體轉入患者體內的某些細胞，直接糾正或彌補缺陷基因的
功能
采用轉基因技術將帶有治療作用的基因導入病毒基
因組，再用病毒感染受體細胞，治療基因整合到受體基因組后，受體細
胞經體外培養、增殖后導入患者體內
3.(選擇性必修3 P110)蛋白質工程是_________________________________
______________________________________________________________
。
以蛋白分子的結構規律及其與生物功
能的關系為基礎，對編碼該蛋白的基因進行有目的的設計改造，以改造
現有蛋白質或制造新的蛋白質
四
課時精練
一、單項選擇題
1.(2023·江蘇徐州高三檢測)下列關于基因工程的應用的敘述，正確的是
A.將藥用蛋白基因注射入牛的乳腺細胞，從牛乳汁中獲得所需的藥品
B.基因工程改造后的個體與未經改造的同種個體之間已產生生殖隔離
C.利用基因工程生產的甜味劑對人體無害，在食品中可以大量添加
D.基因工程可以改良動植物品種、提高作物和畜產品的產量
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
將藥物蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調控組件重組在一起，導入哺乳動物的受精卵中，A錯誤；
基因工程的原理是基因重組，經過基因工程改造后的個體與未經改造的同種個體之間只有一個或少數幾個基因不同，一般不會產生生殖隔離，B錯誤；
過量甜味劑對人體會產生危害，不能在食品中大量添加，C錯誤。
2.(2023·江蘇淮安高三期中)下列關于蛋白質工程應用的敘述正確的是
A.蛋白質工程離不開基因工程，蛋白質工程是基因工程的延伸
B.蛋白質工程只能改造自然界已有的蛋白質
C.根據設計的蛋白質中的氨基酸序列只能推測出一種脫氧核苷酸序列
D.蛋白質工程可以在生物體外實現其目的
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
蛋白質工程既能改造現有的蛋白質也能制造新的蛋白質，B錯誤；
一種氨基酸可能有不止一種密碼子，因此根據肽鏈的氨基酸序列可能推導出不止一種脫氧核苷酸序列，C錯誤；
蛋白質工程通過改造目的基因來改造蛋白質，目的基因需要在生物體內表達，D錯誤。
3.下列關于基因工程在食品工業上應用的敘述，錯誤的是
A.加工烘烤食品、制造生物能源所用到的脂酶可以通過基因工程技術
大量生產
B.只有將編碼牛凝乳酶的基因導入黑曲霉、酵母菌等真核細胞，才能
利用基因工程技術生產凝乳酶
C.利用基因工程生產出的加工轉化糖漿所需要的淀粉酶，純度更高，
而且成本顯著降低
D.能夠分解“石油”的超級細菌在代謝上屬于異養型
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
將編碼牛凝乳酶的基因導入大腸桿菌細胞，也能利用基因工程技術生產凝乳酶，B錯誤。
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
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Ti質粒的T－DNA可以轉移到受體細胞中，并且整合到受體細胞染色體的DNA上，根據這一特點，構建表達載體時，應該將目的基因即幾丁質酶基因插入到Ti質粒的T－DNA上，A正確；
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；
轉基因植物接種相應的真菌，觀察轉基因植物是否出現抗病性狀，根據題干信息“幾丁質酶基因轉入菊花體內，可增強其抗真菌病的能力”，故可用真菌接種實驗檢測轉基因菊花對真菌的抗性程度，D正確。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
5.(2023·江蘇金沙中學高三期中)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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
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。
6.對酶的改造包括理性設計方法和非理性設計方法。理性設計方法是通過定點誘變改變蛋白質中的個別氨基酸，以產生更加理想的酶；非理性設計方法主要通過易錯PCR技術實現，該技術是利用低保真的Taq酶和改變PCR的反應條件，降低DNA復制的保真度，從而使擴增產物出現較多點突變的一種體外誘導DNA序列變異的方法。下列敘述錯誤的是
A.通過理性設計以產生更加理想的酶的技術屬于蛋白質工程
B.低保真的Taq酶會增加新DNA鏈合成過程中堿基的錯配率
C.利用易錯PCR技術擴增產物時需在PCR反應體系中加入足夠量的脫氧核苷酸
D.易錯PCR技術的擴增過程中55 ℃處理的目的是使DNA分子徹底變性
√
易錯PCR擴增時，55 ℃處理的目的是使引物與模板結合，D錯誤。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
7.(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
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
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。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
8.如圖表示蛋白質工程的操作過程，下列相關說法不正確的是
A.a、b過程分別是轉錄、翻譯
B.蛋白質工程中對蛋白質分子結構的了解是非常關鍵的工作
C.蛋白質工程是完全擺脫基因工程技術的一項全新的生物工程技術
D.蛋白質工程中可能構建出一種全新的基因
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
a過程是以DNA的一條鏈為模板合成mRNA的轉錄過程，b過程是以mRNA為模板合成
具有一定氨基酸順序的多肽鏈的翻譯過程，A正確；
蛋白質工程是指以蛋白質分子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，以滿足人類的生產和生活的需求，因此蛋白質工程中對蛋白質分子結構的了解是非常關鍵的工作，B正確；
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
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，C錯誤；
蛋白質工程中，可能根據已經明確的蛋白質結構構建出一種全新的基因，D正確。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
二、多項選擇題
9.科學家利用基因工程培育出了耐鹽的轉基因棉花新品系，下列相關敘述正確的是
A.不可通過農桿菌轉化法將重組質粒導入受體細胞
B.含耐鹽基因的棉花細胞可經植物組織培養獲得完整植株
C.可用較高濃度的鹽水澆灌來鑒定棉花植株的耐鹽性
D.如果目的基因的核苷酸序列是全部未知的，可用PCR技術得到大量目的
基因
√
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
10.動物基因工程前景廣闊，最令人興奮的是利用基因工程技術使哺乳動物成為乳腺生物反應器，以生產所需要的藥品，如轉基因動物生產人的生長激素?？茖W家培養轉基因動物成為乳腺生物反應器時
A.利用基因工程技術
B.不需要乳腺蛋白基因的啟動子
C.利用農桿菌轉化法將人的生長激素基因導入受精卵中
D.需要進入泌乳期才能成為“批量生產藥物的工廠”
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
√
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
科學家培養轉基因動物時利用了基因工程技術，A正確；
構建重組質粒需要將人的生長激素基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調控元件重組在一起，B錯誤；
將重組質粒導入動物受精卵，常通過顯微注射法導入哺乳動物的受精卵中，然后將受精卵送入母體內使其生長發育成轉基因動物，C錯誤；
由于轉入的目的基因在乳腺中可以高效表達，利用乳腺可以分泌蛋白的特性(人的生長激素屬于分泌蛋白)，所以在進入泌乳期能大量產生人的生長激素，D正確。
11.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
√
√
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
常用Ca2＋處理細胞，使其成為感受態細胞，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。
13
14
12.干擾素是動物體內合成的一種蛋白質，可以用于治療病毒感染和癌癥，但體外保存相當困難，如果將其分子上的一個半胱氨酸變成絲氨酸，就可以在－70 ℃條件下保存半年，這屬于蛋白質工程的范疇。下列相關說法正確的是
A.蛋白質工程可以生產自然界不存在的蛋白質
B.蛋白質工程生產干擾素的過程不遵循中心法則
C.對天然干擾素的改造須通過對基因的操作來實現
D.蛋白質空間結構復雜是蛋白質工程實施難度大的重要原因
√
√
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
三、非選擇題
13.為使水稻獲得抗除草劑性狀，科研人員將除草劑草甘膦抗性基因轉入水稻植株，獲得抗草甘膦轉基因水稻。回答下列問題：
(1)將草甘膦抗性基因作為_______
_______，與Ti質粒構建基因表達載體。
目的
基因
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
(2)用______處理農桿菌后獲得感受態細胞，將其與基因表達載體混合完成______后，在添加潮霉素的培養基中，經篩選1得到含基因表達載體的農桿菌。
Ca2＋
轉化
(3)取某品種水稻的幼胚，先進行
______處理，然后接種到培養基中，水稻幼胚細胞發生_________形成愈傷組織。用含基因表達載體的農桿菌侵染該愈傷組織。
消毒
脫分化
(4)利用PCR技術，可以鑒定被侵染的愈傷組織中是否含有草甘膦抗性基因。草甘膦抗性基因的部分序列如下：
5′—ATGGCT……AGGAAC—3′
3′—TACCGA……TCCTTG—5′
根據上述序列應選擇引物_______(填字母)進行PCR。
A.引物：5′—TACCGA—3′
B.引物：5′—GTTCCT—3′
C.引物：5′—AUGGCU—3′
D.引物：5′—ATGGCT—3′
BD
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
已知草甘膦抗性基因的部分序列，由于PCR技術中，子鏈合成的方向是從5′－端到3′－端，因此應選擇引物B、D進行PCR。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
(5)除了鑒定愈傷組織中是否含有目的基因以外，還可以利用GUS基因表達產物的鑒定進行圖中的篩選2，以確定目的基因是否______。兩次篩選后得到的轉基因愈傷組織經過細胞的________過程，獲得轉基因水稻。
表達
再分化
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
14.科學家將動物體內的能夠合成胰島素的基因與大腸桿菌的DNA分子重組，并且在大腸桿菌體內表達成功。請據圖回答下列問題：
(1)圖中①DNA是以________________為模板，________形成單鏈DNA，在酶的作用下合成雙鏈DNA，從而獲得了所需要的基因。
原胰島素mRNA
逆轉錄
(2)圖中②代表的是_______________________酶，在它的作用下將質粒(__________DNA)切出______________末端。
特定的限制性內切核酸
小型環狀
黏性末端或平
(3)圖中④表示將______________________。⑤表示__________隨大腸桿菌的繁殖而進行_____。
(4)采用蛋白質工程可以對胰島素進行改造，使之起效時間縮短，保證餐后血糖高峰和血液中胰島素高峰一致。如果你是科研工作者，
目的基因導入受體細胞
重組DNA
擴增
請寫出研制速效胰島素的思路：__________________________________
______________________________________________________________________
預期速效胰島素的功能→設計速效胰島
素應有的高級結構→推測應有的氨基酸序列→找到相對應的脫氧核苷酸序列
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
(5)下列關于蛋白質工程的說法，不正確的是______(填字母)。
A.蛋白質工程能將人抗體某些區段替代鼠單克隆抗體的區段，降低鼠單
克隆抗體免疫原性
B.蛋白質工程可對酶的催化活性、底物專一性、抗氧化性、熱變性、
堿變性等加以改變
C.理論上通過對關鍵氨基酸的轉換與增刪是進行蛋白質工程的唯一方法
D.蛋白質工程的崛起主要是工業生產和基礎理論研究的需要
C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．基因工程在農牧業中的應用價值
2．基因工程在食品業中的應用價值
(1)轉基因食品已進入商業化生產，其中大豆、玉米和油菜種植面積很大。
(2)植物蛋白質、糖類、脂肪品質的改良以及維生素種類和含量的改良等方面，是主要研究熱點。
(3)基因工程在氨基酸、助鮮劑、甜味劑等食品添加劑的生產，以及廣泛應用于食品制造業的淀粉酶、纖維素酶、脂肪酶、蛋白酶的生產方面也大顯身手。
3．基因工程在醫藥業中的應用價值
(1)基因工程藥物
轉基因藥物的反應器：科學家將藥用蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等重組起來，轉入哺乳動物的受精卵中，制成乳腺生物反應器或乳房生物反應器。
辨析　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
(2)基因治療
①概念：指利用正常基因置換或彌補缺陷基因的治療方法。包括基因診斷、基因分離、載體構建、目的基因導入等多項技術。
②途徑：體內和體外兩種。
考向　基因工程的應用
1．(2023·江蘇天一中學高三檢測)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．(多選)為研究擬南芥的AtCIPK基因對煙草抗旱能力的影響，科研人員將該基因轉入煙草得到甲、乙、丙三個轉基因品種，變量處理后的第7天檢測AtCIPK基因和抗干旱基因NtLE5的表達量，結果如下表所示。下列分析錯誤的是(　　)
表達量品種 AtCIPK基因相對表達量 NtLE5基因的表達量
0天 7天
甲 5.31 1.01 1.81
乙 5.52 1.05 1.83
丙 7.05 1.26 3.08
丁 0 0.98 0.95
A．丁組與其他實驗組在變量處理前都需要提供適宜光照和進行干旱處理
B．基因表達量的分析過程中不存在U—A堿基配對
C．除了檢測基因的表達量外，還需進行個體水平的檢測
D．AtCIPK基因的表達產物可能促進NtLE5基因的表達，從而提高植物對干旱的適應性
答案　AB
解析　丁組與其他實驗組在變量處理前都需要提供適宜的光照并澆水使其正常生長，變量處理時，實驗組和對照組停止澆水，A錯誤；檢測基因表達量時先提純RNA，用逆轉錄的方法得到DNA，定時定量分析特定基因的含量，用于反映轉錄的情況，此過程中存在U—A堿基配對，B錯誤；除了檢測基因的表達量，實驗還需比較轉基因煙草植株與普通煙草植株的生長量，用于檢測轉基因煙草的抗旱能力，C正確；由圖中的數據可以看出，AtCIPK基因的相對表達量與抗干旱基因NtLE5的表達量存在正相關關系，說明AtCIPK基因的表達產物可能促進NtLE5基因的表達，從而提高植物的抗旱能力，D正確。
考點二　蛋白質工程
1．蛋白質工程的概念
2．過程
(1)流程圖
A．轉錄，B.翻譯，C.分子設計，D.氨基酸序列，E.預期功能。
(2)首先要獲取目的基因和蛋白質的結構數據。
(3)通過基因改造生產目標蛋白質。針對相關基因進行改造，即基因的體外定向突變。大面積的定向突變一般采用基因全合成的方法，而含有單一或少數幾個突變位點的基因定向突變則可采用多種策略，如引物定點引入法。
3．蛋白質工程的設計思路與應用
(1)提高蛋白質(酶)的穩定性。
(2)改善酶的催化活性。
(3)消除酶的被抑制特性。
4．蛋白質工程與基因工程的比較
項目 蛋白質工程 基因工程
區別 原理 中心法則的逆推、中心法則 基因重組
實質 定向改造或生產人類所需的蛋白質 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(基因的異體表達)
結果 可生產自然界沒有的蛋白質 生產自然界已有的蛋白質
聯系 (1)蛋白質工程是在基因工程基礎上延伸出來的第二代基因工程，對現有蛋白質的改造或制造新的蛋白質，必須通過基因修飾或基因合成實現；(2)基因工程所利用的某些酶需要通過蛋白質工程進行修飾、改造
考向　蛋白質工程
3．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。
4．下列有關基因工程和蛋白質工程的敘述中，正確的是(　　)
A．蛋白質工程難度很大是因為對蛋白質的高級結構了解不夠
B．基因工程和蛋白質工程都可以生產自然界不存在的蛋白質
C．不同來源的DNA分子能夠拼接，其原因是所有生物共用一套密碼子
D．基因工程的直接操作對象是基因，蛋白質工程的直接操作對象是蛋白質
答案　A
解析　基因工程生產自然界已有的蛋白質，蛋白質工程生產自然界中不存在的蛋白質，B錯誤；不同來源的DNA分子能夠拼接，其原因是不同來源的DNA分子具有相同的結構及遵循堿基互補配對原則，C錯誤；蛋白質工程需要進行基因修飾或合成，蛋白質工程的直接操作對象是基因，D錯誤。
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?？蒲腥藛T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、引物對等，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。
3．(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?；卮鹣铝袉栴}：
(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。
4．(2022·全國乙卷，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?；蚬こ痰幕静僮髁鞒淌莀_______________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)逆轉錄酶(或反轉錄酶)　(2)特異性核苷酸序列　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 ℃)→退火(55～60 ℃)→延伸(70～75 ℃)，其中溫度最低的一步是退火。(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。
一、易錯辨析
1．利用乳腺生物反應器能夠獲得一些重要的醫藥產品，如人的血清白蛋白，這是因為將人的血清白蛋白基因導入了動物的乳腺細胞中(　×　)
2．由大腸桿菌工程菌獲得人的干擾素后可直接應用(　×　)
3．蛋白質工程的目的是改造或合成人類需要的蛋白質(　√　)
4．蛋白質工程可以合成自然界中不存在的蛋白質(　√　)
5．蛋白質工程是在分子水平上對蛋白質分子直接進行操作，定向改變分子的結構(　×　)
二、填空默寫
1．(選擇性必修3 P103)轉基因生物利用轉基因工程技術培育的、能穩定遺傳外源基因所決定的性狀的生物。
2．(選擇性必修3 P106)基因治療的體內途徑是將分離出來的帶有治療作用的基因通過載體轉入患者體內的某些細胞，直接糾正或彌補缺陷基因的功能。體外途徑是采用轉基因技術將帶有治療作用的基因導入病毒基因組，再用病毒感染受體細胞，治療基因整合到受體基因組后，受體細胞經體外培養、增殖后導入患者體內。
3．(選擇性必修3 P110)蛋白質工程是以蛋白分子的結構規律及其與生物功能的關系為基礎，對編碼該蛋白的基因進行有目的的設計改造，以改造現有蛋白質或制造新的蛋白質。
課時精練
一、單項選擇題
1．(2023·江蘇徐州高三檢測)下列關于基因工程的應用的敘述，正確的是(　　)
A．將藥用蛋白基因注射入牛的乳腺細胞，從牛乳汁中獲得所需的藥品
B．基因工程改造后的個體與未經改造的同種個體之間已產生生殖隔離
C．利用基因工程生產的甜味劑對人體無害，在食品中可以大量添加
D．基因工程可以改良動植物品種、提高作物和畜產品的產量
答案　D
解析　將藥物蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調控組件重組在一起，導入哺乳動物的受精卵中，A錯誤；基因工程的原理是基因重組，經過基因工程改造后的個體與未經改造的同種個體之間只有一個或少數幾個基因不同，一般不會產生生殖隔離，B錯誤；過量甜味劑對人體會產生危害，不能在食品中大量添加，C錯誤。
2．(2023·江蘇淮安高三期中)下列關于蛋白質工程應用的敘述正確的是(　　)
A．蛋白質工程離不開基因工程，蛋白質工程是基因工程的延伸
B．蛋白質工程只能改造自然界已有的蛋白質
C．根據設計的蛋白質中的氨基酸序列只能推測出一種脫氧核苷酸序列
D．蛋白質工程可以在生物體外實現其目的
答案　A
解析　蛋白質工程既能改造現有的蛋白質也能制造新的蛋白質，B錯誤；一種氨基酸可能有不止一種密碼子，因此根據肽鏈的氨基酸序列可能推導出不止一種脫氧核苷酸序列，C錯誤；蛋白質工程通過改造目的基因來改造蛋白質，目的基因需要在生物體內表達，D錯誤。
3．下列關于基因工程在食品工業上應用的敘述，錯誤的是(　　)
A．加工烘烤食品、制造生物能源所用到的脂酶可以通過基因工程技術大量生產
B．只有將編碼牛凝乳酶的基因導入黑曲霉、酵母菌等真核細胞，才能利用基因工程技術生產凝乳酶
C．利用基因工程生產出的加工轉化糖漿所需要的淀粉酶，純度更高，而且成本顯著降低
D．能夠分解“石油”的超級細菌在代謝上屬于異養型
答案　B
解析　將編碼牛凝乳酶的基因導入大腸桿菌細胞，也能利用基因工程技術生產凝乳酶，B錯誤。
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　Ti質粒的T－DNA可以轉移到受體細胞中，并且整合到受體細胞染色體的DNA上，根據這一特點，構建表達載體時，應該將目的基因即幾丁質酶基因插入到Ti質粒的T－DNA上，A正確；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；轉基因植物接種相應的真菌，觀察轉基因植物是否出現抗病性狀，根據題干信息“幾丁質酶基因轉入菊花體內，可增強其抗真菌病的能力”，故可用真菌接種實驗檢測轉基因菊花對真菌的抗性程度，D正確。
5．(2023·江蘇金沙中學高三期中)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。
6．對酶的改造包括理性設計方法和非理性設計方法。理性設計方法是通過定點誘變改變蛋白質中的個別氨基酸，以產生更加理想的酶；非理性設計方法主要通過易錯PCR技術實現，該技術是利用低保真的Taq酶和改變PCR的反應條件，降低DNA復制的保真度，從而使擴增產物出現較多點突變的一種體外誘導DNA序列變異的方法。下列敘述錯誤的是(　　)
A．通過理性設計以產生更加理想的酶的技術屬于蛋白質工程
B．低保真的Taq酶會增加新DNA鏈合成過程中堿基的錯配率
C．利用易錯PCR技術擴增產物時需在PCR反應體系中加入足夠量的脫氧核苷酸
D．易錯PCR技術的擴增過程中55 ℃處理的目的是使DNA分子徹底變性
答案　D
解析　易錯PCR擴增時，55 ℃處理的目的是使引物與模板結合，D錯誤。
7．(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。
8．如圖表示蛋白質工程的操作過程，下列相關說法不正確的是(　　)
A．a、b過程分別是轉錄、翻譯
B．蛋白質工程中對蛋白質分子結構的了解是非常關鍵的工作
C．蛋白質工程是完全擺脫基因工程技術的一項全新的生物工程技術
D．蛋白質工程中可能構建出一種全新的基因
答案　C
解析　a過程是以DNA的一條鏈為模板合成mRNA的轉錄過程，b過程是以mRNA為模板合成具有一定氨基酸順序的多肽鏈的翻譯過程，A正確；蛋白質工程是指以蛋白質分子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，以滿足人類的生產和生活的需求，因此蛋白質工程中對蛋白質分子結構的了解是非常關鍵的工作，B正確；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，C錯誤；蛋白質工程中，可能根據已經明確的蛋白質結構構建出一種全新的基因，D正確。
二、多項選擇題
9．科學家利用基因工程培育出了耐鹽的轉基因棉花新品系，下列相關敘述正確的是(　　)
A．不可通過農桿菌轉化法將重組質粒導入受體細胞
B．含耐鹽基因的棉花細胞可經植物組織培養獲得完整植株
C．可用較高濃度的鹽水澆灌來鑒定棉花植株的耐鹽性
D．如果目的基因的核苷酸序列是全部未知的，可用PCR技術得到大量目的基因
答案　BC
10．動物基因工程前景廣闊，最令人興奮的是利用基因工程技術使哺乳動物成為乳腺生物反應器，以生產所需要的藥品，如轉基因動物生產人的生長激素。科學家培養轉基因動物成為乳腺生物反應器時(　　)
A．利用基因工程技術
B．不需要乳腺蛋白基因的啟動子
C．利用農桿菌轉化法將人的生長激素基因導入受精卵中
D．需要進入泌乳期才能成為“批量生產藥物的工廠”
答案　AD
解析　科學家培養轉基因動物時利用了基因工程技術，A正確；構建重組質粒需要將人的生長激素基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調控元件重組在一起，B錯誤；將重組質粒導入動物受精卵，常通過顯微注射法導入哺乳動物的受精卵中，然后將受精卵送入母體內使其生長發育成轉基因動物，C錯誤；由于轉入的目的基因在乳腺中可以高效表達，利用乳腺可以分泌蛋白的特性(人的生長激素屬于分泌蛋白)，所以在進入泌乳期能大量產生人的生長激素，D正確。
11．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，使其成為感受態細胞，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。
12．干擾素是動物體內合成的一種蛋白質，可以用于治療病毒感染和癌癥，但體外保存相當困難，如果將其分子上的一個半胱氨酸變成絲氨酸，就可以在－70 ℃條件下保存半年，這屬于蛋白質工程的范疇。下列相關說法正確的是(　　)
A．蛋白質工程可以生產自然界不存在的蛋白質
B．蛋白質工程生產干擾素的過程不遵循中心法則
C．對天然干擾素的改造須通過對基因的操作來實現
D．蛋白質空間結構復雜是蛋白質工程實施難度大的重要原因
答案　ACD
三、非選擇題
13．為使水稻獲得抗除草劑性狀，科研人員將除草劑草甘膦抗性基因轉入水稻植株，獲得抗草甘膦轉基因水稻?；卮鹣铝袉栴}：
(1)將草甘膦抗性基因作為_____________________，與Ti質粒構建基因表達載體。
(2)用______________處理農桿菌后獲得感受態細胞，將其與基因表達載體混合完成____________后，在添加潮霉素的培養基中，經篩選1得到含基因表達載體的農桿菌。
(3)取某品種水稻的幼胚，先進行__________處理，然后接種到培養基中，水稻幼胚細胞發生____________形成愈傷組織。用含基因表達載體的農桿菌侵染該愈傷組織。
(4)利用PCR技術，可以鑒定被侵染的愈傷組織中是否含有草甘膦抗性基因。草甘膦抗性基因的部分序列如下：
5′—ATGGCT……AGGAAC—3′
3′—TACCGA……TCCTTG—5′
根據上述序列應選擇引物________(填字母)進行PCR。
A．引物：5′—TACCGA—3′
B．引物：5′—GTTCCT—3′
C．引物：5′—AUGGCU—3′
D．引物：5′—ATGGCT—3′
(5)除了鑒定愈傷組織中是否含有目的基因以外，還可以利用GUS基因表達產物的鑒定進行圖中的篩選2，以確定目的基因是否________。兩次篩選后得到的轉基因愈傷組織經過細胞的__________過程，獲得轉基因水稻。
答案　(1)目的基因　(2)Ca2＋　轉化　(3)消毒　脫分化　(4)BD　(5)表達　再分化
解析　(4)已知草甘膦抗性基因的部分序列，由于PCR技術中，子鏈合成的方向是從5′－端到3′－端，因此應選擇引物B、D進行PCR。
14．科學家將動物體內的能夠合成胰島素的基因與大腸桿菌的DNA分子重組，并且在大腸桿菌體內表達成功。請據圖回答下列問題：
(1)圖中①DNA是以________________為模板，________形成單鏈DNA，在酶的作用下合成雙鏈DNA，從而獲得了所需要的基因。
(2)圖中②代表的是____________________酶，在它的作用下將質粒(__________DNA)切出____________末端。
(3)圖中④表示將________________________________________________________。
⑤表示__________隨大腸桿菌的繁殖而進行________。
(4)采用蛋白質工程可以對胰島素進行改造，使之起效時間縮短，保證餐后血糖高峰和血液中胰島素高峰一致。如果你是科研工作者，請寫出研制速效胰島素的思路：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(5)下列關于蛋白質工程的說法，不正確的是__________________________(填字母)。
A．蛋白質工程能將人抗體某些區段替代鼠單克隆抗體的區段，降低鼠單克隆抗體免疫原性
B．蛋白質工程可對酶的催化活性、底物專一性、抗氧化性、熱變性、堿變性等加以改變
C．理論上通過對關鍵氨基酸的轉換與增刪是進行蛋白質工程的唯一方法
D．蛋白質工程的崛起主要是工業生產和基礎理論研究的需要
答案　(1)原胰島素mRNA　逆轉錄　(2)特定的限制性內切核酸　小型環狀　黏性末端或平
(3)目的基因導入受體細胞　重組DNA　擴增　(4)預期速效胰島素的功能→設計速效胰島素應有的高級結構→推測應有的氨基酸序列→找到相對應的脫氧核苷酸序列　(5)C

展開更多......

收起↑