2026届高三生物一轮复习导学案基因工程的应用和蛋白质工程

　基因工程的应用和蛋白质工程 1.基因工程的应用——生物反应器 　W是一种具有特定功能的人体蛋白质。某研究小组拟仿照制备乳腺生物反应器的研究思路，制备一种膀胱生物反应器来获得W，基本过程如图所示。 (1)为获得多枚胚胎，需对雌性供体施行____________处理，并对供体雌性动物和代孕母体进____________处理。 (2)制备乳腺生物反应器时，步骤①需要将W基因与________中特异性表达的基因的启动子等元件重组在一起，选择该启动子的目的是___________________ ___________________________________________________________________； 制备膀胱生物反应器时，步骤①需要选择的启动子是在________组织中特异性表达的基因的启动子，选择该启动子的目的是_____________________________ ___________________________________________________________________。 (3)制备乳腺生物反应器时，步骤④之前______(填“需要”或“不需要”)对胚胎进行性别鉴定，原因是_______________________________________________ ___________________________________________________________________。 制备膀胱生物反应器时，步骤④之前________(填“需要”或“不需要”)对胚胎进行性别鉴定，原因是_______________________________________________ ___________________________________________________________________。 (4)与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器可明显提高W的产量，原因是___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 提示　(1)超数排卵　同期发情　(2)乳腺　使W基因在乳腺细胞中表达，进而W分泌到乳汁中　膀胱　使W基因在膀胱组织中表达，进而W分泌到尿液中，随尿液排出体外　(3)需要　乳腺生物反应器必须是雌性动物，只有雌性动物进入泌乳期后才能分泌乳汁　不需要　无论雌性动物还是雄性动物都会产生尿液，且不受年龄的限制　(4)膀胱生物反应器不受动物年龄、性别等的限制 2.蛋白质工程的原理和应用 　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，是涉及多学科的综合科技工程。下列相关叙述错误的有________。 ①基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质 ②蛋白质工程的操作手段是直接对蛋白质进行改造 ③利用蛋白质工程研发药物，可延长干扰素的保存时间 ④利用蛋白质工程技术，可实现远缘杂交，培育作物新品种 ⑤通过蛋白质工程可提高基因突变的频率，缩短诱变育种的周期 提示　②④⑤ 题型1　基因工程的应用(社会责任) [例1] (2025·湖北一模)天然虾青素具有强大的清除氧自由基的能力，还具有着色、提高免疫力等特性，被广泛应用在化妆品、饲料添加剂和医药等行业中。常用微生物发酵合成虾青素，已知红法夫酵母能够生产虾青素，但存在产量低、成本高等弊端，大规模工业化生产虾青素存在诸多挑战。下列叙述错误的是(　　) A.虾青素可能具有延缓衰老、抑制肿瘤发生等生理作用 B.培养基中碳氮源比例可能会影响到菌株发酵合成虾青素 C.可通过基因工程改造野生型红法夫酵母提高虾青素产量 D.工业化生产虾青素不需要考虑pH、溶氧量等对产量的影响 答案　D 解析　虾青素具有强大的清除氧自由基的能力，而氧自由基是导致衰老和癌症的重要因素之一，因此虾青素可能具有延缓衰老、抑制肿瘤发生等生理作用，A正确；碳氮源是微生物生长和代谢的重要营养物质，其比例会影响微生物的生长速度、代谢途径和产物合成，因此培养基中碳氮源比例可能会影响到菌株发酵合成虾青素，B正确；基因工程技术可以对微生物的基因进行定向改造，从而改变其代谢途径和产物合成，提高目标产物的产量，因此可通过基因工程改造野生型红法夫酵母提高虾青素产量，C正确；pH和溶氧量是影响微生物生长和代谢的重要环境因素，其变化会影微生物的生长速度、代谢途径和产物合成，因此在工业化生产虾青素的过程中，需要严格控制pH和溶氧量等环境因素，以确保微生物的正常生长和代谢，从而提高虾青素的产量，D错误。 [例2] (不定项)(2025·山东威海模拟)油菜是我国的重要油料作物，其生长受到核盘菌引起的菌核病威胁。科研人员试图培育抗菌核病的转基因油菜新品种，其抗性机理如下图所示，相关叙述错误的是(　　) A.将含防御基因的基因表达载体导入核盘菌后，侵染油菜获得转基因植株 B.核盘菌侵染转基因油菜后，启动防御基因表达出相应蛋白质抵御核盘菌侵染 C.未受到核盘菌侵染时，油菜细胞不能合成转录因子B，不启动防御基因表达 D.转基因油菜中的启动子pB属于诱导型启动子，能够精确调控防御基因的表达 答案　ABC 解析　将含防御基因的基因表达载体导入核盘菌后，侵染油菜，之后还需要对防御基因进行检测和鉴定，A错误；分析题图可知，核盘菌侵染转基因油菜后，启动防御基因转录出小干扰RNA抵御核盘菌侵染，而非表达出相应蛋白质抵御核盘菌侵染，B错误；未受到核盘菌侵染时，油菜细胞不能激活细胞内的转录因子B，导致防御基因不能表达，C错误；转基因油菜中的启动子pB只有在核盘菌侵染时才能激活防御基因的表达，属于诱导型启动子，能够精确调控防御基因的表达，D正确。 题型2　蛋白质工程及其应用(社会责任) [例3] (2025·河北衡水模拟)多聚磷酸激酶PPK2可以利用多聚磷酸盐(PolyP)为磷酸基团供体，实现AMP、ADP、ATP、PolyP之间磷酸基团的高效定向转移，如下图所示。PPK2酶偏好长链的聚磷酸盐，短链聚磷酸盐分子会阻断PPK2酶上的ADP结合位点SMc02148，科研人员通过在PPK2酶上构建一个替代的ADP结合位点SMc02148－KET来提高PPK2酶对短链聚磷酸盐的利用率。下列叙述正确的是(　　) A.PPK2酶可以催化AMP和ADP，说明PPK2酶不具有专一性 B.PPK2酶合成ATP的过程中不存在负反馈调节 C.在PPK2酶上构建一个替代的ADP结合位点属于蛋白质工程 D.ADP结合位点SMc02148－KET不会与短链聚磷酸盐结合 答案　C 解析　PPK2酶催化的是一类物质的合成，依然具有专一性，A错误；PPK2酶在合成ATP的过程中会生成短链聚磷酸盐，短链聚磷酸盐会抑制PPK2酶与ADP的结合，抑制ATP的合成，存在负反馈调节，B错误；在PPK2酶上构建一个替代的ADP结合位点，合成了一种之前没有的蛋白质，属于蛋白质工程，C正确；ADP结合位点SMc02148－KET可以提高PPK2酶对短链聚磷酸盐的利用率，说明其可以与短链聚磷酸盐结合，D错误。 [例4] (不定项)(2025·四川成都诊断)HAMA效应是指人体针对鼠源单克隆抗体所产生的反应，该反应可使鼠源抗体加速被清除，有时可引起过敏性反应，科学家通过基因改造完成了下图的改造，鼠源抗体诱发免疫反应的强度就会降低很多。下列有关说法正确的是(　　) A.生产鼠—人嵌合抗体的过程属于蛋白质工程 B.改造过程涉及到鼠的基因和人的基因的拼接 C.把来自不同抗体的可变区和恒定区直接拼接 D.改造过程没有利用基因定点诱变技术改造基因 答案　ABD 解析　生产鼠—人嵌合抗体的过程属于对现有蛋白质分子进行改造，属于蛋白质工程，A正确；蛋白质工程操作的对象是基因，因此改造过程涉及到鼠的基因和人的基因的拼接，B正确，C错误；对鼠源单克隆抗体进行改造，首先要根据预期嵌合抗体功能(或蛋白质功能)，设计嵌合抗体结构，然后通过基因拼接，将鼠源抗体基因改造成鼠—人嵌合抗体基因，最后导入到鼠淋巴细胞中表达，改造过程没有利用基因定点诱变技术改造基因，D正确。 DNA的粗提取与鉴定、DNA片段的扩增及电泳鉴定 1.DNA的粗提取与鉴定 　DNA的粗提取与鉴定实验的流程为：选材→研磨→过滤→粗提取→鉴定。请回答下列问题： (1)该实验________(填“能”或“不能”)用哺乳动物成熟的红细胞作实验材料，原因是_________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 (2)过滤后，将滤液放置在________ ℃冰箱中一段时间，离心后取上清液。 (3)粗提取时，使用预冷的95%的酒精溶液能初步分离DNA和蛋白质，其原理是___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 (4)鉴定时，将粗提取得到的白色丝状物加入5 mL 2 mol/L的NaCl溶液中溶解，再加入4 mL________试剂，混合均匀后沸水浴加热5 min，冷却后观察到溶液呈现________色。 提示　(1)不能　哺乳动物成熟的红细胞无细胞核(无DNA)　(2)4　(3)DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精　(4)二苯胺　蓝 思维升华　(1)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分子不能形成丝状沉淀。 (2)本实验不能用哺乳动物成熟的红细胞作为实验材料，原因是哺乳动物成熟的红细胞无细胞核和其他细胞器(无DNA)。可选用鸡血细胞作为材料。 2.DNA片段的扩增及电泳鉴定 　下列有关DNA片段的扩增及电泳鉴定实验的叙述，正确的有___________________________________________________________________。 ①PCR过程需要耐高温的DNA聚合酶 ②PCR缓冲液中一般要加Mg2＋，用于激活RNA聚合酶 ③琼脂糖熔化后加入适量的核酸染料混匀，用来指示DNA迁移的位置 ④PCR过程通过调节温度来控制DNA双链的解聚与结合 ⑤PCR反应体系中加入两种特异性引物以获得引物之间的DNA片段 ⑥在凝胶中的DNA分子的迁移速率只与DNA分子大小有关，DNA的相对分子量越大，迁移速率越慢 ⑦电泳缓冲液加入电泳槽时，需要没过凝胶1 mm为宜 ⑧凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为500 nm的紫外灯下被检测出来 ⑨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 ⑩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 提示　①④⑤⑦⑨⑩ 思维升华　(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)电泳时，DNA的相对分子量越大，迁移速率越慢；DNA的相对分子量越小，迁移速率越快。 (1)将溶解的DNA粗提物与二苯胺试剂反应，可检测溶液中是否含有蛋白质杂质。(2024·安徽卷，14D)(×) 提示　二苯胺试剂可以用于鉴定DNA，不能检测出溶液中是否含有蛋白质杂质。 (2)鉴定过程中DNA双螺旋结构不发生改变。(2024·山东卷，13C)(×) 提示　鉴定过程中用沸水浴加热，DNA双螺旋结构会发生改变。 (3)琼脂糖凝胶中的DNA分子可在紫光灯下被检测出来。(2024·黑吉辽卷，7D)(×) 提示　琼脂糖凝胶中的DNA分子需染色后，才可在波长为300 nm的紫外灯下被检测出来。 (4)配制PCR反应体系时，加入等量的4种核糖核苷酸溶液作为扩增原料。(2024·河北卷，13A)(×) 提示　应加入4种脱氧核苷酸作为PCR扩增原料。 (5)粗提取DNA时的过滤液沉淀过程在4 ℃冰箱中进行是为了防止DNA降解。(2022·山东卷，13A)(√) (6)动、植物细胞DNA的提取必须在无菌条件下进行。(2022·湖北卷，5)(×) 提示　动、植物细胞的DNA提取不需要在无菌条件下进行。 (7)PCR技术中的DNA延伸过程无需引物参与即可完成半保留复制。(2022·辽宁卷，12C)(×) 提示　DNA聚合酶不能从头开始合成DNA链，只能催化单个的脱氧核苷酸添加到已有的核酸片段的3′端，故延伸过程需要引物参与。 题型1　DNA的粗提取与鉴定(实验与探究) [例1] (2024·安徽卷，14)下列关于“DNA粗提取与鉴定”实验的叙述，错误的是(　　) A.实验中如果将研磨液更换为蒸馏水，DNA提取的效率会降低 B.利用DNA和蛋白质在酒精中的溶解度差异，可初步分离DNA C.DNA在不同浓度NaCl溶液中溶解度不同，该原理可用于纯化DNA粗提物 D.将溶解的DNA粗提物与二苯胺试剂反应，可检测溶液中是否含有蛋白质杂质 答案　D 解析　若将研磨液更换为蒸馏水，则从细胞核中释放出的DNA量会减少，从而会降低DNA提取的效率，A正确；由于DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精，所以利用DNA和蛋白质在酒精中的溶解度差异，可初步分离DNA，B正确；DNA在不同浓度NaCl溶液中溶解度不同，它能溶于2 mol/L的NaCl溶液，利用该原理可纯化DNA粗提物，C正确；二苯胺试剂可以用于鉴定DNA，不能检测出溶液中是否含有蛋白质杂质，D错误。 [例2] (2024·山东卷，13)关于“DNA的粗提取与鉴定”实验，下列说法正确的是(　　) A.整个提取过程中可以不使用离心机 B.研磨液在4 ℃冰箱中放置几分钟后，应充分摇匀再倒入烧杯中 C.鉴定过程中DNA双螺旋结构不发生改变 D.仅设置一个对照组不能排除二苯胺加热后可能变蓝的干扰 答案　A 解析　在DNA的粗提取与鉴定实验中，可将获得的研磨液用纱布过滤后，在4 ℃的冰箱中放置几分钟，再取上清液倒入烧杯，也可以直接将研磨液用离心机进行离心后取上清液，A正确；研磨液在4 ℃冰箱中放置几分钟后，DNA在上清液中，应将上清液倒入烧杯中，B错误；鉴定过程中用沸水浴加热，DNA双螺旋结构会发生改变，C错误；加入二苯胺试剂后沸水浴处理的时间要在5分钟以上，且要等到冷却后再观察结果，这样才可以观察到较为明显的显色反应，仅设置一个加二苯胺不加DNA的对照组可以排除二苯胺加热后可能变蓝的干扰，D错误。 题型2　DNA片段的扩增及电泳鉴定(实验与探究) [例3] (2024·黑吉辽卷，7)关于采用琼脂糖凝胶电泳鉴定PCR产物的实验，下列叙述正确的是(　　) A.琼脂糖凝胶浓度的选择需考虑待分离DNA片段的大小 B.凝胶载样缓冲液中指示剂的作用是指示DNA分子的具体位置 C.在同一电场作用下，DNA片段越长，向负极迁移速率越快 D.琼脂糖凝胶中的DNA分子可在紫光灯下被检测出来 答案　A 解析　琼脂糖凝胶的浓度会影响DNA分子在凝胶中的迁移率，因此琼脂糖凝胶浓度的选择需考虑待分离DNA片段的大小，A正确； 凝胶载样缓冲液指示剂的作用是指示电泳进度，B错误；在琼脂糖凝胶电泳中，在同一电场作用下，DNA片段的迁移速率与其大小成反比，即DNA片段越长，迁移速率越慢，且DNA片段是向正极迁移的，而不是向负极，C错误；琼脂糖凝胶中的DNA分子需染色后，才可在波长为300 nm的紫外灯下被检测出来，D错误。 [例4] (不定项)(2023·福建卷，4改编)关于“DNA片段的扩增及电泳鉴定”(实验Ⅰ)和“DNA的粗提取与鉴定”(实验Ⅱ)的实验操作，下列相关叙述正确的是(　　) A.实验Ⅰ中，PCR实验所需的移液器、枪头、蒸馏水等必须进行高压灭菌处理 B.实验Ⅰ中，将扩增得到的PCR产物进行凝胶电泳，加样前应先接通电源 C.实验Ⅱ中，取洋葱研磨液的上清液，加入等体积冷酒精后析出粗提取的DNA D.实验Ⅱ中，将白色丝状物直接加入到二苯胺试剂中并进行沸水浴，用于鉴定DNA 答案　C 解析　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、蒸馏水等在使用前都必须进行高压灭菌处理，移液器不需要进行高压灭菌处理，A错误；PCR产物进行凝胶电泳，应先加样后接通电源，B错误；DNA不溶于酒精，细胞中的某些蛋白质可溶于酒精，因此可取洋葱研磨液的上清液加入等体积冷酒精进行DNA的粗提取，C正确；鉴定DNA时，应先将白色丝状物溶解在2 mol/L的NaCl溶液中，再加入二苯胺试剂并进行沸水浴，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $