2024屆高考一輪復(fù)習(xí)生物學(xué)案（人教版）第十單元生物技術(shù)與工程第7課時(shí)基因工程的應(yīng)用和蛋白質(zhì)工程

第7課時(shí)基因工程的應(yīng)用和蛋白質(zhì)工程課標(biāo)要求1.舉例說明基因工程在農(nóng)牧、食品及醫(yī)藥等行業(yè)的廣泛應(yīng)用改善了人類的生活品質(zhì)。2.舉例說明依據(jù)人類需要對(duì)原有蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行基因改造、生產(chǎn)目標(biāo)蛋白的過程。考點(diǎn)一基因工程的應(yīng)用1．基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用2．基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用3．基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用1．基因工程應(yīng)用于提高植物抗逆能力，請(qǐng)思考回答下列轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的相關(guān)問題：(1)抗蟲棉能抗病毒、細(xì)菌、真菌嗎？為什么？提示不能。抗蟲基因具有專一性。(2)從環(huán)境保護(hù)角度出發(fā)，分析轉(zhuǎn)基因抗蟲棉與普通棉相比在害蟲防治方面的優(yōu)越性有哪些？提示減少了化學(xué)農(nóng)藥的使用量，降低了環(huán)境污染。(3)種植轉(zhuǎn)基因抗蟲棉若干年后，害蟲會(huì)不會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉產(chǎn)生抗性？為什么？提示會(huì)。害蟲會(huì)因遺傳物質(zhì)發(fā)生改變產(chǎn)生對(duì)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的抗性。2．為提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速度，需將外源生長(zhǎng)激素基因?qū)雱?dòng)物體內(nèi)，應(yīng)該選擇的受體細(xì)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(yǎng)物質(zhì)含量豐富，也能保障發(fā)育成的個(gè)體所有細(xì)胞都含有外源生長(zhǎng)激素基因，全能性較高。1．(2023·河南新鄉(xiāng)高三檢測(cè))基因工程蓬勃發(fā)展，下列有關(guān)基因工程的說法正確的是()A．基因工程在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用主要目的是培養(yǎng)體型巨大品質(zhì)優(yōu)良的動(dòng)物B．用基因工程方法培育的抗蟲植物也能抗病毒C．轉(zhuǎn)基因綿羊操作過程中生長(zhǎng)激素基因的受體細(xì)胞最好采用乳腺細(xì)胞D．在農(nóng)業(yè)方面，蛋白質(zhì)工程可用于改造某些參與調(diào)控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，增加糧食產(chǎn)量答案D解析基因工程在農(nóng)牧業(yè)上應(yīng)用的主要目的是提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度、改善畜產(chǎn)品品質(zhì)，而不是為了產(chǎn)生體型巨大的個(gè)體，A錯(cuò)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(cuò)誤；轉(zhuǎn)基因綿羊操作過程中生長(zhǎng)激素基因的受體細(xì)胞最好采用受精卵細(xì)胞，因?yàn)槭芫丫哂腥苄?，C錯(cuò)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μg，所以價(jià)格昂貴。某生物制品公司用如下方法(如圖所示)生產(chǎn)干擾素。從圖中可以看出，該公司生產(chǎn)干擾素運(yùn)用的方法是()A．個(gè)體間的雜交 B．基因工程C．蛋白質(zhì)工程 D．器官移植答案B解析從圖中可以看出，整個(gè)過程為將人的淋巴細(xì)胞中控制干擾素合成的基因與質(zhì)粒結(jié)合后導(dǎo)入酵母菌，并從酵母菌產(chǎn)物中提取干擾素，這項(xiàng)技術(shù)為基因工程。歸納總結(jié)乳腺生物反應(yīng)器與工程菌的比較比較內(nèi)容乳腺生物反應(yīng)器工程菌含義讓外源基因在哺乳動(dòng)物的乳腺中特異表達(dá)，利用動(dòng)物的乳腺組織生產(chǎn)藥物蛋白指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達(dá)的微生物基因表達(dá)合成的藥物蛋白與天然蛋白相同細(xì)菌合成的藥物蛋白可能沒有活性受體細(xì)胞動(dòng)物受精卵微生物細(xì)胞目的基因?qū)敕绞斤@微注射法Ca2＋處理法生產(chǎn)條件不需要嚴(yán)格滅菌，溫度等外界條件對(duì)其影響不大需要嚴(yán)格滅菌，嚴(yán)格控制工程菌所需的溫度、pH、營養(yǎng)物質(zhì)濃度等外界條件藥物提取從動(dòng)物乳汁中提取從微生物細(xì)胞或其培養(yǎng)液中提取考點(diǎn)二蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用1．蛋白質(zhì)工程的概念2．蛋白質(zhì)工程與基因工程的異同項(xiàng)目蛋白質(zhì)工程基因工程過程從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列→找到并改變相對(duì)應(yīng)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(zhì)目的基因的篩選與獲取→基因表達(dá)載體的構(gòu)建→將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞→目的基因的檢測(cè)與鑒定實(shí)質(zhì)定向改造或生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)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(chǎn)品結(jié)果可生產(chǎn)自然界中不存在的蛋白質(zhì)只能生產(chǎn)自然界中已存在的蛋白質(zhì)聯(lián)系蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代基因工程3.蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用(1)在醫(yī)藥方面①利用蛋白質(zhì)工程研發(fā)藥物。②實(shí)例：如果將干擾素分子上的一個(gè)半胱氨酸變成絲氨酸，在一定條件下，可以延長(zhǎng)保存時(shí)間。(2)在工業(yè)方面①蛋白質(zhì)工程被廣泛用于改進(jìn)酶的性能或開發(fā)新的工業(yè)用酶。②實(shí)例：枯草桿菌蛋白酶具有水解蛋白質(zhì)的作用，因此常被用于洗滌劑工業(yè)、絲綢工業(yè)等。(3)在農(nóng)業(yè)方面科學(xué)家正在嘗試改造某些參與調(diào)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(chǎn)量?；蚬こ淘谠瓌t上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)，這些天然蛋白質(zhì)是生物在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中形成的，它們的結(jié)構(gòu)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(chǎn)和生活的需要。蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)是生產(chǎn)出符合人類生產(chǎn)和生活需要的蛋白質(zhì)，甚至是自然界不存在的蛋白質(zhì)。結(jié)合圖示回答有關(guān)問題：(1)寫出流程圖中字母代表的含義：A．預(yù)期功能；B.氨基酸序列；C.改造或合成；D.轉(zhuǎn)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(zhì)工程的過程有A、C。(3)對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該是直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過對(duì)基因的操作來實(shí)現(xiàn)？原因是什么？提示應(yīng)該通過對(duì)基因的操作來實(shí)現(xiàn)對(duì)天然蛋白質(zhì)的改造。主要原因：①蛋白質(zhì)具有十分復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，基因的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)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(zhì)無法遺傳。3．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(zhǎng)時(shí)間才能進(jìn)入血液，進(jìn)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(chǎn)過程，下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()A．新的胰島素的預(yù)期功能是構(gòu)建新胰島素模型的主要依據(jù)B．新的胰島素生產(chǎn)過程中不涉及中心法則C．若用大腸桿菌生產(chǎn)新的胰島素，常用Ca2＋處理大腸桿菌D．新的胰島素功能的發(fā)揮必須依賴于蛋白質(zhì)正確的高級(jí)結(jié)構(gòu)答案B解析新的胰島素生產(chǎn)過程中涉及中心法則，B錯(cuò)誤；若要利用大腸桿菌生產(chǎn)新的胰島素，常用Ca2＋處理法提高導(dǎo)入的成功率，C正確；根據(jù)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的原理分析，新的胰島素功能的發(fā)揮必須依賴于蛋白質(zhì)正確的高級(jí)結(jié)構(gòu)，D正確。4．β-葡聚糖酶是一種在酒類、飼料等行業(yè)中具有重要用途的工業(yè)用酶。為提高β-葡聚糖酶的催化活性，科學(xué)家將其第20位、117位和165位賴氨酸突變?yōu)榻z氨酸。下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()A．改造后的β-葡聚糖酶的耐酸堿能力增強(qiáng)B．改造后的β-葡聚糖酶空間結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變C．對(duì)β-葡聚糖酶結(jié)構(gòu)的改造屬于蛋白質(zhì)工程D．可通過DNA分子測(cè)序法檢測(cè)突變是否成功答案A解析根據(jù)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(qiáng)，A錯(cuò)誤。歸納總結(jié)判斷基因工程和蛋白質(zhì)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(jīng)過對(duì)編碼蛋白序列進(jìn)行修飾、加工，或僅對(duì)其調(diào)控序列進(jìn)行加工，則屬于基因工程；如果將目的基因經(jīng)過了一些實(shí)質(zhì)性的改造，如對(duì)編碼蛋白序列進(jìn)行了堿基替換或增添或缺失某幾個(gè)堿基，則屬于蛋白質(zhì)工程。(2)如果合成的蛋白質(zhì)是天然蛋白質(zhì)，則是基因工程；如果合成的蛋白質(zhì)和天然蛋白質(zhì)有差異，甚至是自然界中所沒有的，則為蛋白質(zhì)工程。1．(經(jīng)典高考題)從某海洋動(dòng)物中獲得一基因，其表達(dá)產(chǎn)物為一種抗菌性和溶血性均較強(qiáng)的多肽P1。目前在P1的基礎(chǔ)上研發(fā)抗菌性強(qiáng)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(gòu)建含目的肽DNA片段的表達(dá)載體C．依據(jù)P1氨基酸序列設(shè)計(jì)多條模擬肽D．篩選出具有優(yōu)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(qiáng)的多肽，要設(shè)計(jì)出抗菌性強(qiáng)但溶血性弱的多肽，即在P1的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出自然界原本不存在的蛋白質(zhì)，用蛋白質(zhì)工程技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)。蛋白質(zhì)工程的基本途徑是從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列→找到并改變相對(duì)應(yīng)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(zhì)。故要想在P1的基礎(chǔ)上研發(fā)抗菌性強(qiáng)但溶血性弱的多肽藥物，首先要做的是依據(jù)P1的氨基酸序列設(shè)計(jì)出多條模擬肽，然后進(jìn)行改造，從而確定抗菌性強(qiáng)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(qiáng)?？蒲腥藛T將能表達(dá)出基因編輯系統(tǒng)的DNA序列轉(zhuǎn)入水稻，實(shí)現(xiàn)了對(duì)直鏈淀粉合成酶基因(Wx基因)啟動(dòng)子序列的定點(diǎn)編輯，從而獲得了3個(gè)突變品系。(1)將能表達(dá)出基因編輯系統(tǒng)的DNA序列插入Ti質(zhì)粒構(gòu)建重組載體時(shí)，所需的酶是____________________________________________________________________________，重組載體進(jìn)入水稻細(xì)胞并在細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過程稱為________。(2)根據(jù)啟動(dòng)子的作用推測(cè)，Wx基因啟動(dòng)子序列的改變影響了__________________________，從而改變了Wx基因的轉(zhuǎn)錄水平。與野生型水稻相比，3個(gè)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(fā)生”或“不發(fā)生”)改變，原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)為檢測(cè)啟動(dòng)子變化對(duì)Wx基因表達(dá)的影響，科研人員需要檢測(cè)Wx基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mRNA(WxmRNA)的量。檢測(cè)時(shí)分別提取各品系胚乳中的總RNA，經(jīng)____________過程獲得總cDNA。通過PCR技術(shù)可在總cDNA中專一性的擴(kuò)增出Wx基因的cDNA，原因是___________________________________________________________________________________________。(4)各品系WxmRNA量的檢測(cè)結(jié)果如圖所示，據(jù)圖推測(cè)糯性最強(qiáng)的品系為________，原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)限制性內(nèi)切核酸酶和DNA連接酶轉(zhuǎn)化(2)RNA聚合酶與啟動(dòng)子的識(shí)別和結(jié)合不發(fā)生編碼直鏈淀粉合成酶的堿基序列中不含啟動(dòng)子(3)逆轉(zhuǎn)錄引物是根據(jù)Wx基因的一段已知序列設(shè)計(jì)合成的(或引物能與Wx基因的cDNA特異性結(jié)合)(4)品系3品系3的WxmRNA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(qiáng)解析(1)構(gòu)建基因表達(dá)載體需要限制性內(nèi)切核酸酶和DNA連接酶，可以對(duì)目的基因和載體進(jìn)行切割和連接，重組載體進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過程稱為轉(zhuǎn)化。(2)RNA聚合酶與啟動(dòng)子識(shí)別和結(jié)合后啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄，啟動(dòng)子的序列改變會(huì)影響與RNA聚合酶的識(shí)別和結(jié)合，從而改變基因的轉(zhuǎn)錄，3個(gè)突變品系中改變的是啟動(dòng)子的序列，影響mRNA的轉(zhuǎn)錄，而編碼直鏈淀粉合成酶的堿基序列中不含有啟動(dòng)子的序列，所以編碼合成的直鏈淀粉酶的氨基酸序列不發(fā)生改變。(3)通過mRNA獲得cDNA是逆轉(zhuǎn)錄過程。PCR過程中需要模板、原料、酶、引物等，其中引物是根據(jù)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(kuò)增出Wx基因的cDNA，關(guān)鍵是要根據(jù)Wx基因的一段已知序列合成出相應(yīng)的引物。(4)據(jù)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(qiáng)，題圖中品系3中的WxmRNA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(qiáng)。3．(經(jīng)典高考題)已知生物體內(nèi)有一種蛋白質(zhì)(P)，該蛋白質(zhì)是一種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，由305個(gè)氨基酸組成。如果將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸，240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸，改變后的蛋白質(zhì)(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性?；卮鹣铝袉栴}：(1)從上述資料可知，若要改變蛋白質(zhì)的功能，可以考慮對(duì)蛋白質(zhì)的______________進(jìn)行改造。(2)以P基因序列為基礎(chǔ)，獲得P1基因的途徑有修飾________基因或合成________基因，所獲得的基因表達(dá)時(shí)是遵循中心法則的，中心法則的全部?jī)?nèi)容包括_________________________的復(fù)制，以及遺傳信息在不同分子之間的流動(dòng)，即：___________________________________。(3)蛋白質(zhì)工程也被稱為第二代基因工程，其基本途徑是從預(yù)期蛋白質(zhì)功能出發(fā)，通過_________________________和____________________，進(jìn)而確定相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列，據(jù)此獲得基因，再經(jīng)表達(dá)、純化獲得蛋白質(zhì)，之后還需要對(duì)蛋白質(zhì)的生物________進(jìn)行鑒定。答案(1)氨基酸序列(或結(jié)構(gòu))(2)PP1DNA和RNA(或遺傳物質(zhì))DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白質(zhì)(或轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄、翻譯)(3)設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)推測(cè)氨基酸序列功能4．(2022·湖南，22)水蛭是我國的傳統(tǒng)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(zhì)工程改造水蛭素結(jié)構(gòu)，提高其抗凝血活性?；卮鹣铝袉栴}：(1)蛋白質(zhì)工程流程如圖所示，物質(zhì)a是________________，物質(zhì)b是__________。在生產(chǎn)過程中，物質(zhì)b可能不同，合成的蛋白質(zhì)空間構(gòu)象卻相同，原因是______________________。(2)蛋白質(zhì)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(shù)擴(kuò)增。PCR技術(shù)遵循的基本原理是__________________。(3)將提取的水蛭蛋白經(jīng)甲、乙兩種蛋白酶水解后，分析水解產(chǎn)物中的肽含量及其抗凝血活性，結(jié)果如圖所示。推測(cè)兩種處理后酶解產(chǎn)物的抗凝血活性差異主要與肽的______(填“種類”或“含量”)有關(guān)，導(dǎo)致其活性不同的原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)若要比較蛋白質(zhì)工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解產(chǎn)物和天然水蛭素的抗凝血活性差異，簡(jiǎn)要寫出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路。____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)氨基酸序列多肽鏈mRNA密碼子的簡(jiǎn)并性(2)從基因文庫中獲取目的基因通過DNA合成儀用化學(xué)方法直接人工合成DNA半保留復(fù)制(3)種類提取的水蛭蛋白的酶解時(shí)間和處理的酶的種類不同，導(dǎo)致水蛭蛋白空間結(jié)構(gòu)有不同程度破壞(4)取3支試管，分別加入等量的蛋白質(zhì)工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解產(chǎn)物和天然水蛭素并編號(hào)1、2、3；用酒精消毒，用注射器取同一種動(dòng)物(如家兔)血液，立即將等量的血液加入1、2、3號(hào)三支試管中，靜置相同時(shí)間，統(tǒng)計(jì)三支試管中血液凝固時(shí)間解析(3)將提取的水蛭蛋白經(jīng)甲、乙兩種蛋白酶水解后，據(jù)圖可知，水解產(chǎn)物中的肽含量隨著酶解時(shí)間的延長(zhǎng)均上升，且差別不大。水解產(chǎn)物中抗凝血活性有差異，經(jīng)酶甲處理后，隨著酶解時(shí)間的延長(zhǎng)，抗凝血活性先上升后相對(duì)穩(wěn)定；經(jīng)酶乙處理后，隨著酶解時(shí)間的延長(zhǎng)，抗凝血活性先上升后下降。經(jīng)酶甲處理后的酶解產(chǎn)物的抗凝血活性最終高于經(jīng)酶乙處理后的酶解產(chǎn)物的抗凝血活性，且差異明顯。據(jù)此推測(cè)兩種酶處理后酶解產(chǎn)物的抗凝血活性差異主要與肽的種類有關(guān)，導(dǎo)致其活性不同的原因是提取的水蛭蛋白的酶解時(shí)間和酶的種類不同，導(dǎo)致水蛭蛋白空間結(jié)構(gòu)有不同程度的破壞。1．判斷關(guān)于基因工程的應(yīng)用的敘述(1)為培育抗除草劑的作物新品種，導(dǎo)入抗除草劑基因時(shí)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(yīng)用(×)(3)用基因工程方法從大腸桿菌和酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得的干擾素結(jié)構(gòu)和功能完全相同(×)2．判斷關(guān)于蛋白質(zhì)工程的原理及其應(yīng)用的敘述(1)蛋白質(zhì)工程需要改變蛋白質(zhì)分子的所有氨基酸序列(×)(2)基因工程在分子水平對(duì)基因進(jìn)行操作，蛋白質(zhì)工程在分子水平對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行操作(×)(3)蛋白質(zhì)工程可以改造酶，提高酶的熱穩(wěn)定性(√)3．填空默寫(1)(選擇性必修3P90)乳腺生物反應(yīng)器是指將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子等調(diào)控元件重組在一起，通過顯微注射的方法導(dǎo)入哺乳動(dòng)物的受精卵中，由這個(gè)受精卵發(fā)育成的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物在進(jìn)入泌乳期后，可以通過分泌乳汁來生產(chǎn)所需要的藥物。(2)(選擇性必修3P91)用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物(豬)做器官移植的供體，方法是將器官供體基因組導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達(dá)，或設(shè)法除去抗原決定基因，然后再結(jié)合克隆技術(shù)，培育出不會(huì)引起免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。(3)(選擇性必修3P93)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)，通過改造或合成基因，來改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類生產(chǎn)和生活的需求。(4)(選擇性必修3P93)基因工程原則上只能生產(chǎn)自然界中已存在的蛋白質(zhì)。(5)(選擇性必修3P94)對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)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3P94)蛋白質(zhì)工程的基本思路是從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列→找到并改變相對(duì)應(yīng)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(zhì)。課時(shí)精練一、選擇題1．人乳鐵蛋白是乳汁中主要的鐵結(jié)合蛋白，可提高人體吸收鐵的能力，增強(qiáng)免疫力。研究者通過生物工程技術(shù)制備山羊乳腺反應(yīng)器，過程如圖。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()A．①過程構(gòu)建的表達(dá)載體含有組織特異性啟動(dòng)子B．②過程通常在顯微鏡下進(jìn)行去核、注入等操作C．該過程培養(yǎng)的山羊所有組織細(xì)胞均能分泌人乳鐵蛋白D．該過程利用了轉(zhuǎn)基因、核移植和胚胎移植等工程技術(shù)答案C解析①過程構(gòu)建的表達(dá)載體含有組織特異性啟動(dòng)子，即RNA聚合酶的結(jié)合部位，A正確；該過程培養(yǎng)的山羊只有乳腺細(xì)胞能分泌人乳鐵蛋白，C錯(cuò)誤。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(dǎo)入的抗草甘膦基因整合到大豆體細(xì)胞(二倍體)的一條染色體上，將該細(xì)胞組織培養(yǎng)獲得的多個(gè)大豆植株混種在一塊實(shí)驗(yàn)田，得到F1，科研人員用草甘膦對(duì)F1大豆植株進(jìn)行處理，有1/4的個(gè)體被淘汰掉，將剩下的大豆植株再進(jìn)行田間混種得到F2，再用除草劑處理，如此下去。下列有關(guān)說法錯(cuò)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(shí)驗(yàn)田中的抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆種群發(fā)生了進(jìn)化C．在獲得的F3中，能穩(wěn)定遺傳的抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆植株占4/9D．能穩(wěn)定遺傳的抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆，后代偶然會(huì)出現(xiàn)不抗草甘膦的個(gè)體，且這種特性能夠遺傳，可能是發(fā)生了基因突變或者染色體變異答案C解析由于導(dǎo)入的抗草甘膦基因整合到大豆體細(xì)胞(二倍體)的一條染色體上，假設(shè)相關(guān)基因用A、a表示，相當(dāng)于Aa，自交一代，F(xiàn)1種植的抗草甘膦的植株基因型為1/3AA、2/3Aa，進(jìn)行田間混種得到F2，再用除草劑處理，如此下去，F(xiàn)2中為4/9AA、4/9Aa、1/9aa，即F2種植了1/2AA、1/2Aa，產(chǎn)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(wěn)定遺傳的抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆植株占9/16，C錯(cuò)誤。3．(2023·河北石家莊高三模擬)下列有關(guān)利用乳腺生物反應(yīng)器與微生物生產(chǎn)藥物的敘述，錯(cuò)誤的是()A．前者可在乳汁中提取藥物，后者可在細(xì)胞中提取B．兩者都是基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用C．前者合成的蛋白質(zhì)可加工成熟，后者合成的蛋白質(zhì)一般不能加工成熟D．動(dòng)物和微生物的基因結(jié)構(gòu)與人體的基因結(jié)構(gòu)均相同答案D4．幾丁質(zhì)是許多真菌細(xì)胞壁的重要成分，幾丁質(zhì)酶可催化其水解。將幾丁質(zhì)酶基因轉(zhuǎn)入菊花體內(nèi)，可增強(qiáng)其抗真菌病的能力。下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()A．將幾丁質(zhì)酶基因插入Ti質(zhì)粒的T－DNA上構(gòu)建表達(dá)載體B．可通過顯微注射法將農(nóng)桿菌導(dǎo)入菊花受體細(xì)胞C．可用PCR等技術(shù)檢測(cè)目的基因是否成功導(dǎo)入D．可用真菌接種實(shí)驗(yàn)檢測(cè)轉(zhuǎn)基因菊花對(duì)真菌的抗性程度答案B解析可通過農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將農(nóng)桿菌導(dǎo)入菊花受體細(xì)胞，顯微注射法是用于將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞的方法，B錯(cuò)誤。5．(2023·安徽阜陽高三模擬)乙烯生物合成酶基因可以控制乙烯的合成，科學(xué)家將該基因的反義基因?qū)敕鸭?xì)胞內(nèi)，培育轉(zhuǎn)基因延熟番茄，延長(zhǎng)其儲(chǔ)藏期。反義基因的作用機(jī)制如圖所示，下列說法錯(cuò)誤的是()A．有意義mRNA和反義mRNA是通過相應(yīng)基因轉(zhuǎn)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(bǔ)的C．乙烯是乙烯生物合成酶基因的表達(dá)產(chǎn)物，可促進(jìn)果實(shí)成熟D．因?yàn)閙RNA形成雙鏈后無法進(jìn)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(dá)產(chǎn)物可以控制乙烯的合成，乙烯不是其表達(dá)產(chǎn)物，C錯(cuò)誤。6．(2023·江蘇無錫高三調(diào)研)動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器是一項(xiàng)利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的乳腺代替?zhèn)鹘y(tǒng)的生物發(fā)酵，進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)可供治療人類疾病或用于保健的活性蛋白質(zhì)的現(xiàn)代生物技術(shù)?？茖W(xué)家已在牛和羊等動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器中表達(dá)出了抗凝血酶、血清白蛋白、生長(zhǎng)激素等重要藥品，其大致過程如圖所示。下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是()A．通過③形成的重組質(zhì)粒具有人的藥用蛋白基因、啟動(dòng)子、終止子和標(biāo)記基因即可B．④通常采用顯微注射技術(shù)C．在轉(zhuǎn)基因母牛的乳腺細(xì)胞中人的藥用蛋白基因才會(huì)得以表達(dá)，因此可以從乳汁中提取藥物D．該技術(shù)生產(chǎn)藥物的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)量高、質(zhì)量好、易提取答案A解析要讓藥用蛋白基因在乳腺細(xì)胞內(nèi)表達(dá)并分泌含藥物的乳汁，重組質(zhì)粒上必須具有乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子等調(diào)控元件，A錯(cuò)誤。7．(2023·江蘇金沙中學(xué)高三期中)葡萄糖異構(gòu)酶在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，科學(xué)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(guān)敘述正確的是()A．蛋白質(zhì)功能是由氨基酸的種類和數(shù)量決定B．改造蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)可通過改造基因結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)C．蛋白質(zhì)工程不可以定向改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)D．酶最適溫度提高是因?yàn)楦彼岜雀拾彼岣蜔岽鸢窧解析蛋白質(zhì)的功能是由蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定的，從根本上來說，是由基因決定的，A錯(cuò)誤；改造蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)可通過改造編碼蛋白質(zhì)的基因結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，B正確；蛋白質(zhì)工程可以獲得特定功能的蛋白質(zhì)，因此可以定向改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，C錯(cuò)誤；酶最適溫度提高是因?yàn)槊傅目臻g結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，D錯(cuò)誤。8．(2023·安徽淮南高三檢測(cè))下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法正確的是()A．蛋白質(zhì)工程無需構(gòu)建基因表達(dá)載體B．蛋白質(zhì)工程需要限制性內(nèi)切核酸酶和DNA連接酶C．對(duì)蛋白質(zhì)的改造是通過直接改造相應(yīng)的mRNA來實(shí)現(xiàn)的D．蛋白質(zhì)工程的流程和天然蛋白質(zhì)合成的過程是相同的答案B解析蛋白質(zhì)工程是以基因工程為基礎(chǔ)的，蛋白質(zhì)工程需要限制性內(nèi)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(gòu)建基因表達(dá)載體，A錯(cuò)誤，B正確；對(duì)蛋白質(zhì)的改造是通過直接改造相應(yīng)的基因來實(shí)現(xiàn)的，C錯(cuò)誤；蛋白質(zhì)工程是從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)，設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列，找到相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)，獲得所需要的蛋白質(zhì)，故蛋白質(zhì)工程的流程和天然蛋白質(zhì)合成的過程是不完全相同的，D錯(cuò)誤。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(dá)外源蛋白，但自身蛋白分泌到培養(yǎng)基的較少。研究人員將人的膠原蛋白基因?qū)爰状冀湍钢胁⒊晒Ρ磉_(dá)。下列有關(guān)敘述不正確的是()A．用兩種酶切割目的基因和質(zhì)粒，可防止目的基因反向連接和質(zhì)粒的自身環(huán)化B．常用顯微注射法將膠原蛋白基因?qū)爰状冀湍钢蠧．與大腸桿菌相比，甲醇酵母作受體菌所表達(dá)出的膠原蛋白與人體產(chǎn)生的膠原蛋白結(jié)構(gòu)更相近D．與其他酵母菌相比，甲醇酵母作受體菌便于表達(dá)出的膠原蛋白的分離與純化答案B解析常用Ca2＋處理細(xì)胞，使其處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)，然后再將重組目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞，B錯(cuò)誤；與大腸桿菌作受體相比，甲醇酵母為真核生物，表達(dá)出的膠原蛋白經(jīng)過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體的加工，所以與人體產(chǎn)生的膠原蛋白結(jié)構(gòu)更相近，C正確；與其他酵母菌相比，甲醇酵母可以高效表達(dá)外源蛋白，但自身蛋白分泌到培養(yǎng)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(zhì)水解為氨基酸，在有機(jī)溶劑中也能催化多肽的合成，被廣泛應(yīng)用于洗滌劑、制革及絲綢工業(yè)。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(shí)的活力提高了10倍。下列說法正確的是()A．需要通過改造基因?qū)崿F(xiàn)對(duì)蛋白質(zhì)中氨基酸的替換B．該成果體現(xiàn)了蛋白質(zhì)工程在培育新物種方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)C．經(jīng)蛋白質(zhì)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(zhì)工程最終要達(dá)到的目的是獲取編碼蛋白質(zhì)的基因序列信息答案A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?qū)崿F(xiàn)，A正確；該成果培育了新品種，而不是新物種，B錯(cuò)誤；經(jīng)蛋白質(zhì)工程改造后的枯草桿菌蛋白酶的基因發(fā)生了改變，因此經(jīng)蛋白質(zhì)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(cuò)誤；蛋白質(zhì)工程是在深入了解蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，雖然合成了改造的基因，但它最終要達(dá)到的目的是改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造新的蛋白質(zhì)，滿足人類的需求，D錯(cuò)誤。11．閱讀如下資料，判斷下列各項(xiàng)描述不合理的是()資料甲：科學(xué)家將牛生長(zhǎng)激素基因?qū)胄∈笫芫阎?，得到了體型巨大的“超級(jí)小鼠”。資料乙：T4溶菌酶在溫度較高時(shí)易失去活性，科學(xué)家對(duì)編碼T4溶菌酶的基因進(jìn)行改造，使其表達(dá)的T4溶菌酶的第3位的異亮氨酸變?yōu)榘腚装彼?，在該半胱氨酸與第97位的半胱氨酸之間形成了一個(gè)二硫鍵，提高了T4溶菌酶的耐熱性。A．甲屬于基因工程，乙屬于蛋白質(zhì)工程B．甲中將目的基因?qū)胄∈蠹?xì)胞中常用顯微注射法C．乙中通過對(duì)基因改造實(shí)現(xiàn)了對(duì)蛋白質(zhì)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(zhì)答案D解析甲中的“超級(jí)小鼠”的培育，與導(dǎo)入的牛生長(zhǎng)激素基因有關(guān)，屬于基因工程，資料乙顯示科學(xué)家將編碼T4溶菌酶的基因進(jìn)行了改造，這屬于蛋白質(zhì)工程，A合理；甲中小鼠的受精卵屬于動(dòng)物細(xì)胞，將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞中常用顯微注射法，B合理；乙中通過對(duì)編碼T4溶菌酶的基因進(jìn)行改造，導(dǎo)致組成T4溶菌酶的肽鏈中的氨基酸序列發(fā)生了改變，實(shí)現(xiàn)了對(duì)蛋白質(zhì)的改造，C合理；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(zhì)，D不合理。12．(2023·江蘇南京高三模擬)下面是蛋白質(zhì)工程的基本途徑，據(jù)圖分析，下列敘述錯(cuò)誤的是()A．a(chǎn)過程所需原料是核糖核苷酸，b過程所需原料是氨基酸B．參與c過程的細(xì)胞器有核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、線粒體等C．d過程的主要依據(jù)是每種氨基酸都有其對(duì)應(yīng)的密碼子D．通過蛋白質(zhì)工程可以獲得人類需要的蛋白質(zhì)答案B解析a過程為轉(zhuǎn)錄，是合成mRNA的過程，所需的原料是核糖核苷酸，A正確；c過程為多肽的加工與折疊，參與c過程的細(xì)胞器有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、線粒體等，核糖體是合成多肽的場(chǎng)所，B錯(cuò)誤；d過程為DNA合成，主要依據(jù)是每種氨基酸都有其對(duì)應(yīng)的密碼子，C正確。二、非選擇題13．已知鐮狀細(xì)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(dǎo)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(yù)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(jīng)歷了血源性疫苗和基因工程疫苗階段?；卮鹣铝袉栴}：(1)將正常的血紅蛋白基因?qū)牖颊叩墓撬柙煅杉?xì)胞中，可以合成正常的血紅蛋白達(dá)到治療的目的。此操作__________(填“屬于”或“不屬于”)蛋白質(zhì)工程，理由是該操作______________________________________________。(2)用基因工程方法制備血紅蛋白時(shí)，可先提取早期紅細(xì)胞中的__________，以其作為模板，在________酶的作用下反(逆)轉(zhuǎn)錄合成cDNA。cDNA與載體需在限制酶和____________酶的作用下，構(gòu)建基因表達(dá)載體，導(dǎo)入受體菌后進(jìn)行表達(dá)。(3)如圖為“乙肝基因工程疫苗”的生產(chǎn)和使用過程，質(zhì)粒中l(wèi)acZ基因可使細(xì)菌利用加入培養(yǎng)基的物質(zhì)X－gal，從而使菌落顯現(xiàn)出藍(lán)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(xì)胞中分離以外，還可以通過____________來獲得。據(jù)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(zhì)粒的大腸桿菌，可在培養(yǎng)大腸桿菌的通用培養(yǎng)基中加入________________，培養(yǎng)一段時(shí)間挑選出____________色的菌落進(jìn)一步培養(yǎng)獲得大量目的菌。答案(1)不屬于沒有對(duì)現(xiàn)有的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造(或沒有對(duì)基因進(jìn)行修飾)(2)mRNA(或RNA)逆轉(zhuǎn)錄DNA連接(3)只用BamHⅠ同時(shí)用EcoRⅠ和BamHⅠ(4)人工合成(或PCR技術(shù)擴(kuò)增)指導(dǎo)乙肝病毒蛋白質(zhì)外殼的合成(5)青霉素和X－gal白解析(1)蛋白質(zhì)工程通過改造或合成基因，來改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)，或制造一種新的蛋白質(zhì)，由于該操作中沒有對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行改造或合成新的基因，因此不屬于蛋白質(zhì)工程。(2)因?yàn)檠t蛋白基因只在早期紅細(xì)胞中表達(dá)，所以可從其中提取mRNA，以mRNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下反(逆)轉(zhuǎn)錄合成cDNA。構(gòu)建基因表達(dá)載體需要限制酶和DNA連接酶協(xié)助。(3)根據(jù)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(shí)別序列和切割位點(diǎn)，用EcoRV切割會(huì)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(shí)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(shù)擴(kuò)增和人工合成。根據(jù)圖中④目的基因最終產(chǎn)生乙肝病毒外殼進(jìn)行接種，說明該目的基因具體功能是指導(dǎo)合成乙肝病毒蛋白質(zhì)外殼。(5)用限制酶BamHⅠ切割