第36讲 基因工程-【大鹏生物】2025年高考生物一轮复习讲义

第36讲　基因工程 第1课时　基因工程的基本工具和基本操作程序 课标要求　 1.阐明DNA重组技术的实现需要利用限制性内切核酸酶、DNA连接酶和载体三种基本工具。2.阐明基因工程的基本操作程序主要包括目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞和目的基因的检测与鉴定等步骤。 3.按照实验操作步骤，进行DNA的粗提取与鉴定实验。 4.利用聚合酶链式反应(PCR)扩增DNA片段并完成电泳鉴定，或运用软件进行虚拟PCR实验。 考点一　重组DNA技术的基本工具 【知识回顾】 1．基因工程的概念 别名 重组DNA技术 操作环境 生物体外 操作对象 基因 操作水平 DNA分子水平 结果 创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品 2.基因工程的诞生和发展 (1)肺炎链球菌转化实验不仅证明DNA是遗传物质，还证明了DNA可在同种生物不同个体之间转移。 (2)DNA双螺旋结构的提出和半保留复制的证明。 (3)中心法则的确立。 (4)遗传密码的破译。 (5)基因转移载体和限制酶、DNA连接酶和逆转录酶的发现为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件。 (6)DNA体外重组的实现。 (7)重组DNA表达实验的成功。 (8)DNA测序和合成技术的发明。 (9)PCR技术的发明。 (10)基因组编辑技术可以实现对特定基因的定点插入、敲除或替换。 3．重组DNA技术的基本工具 (1)限制性内切核酸酶(也称“限制酶”) (2)DNA连接酶 (3)载体 【教材深挖】 (1)源于选择性必修3 P71“旁栏思考”：①原核生物中存在限制酶的意义是什么？ 提示　原核生物中限制酶的作用是切割外源DNA以保证自身安全，防止外来病原物的危害。 ②限制酶来源于原核生物，为什么不能切割自己的DNA分子？ 提示　原核生物DNA分子中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。 (2)源于选择性必修3 P72“旁栏思考”：DNA连接酶和DNA聚合酶不是(填“是”或“不是”)一回事。原因是①DNA连接酶连接的是两个DNA片段，而DNA聚合酶是把单个的脱氧核苷酸连接到已有的DNA片段上。②DNA聚合酶起作用时需要以一条DNA链为模板，而DNA连接酶不需要模板。 延伸应用　图解限制酶的选择原则 (1)不破坏目的基因原则：如图甲中可选择PstⅠ，而不选择SmaⅠ。 (2)保留标记基因、启动子、终止子、复制原点原则：质粒作为载体必须具备标记基因，所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中不选择SmaⅠ。 (3)确保出现相同黏性末端原则：通常选择与切割目的基因相同的限制酶，如图甲中PstⅠ；为避免目的基因和质粒自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选择PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶。 【思维拓展】 构建基因表达载体时，需要选择合适的限制酶切割含有目的基因的DNA片段和载体。 已知限制性内切核酸酶Ⅰ的识别序列和切点是，限制性内切核酸酶Ⅱ的识别序列和切点是，根据图示分析回答下列问题： (1)请用图示法写出限制性内切核酸酶Ⅰ和限制性内切核酸酶Ⅱ切割后形成黏性末端的过程。 提示　限制性内切核酸酶Ⅰ： 限制性内切核酸酶Ⅱ： (2)切割图示中的目的基因和质粒应选用哪类限制酶？请说明理由。 提示　用限制酶Ⅱ切割目的基因，用限制酶Ⅰ切割质粒。 限制酶Ⅰ的识别序列包含限制酶Ⅱ的识别序列，因此限制酶Ⅱ也可切割限制酶Ⅰ的位点，故使用限制酶Ⅱ时，可在目的基因两端同时作切割，从而切出“目的基因”，但若使用限制酶Ⅱ切割质粒，会同时破坏质粒中的两个“标记基因”，故只能使用限制酶Ⅰ切割质粒。 【能力突破】 1．下表为常用的限制性内切核酸酶(限制酶)及其识别序列和切割位点，由此推断，下列说法错误的是(　　) 限制酶名称　 识别序列和切割位点 限制酶名称 识别序列和切割位点 BamHⅠ G↓GATCC KpnⅠ GGTAC↓C EcoRⅠ C↓AATTC Sau3AⅠ ↓GATC HindⅡ GTY↓RAC SmaⅠ CCC↓GGG 注：Y为C或T，R为A或G。 A．HindⅡ、SmaⅠ两种限制酶切割后形成平末端 B．Sau3AⅠ限制酶的切割位点在识别序列的外部 C．BamHⅠ和Sau3AⅠ两种限制酶切割后形成相同的黏性末端 D．一种限制酶一定只能识别一种核苷酸序列 2．质粒是基因工程中最常用的目的基因运载工具。下列有关叙述正确的是(　　) A．质粒是只存在于细菌细胞质中能自主复制的小型环状双链DNA分子 B．在所有的质粒上都能找到一个或多个限制酶切割位点 C．携带目的基因的重组质粒只有整合到宿主细胞的染色体DNA上才会随后者的复制而复制 D．质粒上的抗性基因常作为标记基因供重组DNA的鉴定和选择 归纳提升　与DNA有关的几种酶的比较 考点二　基因工程的基本操作程序 【知识回顾】 1．目的基因的筛选与获取 (1)目的基因：在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。 (2)筛选合适的目的基因 ①从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选是较为有效的方法之一。 ②利用序列数据库和序列比对工具进行筛选。 (3)目的基因的获取 ①人工合成目的基因。 ②PCR获取和扩增目的基因 a．PCR(聚合酶链式反应)：是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。 b．PCR反应的条件：一定的缓冲溶液、DNA模板、2种引物、4种脱氧核苷酸、耐高温的DNA聚合酶，以及能自动调控温度的仪器。 c．PCR扩增的过程 d．PCR产物的鉴定：常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定。 ③通过构建基因文库来获取目的基因。 【教材深挖】 (1)源于选择性必修3 P77“相关信息”：Bt抗虫蛋白基因产生的Bt抗虫蛋白只在某类昆虫肠道的碱性环境中才能表现出毒性，而人和牲畜的胃液呈酸性，肠道细胞也无特异性受体。因此，Bt抗虫蛋白不会对人畜产生危害。 (2)源于选择性必修3 P77“相关信息”：真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要Mg2＋激活。因此，PCR反应缓冲溶液中一般要添加Mg2＋。引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。 2．基因表达载体的构建——基因工程的核心 (1)目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。 (2)基因表达载体的组成及作用 (3)构建过程 提醒　启动子、终止子、起始密码子、终止密码子对比 项目 启动子 终止子 起始密码子 终止密码子 本质 DNA DNA mRNA mRNA 位置 目的基因上游 目的基因下游 mRNA首端 mRNA尾端 功能 RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA 使转录在所需要的地方停下来 翻译的起始信号(编码氨基酸) 翻译的结束信号(不编码氨基酸) 3.将目的基因导入受体细胞 生物种类 植物 动物 微生物 常用方法 农杆菌转化法、花粉管通道法 显微注射法 Ca2＋处理法 受体细胞 体细胞或受精卵 受精卵 原核细胞 转化过程 将目的基因插入Ti质粒的T－DNA中→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的染色体DNA上→表达 将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物 Ca2＋处理细胞→细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态→基因表达载体导入 辨析　(1)转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。此处“转化”与肺炎链球菌转化实验中的“转化”含义相同，实质都是基因重组。 (2)农杆菌转化法中的两次拼接和两次导入 第一次拼接是将目的基因拼接到Ti质粒的T－DNA上，第二次拼接(非人工操作)是指插入目的基因的T－DNA拼接到受体细胞的染色体DNA上；第一次导入是将含目的基因的Ti质粒导入农杆菌，第二次导入(非人工操作)是指含目的基因的T－DNA导入受体细胞。 4．目的基因的检测与鉴定 【思维拓展】 PCR是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。在该过程中，引物非常关键，回答下列有关引物的问题： (1)什么是引物？ 提示　引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。 (2)PCR技术为什么需要引物？ 提示　DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从3′端延伸DNA链。 (3)利用PCR技术扩增目的基因时需要两种引物，原因是什么？ 提示　目的基因的两条反向平行的链都作为模板，其碱基序列不同。 (4)在PCR扩增目的基因之前，需先设计引物，对设计的两种引物之间的碱基序列的要求是什么？ 提示　两种引物之间不能互补配对。 (5)为检测胚乳细胞中Wx基因是否表达，科研人员提取胚乳中的总RNA，经逆转录过程获得总cDNA，通过PCR技术可在总cDNA中专一性地扩增出Wx基因的cDNA，原因是什么？ 提示　引物是依据Wx基因的一段已知序列设计合成的(或引物能与Wx基因的cDNA特异性结合)。 (6)若一个DNA分子在PCR中经过n轮循环，理论上需要消耗多少个引物？第n轮循环需要消耗多少个引物数？ 提示　经过n轮循环需要消耗引物数为(2n＋1－2)个，第n轮循环需要消耗的引物数为2n个。 【能力突破】 3．大引物PCR定点突变常用来研究蛋白质结构改变导致的功能变化。单核苷酸的定点诱变仅需进行两轮PCR反应即可获得，第一轮加诱变引物和侧翼引物，第一轮产物作第二轮PCR扩增的大引物，过程如图所示。下列有关叙述错误的是(　　) A．PCR扩增的定点诱变产物通常需要连接到载体分子上才能表达出相应的性状，需具备启动子、终止子等结构才能进行转录和翻译 B．单核苷酸的定点诱变所属变异类型为基因突变 C．第二轮PCR所用的引物都是第一轮PCR产物DNA的两条链 D．利用该技术将某功能蛋白的结构改变属于蛋白质工程 4．下图表示培育转基因抗植物病毒番茄的过程示意图。下列叙述正确的是(　　) A．过程A需要限制酶和DNA聚合酶的参与 B．过程B需要用CaCl2处理，以提高番茄细胞细胞壁的通透性 C．抗植物病毒基因一旦整合到番茄细胞的染色体上，就能正常表达 D．转基因抗植物病毒番茄是否培育成功可通过抗病毒接种实验进行鉴定 归纳提升　(1)PCR技术和DNA复制的比较 (2)PCR扩增过程中的循环图示与规律 循环次数 1 2 3 n DNA分子数 2 4 8 2n 含引物A(或B)的DNA分子数 1 3 7 2n－1 同时含引物A、B的DNA分子数 0＝21－2 2＝22－2 6＝23－2 2n－2 共消耗的引物数量 2＝21＋1－2 6＝22＋1－2 14＝23＋1－2 2n＋1－2 考点三　DNA的粗提取与鉴定和DNA片段的扩增与电泳鉴定 【知识回顾】 1．DNA的粗提取与鉴定 (1)基本原理 (2)操作流程 注意　加入酒精和用玻璃棒搅拌时，动作要轻缓，以免加剧DNA分子的断裂，导致DNA分子不能形成絮状沉淀。 2．DNA片段的扩增及电泳鉴定 (1)实验基础 ①PCR原理：利用了DNA的热变性原理。 ②电泳：DNA分子具有可解离的基团，这些基团可以带上正电荷或负电荷。在电场的作用下，这些带电分子会向着与它所带电荷相反的电极移动，这个过程就是电泳。 ③PCR的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定。在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构象等有关。 (2)PCR实验操作步骤 (3)DNA的电泳鉴定：凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为300_nm的紫外灯下被检测出来。 【思维拓展】 1．在“DNA片段的扩增及电泳鉴定”实验中，防止DNA被污染的操作有哪些？ 提示　(1)为避免外源DNA等因素的污染，PCR实验中使用的微量离心管、枪头和蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌处理。(2)在向微量离心管中添加反应组分时，每吸取一种试剂后，移液器上的枪头都必须更换，避免试剂的污染。(3)在进行操作时，一定要戴好一次性手套。 2．如何来评价扩增的效果？ 提示　观察DNA带的分布及粗细程度来评价扩增的效果。 【能力提升】 5．下列以洋葱为实验材料进行“DNA的粗提取与鉴定”实验的叙述，正确的是(　　) A．洋葱研磨液需要用滤纸过滤，以保证提取的DNA量 B．滤液中加入冷酒精后，用玻璃棒搅拌会使DNA的提取量增加 C．向含DNA的滤液中加入2 mol/L的NaCl溶液有利于去除杂质 D．用二苯胺试剂鉴定DNA时，需沸水浴加热冷却后再观察颜色变化 6．下图是“DNA的粗提取与鉴定”实验中的两个操作步骤示意图。下列相关叙述不正确的是(　　) A．选用植物细胞提取DNA时需先研磨破碎细胞 B．图2所示实验操作中有一处明显错误，可能导致试管2中蓝色变化不明显 C．图1所示操作的原理是DNA不能溶于酒精，而蛋白质等杂质能溶于酒精 D．图2试管1的作用是证明物质的量浓度为2 mol/L的NaCl溶液遇二苯胺试剂出现蓝色 【真题重温】 1．(湖北，16)某实验利用PCR技术获取目的基因，实验结果显示除目的基因条带(引物与模板完全配对)外，还有2条非特异条带(引物和模板不完全配对)。为了减少反应非特异条带的产生，以下措施中有效的是(　　) A．增加模板DNA的量 B．延长热变性的时间 C．延长延伸的时间 D．提高复性的温度 2．(江苏，10)下列关于DNA粗提取与鉴定的叙述，错误的是(　　) A．用同样方法从等体积兔血和鸡血中提取的DNA量相近 B．DNA析出过程中，搅拌操作要轻柔以防DNA断裂 C．预冷的酒精可用来进一步纯化粗提的DNA D．用二苯胺试剂鉴定DNA需要进行水浴加热 3．(北京，12)为了对重金属污染的土壤进行生物修复，研究者将从杨树中克隆的重金属转运蛋白(HMA3)基因与外源高效启动子连接，导入杨树基因组中(如图)。为检测获得的转基因杨树苗中是否含有导入的HMA3基因，同时避免内源HMA3基因的干扰，在进行PCR扩增时，应选择的引物组合是(　　) A．①＋③ B．①＋② C．③＋② D．③＋④ 【易错判断】 1．判断关于基因工程的基本工具的叙述 (1)限制酶只能用于切割目的基因(　×　) (2)切割质粒的限制性内切核酸酶均能特异性地识别6个核苷酸序列(　×　) (3)限制性内切核酸酶、DNA连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具酶(　×　) (4)载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因(　×　) 2．判断关于基因工程的基本操作程序的叙述 (1)根据不同的需要，目的基因是不同的，但都是能编码蛋白质的基因(　×　) (2)外源DNA必须位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行复制(　×　) (3)表达载体的复制和胰岛素基因的表达均启动于复制原点(　×　) (4)PCR反应中温度的周期性改变是为了使DNA聚合酶催化不同的反应(　×　) 3．判断关于DNA的粗提取与鉴定和DNA片段的扩增与电泳鉴定的叙述 (1)进行DNA片段的扩增及电泳鉴定实验所需的缓冲液和酶应分装成小份，并在20 ℃条件下储存(　×　) (2)在凝胶中DNA分子的迁移速率只与DNA分子的大小相关(　×　) (3)为了节约资源，移液器上的枪头在实验过程中不必更换(　×　) (4)DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色，遇甲紫会呈现红色(　×　) 4．填空默写 (1)(选择性必修3 P67)基因工程：按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。 (2)(选择性必修3 P71)限制酶能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。 (3)(选择性必修3 P72)载体上有特殊的标记基因，便于重组DNA分子的筛选。 (4)(选择性必修3 P77)PCR反应需要在一定的缓冲溶液中才能进行，需提供DNA模板、2种引物、4种脱氧核苷酸和耐高温的DNA聚合酶。 (5)(选择性必修3 P80)基因表达载体是载体的一种，除目的基因、标记基因外，还必须含有启动子、终止子等。 (6)(选择性必修3 P81)转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。 第2课时　基因工程的应用和蛋白质工程 课标要求　 1.举例说明基因工程在农牧、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质。 2.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。 考点一　基因工程的应用 【知识回顾】 1．基因工程在农牧业方面的应用 2．基因工程在医药卫生领域的应用 3．基因工程在食品工业方面的应用 【思维拓展】 1．基因工程应用于提高植物抗逆能力，请思考回答下列转基因抗虫棉的相关问题： (1)抗虫棉能抗病毒、细菌、真菌吗？为什么？ 提示　不能。抗虫基因具有专一性。 (2)从环境保护角度出发，分析转基因抗虫棉与普通棉相比在害虫防治方面的优越性有哪些？ 提示　减少了化学农药的使用量，降低了环境污染。 (3)种植转基因抗虫棉若干年后，害虫会不会对转基因抗虫棉产生抗性？为什么？ 提示　会。害虫会因遗传物质发生改变产生对转基因抗虫棉的抗性。 2．为提高动物的生长速度，需将外源生长激素基因导入动物体内，应该选择的受体细胞是什么？并说明理由。 提示　受精卵。受精卵体积较大，操作较容易，营养物质含量丰富，也能保障发育成的个体所有细胞都含有外源生长激素基因，全能性较高。 【能力突破】 1．基因工程蓬勃发展，下列有关基因工程的说法正确的是(　　) A．基因工程在农牧业上的应用主要目的是培养体型巨大品质优良的动物 B．用基因工程方法培育的抗虫植物也能抗病毒 C．转基因绵羊操作过程中生长激素基因的受体细胞最好采用乳腺细胞 D．在农业方面，蛋白质工程可用于改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，增加粮食产量 2．干扰素是治疗癌症的重要药物，它必须从血液中提取，每升人血中只能提取0.5 μg，所以价格昂贵。某生物制品公司用如下方法(如图所示)生产干扰素。从图中可以看出，该公司生产干扰素运用的方法是(　　) A．个体间的杂交 B．基因工程 C．蛋白质工程 D．器官移植 归纳总结　乳腺生物反应器与工程菌的比较 比较内容 乳腺生物反应器 工程菌 含义 让外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白 指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的微生物 基因表达 合成的药物蛋白与天然蛋白相同 细菌合成的药物蛋白可能没有活性 受体细胞 动物受精卵 微生物细胞 目的基因导入方式 显微注射法 Ca2＋处理法 生产条件 不需要严格灭菌，温度等外界条件对其影响不大 需要严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件 药物提取 从动物乳汁中提取 从微生物细胞或其培养液中提取 考点二　蛋白质工程的原理和应用 【知识回顾】 1．蛋白质工程的概念 2．蛋白质工程与基因工程的异同 项目 蛋白质工程 基因工程 过程 从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质 目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定 实质 定向改造或生产人类所需要的蛋白质 定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品 结果 可生产自然界中不存在的蛋白质 只能生产自然界中已存在的蛋白质 联系 蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程 3.蛋白质工程的应用 (1)在医药方面 ①利用蛋白质工程研发药物。 ②实例：如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，在一定条件下，可以延长保存时间。 (2)在工业方面 ①蛋白质工程被广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶。 ②实例：枯草杆菌蛋白酶具有水解蛋白质的作用，因此常被用于洗涤剂工业、丝绸工业等。 (3)在农业方面 科学家正在尝试改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，增加粮食的产量。 【思维拓展】 基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，这些天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。蛋白质工程的目标是生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质，甚至是自然界不存在的蛋白质。结合图示回答有关问题： (1)写出流程图中字母代表的含义： A．预期功能；B.氨基酸序列；C.改造或合成；D.转录；E.翻译。 (2)上图字母中属于中心法则的过程有D、E，属于蛋白质工程的过程有A、C。 (3)对天然蛋白质进行改造，你认为应该是直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？原因是什么？ 提示　应该通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造。主要原因：①蛋白质具有十分复杂的空间结构，基因的结构相对简单，容易改造；②改造后的基因可以遗传给下一代，被改造的蛋白质无法遗传。 【能力突破】 3．胰岛素可用于治疗糖尿病，但胰岛素注射后易在皮下堆积，需较长时间才能进入血液，进入血液后又易被分解，因此治疗效果受到影响。如图是新的速效胰岛素的生产过程，下列有关叙述错误的是(　　) A．新的胰岛素的预期功能是构建新胰岛素模型的主要依据 B．新的胰岛素生产过程中不涉及中心法则 C．若用大肠杆菌生产新的胰岛素，常用Ca2＋处理大肠杆菌 D．新的胰岛素功能的发挥必须依赖于蛋白质正确的高级结构 4．β-葡聚糖酶是一种在酒类、饲料等行业中具有重要用途的工业用酶。为提高β-葡聚糖酶的催化活性，科学家将其第20位、117位和165位赖氨酸突变为丝氨酸。下列有关叙述错误的是(　　) A．改造后的β-葡聚糖酶的耐酸碱能力增强 B．改造后的β-葡聚糖酶空间结构发生了改变 C．对β-葡聚糖酶结构的改造属于蛋白质工程 D．可通过DNA分子测序法检测突变是否成功 归纳总结　判断基因工程和蛋白质工程 (1)如果仅将基因用限制酶从DNA片段中切割下来，没有经过对编码蛋白序列进行修饰、加工，或仅对其调控序列进行加工，则属于基因工程；如果将目的基因经过了一些实质性的改造，如对编码蛋白序列进行了碱基替换或增添或缺失某几个碱基，则属于蛋白质工程。 (2)如果合成的蛋白质是天然蛋白质，则是基因工程；如果合成的蛋白质和天然蛋白质有差异，甚至是自然界中所没有的，则为蛋白质工程。 【真题重温】 1．(经典高考题)从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是(　　) A．合成编码目的肽的DNA片段 B．构建含目的肽DNA片段的表达载体 C．依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽 D．筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽 2．(山东，25)水稻胚乳中含直链淀粉和支链淀粉，直链淀粉所占比例越小糯性越强。科研人员将能表达出基因编辑系统的DNA序列转入水稻，实现了对直链淀粉合成酶基因(Wx基因)启动子序列的定点编辑，从而获得了3个突变品系。 (1)将能表达出基因编辑系统的DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时，所需的酶是________________，重组载体进入水稻细胞并在细胞内维持稳定和表达的过程称为________。 (2)根据启动子的作用推测，Wx基因启动子序列的改变影响了__________________，从而改变了Wx基因的转录水平。与野生型水稻相比，3个突变品系中Wx基因控制合成的直链淀粉合成酶的氨基酸序列__________(填“发生”或“不发生”)改变，原因是____________________________________。 (3)为检测启动子变化对Wx基因表达的影响，科研人员需要检测Wx基因转录产生的mRNA (Wx mRNA)的量。检测时分别提取各品系胚乳中的总RNA，经____________过程获得总cDNA。通过PCR技术可在总cDNA中专一性的扩增出Wx基因的cDNA，原因是________________________________。 (4)各品系Wx mRNA量的检测结果如图所示，据图推测糯性最强的品系为________，原因是 ______________________________________________________________________________。 3．(经典高考题)已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题： (1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的______________进行改造。 (2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰________基因或合成________基因，所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括_________________________的复制，以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：___________________________________。 (3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过___________和_______________，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物________进行鉴定。 4．(湖南，22)水蛭是我国的传统中药材，主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构，提高其抗凝血活性。回答下列问题： (1)蛋白质工程流程如图所示，物质a是________________，物质b是__________。在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是______________________。 (2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有_______________、_______________和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是__________________。 (3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性，结果如图所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的______(填“种类”或“含量”)有关，导致其活性不同的原因是___________________________________________________。 (4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异，简要写出实验设计思路。______________________________________________________________。 【易错判断】 1．判断关于基因工程的应用的叙述 (1)为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体(　×　) (2)由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用(　×　) (3)用基因工程方法从大肠杆菌和酵母菌细胞内获得的干扰素结构和功能完全相同(　×　) 2．判断关于蛋白质工程的原理及其应用的叙述 (1)蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列(　×　) (2)基因工程在分子水平对基因进行操作，蛋白质工程在分子水平对蛋白质进行操作(　×　) (3)蛋白质工程可以改造酶，提高酶的热稳定性(　√　) 3．填空默写 (1)(选择性必修3 P90)乳腺生物反应器是指将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中，由这个受精卵发育成的转基因动物在进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物。 (2)(选择性必修3 P91)用转基因动物(猪)做器官移植的供体，方法是将器官供体基因组导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。 (3)(选择性必修3 P93)蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。 (4)(选择性必修3 P93)基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。 (5)(选择性必修3 P94)对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造或合成基因来完成。 (6)(选择性必修3 P94)蛋白质工程的基本思路是从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。 学科网（北京）股份有限公司 $$