新教材適用2024版高考生物二輪總復(fù)習(xí)第1部分核心考點(diǎn)突破專題9生物技術(shù)與工程第3講基因工程與生物技術(shù)的安全性和倫理問題核心考點(diǎn)二蛋白質(zhì)工程和生物技術(shù)的安全性和倫理問題教師用書

核心考點(diǎn)二蛋白質(zhì)工程和生物技術(shù)的安全性和倫理問題1.蛋白質(zhì)工程(1)基本思路：預(yù)期蛋白質(zhì)功能→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)的脫氧核苷酸序列或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質(zhì)。(2)蛋白質(zhì)工程難度很大的原因：蛋白質(zhì)發(fā)揮功能必須依賴于正確的高級(jí)結(jié)構(gòu)，而這種高級(jí)結(jié)構(gòu)往往十分復(fù)雜。(3)對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新的蛋白質(zhì)，必須通過基因修飾或基因合成來實(shí)現(xiàn)。2.生物技術(shù)的安全性與倫理性(1)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性。①轉(zhuǎn)基因成果eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(轉(zhuǎn)基因微生物方面研究最早、最,廣泛和取得實(shí)際應(yīng)用成果最多,轉(zhuǎn)基因動(dòng)物方面,轉(zhuǎn)基因植物方面))②理性看待轉(zhuǎn)基因技術(shù)(2)生殖性克隆人的倫理問題。①治療性克隆與生殖性克隆類型項(xiàng)目治療性克隆生殖性克隆區(qū)別目的治療疾病用于生育、獲得人的復(fù)制品產(chǎn)物細(xì)胞、組織、器官新個(gè)體聯(lián)系都屬于無性生殖；遺傳信息不變②中國(guó)政府態(tài)度：不反對(duì)治療性克隆，反對(duì)生殖性克隆。(3)試管嬰兒和設(shè)計(jì)試管嬰兒的比較①圖示過程中①②③是試管嬰兒的培育過程，①②④⑤是設(shè)計(jì)試管嬰兒的培育過程。②后者比前者多了胚胎移植前的“遺傳學(xué)診斷”或“基因檢測(cè)”。③前者主要是解決不孕夫婦的生育問題，后者可用于白血病、貧血癥等的治療。④相同點(diǎn)：都是體外受精，并進(jìn)行體外胚胎培養(yǎng)，都要經(jīng)過胚胎移植，都是有性生殖。(4)禁止生物武器。①生物武器的種類：致病菌、病毒、生化毒劑等。②中國(guó)政府的態(tài)度：在任何情況下不發(fā)展、不生產(chǎn)、不儲(chǔ)存生物武器，并反對(duì)生物武器及其技術(shù)和設(shè)備的擴(kuò)散。真題感悟?？碱}型一蛋白質(zhì)工程典例1(2022·重慶卷)將人胰島素A鏈上1個(gè)天冬氨酸替換為甘氨酸，B鏈末端增加2個(gè)精氨酸，可制備出一種人工長(zhǎng)效胰島素。下列關(guān)于該胰島素的敘述，錯(cuò)誤的是(A)A．進(jìn)入人體后需經(jīng)高爾基體加工B．比人胰島素多了2個(gè)肽鍵C．與人胰島素有相同的靶細(xì)胞D．可通過基因工程方法生產(chǎn)【解析】胰島素作用于細(xì)胞表面的受體，不需要經(jīng)高爾基體的加工，A錯(cuò)誤；人工長(zhǎng)效胰島素比人胰島素的B鏈上多了兩個(gè)精氨酸，氨基酸與氨基酸之間通過肽鍵連接，故多2個(gè)肽鍵，B正確；人工胰島素和人胰島素作用相同，都是降血糖的作用，故靶細(xì)胞相同，C正確；人工長(zhǎng)效胰島素是對(duì)天然蛋白質(zhì)的改造，需要通過基因工程生產(chǎn)，D正確。典例2(廣東卷)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(C)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【解析】蛋白質(zhì)工程的基本途徑是從預(yù)期蛋白質(zhì)(目的肽多肽藥物)的功能(抗菌性強(qiáng)但溶血性弱)出發(fā)→設(shè)計(jì)預(yù)期蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)→推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列(即C項(xiàng)表述)→合成相應(yīng)的基因(即A項(xiàng)表述)→構(gòu)建相應(yīng)的基因表達(dá)載體(即B項(xiàng)表述)→導(dǎo)入受體細(xì)胞，相應(yīng)基因的表達(dá)與鑒定(即D項(xiàng)表述)。從中可看出，首先要做的是依據(jù)P1氨基酸序列設(shè)計(jì)多條模擬肽，故選C。典例3(2022·湖南卷)水蛭是我國(guó)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是氨基酸序列多肽鏈，物質(zhì)b是mRNA。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，原因是密碼子的簡(jiǎn)并性。(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從基因文庫(kù)中獲取目的基因、通過DNA合成儀用化學(xué)方法直接人工合成和利用PCR技術(shù)擴(kuò)增。PCR技術(shù)遵循的基本原理是DNA半保留復(fù)制。(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種類(填“種類”或“含量”)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)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；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?！窘馕觥?1)據(jù)圖可知，物質(zhì)a是氨基酸序列多肽鏈，物質(zhì)b是mRNA。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，原因是密碼子的簡(jiǎn)并性，即一種氨基酸可能有幾個(gè)密碼子。(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從基因文庫(kù)中獲取目的基因、通過DNA合成儀用化學(xué)方法直接人工合成和利用PCR技術(shù)擴(kuò)增。PCR技術(shù)遵循的基本原理是DNA雙鏈復(fù)制。(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；而水解產(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，且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，差異明顯，據(jù)此推測(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)有不同程度破壞。(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，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路為：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；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。典例4(2022·天津卷)Ⅰ型糖尿病是因免疫系統(tǒng)將自身胰島素作為抗原識(shí)別而引起的自身免疫病。小腸黏膜長(zhǎng)期少量吸收胰島素抗原，能誘導(dǎo)免疫系統(tǒng)識(shí)別該抗原后應(yīng)答減弱，從而緩解癥狀。科研人員利用Ⅰ型糖尿病模型小鼠進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，使乳酸菌在小鼠腸道內(nèi)持續(xù)產(chǎn)生人胰島素抗原，為此構(gòu)建重組表達(dá)載體，技術(shù)路線如下。據(jù)圖回答：(1)為使人胰島素在乳酸菌中高效表達(dá)，需改造其編碼序列。下圖是改造前后人胰島素B鏈編碼序列的起始30個(gè)核苷酸序列。據(jù)圖分析，轉(zhuǎn)錄形成的mRNA中，該段序列所對(duì)應(yīng)的片段內(nèi)存在堿基替換的密碼子數(shù)有6個(gè)。(2)在人胰島素A、B肽鏈編碼序列間引入一段短肽編碼序列，確保等比例表達(dá)A、B肽鏈。下列有關(guān)分析正確的是ABCD。A．引入短肽編碼序列不能含終止子序列B．引入短肽編碼序列不能含終止密碼子編碼序列C．引入短肽不能改變A鏈氨基酸序列D．引入短肽不能改變?cè)艘葝u素抗原性(3)在重組表達(dá)載體中，SacⅠ和XbaⅠ限制酶僅有圖示的酶切位點(diǎn)。用這兩種酶充分酶切重組表達(dá)載體，可形成3種DNA片段。(4)檢測(cè)轉(zhuǎn)化的乳酸菌發(fā)現(xiàn)，信號(hào)肽—重組人胰島素分布在細(xì)胞壁上。由此推測(cè)，信號(hào)肽的合成和運(yùn)輸所經(jīng)歷的細(xì)胞結(jié)構(gòu)依次是核糖體、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、細(xì)胞膜、細(xì)胞壁。(5)用轉(zhuǎn)化的乳酸菌飼喂Ⅰ型糖尿病模型小鼠一段時(shí)間后，小鼠體內(nèi)出現(xiàn)人胰島素抗原，能夠特異性識(shí)別它的免疫細(xì)胞有AB。A．B細(xì)胞 B．T細(xì)胞C．吞噬細(xì)胞 D．漿細(xì)胞【解析】(1)從圖示可知，改造前后人胰島素B鏈編碼序列的起始30個(gè)核苷酸序列有7個(gè)核苷酸發(fā)生了替換，則其轉(zhuǎn)錄形成的mRNA中，也會(huì)有7個(gè)核苷酸發(fā)生改變，一個(gè)密碼子由mRNA上三個(gè)連續(xù)的堿基組成，由此可知，該段序列所對(duì)應(yīng)的片段內(nèi)存在堿基替換的密碼子數(shù)有6個(gè)。(2)要確保等比例表達(dá)A、B肽鏈，則需A、B肽鏈一起合成，即啟動(dòng)子和終止子在人胰島素A、B鏈編碼序列兩端，在其中間加入一段短肽編碼序列后，序列中間不能出現(xiàn)終止子，所轉(zhuǎn)錄得到的mRNA中間也不能出現(xiàn)終止密碼子，同時(shí)不能改變肽鏈的氨基酸序列和它的功能，綜上，答案選ABCD。(3)在重組表達(dá)載體中，SacⅠ和XbaⅠ限制酶切位點(diǎn)分別有2個(gè)和1個(gè)，當(dāng)將重組表達(dá)載體用SacⅠ和XbaⅠ限制酶充分酶切后，會(huì)形成3個(gè)缺口，得到3種不同的DNA片段。(4)乳酸菌屬于原核細(xì)胞，其細(xì)胞壁上的信號(hào)肽在核糖體上合成后，到細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中加工，再將其運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞膜上，進(jìn)而轉(zhuǎn)移到細(xì)胞壁。(5)人胰島素抗原能引起小鼠的特異性免疫，在特異性免疫過程中，B細(xì)胞和T細(xì)胞能特異性識(shí)別抗原，而吞噬細(xì)胞能識(shí)別抗原，但不是特異性識(shí)別，漿細(xì)胞不能識(shí)別抗原。歸納提升：蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較項(xiàng)目蛋白質(zhì)工程基因工程區(qū)別過程預(yù)期的蛋白質(zhì)功能→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→找到并改變相應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→獲得蛋白質(zhì)獲取目的基因→構(gòu)建基因表達(dá)載體→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)果生產(chǎn)自然界中沒有的蛋白質(zhì)生產(chǎn)自然界中已有的蛋白質(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，是對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新的蛋白質(zhì)，必須通過改造或合成基因?qū)崿F(xiàn)?？碱}型二生物技術(shù)的安全性和倫理問題典例5(2023·浙江1月卷)以哺乳動(dòng)物為研究對(duì)象的生物技術(shù)已獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。對(duì)生物技術(shù)應(yīng)用于人類，在安全與倫理方面有不同的觀點(diǎn)，下列敘述正確的是(D)A．試管嬰兒技術(shù)應(yīng)全面禁止B．治療性克隆不需要監(jiān)控和審查C．生殖性克隆不存在倫理道德方面的風(fēng)險(xiǎn)D．我國(guó)不贊成、不允許、不支持、不接受任何生殖性克隆人實(shí)驗(yàn)【解析】我國(guó)政府一再重申四不原則：不贊成、不允許、不支持、不接受任何生殖性克隆人實(shí)驗(yàn)，但治療性克隆可在有效監(jiān)控和嚴(yán)格審查下實(shí)施，A錯(cuò)誤；我國(guó)政府同樣重視治療性克隆所涉及的倫理問題，主張對(duì)治療性克隆進(jìn)行有效監(jiān)控和嚴(yán)格審查，B錯(cuò)誤；生殖性克隆人沖擊了現(xiàn)有的一些有關(guān)婚姻、家庭和兩性關(guān)系的倫理道德觀念，C錯(cuò)誤；我國(guó)政府一再重申四不原則：不贊成、不允許、不支持、不接受任何生殖性克隆人實(shí)驗(yàn)，D正確。故選D。典例6(2019·江蘇卷)下列生物技術(shù)操作對(duì)遺傳物質(zhì)的改造，不會(huì)遺傳給子代的是(D)A．將胰島素基因表達(dá)質(zhì)粒轉(zhuǎn)入大腸桿菌，篩選獲得基因工程菌B．將花青素代謝基因?qū)胫参矬w細(xì)胞，經(jīng)組培獲得花色變異植株C．將腸乳糖酶基因?qū)肽膛Ｊ芫?，培育出產(chǎn)低乳糖牛乳的奶牛D．將腺苷酸脫氨酶基因轉(zhuǎn)入淋巴細(xì)胞后回輸患者，進(jìn)行基因治療【解析】將含胰島素基因表達(dá)載體的重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)入大腸桿菌獲得的轉(zhuǎn)基因菌，可以通過二分裂將胰島素基因傳給后代，A不符合題意；將花青素代謝基因?qū)胫参矬w細(xì)胞，再經(jīng)植物組織培養(yǎng)獲得的植株所有細(xì)胞均含有花青素代謝基因，花青素代謝基因會(huì)隨該植物傳給后代，B不符合題意；將腸乳糖酶基因?qū)肽膛Ｊ芫眩嘤霎a(chǎn)低乳糖牛乳的奶牛所有細(xì)胞均含有腸乳糖酶基因，可以遺傳給后代，C不符合題意；該患者進(jìn)行基因治療時(shí)，只有淋巴細(xì)胞含有該腺苷酸脫氨酶基因，性原細(xì)胞不含該基因，故不能遺傳給后代，D符合題意。典例7(重慶卷)生物技術(shù)安全性和倫理問題是社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)。下列敘述，錯(cuò)誤的是(D)A．應(yīng)嚴(yán)格選擇轉(zhuǎn)基因植物的目的基因，避免產(chǎn)生對(duì)人類有害的物質(zhì)B．當(dāng)今社會(huì)的普遍觀點(diǎn)是禁止克隆人的實(shí)驗(yàn)，但不反對(duì)治療性克隆C．反對(duì)設(shè)計(jì)試管嬰兒的原因之一是有人濫用此技術(shù)選擇性設(shè)計(jì)嬰兒D．生物武器是用微生物、毒素、干擾素及重組致病菌等來形成殺傷力【解析】在應(yīng)用基因工程技術(shù)培育轉(zhuǎn)基因植物時(shí)，應(yīng)避免選擇可能產(chǎn)生對(duì)人類有害物質(zhì)的目的基因，A項(xiàng)正確；在對(duì)克隆技術(shù)引發(fā)的倫理問題的爭(zhēng)論中，普遍的觀點(diǎn)是禁止克隆人的實(shí)驗(yàn)，但不反對(duì)治療性克隆，B項(xiàng)正確；在對(duì)胚胎工程技術(shù)引發(fā)的倫理問題的爭(zhēng)論中，反對(duì)設(shè)計(jì)試管嬰兒的原因之一是可能有人濫用此技術(shù)選擇性設(shè)計(jì)嬰兒，C項(xiàng)正確；生物武器種類包括致病菌、病毒、基因重組的致病菌、生化毒劑等，不包括干擾素，干擾素是動(dòng)物細(xì)胞在受到某些病毒感染后分泌的具有抗病毒功能的宿主特異性糖蛋白，D項(xiàng)錯(cuò)誤。典例8(江蘇卷)下列關(guān)于轉(zhuǎn)基因生物安全性的敘述中，錯(cuò)誤的是(B)A．我國(guó)已經(jīng)對(duì)轉(zhuǎn)基因食品和轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品強(qiáng)制實(shí)施了產(chǎn)品標(biāo)識(shí)制度B．國(guó)際上大多數(shù)國(guó)家都在轉(zhuǎn)基因食品標(biāo)簽上警示性注明可能的危害C．開展風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、預(yù)警跟蹤和風(fēng)險(xiǎn)管理是保障轉(zhuǎn)基因生物安全的前提D．目前對(duì)轉(zhuǎn)基因生物安全性的爭(zhēng)論主要集中在食用安全性和環(huán)境安全性上【解析】我國(guó)為保護(hù)消費(fèi)者的知情權(quán)，已經(jīng)對(duì)轉(zhuǎn)基因食品和轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品強(qiáng)制實(shí)施了產(chǎn)品標(biāo)識(shí)制度，A項(xiàng)正確；轉(zhuǎn)基因生物是否存在安全問題，尚在爭(zhēng)論之中，國(guó)家為了維護(hù)消費(fèi)者對(duì)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的選擇權(quán)和知情權(quán)，一般會(huì)加貼標(biāo)注，但不會(huì)警示性注明可能的危害，B項(xiàng)錯(cuò)誤；保障轉(zhuǎn)基因生物安全的前提是開展風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、預(yù)警跟蹤和風(fēng)險(xiǎn)管理等，C項(xiàng)正確；目前對(duì)轉(zhuǎn)基因生物安全性的爭(zhēng)論主要集中在食用安全性和環(huán)境安全性上，此外還有生物安全問題，D項(xiàng)正確。歸納提升：對(duì)克隆的理解克隆是指無性繁殖系，具體地說，是指從一個(gè)共同祖先通過無性繁殖的方法繁殖出來的