2024年高中生物新教材同步選擇性必修第三冊第3章基因工程第3節(jié)基因工程的應用課程內容標準核心素養(yǎng)對接1.舉例說出基因工程在農牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生和食品工業(yè)等方面的應用。2.認同基因工程的應用價值。3.關注基因工程的進展。1.生命觀念——舉例說出植物基因工程、動物基因工程的成果及其給人類帶來的影響。2.社會責任——用基因工程培育優(yōu)良品種或細胞產品，造福人類。知識點1基因工程在農牧業(yè)方面的應用知識點2基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域的應用技術方法①對微生物或動植物的細胞進行基因改造，使它們能夠生產藥物②利用乳腺生物反應器生產藥物：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，培育出的轉基因動物通過分泌乳汁生產所需要的藥物③培育移植器官：在器官供體的基因組中導入某種調節(jié)因子，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器官實例重組人干擾素、促紅細胞生成素、抗凝血酶、血清白蛋白等知識點3基因工程在食品工業(yè)方面的應用技術方法利用基因工程菌生產食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等。例如將編碼牛凝乳酶的基因導入大腸桿菌、黑曲霉或酵母菌的基因組中，再通過工業(yè)發(fā)酵生產凝乳酶實例凝乳酶、淀粉酶、脂酶、天冬氨酸和苯丙氨酸（1）目的基因只能來源于微生物（×）（2）科學家利用轉基因技術培育了抗玉米螟玉米，種植該玉米的農田就不需要進行防蟲管理了（×）（3）轉基因抗蟲植物培育成功后可防治各種害蟲（×）（4）通過基因工程生產干擾素與傳統(tǒng)的生產方法相比較，患者的治療費用大大提高了（×）（5）利用乳腺生物反應器能夠獲得一些重要的醫(yī)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（×）（6）由大腸桿菌工程菌獲得人的干擾素后可直接應用（×）eq\x(教材P88圖示拓展)下面是基因工程技術在農牧業(yè)方面的應用成果，分析回答下列問題：（1）對于基因工程生產的抗蟲棉是否取得最后的成功，最簡單的檢測方法是什么？提示讓害蟲去吃轉基因棉花的植株，觀察害蟲的生存狀況。（2）從環(huán)境保護角度出發(fā)，分析轉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？提示減少了化學農藥的使用量，降低了環(huán)境污染。（3）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。探究點乳腺生物反應器與工程菌生產藥物的比較利用基因工程生產人胰島素有兩種方法：方法一：將胰島素基因轉入細菌細胞，進行微生物培養(yǎng)，提取胰島素；方法二：將胰島素基因轉入高等哺乳動物的受精卵，培養(yǎng)成轉基因動物并從其乳汁中提取胰島素。閱讀上述材料，回答問題：（1）方法一中，為使胰島素基因能順利進入細菌細胞，應用Ca2＋處理細菌細胞，目的是使細胞處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)。（2）方法二中，將目的基因導入受體細胞常用的方法是顯微注射法。要確保人胰島素基因只在牛的乳腺細胞中表達，應該采取的措施是將人胰島素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。（3）大腸桿菌和酵母菌均可作為生產胰島素的工程菌，該類工程菌的優(yōu)點是單細胞、繁殖快（至少答出兩點）。（4）上述兩種方法中，哪種方法得到的胰島素需要進一步加工和修飾以使其獲得生物活性？試解釋其原因。方法一；方法一中的受體細胞是細菌，其細胞內無內質網和高爾基體，無法對胰島素進行加工和修飾。乳腺生物反應器與工程菌生產藥物的比較乳腺生物反應器的兩點歸納（1）乳腺生物反應器的操作過程中，構建基因表達載體時，目的基因要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，否則目的基因在乳腺上皮細胞中不能轉錄。構建好的基因表達載體導入受精卵，而不是乳腺上皮細胞，這樣由受精卵發(fā)育成的個體細胞均含有目的基因（如藥用蛋白基因），但其只在乳腺上皮細胞中表達。（2）用乳腺（房）生物反應器生產的優(yōu)點是產量高、質量好、成本低、易提取，但從乳汁中提取蛋白質，該轉基因個體必須是雌性的，若利用膀胱生物反應器從尿液中提取目的基因的產物則不受性別限制。[例]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(yǎng)轉基因動物成為乳腺生物反應器時，下列說法錯誤的是（）A.利用顯微注射法將人的生長激素基因導入受體哺乳動物體內B.需要將乳腺中特異表達的基因的啟動子與目的基因重組在一起C.動物必須是雌性才能滿足要求D.動物需要進入泌乳期才能成為“批量生產藥物的工廠”答案A解析利用基因工程將人的生長激素基因導入受精卵中，A錯誤；需要將乳腺中特異表達的基因的啟動子與目的基因重組在一起，使目的基因只在乳腺組織中特異性表達，B正確；動物必須是雌性才能滿足要求，C正確；由于目的基因只在乳腺組織中特異性表達，因此受體動物需要進入泌乳期才能成為“批量生產藥物的工廠”，D正確。思維導圖晨讀必背1.科學家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(fā)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.在器官供體的基因組中導入某種調節(jié)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，然后結合克隆技術，可培育出不會引起免疫排斥反應的轉基因克隆器官。隨堂檢測1.下表有關基因表達的選項中，不可能的是（）選項基因表達的細胞表達產物A細菌抗蟲蛋白基因抗蟲棉葉肉細胞細菌抗蟲蛋白B人酪氨酸酶基因正常人皮膚細胞人酪氨酸酶C動物胰島素基因大腸桿菌工程菌細胞動物胰島素D兔血紅蛋白基因兔成熟紅細胞兔血紅蛋白答案D解析兔成熟紅細胞沒有細胞核和眾多細胞器，無法表達產生兔的血紅蛋白，D錯誤。2.下列關于基因工程應用的敘述，錯誤的是（）A.利用細菌代謝旺盛的特點生產基因工程藥物B.向植物體內轉入Bt抗蟲蛋白基因來培育轉基因抗蟲植物C.可以利用轉基因動物作為器官移植的供體D.利用乳腺生物反應器可使哺乳動物的產奶量增加答案D解析利用細菌代謝旺盛的特點，將細菌利用基因工程手段改造成工程菌，生產基因工程藥物，A正確；向植物體內轉入Bt抗蟲蛋白基因來培育轉基因抗蟲植物，B正確；可以利用轉基因動物作為器官移植的供體，C正確；利用乳腺生物反應器的目的是使哺乳動物的乳汁中含有目的基因產物等，但不一定能提高產奶量，D錯誤。3.下列生物技術操作對遺傳物質的改造，不會遺傳給子代的是（）A.將胰島素基因表達質粒轉入大腸桿菌，篩選獲得基因工程菌B.將花青素代謝基因導入植物體細胞，經組培獲得花色變異植株C.將腸乳糖酶基因導入奶牛受精卵，培育出產低乳糖牛乳的奶牛D.將腺苷酸脫氨酶基因轉入淋巴細胞后回輸患者，進行基因治療答案D解析A、B和C均采用了基因工程技術，基因工程依據的原理是基因重組，且參與繁殖的細胞中均含有目的基因，故可遺傳給子代，A、B、C不符合題意；D也采用了基因工程技術，但只有患者的淋巴細胞中含有目的基因，患者的生殖細胞中不含目的基因，故不能遺傳給子代，D符合題意。4.下列有關基因工程應用的說法，錯誤的是（）A.將外源生長激素基因導入動物體內可提高動物生長速率B.將必需氨基酸含量多的蛋白質基因導入農作物，提高農產品的品質C.利用基因工程技術，得到的乳腺生物反應器可以解決很多重要的藥品的生產問題D.用轉基因動物作為器官移植的供體時，由于導入的是調節(jié)因子，而不是目的基因，因此無法抑制抗原的合成答案D解析用轉基因動物作為器官移植的供體時，將某種調節(jié)因子導入器官供體基因組，可以抑制抗原決定基因的表達，再結合克隆技術，就能培育出不會引起免疫排斥反應的轉基因克隆器官。eq\a\vs4\al\co1(課后·分層訓練)（時間：15分鐘）知識點1基因工程在農牧業(yè)方面的應用1.1987年，美國科學家將螢火蟲的熒光素基因轉入煙草植物細胞并獲得高水平的表達。長成的煙草植株通體光亮，堪稱自然界的奇跡。這一研究成果表明（）①螢火蟲與煙草的DNA結構基本相同②螢火蟲與煙草共用一套遺傳密碼③煙草體內合成了熒光素④螢火蟲和煙草合成蛋白質的方式基本相同A.①③ B.②③C.①④ D.①②③④答案D解析螢火蟲與煙草的遺傳物質都是雙鏈DNA，這是完成基因重組的基礎，①正確；自然界的幾乎所有生物都共用一套遺傳密碼，即無論在高等生物還是低等生物中，相同的密碼子決定的氨基酸種類都相同，②正確；螢火蟲的熒光素基因導入煙草細胞使得該植株通體光亮，可見熒光素基因在該植株中成功表達，③正確；熒光素基因成功表達，說明螢火蟲和煙草合成蛋白質的方式基本相同，④正確。故選D。2.運用現(xiàn)代生物技術的育種方法，將抗菜青蟲的Bt基因轉移到優(yōu)質油菜中，培育出轉基因抗蟲的油菜品種，這一品種在生長過程中能產生特異的殺蟲蛋白，對菜青蟲有顯著抗性，能大大減輕菜青蟲對油菜的危害，提高油菜產量，減少農藥使用。根據以上信息，下列敘述正確的是（）A.Bt基因的化學成分是蛋白質B.Bt基因中有菜青蟲的遺傳物質C.轉基因抗蟲油菜能產生殺蟲蛋白是由于具有Bt基因D.轉基因抗蟲油菜產生的殺蟲蛋白是無機物答案C解析基因通常是有遺傳效應的DNA片段，因此Bt基因的化學成分是核酸而不是蛋白質，A錯誤；由題干信息“將抗菜青蟲的Bt基因轉移到優(yōu)質油菜中，培育出轉基因抗蟲的油菜品種”可知Bt基因不是來源于菜青蟲，因此不含有菜青蟲的遺傳物質，B錯誤；轉基因抗蟲油菜能產生殺蟲蛋白是由于具有Bt基因，Bt基因能控制殺蟲蛋白的合成，C正確；轉基因抗蟲油菜產生的殺蟲蛋白屬于有機物，D錯誤。知識點2基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領域及食品工業(yè)方面的應用3.上海醫(yī)學遺傳研究所成功培育出第一頭攜帶人白蛋白基因的轉基因牛。他們還研究出一種可大大提高基因表達水平的新方法，使轉基因動物乳汁中的藥用蛋白含量提高了30多倍。下列有關敘述正確的是（）A.“轉基因動物”是指體細胞中出現(xiàn)了新基因的動物B.“提高基因的表達水平”是指設法使牛的乳腺細胞中含有更多的人白蛋白基因C.只在轉基因牛乳汁中才能獲取人白蛋白，是因為人白蛋白基因只在牛乳腺細胞中是純合的D.轉基因牛的肌肉細胞中也有人白蛋白基因，但不發(fā)生轉錄、翻譯，故不能合成人白蛋白答案D解析轉基因動物是指細胞中被轉入了外源基因的動物，并非出現(xiàn)新基因，故A錯誤；“提高基因的表達水平”是指增強白蛋白基因的表達，白蛋白基因數(shù)目沒有增多，故B錯誤；“轉基因動物”一般用到的受體細胞是受精卵，生物個體的幾乎所有細胞中都有相同的外源基因，故C錯誤；轉基因牛的白蛋白基因也是選擇性表達的，在肌肉細胞中不能表達，故D正確。4.利用轉基因山羊乳腺生物反應器生產丁酰膽堿酯酶，可治療有機磷中毒。下列敘述錯誤的是（）A.應該用山羊乳腺中特異表達的基因的啟動子構建基因表達載體B.通過體細胞克隆可將丁酰膽堿酯酶基因傳遞給子代C.通過顯微注射技術將基因表達載體導入山羊乳腺細胞D.山羊乳腺細胞可將肽鏈加工成具有一定空間結構的丁酰膽堿酯酶答案C解析要得到轉基因山羊乳腺生物反應器，在構建基因表達載體時需要乳腺中特異性表達的基因的啟動子，使目的基因只在乳腺細胞中表達，A正確；通過顯微注射技術將基因表達載體導入山羊受精卵，C錯誤；山羊乳腺細胞含有內質網和高爾基體，可將肽鏈加工成具有一定空間結構的丁酰膽堿酯酶，D正確。5.α-抗胰蛋白酶是肝臟產生的一種糖蛋白，缺乏該酶會引起肺氣腫。某公司成功培育出轉基因羊，這種羊進入泌乳期后，其乳汁中含有人類的α-抗胰蛋白酶，可用于治療肺氣腫。下列相關敘述不正確的有（）A.構建基因表達載體需將α-抗胰蛋白酶基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調控元件重組B.構建好的基因表達載體需要通過顯微注射技術導入羊的受精卵中C.受精卵通過早期胚胎培養(yǎng)，一般發(fā)育到原腸胚階段通過胚胎移植到受體子宮孕育D.為了選育出能泌乳的雌羊，移植前需從胚胎的滋養(yǎng)層取樣，通過DNA鑒定分析性別答案C解析分析題干可知，基因工程的目的是培育出轉基因羊，讓其乳汁中含有人類的α-抗胰蛋白酶，故構建基因表達載體時，需將α-抗胰蛋白酶基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調控元件重組，A正確；由于動物細胞的全能性受到限制，故構建好的基因表達載體，需要通過顯微注射技術導入羊的受精卵中，B正確；受精卵通過早期胚胎培養(yǎng)，一般發(fā)育到桑葚胚或囊胚階段，通過胚胎移植到受體子宮孕育，C錯誤；為了確保選育出的羊為能泌乳的雌羊，移植前需從胚胎的滋養(yǎng)層取樣，通過DNA鑒定分析性別，若為雌性再進行胚胎移植，D正確。6.如圖為利用奶牛乳汁生產血清白蛋白的過程，下列分析錯誤的是（）A.①經胰蛋白酶處理可得到③B.圖中涉及基因工程、細胞核移植、胚胎分割和胚胎移植等技術C.常用PCR技術擴增②D.若要獲得同卵雙胎或多胎，只能分割桑葚胚細胞答案D解析動物細胞培養(yǎng)時，需要用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理動物組織以獲得單個細胞，A正確；常用PCR技術擴增②，以達到獲取大量目的基因的目的，C正確；若要獲得同卵雙胎或多胎，可分割桑葚胚或囊胚，D錯誤。7.基因工程自20世紀70年代興起后，得到了飛速的發(fā)展，在農牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生和食品工業(yè)等方面，展示出了廣闊的前景。人組織纖溶酶原激活物（htPA）是一種重要的藥用蛋白，可在轉htPA基因母羊的羊乳中獲得。流程如下，請據圖回答下列相關問題：（1）htPA基因與載體用切割后，通過DNA連接酶連接，以構建重組表達載體。檢測目的基因是否已插入受體細胞DNA，可采用技術。（2）為獲取更多的卵（母）細胞，要對供體母羊注射促性腺激素，使其。采集的精子需要經過，才具備受精能力。（3）將重組表達載體導入受精卵常用的方法是。為了獲得母羊，移植前需對已成功轉入目的基因的胚胎進行。利用胚胎分割和胚胎移植技術可獲得多個轉基因個體，這體現(xiàn)了早期胚胎細胞具有。（4）若在轉htPA基因母羊的羊乳中檢測到，說明目的基因成功表達。答案（1）同種限制酶PCR（2）超數(shù)排卵獲能（處理）（3）顯微注射法性別鑒定全能性（4）htPA（或人組織纖溶酶原激活物）解析（1）用同種限制酶對目的基因和載體進行切割，以形成相同的黏性末端。檢測目的基因是否已插入受體細胞DNA，常用PCR技術。（2）對供體母羊注射促性腺激素可以使其超數(shù)排卵，采集的精子需要經過獲能處理后才具備受精能力。（3）將重組表達載體導入受精卵（動物細胞）常用的方法是顯微注射法。為了獲得母羊，需要對胚胎進行性別鑒定。利用胚胎分割和胚胎移植技術可獲得多個轉基因個體，依據的原理是早期胚胎細胞具有全能性。（4）目的基因成功表達的標志是在轉基因母羊的羊乳中檢測到htPA，即人組織纖溶酶原激活物。第4節(jié)蛋白質工程的原理和應用課程內容標準核心素養(yǎng)對接1.說出蛋白質工程崛起的緣由。2.概述蛋白質工程的基本原理。3.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。1.科學思維——嘗試通過蛋白質工程技術，根據人類需要的蛋白質結構，提出設計或改造某一蛋白質的設計流程。2.社會責任——嘗試運用逆向思維分析和解決問題。知識點1蛋白質工程的概念及基本原理1.概念2.蛋白質工程崛起的緣由（1）基因工程的實質：將一種生物的基因轉移到另一種生物體內，后者可以產生它本不能產生的蛋白質，進而表現(xiàn)出新的性狀。（2）基因工程的不足：基因工程在原則上只能生產自然界中已存在的蛋白質。（3）天然蛋白質的不足：天然蛋白質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。3.蛋白質工程的基本原理知識點2蛋白質工程的應用（1）蛋白質工程能產生自然界中不存在的新型蛋白質分子（√）（2）基因工程遵循中心法則，而蛋白質工程不遵循（×）（3）對蛋白質的改造是通過直接改造相應的mRNA來實現(xiàn)的（×）（4）蛋白質工程不能改變蛋白質的活性（×）eq\x(教材P94圖示拓展)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、D、E。（3）對天然蛋白質進行改造，你認為應該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(xiàn)？原因是什么？提示應該通過對基因的操作來實現(xiàn)對天然蛋白質的改造。主要原因是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。探究點蛋白質工程1.閱讀教材蛋白質工程的基本思路，回答下列問題：（1）如何由蛋白質氨基酸序列找到相對應的脫氧核苷酸序列？提示先根據氨基酸與密碼子的對應關系找到RNA中相對應的核糖核苷酸序列，再根據RNA與DNA的堿基互補配對關系找到基因中相對應的脫氧核苷酸序列。（2）蛋白質工程和基因工程的操作對象以及得到的蛋白質相同嗎？分別體現(xiàn)在哪些方面？提示①操作對象相同：蛋白質工程和基因工程的操作對象都為基因。②得到的蛋白質不同：蛋白質工程可以得到自然界沒有的新的蛋白質；基因工程得到的是自然界原有的蛋白質。2.利用蛋白質工程可以提高玉米賴氨酸含量，改造途徑如下：結果：改造后玉米葉片和種子中游離賴氨酸含量分別提高5倍和2倍。（1）結合上述資料，可以通過何種途徑提高玉米中的賴氨酸含量？提示改變賴氨酸合成途徑中關鍵酶的活性，來提高賴氨酸的含量。（2）為什么改變一個氨基酸就可以改變蛋白質的穩(wěn)定性甚至某種蛋白質酶的活性？提示蛋白質的結構與其氨基酸組成有關，個別氨基酸的改變就會導致其結構的改變，從而影響到其性質和功能。蛋白質工程與基因工程的區(qū)別和聯(lián)系“三看法”巧判基因工程和蛋白質工程[例1]蛋白質工程的基本工作思路是（）①合成DNA②預計蛋白質的功能③推測DNA序列④設計蛋白質的結構⑤推測氨基酸的序列⑥將合成的DNA導入受體細胞并表達A.②④⑤③①⑥ B.④②⑥③⑤①C.④①②③⑤⑥ D.③④⑤①②⑥答案A解析蛋白質工程的基本思路：從預期的蛋白質功能出發(fā)，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，最后按照基因工程的一般步驟進行，獲得所需要的蛋白質。因此，正確的順序是②④⑤③①⑥。[例2]科研人員利用相關技術改變了胰島素B鏈的第9位氨基酸，從而避免了胰島素結合成無活性的二聚體形式。下列相關敘述中，不正確的是（）A.該過程的操作對象是胰島素分子B.可通過測定DNA序列確定突變是否成功C.對胰島素結構的改造屬于蛋白質工程D.胰島素的本質是蛋白質，不宜口服使用答案A解析蛋白質工程的直接操作對象是基因，而不是蛋白質，A錯誤；可通過測定DNA序列確定突變是否成功，B正確；胰島素是蛋白質，對蛋白質結構的改造屬于蛋白質工程，C正確；胰島素為蛋白質，若口服會被消化酶分解，因此胰島素不宜口服使用，D正確。思維導圖晨讀必背1.基因工程原則上只能生產自然界中已存在的蛋白質。2.蛋白質工程并不是直接改造蛋白質分子的結構，而是通過基因操作來實現(xiàn)對天然蛋白質的改造。3.蛋白質工程的基本思路：從預期的蛋白質功能出發(fā)→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。4.蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規(guī)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(xiàn)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。隨堂檢測1.下列關于蛋白質工程的敘述，錯誤的是（）A.蛋白質工程的實質是通過改造或合成基因來改造現(xiàn)有蛋白質或制造一種新的蛋白質B.蛋白質工程可以使大腸桿菌細胞合成人的胰島素C.蛋白質工程能生產出自然界中不曾存在過的新型蛋白質分子D.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答案B解新蛋白質工程的實質是通過改造或合成基因來改造現(xiàn)有蛋白質或制造一種新的蛋白質，A正確；大腸桿菌細胞合成人的胰島素是通過基因工程完成的，B錯誤；蛋白質工程能以蛋白質分子的結構規(guī)律及其與生物功能的關系作為基礎，通過改造或合成基因，對現(xiàn)有蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質，C正確；蛋白質工程可以根據人的需求來設計蛋白質的結構，又稱為第二代基因工程，D正確。2.如圖表示蛋白質工程的操作過程，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、b過程分別是轉錄、翻譯，A正確；蛋白質工程是依據蛋白質的結構來設計氨基酸序列的，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技術，C錯誤；蛋白質工程中可能構建出一種全新的基因，D正確。3.下列關于蛋白質工程的進展和應用前景的說法，不正確的是（）A.通過對基因結構的定點突變實現(xiàn)玉米賴氨酸合成的關鍵酶結構的改變，屬于蛋白質工程B.將人的胰島素基因導入大腸桿菌細胞內，使大腸桿菌產生胰島素的技術屬于蛋白質工程C.對蛋白質進行分子設計，必須從蛋白質的功能特點入手D.蛋白質工程在醫(yī)藥及其他工農業(yè)生產中有很大的應用價值答案B解析蛋白質工程可通過改造基因來實現(xiàn)對蛋白質分子結構的定向改造，使之更加符合人類需要，故通過對基因結構的定點突變實現(xiàn)玉米賴氨酸合成的關鍵酶結構的改變屬于蛋白質工程，A正確；將人的胰島素基因導入大腸桿菌細胞內，使大腸桿菌產生胰島素的技術屬于基因工程，B錯誤；蛋白質工程的原理是從預期的蛋白質功能出發(fā)，最終找到并改變相對應的脫氧核苷酸序列或合成新的基因，獲得所需要的蛋白質，C正確；蛋白質工程可以通過改造基因來實現(xiàn)對蛋白質分子結構的定向改造或制造一種新的蛋白質，使得蛋白質工程在醫(yī)藥及其他工農業(yè)生產中有很大的應用價值，D正確。4.中華鱘是地球上最古老的脊椎動物之一，被稱為“活化石”。研究者試圖通過蛋白質工程改造中華鱘體內的某些蛋白質，使其更加適應現(xiàn)在的水域環(huán)境，以下說法錯誤的是（）A.該工程可以定向改變蛋白質分子的結構B.改造蛋白質是通過改造基因結構來實現(xiàn)的C.改造后的中華鱘和現(xiàn)有中華鱘仍是同一物種D.改造后的中華鱘的后代不具有改造的蛋白質答案D解析改造后的中華鱘具有新的性狀，但其和現(xiàn)有中華鱘仍是同一物種，C正確；蛋白質工程改造的是基因，可以遺傳給子代，因此改造后的中華鱘的后代也具有改造的蛋白質，D錯誤。5.科學家為提高玉米中賴氨酸的含量，計劃將天冬氨酸激酶中第352位的蘇氨酸變?yōu)楫惲涟彼幔瑢⒍溥拎ざ人岷铣擅钢械?04位的天冬酰胺變?yōu)楫惲涟彼?。為此，下列操作正確的是（）A.直接改造這兩種酶的空間結構B.對指導這兩種酶合成的mRNA進行改造C.利用誘變育種技術促使控制這兩種酶合成的基因突變D.利用基因工程技術，對控制這兩種酶合成的基因進行改造答案D解析蛋白質工程的操作對象是基因，應利用基因工程技術，對控制題述兩種酶合成的基因進行改造，D正確。eq\a\vs4\al\co1(課后·分層訓練)（時間：30分鐘）知識點1蛋白質工程1.蛋白質工程中，要對蛋白質結構進行設計改造，必須通過改造或合成基因來完成，而不直接改造蛋白質的原因是（）A.缺乏改造蛋白質所必需的工具酶B.改造基因易于操作且改造后能夠遺傳C.人類對大多數(shù)蛋白質高級結構知之甚少D.蛋白質中氨基酸的排列順序千變萬化，操作難度大答案B解析由于基因控制蛋白質的合成，所以對蛋白質設計改造可通過對基因進行改造或合成來完成，且改造后的基因能夠遺傳給子代。2.科學家將β-干擾素基因進行定點突變導入大腸桿菌表達，使干擾素第十七位的半胱氨酸，改變成絲氨酸，結果大大提高了β-干擾素的抗病活性，并且提高了儲存穩(wěn)定性。該生物技術為（）A.基因工程 B.蛋白質工程C.基因突變 D.細胞工程答案B解析基因工程是將符合人們要求的目的基因導入適宜的生物體內，使其高效表達，從中提取人們所需的蛋白質，或表現(xiàn)出某種性狀，蛋白質產品仍然是天然存在的蛋白質。蛋白質工程是對控制蛋白質合成的基因進行改造或合成新的基因，從而實現(xiàn)對相應蛋白質的改變或制造一種新的蛋白質，所得到的蛋白質已不是天然存在的蛋白質。題干中的操作涉及的基因顯然不再是原來的基因，其合成的β-干擾素也不是天然的β-干擾素，而是經過人工改造的、符合人類需求的蛋白質，因而該生物技術為蛋白質工程。3.某生物中發(fā)現(xiàn)一種基因的表達產物是具有較強抗菌性和溶血性的多肽P1，科研人員預期在P1的基礎上研發(fā)抗菌性強但溶血性弱的蛋白質藥物，下一步要做的是（）A.合成編碼多肽P1的DNA片段B.構建含目的肽DNA片段的表達載體C.設計抗菌性強但溶血性弱的蛋白質結構D.利用抗原—抗體雜交的方法對表達產物進行檢測答案C解析蛋白質工程的基本思路：預期蛋白質功能→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。因此，預期蛋白質功能的下一步要做的是設計預期的蛋白質結構，即設計抗菌性強但溶血性弱的蛋白質結構。4.蛋白質工程是新崛起的一項生物工程，下圖是蛋白質工程流程示意圖，下列有關圖中A、B在遺傳學上的過程及有關蛋白質工程的說法，正確的是（）A.轉錄和翻譯蛋白質工程就是用蛋白酶對蛋白質進行改造B.翻譯和轉錄蛋白質工程只能生產天然的蛋白質C.翻譯和轉錄蛋白質工程就是用蛋白酶對蛋白質進行改造D.轉錄和翻譯蛋白質工程可以生產自然界原本不存在的蛋白質答案D解析過程A表示以DNA的一條鏈為模板合成mRNA，在遺傳學上稱為轉錄；過程B表示以mRNA為模板合成多肽鏈，在遺傳學上稱為翻譯；蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規(guī)律及其與生物功能的關系作為基礎，通過改造或合成基因，對現(xiàn)有蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類的生產和生活需求，因此蛋白質工程可以生產自然界原本不存在的蛋白質。知識點2蛋白質工程的應用5.新冠病毒的表面刺突蛋白（S蛋白）的受體結合域（RBD）與人體細胞表面的ACE2受體相互作用感染細胞。科學家設計了一種自然界中不存在的蛋白質LCB1，可與S蛋白RBD緊密結合，以干擾新冠病毒的感染。下列說法不合理的是（）A.LCB1的作用機理與S蛋白的抗體類似B.LCB1可依據S蛋白的RBD結構進行設計C.LCB1是通過細胞中原有基因表達產生的D.可用蛋白質工程進行LCB1的設計和生產答案C解析由題意可知，LCB1是自然界中不存在的蛋白質，故無法通過細胞中原有基因表達產生，C不合理。6.纖維素酶廣泛應用于醫(yī)藥、食品發(fā)酵、造紙、廢水處理等領域。研究人員利用蛋白質工程將細菌纖維素酶的第137、179、194位相應氨基酸替換為賴氨酸后，纖維素酶熱穩(wěn)定性得到了提高。下列有關該技術說法錯誤的是（）A.經改造后的纖維素酶熱穩(wěn)定性提高這一性狀可遺傳B.對纖維素酶的改造是通過直接改造mRNA實現(xiàn)的C.改造纖維素酶也需要構建基因表達載體D.改造后的纖維素酶和原纖維素酶不是同一種酶答案B解析蛋白質工程通過基因改造或基因合成，然后進行表達，對現(xiàn)有蛋白質進行改造，改造后的性狀是可遺傳的，A正確；對纖維素酶的改造需要以基因工程為基礎，通過基因改造或基因合成來完成，B錯誤；蛋白質工程是對基因進行改造或重新合成，然后進行表達，因此需要構建基因表達載體，C正確；改造纖維素酶是通過基因改造或基因合成來完成的，改造后的纖維素酶和原纖維素酶不是同一種酶，D正確。7.已知生物體內有一種蛋白質（P），該蛋白質是一種轉運蛋白，由305個氨基酸組成。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（P1）不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列問題：（1）從上述資料可知，若要改變蛋白質的功能，可以考慮對蛋白質的進行改造。（2）以P基因序列為基礎，獲得P1基因的途徑有改造基因或合成基因，所獲得的基因表達時是遵循中心法則的，中心法則的全部內容包括________________________________________________________________的復制，以及遺傳信息在不同分子之間的流動，即：___________________。（3）蛋白質工程也被稱為第二代基因工程，其基本途徑是從預期蛋白質功能出發(fā)，通過______________________________________________________________和，進而確定相對應的脫氧核苷酸序列，據此獲得基因，再經表達、純化獲得蛋白質，之后還需要對合成蛋白質的生物進行鑒定。答案（1）氨基酸序列（或結構）（2）PP1DNA和RNA（或遺傳物質）DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白質（或轉錄、逆轉錄、翻譯）（3）設計預期的蛋白質結構推測應有的氨基酸序列功能解析（1）從題中所述資料可知，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后，該蛋白質的功能發(fā)生了改變，此過程是通過對構成蛋白質的氨基酸的排列順序進行改造，進而改變了蛋白質的結構，從而改變了蛋白質的功能。（2）在蛋白質工程中，目的基因可以以P基因序列為基礎，對生物體內原有P基因進行改造，也可以通過人工合成法合成新的P1基因。中心法則的內容如下圖所示：由圖可知，中心法則的全部內容包括：DNA以自身為模板進行的復制，DNA通過轉錄將遺傳信息傳遞給RNA，最后RNA通過翻譯將遺傳信息表達成蛋白質；在某些病毒中RNA可自我復制（如煙草花葉病毒等），在某些病毒中能以RNA為模板逆轉錄合成DNA（如HIV），這是對中心法則的補充。（3）蛋白質工程的基本思路是預期蛋白質功能→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→表達出蛋白質，經過該過程得到的蛋白質，需要對其生物功能進行鑒定，以保證其發(fā)揮正常作用。8.請根據下圖回答有關問題：（1）在上圖所示的蛋白質工程流程中，A指的是，B指的是。（2）對獲得的目的基因可采用技術擴增其數(shù)量。在該過程中所用酶的最大理化特點是__________________________________________________。（3）⑤過程中將構建的基因表達載體導入受精卵常用的方法是__________________________________________________________________。（4）目的基因是否成功導入受精卵可用等技術進行檢測。答案（1）蛋白質結構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（2）PCR耐高溫（3）顯微注射法（4）PCR解析（1）據圖分析可知，在題圖所示的蛋白質工程流程中，A指的是蛋白質結構，B指的是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。（2）目的基因的獲取有多種方式，對獲得的目的基因可采用PCR等技術擴增其數(shù)量。在該過程中所用TaqDNA聚合酶的最大理化特點是耐高溫。（3）據圖分析可知，⑤過程中將構建的基因表達載體導入受精卵常用的方法是顯微注射法。（4）目的基因的檢測與鑒定步驟中，目的基因是否成功導入受精卵可用PCR技術進行檢測。eq\a\vs4\al\co1(重難點突破練3基因工程的綜合應用)（時間：30分鐘）1.下列利用基因工程培育抗蟲棉的操作步驟不正確的是（）A.第一步：從某細菌中提取有抗棉鈴蟲作用的目的基因B.第二步：將抗蟲基因與載體結合形成重組DNAC.第三步：利用重組DNA將目的基因導入受體細胞——棉花植株的體細胞D.第四步：直接等待目的基因在受體細胞中表達答案D解析按照基因工程操作的四個步驟來分析。第四步應為對目的基因在受體細胞中的表達情況進行檢測與鑒定，D錯誤。2.將馬鈴薯胰蛋白酶抑制劑基因Pin-Ⅱ導入楊樹細胞，培育成了抗蟲楊樹。如圖表示含目的基因的DNA分子和農桿菌質粒，圖中Ampr表示氨芐青霉素抗性基因，Neor表示新霉素抗性基因，箭頭表示識別序列完全不同的4種限制酶的切割位點。下列敘述不正確的是（）A.目的基因插入到質粒的T-DNA上，才能整合到受體細胞染色體中B.為使目的基因與質粒高效重組，最好選用EcoRⅠ和PstⅠC.成功導入重組質粒的細胞會表現(xiàn)為不抗氨芐青霉素、抗新霉素D.轉化了的楊樹細胞在合適條件下經脫分化即可形成抗蟲楊樹答案D解析農桿菌中的Ti質粒上的T-DNA可轉移至受體細胞，并且整合到受體細胞染色體的DNA上，因此，目的基因插入到質粒的T-DNA上，才能整合到受體細胞染色體中，A正確；為保證目的基因的完整性，不能選用BamHⅠ；為防止自身環(huán)化，應選用目的基因兩側的兩種不同的限制酶；重組質粒中至少要保留一個抗性基因，TthⅢ1和PstⅠ只能選其中一個；因此可選用EcoRⅠ和TthⅢ1或者EcoRⅠ和PstⅠ；為保留重組質粒中的復制原點，最好選用EcoRⅠ和PstⅠ，B正確；用EcoRⅠ和PstⅠ切割會破壞氨芐青霉素抗性基因，但不會破壞新霉素抗性基因，因此成功導入重組質粒的細胞會表現(xiàn)為不抗氨芐青霉素，但能抗新霉素，C正確；轉化了的楊樹細胞在合適條件下經脫分化與再分化可形成抗蟲楊樹，D錯誤。3.質粒是基因工程中最常用的載體，它存在于許多細菌體內。某細菌質粒上有標記基因如圖所示，通過標記基因可以推知外源基因（目的基因）是否轉入成功。外源基因插入的位置不同，細菌在培養(yǎng)基上的生長情況也不同，如圖所示是外源基因插入位置（插入點有a、b、c），請根據表中提供的細菌生長情況，推測①②③三種重組后細菌的外源基因插入點，正確的一組是（）細菌在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上的生長狀況細菌在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上的生長狀況①能生長能生長②能生長不能生長③不能生長能生長A.①是c；②是b；③是aB.①是a和b；②是a；③是bC.①是a和b；②是b；③是aD.①是c；②是a；③是b答案A解析①細菌能在含氨芐青霉素和四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長，說明氨芐青霉素抗性基因和四環(huán)素抗性基因沒有被破壞，所以插入點是c。對②細菌來說，能在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生長，而不能在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長，說明其氨芐青霉素抗性基因正常而四環(huán)素抗性基因被破壞，插入點為b。③細菌不能在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生長，說明其氨芐青霉素抗性基因被插入而破壞，故插入點為a。4.2020年諾貝爾化學獎，頒給了兩位基因編輯技術的女科學家，表彰她們開發(fā)了基因技術中最銳利的工具之一（CRISPR/Cas9“基因剪刀”）。CRISPR/Cas9系統(tǒng)主要包含向導RNA和Cas9蛋白兩個部分，向導RNA能識別并結合特定的DNA序列，從而引導Cas9蛋白結合到相應位置并剪切DNA，最終實現(xiàn)對靶基因序列的編輯，其工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是（）A.CRISPR/Cas9系統(tǒng)可應用于對人類遺傳病的治療B.Cas9蛋白功能類似于基因工程中DNA連接酶的作用C.向導RNA識別序列發(fā)生錯配可能會導致基因被錯誤編輯D.向導RNA能通過堿基互補配對形成DNA—RNA雜合雙鏈答案B解析據題干信息可知，CRISPR/Cas9系統(tǒng)可應用于對人類遺傳病的治療，A正確；由題干信息“向導RNA能識別并結合特定的DNA序列，從而引導Cas9蛋白結合到相應位置并剪切DNA”，說明Cas9蛋白功能類似于基因工程中限制酶的作用，B錯誤；CRISPR/Cas9基因編輯技術有時存在編輯對象出錯而造成錯誤剪輯，其原因是其他DNA序列也含有與向導RNA互補的序列，造成向導RNA錯誤結合而出現(xiàn)錯誤剪輯，C正確；據題干信息可知，向導RNA能識別并結合特定的DNA序列，該序列之間通過堿基互補配對進行連接，會形成DNA—RNA雜合雙鏈，D正確。5.干擾素是動物或人體細胞受到病毒侵染后產生的一種糖蛋白，它能夠有效抑制病毒的增殖。為滿足臨床的大量需求，利用基因工程制備干擾素提供了新路徑，其流程圖如圖所示。回答下列問題：淋巴細胞eq\o(→,\s\up7(a))干擾素基因eq\o(→,\s\up7(b))酵母菌eq\o(→,\s\up7(c))大量干擾素（1）過程a是獲得目的基因，要獲得大量的目的基因，還可以采用技術進行體外擴增，此技術與細胞內DNA復制相比，所需酶必須具有的特點。（2）b過程包括了基因表達載體的構建和將基因表達載體導入受體細胞，其中是基因工程的核心步驟，為了提高導入受體細胞的成功率，通常用處理酵母菌，使其處于感受態(tài)，容易吸收外源DNA分子。（3）該過程中，受體使用酵母菌比使用大腸桿菌好，原因是__________________________________________________________________。（4）人的干擾素基因能夠成功植入酵母菌，是因為__________________________________________________________________。答案（1）PCR耐高溫（2）基因表達載體的構建Ca2＋（3）酵母菌有內質網、高爾基體等細胞器，對合成的蛋白質能夠進行修飾、加工（4）基因的基本結構相同解析（1）要獲得大量目的基因可以利用PCR技術實現(xiàn)體外大量擴增，擴增時需要的酶必須耐高溫。（2）基因工程的核心步驟是基因表達載體的構建；將目的基因導入酵母菌細胞時，需要用Ca2＋處理酵母菌，使得酵母菌處于感受態(tài)，容易吸收外源DNA分子。（3）酵母菌有內質網、高爾基體等細胞器，對合成的蛋白質能夠進行修飾、加工，因此利用圖示過程生產干擾素時，選擇酵母菌作為受體細胞比大腸桿菌好。（4）人的干擾素基因能夠成功植入酵母菌，是因為人與酵母菌的基因基本結構相同。6.下圖是轉基因小鼠的培育過程示意圖，Gfp是綠色熒光蛋白基因?；卮鹣铝袉栴}：（1）完成過程①需要用的工具酶是。過程②將目的基因導入胚胎干細胞常用的方法是____________________________________________。（2）在構建基因表達載體時，質粒中的標記基因通常是，使用標記基因的目的是______________________________________________________________________________________________________________。（3）步驟⑤應該將細胞注入囊胚的位置，該處細胞將發(fā)育成。（4）通過步驟⑥移植胚胎，能在代孕母鼠體內存活的生理基礎是________________________________________________________________________________________________________________________________________。從轉基因小鼠體內提取蛋白質，利用可以檢測目的基因是否表達成功。答案（1）限制酶和DNA連接酶顯微注射法（2）抗生素抗性基因便于重組DNA分子的篩選（3）內細胞團胎兒的各種組織（4）受體子宮對外來胚胎基本不發(fā)生免疫排斥反應抗原—抗體雜交法解析（1）過程①是基因表達載體的構建，該過程所使用的工具酶有限制酶、DNA連接酶；過程②是將目的基因導入胚胎干細胞，常用的方法是顯微注射法。（2）在構建基因表達載體時，質粒中的標記基因通常是抗生素抗性基因，使用標記基因的目的是便于重組DNA分子的篩選。（3）囊胚中的內細胞團將來發(fā)育成胎兒的各種組織，因此步驟⑤應該將細胞注入囊胚的內細胞團位置。（4）通過步驟⑥胚胎移植，移植的胚胎能在代孕母鼠體內存活的生理基礎是受體子宮對外來胚胎基本不發(fā)生免疫排斥反應。從轉基因小鼠體內提取蛋白質，可利用抗原和抗體特異性結合的原理，用抗原—抗體雜交法檢測目的基因是否表達成功。7.蘿卜的蛋白A具有廣泛的抗植物病菌作用，而且對人體沒有影響。我國科學家欲獲得高效表達蛋白A的轉基因大腸桿菌作為微生物農藥，做了相關研究。（1）研究者將重組質粒置于經處理過的大腸桿菌細胞懸液中，獲得轉基因大腸桿菌。（2）檢測發(fā)現(xiàn)，轉入的蛋白A基因在大腸桿菌細胞中表達效率很低，研究者推測不同生物對密碼子具有不同的偏好，因而設計了與蛋白A基因結合的兩對引物（引物B和C中都替換了一個堿基），并按圖中方式依次進行4次PCR擴增，以得到新的蛋白A基因。甲乙①這是一種定點的技術。②圖乙所示的4次PCR應該分別如何選擇圖甲中所示的引物？請?zhí)顚懸韵卤砀瘢ㄈ暨x用該引物劃“√”，若不選用該引物則劃“×”）。引物A引物B引物C引物DPCR1PCR2PCR3PCR4