第十单元 第61课时 基因工程的应用和蛋白质工程（教师用书word）-【步步高】2025年高考生物大一轮复习讲义（苏教版 江苏专用）

第61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。3.按照实验操作步骤，进行DNA的粗提取与鉴定实验。 考情分析 1.基因工程的应用 2022·河北·T24　2022·广东·T22　2022·全国乙·T38　2021·河北·T24 2.蛋白质工程的原理和应用 2022·湖南·T22　2021·辽宁·T14　2022·重庆·T3 3.DNA的粗提取与鉴定 2023·广东·T11　2022·山东·T13　2021·山东·T13 考点一　基因工程的应用 1．基因工程在农牧业中的应用价值 2．基因工程在食品业中的应用价值 (1)转基因食品已进入商业化生产，其中大豆、玉米和油菜种植面积很大。 (2)植物蛋白质、糖类、脂肪品质的改良以及维生素种类和含量的改良等方面，是主要研究热点。 (3)基因工程在氨基酸、助鲜剂、甜味剂等食品添加剂的生产，以及广泛应用于食品制造业的淀粉酶、纤维素酶、脂肪酶、蛋白酶的大规模生产方面也大显身手。 3．基因工程在医药业中的应用价值 (1)基因工程药物 转基因药物的反应器：科学家将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等重组起来，转入哺乳动物的受精卵中，制成乳腺生物反应器。 (2)基因治疗 ①概念：指利用正常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法。包括基因诊断、基因分离、载体构建、目的基因导入等多项技术。 ②途径：体内和体外两种。 判断正误 (1)科学家利用转基因技术培育了抗玉米螟玉米，种植该玉米的农田就不需要进行防虫管理了(　×　) 提示　转基因抗玉米螟玉米能够抵抗玉米螟，但不一定能抵抗其他害虫。 (2)乳腺生物反应器是将药用蛋白基因导入动物的乳腺细胞中(　×　) 提示　乳腺生物反应器是将药用蛋白基因导入哺乳动物的受精卵中，但该基因在乳腺细胞中表达。 (3)用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类一般称为基因工程菌(　√　) (4)由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用(　×　) 提示　大肠杆菌细胞中没有内质网、高尔基体等细胞器，获得人的干扰素后要经过进一步的加工和修饰才具有生物活性。 1．基因工程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，需要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　应该选择的受体细胞是受精卵。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。 3．生产乳腺生物反应器构建基因表达载体时有什么特别要求？为什么？ 提示　必须把目的基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控元件重组在一起。因为只有连接了乳腺蛋白基因的启动子，才能保证相应的目的基因在雌性动物泌乳期的乳腺细胞内表达。 归纳总结　乳腺生物反应器 (1)操作过程 (2)比较乳腺生物反应器与膀胱生物反应器 ①乳腺生物反应器是利用转基因动物的乳汁生产药用蛋白，而膀胱生物反应器是利用转基因动物的尿液生产药用蛋白，二者的优点：产量高、质量好、成本低、易提取，且不会对动物造成伤害。 ②乳腺生物反应器需是处于生殖期的雌性动物才可生产药用蛋白，而膀胱生物反应器则是任何生长期的雌雄动物均可生产药用蛋白。 考向一　基因工程的应用 1．(2024·南京高三模拟)如图是将人的生长激素基因导入细菌B细胞内制备“工程菌”的示意图。已知细菌B细胞内不含质粒A，也不含质粒A上的基因。下列说法正确的是(　　) A．“结合”过程需使用限制酶、Taq酶以及DNA连接酶 B．细菌B接种在含有四环素的培养基上，能生长的就是导入了质粒A的细菌 C．细菌B涂布在含有氨苄青霉素的培养基上，能生长的是只有导入了重组质粒的细菌 D．生长激素基因导入了细菌B，说明“工程菌”制备成功 答案　B 解析　“结合”过程即基因表达载体的构建过程，需使用限制酶、DNA连接酶，A错误；由于将人的生长激素基因导入质粒时破坏了四环素抗性基因的完整性，导入了重组质粒的细菌没有对四环素的抗性，在含有四环素的培养基上不能存活，能存活的是导入质粒A的细菌，B正确；导入重组质粒的细菌和导入质粒A的细菌，均能在含有氨苄青霉素的培养基上生长，C错误；生长激素基因导入了细菌B，并完成表达才能说明“工程菌”制备成功，D错误。 2．(多选)(2024·苏州高三一模)基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等多方面的应用发展迅速，如图表示利用基因工程技术生产人血清白蛋白的两条途径。下列叙述错误的是(　　) A．若某基因是从人的细胞内提取mRNA经逆转录形成的，则该基因中不含启动子序列 B．扩增目的基因时，利用热稳定的DNA聚合酶从引物a、b的3′端进行子链合成 C．导入人血清白蛋白基因的绵羊受体细胞是乳腺细胞 D．利用农杆菌转化法可将含有目的基因的重组质粒整合到植物受体细胞的染色体DNA上 答案　CD 解析　导入人血清白蛋白基因的绵羊受体细胞是受精卵，C错误；农杆菌中的Ti质粒上的T－DNA可转移至受体细胞并整合到受体细胞染色体的DNA上，根据农杆菌的这一特点，将目的基因插入到Ti质粒的T－DNA上，通过农杆菌的转化作用，就可以把目的基因整合到植物细胞中的染色体DNA上，D错误。 考点二　蛋白质工程 1．蛋白质工程的概念 2．过程 (1)流程图 A．转录，B.翻译，C.分子设计，D.氨基酸序列，E.预期功能。 (2)首先要获取目的基因和蛋白质的结构数据。 (3)通过基因改造生产目标蛋白质。针对相关基因进行改造，即基因的体外定向突变。大面积的定向突变一般采用基因全合成的方法，而含有单一或少数几个突变位点的基因定向突变则可采用多种策略，如引物定点引入法。 3．蛋白质工程的设计思路与应用 (1)提高蛋白质(酶)的稳定性。 (2)改善酶的催化活性。 (3)消除酶的被抑制特性。 4．蛋白质工程与基因工程的比较 项目 蛋白质工程 基因工程 区 别 原理 中心法则的逆推、中心法则 基因重组 实质 定向改造或生产人类所需的蛋白质 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(基因的异体表达) 结果 可生产自然界没有的蛋白质 生产自然界已有的蛋白质 联系 (1)蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程，对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现；(2)基因工程所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造 判断正误 (1)蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列(　×　) 提示　蛋白质工程改变的是蛋白质分子的少数氨基酸。 (2)蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改造分子的结构(　×　) 提示　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。 (3)蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要是因为人们对蛋白质复杂的高级结构没有完全认识(　√　) (4)蛋白质工程可以改造酶，提高酶的热稳定性(　√　) 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)图示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、B、C、D、E。 (3)对天然蛋白质进行改造，你认为应该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，而被改造的蛋白质无法遗传。 (4)通过对Bt抗虫蛋白三维结构图及氨基酸序列进行分析，发现该蛋白质结构中一段由14个氨基酸组成的螺旋结构缺失，结构变化后的Bt抗虫蛋白能使棉铃虫具有更高的致死率。若要根据蛋白质工程的原理设计实验对Bt抗虫蛋白进行改造，以提高其致死率，请写出实验设计思路。 提示　参照密码子表，找到合成该14个氨基酸的碱基序列所在的基因位置，将这些碱基序列进行缺失处理。 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、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自然界中已存在的蛋白质(天然蛋白质)，则是基因工程；如果合成的蛋白质与天然蛋白质有差异，甚至是自然界中所没有的，则为蛋白质工程。 考向二　辨析蛋白质工程的原理和操作流程 3．(2024·扬州高三质检)人体内的t－PA蛋白能高效降解由血纤维蛋白凝聚而成的血栓，然而，为心梗患者注射大剂量的基因工程t－PA会诱发颅内出血，其原因是t－PA与血纤维蛋白结合的特异性不高。研究证实，通过某技术，将t－PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，可制造出性能优异的改良t－PA蛋白，进而显著降低颅内出血。下列叙述错误的是(　　) A．该技术的关键是了解t－PA蛋白基因的分子结构 B．该技术生产改良t－PA蛋白的过程遵循碱基互补配对原则 C．该技术是蛋白质工程 D．该技术的原理是从预期的蛋白质功能出发最终找到脱氧核苷酸序列的过程 答案　A 解析　将t－PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸需要利用蛋白质工程技术，该技术的关键是了解t－PA蛋白质的分子结构，A错误。 4．(2024·南通高三调研)蛋白质工程是基因工程的延伸。下列关于蛋白质工程的叙述，错误的是(　　) A．通过蛋白质工程改造后的蛋白质的性状不可以遗传 B．蛋白质工程和基因工程都需要构建基因表达载体 C．蛋白质工程需要限制酶、DNA连接酶和载体等工具 D．蛋白质工程经常要建立蛋白质高级结构的三维模型 答案　A 解析　蛋白质工程是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，通过蛋白质工程改造后的蛋白质的性状可以遗传，A错误。 考点三　DNA的粗提取与鉴定 1．基本原理 (1)原理：利用DNA、RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面的差异，提取DNA，去除其他成分。 (2)DNA的性质：DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精；DNA能溶于2 mol·L－1的NaCl溶液。 (3)DNA的鉴定：在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色。 2．过程 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分子不能形成丝状沉淀。 判断正误 (1)提取DNA时，如果没有鸡血材料，可用猪血代替(　×　) 提示　猪为哺乳动物，其成熟红细胞中没有细胞核。 (2)DNA与蛋白质都溶于酒精(　×　) 提示　DNA不溶于酒精，某些蛋白质溶于酒精。 (3)在溶有DNA的NaCl溶液中，加入二苯胺试剂即呈蓝色(　×　) 提示　DNA用二苯胺试剂鉴定时，需要水浴加热。 (4)实验过程中搅拌时要轻缓，并向一个方向搅拌以便获得较完整的DNA分子(　√　) 考向三　DNA的粗提取与鉴定 5．(2023·广东，11)“DNA的粗提取与鉴定”实验的基本过程：裂解→分离→沉淀→鉴定。下列叙述错误的是(　　) A．裂解：使细胞破裂释放出DNA等物质 B．分离：可去除混合物中的多糖、蛋白质等 C．沉淀：可反复多次以提高DNA的纯度 D．鉴定：加入二苯胺试剂后即呈现蓝色 答案　D 解析　裂解是使细胞破裂释放出DNA等物质，针对不同的实验材料，可选择不同的方法破坏细胞，如植物细胞可选择研磨的方法，而动物细胞可选择吸水涨破的方法，A正确；DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，能溶于2 mol/L的NaCl溶液，将溶液过滤，即可将混合物中的多糖、蛋白质等与DNA分离，B正确；DNA不溶于酒精，而某些蛋白质溶于酒精，可以反复多次用酒精沉淀出DNA，提高DNA的纯度，C正确；将DNA溶于NaCl溶液中，加入二苯胺试剂，沸水浴加热5分钟，待冷却后，溶液能呈现蓝色，D错误。 6．下列有关“DNA粗提取和鉴定”实验的叙述，正确的是(　　) A．新鲜猪血、菜花等动植物材料均可用于DNA的粗提取 B．选用洋葱作为实验材料时可以使用吸水涨破法破坏细胞 C．DNA可溶于蒸馏水，也可溶于2 mol/L的NaCl溶液 D．溶有DNA的NaCl溶液中加入二苯胺试剂后，颜色呈紫色 答案　C 解析　猪是哺乳动物，其红细胞没有细胞核，所以猪血不能用于DNA的粗提取，A错误；植物材料不能使用吸水涨破法破坏细胞，B错误；DNA不溶于95%的冷酒精，可溶于蒸馏水，也可溶于2 mol/L的NaCl溶液，C正确；溶有DNA的NaCl溶液中加入二苯胺试剂，需沸水浴加热后冷却，再观察颜色(呈蓝色)，D错误。 1．(选择性必修3 P103)利用基因工程技术培育的、能稳定遗传外源基因所决定的性状的生物称为转基因生物。 2．(选择性必修3 P105～106)乳腺生物反应器是先将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等重组起来，转入哺乳动物的受精卵中，再让这些受精卵在母体内生长发育成转基因动物。 3．(选择性必修3 P106)基因治疗的体内途径是将分离出来的带有治疗作用的基因通过载体转入患者体内的某些细胞，直接纠正或弥补缺陷基因的功能。体外途径是采用转基因技术将带有治疗作用的基因导入病毒基因组，再用病毒感染受体细胞，治疗基因整合到受体基因组后，受体细胞经体外培养、增殖后导入患者体内。 4．(选择性必修3 P110)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为基础，对编码该蛋白的基因进行有目的的设计改造，以改造现有蛋白质或制造新的蛋白质。 5．(2020·全国Ⅲ，38节选)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。 回答下列问题： (1)步骤①中需要选择的启动子是膀胱上皮细胞蛋白基因的启动子，选择该启动子的目的是使W基因在膀胱上皮细胞中特异性表达。步骤②所代表的操作是显微注射。 (2)与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产W的优势在于不受转基因动物的性别、年龄(答出2点即可)的限制。 6．(2019·海南，31节选)人的T细胞可以产生某种具有临床价值的蛋白质(Y)，该蛋白质由一条多肽链组成。目前可以利用现代生物技术生产Y。天然的Y通常需要在低温条件下保存。假设将Y的第6位氨基酸甲改变为氨基酸乙可提高其热稳定性，若要根据蛋白质工程的原理对Y进行改造以提高其热稳定性，具体思路是找到第6位氨基酸甲对应的碱基所在的基因位置，参照密码子表，将第6位氨基酸甲对应的碱基替换为氨基酸乙的碱基。 课时精练 一、单项选择题 1．(2023·徐州高三检测)下列关于基因工程的应用的叙述，正确的是(　　) A．将药用蛋白基因注射入牛的乳腺细胞，从牛乳汁中获得所需的药品 B．基因工程改造后的个体与未经改造的同种个体之间已产生生殖隔离 C．利用基因工程生产的甜味剂对人体无害，在食品中可以大量添加 D．基因工程可以改良动植物品种、提高作物和畜产品的产量 答案　D 解析　将药物蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，导入哺乳动物的受精卵中，A错误；基因工程的原理是基因重组，经过基因工程改造后的个体与未经改造的同种个体之间只有一个或少数几个基因不同，一般不会产生生殖隔离，B错误；过量甜味剂对人体会产生危害，不能在食品中大量添加，C错误。 2．下列关于基因工程在食品工业上应用的叙述，错误的是(　　) A．加工烘烤食品、制造生物能源所用到的脂酶可以通过基因工程技术大量生产 B．只有将编码牛凝乳酶的基因导入黑曲霉、酵母菌等真核细胞，才能利用基因工程技术生产凝乳酶 C．利用基因工程生产出的加工转化糖浆所需要的淀粉酶，纯度更高，而且成本显著降低 D．能够分解“石油”的超级细菌在代谢上属于异养型 答案　B 解析　将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌细胞，也能利用基因工程技术生产凝乳酶，B错误。 3．(2021·辽宁，14)腈水合酶(N0)广泛应用于环境保护和医药原料生产等领域，但不耐高温。利用蛋白质工程技术在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽，可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)。下列有关叙述错误的是(　　) A．N1与N0氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一 B．加入连接肽需要通过改造基因实现 C．获得N1的过程需要进行转录和翻译 D．检测N1的活性时先将N1与底物充分混合，再置于高温环境 答案　D 解析　在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽，可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)，则N1与N0氨基酸序列有所不同，这可能是影响其热稳定性的原因之一，A正确；蛋白质工程的作用对象是基因，即加入连接肽需要通过改造基因实现，B正确；N1为蛋白质，蛋白质的合成需要经过转录和翻译两个过程，C正确；酶具有高效性，检测N1的活性需先将其置于高温环境，再与底物充分混合，D错误。 4．(2024·无锡高三调研)如图是蛋白质工程中改造目的基因的一种技术路线。S1核酸酶可以去除双链DNA突出的单链区；外切核酸酶Ⅲ只能从DNA双链的3′末端逐个水解单核苷酸，可以产生不同长度的5′突出末端。下列叙述错误的是(　　) A．步骤一需使用两种限制酶切割目的基因片段 B．步骤二、三分别使用了S1核酸酶、外切核酸酶Ⅲ C．步骤四宜选用T4 DNA连接酶处理DNA片段 D．质粒载体2中目的基因片段N的长度有多种 答案　B 解析　由图可知，经步骤一酶切后的DNA片段一端是平末端，另一端是黏性末端，故步骤一需要使用两种限制酶切割目的基因片段，A正确；外切核酸酶Ⅲ只能从DNA双链的3′末端逐个水解单核苷酸，可以产生不同长度的5′突出末端，由图可知，步骤二使用的是外切核酸酶Ⅲ，步骤三使用的是S1核酸酶，B错误；T4 DNA连接酶可连接平末端，故步骤四宜选用T4 DNA连接酶处理DNA片段，C正确；质粒载体2中目的基因片段N的长度有多种，因为外切核酸酶Ⅲ处理后可以获得不同长度的5′突出末端，D正确。 5．(2024·南通高三质检)OsGLO1、EcCAT、EcGCL和TSR 4个基因分别编码4种不同的酶，研究人员将这些基因分别与叶绿体转运肽(引导合成的蛋白质进入叶绿体)基因连接，构建多基因表达载体(载体中部分序列如图所示)，利用农杆菌转化法转化水稻，在水稻叶绿体内构建了一条新代谢途径，提高了水稻的产量。下列叙述正确的是(　　) A．4个基因转录时都以DNA的同一条单链为模板 B．应选用含卡那霉素的培养基筛选被农杆菌转化的水稻细胞 C．4个基因都在水稻叶绿体内进行转录、翻译 D．可用抗原—抗体杂交技术检测4种酶在转基因水稻中的表达量 答案　D 解析　由题图可知，在同一个T－DNA中OsGLO1启动子启动转录的方向与其他三个基因不同，4个基因转录时不都以DNA的同一条单链为模板，A错误；卡那霉素抗性基因不在T－DNA中，而潮霉素抗性基因在T－DNA中，应选用含潮霉素的培养基筛选被农杆菌转化的水稻细胞，B错误；由题意可知，利用农杆菌转化法转化水稻，可使目的基因插入到水稻细胞的染色体DNA上，所以与叶绿体转运肽基因连接的4个基因，在细胞核中进行转录，在核糖体中进行翻译，由叶绿体转运肽引导合成的蛋白质进入叶绿体，C错误。 6．(2024·连云港高三联考)科学家利用基因工程培育出了能产生乙肝病毒蛋白质的番茄，被称为“番茄乙肝疫苗”。具体操作是：将乙肝抗原基因M导入农杆菌，然后利用农杆菌将M导入番茄细胞。实验显示小白鼠连续五周吃这样的番茄，体内产生了抗乙肝病毒的抗体。下列叙述错误的是(　　) A．实验用PCR技术对M基因进行扩增，需要两种引物 B．含M的重组Ti质粒必须插入到番茄染色体DNA上 C．即使M在番茄中成功表达，也要做个体生物学水平鉴定 D．番茄乙肝疫苗成本相对较低且易于储存 答案　B 解析　含M的T－DNA插入到番茄染色体DNA上，才能稳定存在和表达，而不是整个Ti质粒，B错误；即使M在番茄中成功表达，也必须进行个体生物学水平鉴定，来确定实际效果，C正确。 7．(2022·山东，13)关于“DNA的粗提取与鉴定”实验，下列说法错误的是(　　) A．过滤液沉淀过程在4 ℃冰箱中进行是为了防止DNA降解 B．离心研磨液是为了加速DNA的沉淀 C．在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂呈现蓝色 D．粗提取的DNA中可能含有蛋白质 答案　B 解析　离心研磨液是为了使细胞碎片沉淀，B错误；在沸水浴条件下，DNA遇二苯胺试剂呈现蓝色，C正确。 二、多项选择题 8．苏云金芽孢杆菌中的杀虫晶体蛋白Cry具有杀虫毒性，但Cry蛋白存在杀虫谱窄、毒力有限等问题，制约了其在农业生产中的进一步应用。科学家通过定点突变，将Cry蛋白第168位的组氨酸替换为精氨酸后，Cry蛋白对烟草天蛾的毒性提高了3倍；将Cry蛋白第282位、第283位的丙氨酸和亮氨酸分别替换成甘氨酸和丝氨酸后，Cry蛋白对烟草天蛾的毒性提高了7倍。下列有关叙述错误的是(　　) A．对Cry蛋白的改造是通过直接替换Cry蛋白中的氨基酸来实现的 B．Cry蛋白的毒性提高了3～7倍的原因可能是改变了该蛋白质的空间结构 C．改造Cry蛋白应从Cry蛋白基因的脱氧核苷酸序列出发设计其特有的结构 D．使用蛋白质工程改造Cry蛋白过程中需要使用限制酶和DNA连接酶 答案　AC 解析　对Cry蛋白的改造是通过改造Cry蛋白的相关基因来实现的，A错误；改造Cry蛋白应从Cry蛋白的预期功能出发设计其特有的结构，并改造或合成相关基因，C错误。 9．动物基因工程前景广阔，最令人兴奋的是利用基因工程技术使哺乳动物成为乳腺生物反应器，以生产所需要的药品，如转基因动物生产人的生长激素。科学家培养转基因动物成为乳腺生物反应器时(　　) A．利用基因工程技术 B．不需要乳腺蛋白基因的启动子 C．利用农杆菌转化法将人的生长激素基因导入受精卵中 D．需要进入泌乳期才能成为“批量生产药物的工厂” 答案　AD 解析　科学家培养转基因动物时利用了基因工程技术，A正确；构建重组质粒需要将人的生长激素基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控元件重组在一起，B错误；将重组质粒导入动物受精卵，常通过显微注射法导入哺乳动物的受精卵中，然后将受精卵送入母体内使其生长发育成转基因动物，C错误；由于转入的目的基因在乳腺中可以高效表达，利用乳腺可以分泌蛋白的特性(人的生长激素属于分泌蛋白)，所以在进入泌乳期能大量产生人的生长激素，D正确。 10．甲醇酵母菌是基因工程中常用的受体菌，它可以高效表达外源蛋白，但自身蛋白分泌到培养基的较少。研究人员将人的胶原蛋白基因导入甲醇酵母中并成功表达。下列有关叙述正确的是(　　) A．用两种酶切割目的基因和质粒，可防止目的基因反向连接和质粒的自身环化 B．常用显微注射法将胶原蛋白基因导入甲醇酵母中 C．与大肠杆菌相比，甲醇酵母作受体菌所表达出的胶原蛋白与人体产生的胶原蛋白结构更相近 D．与其他酵母菌相比，甲醇酵母作受体菌便于表达出的胶原蛋白的分离与纯化 答案　ACD 解析　 常用Ca2＋处理细胞，使其成为感受态细胞，然后再将重组目的基因导入微生物细胞，B错误；与大肠杆菌作受体相比，甲醇酵母为真核生物，表达出的胶原蛋白经过内质网和高尔基体的加工，所以与人体产生的胶原蛋白结构更相近，C正确；与其他酵母菌相比，甲醇酵母可以高效表达外源蛋白，但自身蛋白分泌到培养基的较少，便于目的蛋白的分离和纯化，D正确。 三、非选择题 11．(2024·南京高三模拟)基因工程自20世纪70年代兴起后，在农牧业、医药卫生领域和食品工业等方面展示出广阔的前景。如图是通过基因工程获得转基因生物或产品的流程图，请回答下列问题： (1)若要构建小鼠乳腺生物反应器批量生产人抗利尿激素，应先从人体______细胞中获取总RNA，通过逆转录获得cDNA，再经PCR后获得抗利尿激素基因。与人体细胞中的基因相比，该方法获取的抗利尿激素基因不具有______________________等组件。 (2)通过PCR技术可扩增目的基因，PCR的每次循环一般可以分为______________三步。一条单链cDNA在PCR仪中进行n次循环，需要消耗______个引物。一般通过____________________来鉴定PCR的产物。 (3)图中质粒A上m、n分别是启动子和终止子，RNA聚合酶在模板DNA链上的移动方向是____________________。已知目的基因转录的模板链b链，箭头处是限制酶的切点(Nco Ⅰ：5′－C↓CATGG－3′；Nhe Ⅰ：5′－G↓GATCC－3′)，目的基因无法与载体A连接，为了使目的基因成功表达，需要在目的基因两侧加接末端，b链处加接末端5′－____________。 (4)构建小鼠乳腺生物反应器时，科研人员需要将抗利尿激素基因与小鼠乳腺蛋白基因启动子重组在一起，目的是______________________________________。膀胱生物反应器与乳腺生物反应器相比，具有的显著优势在于不受转基因动物的______和______的限制，而且从尿液中提取蛋白质比在乳汁中提取简便、高效。 答案　(1)下丘脑　启动子、终止子和内含子 (2)变性、退火、延伸　2n－1　琼脂糖凝胶电泳　(3)3′→5′　GATC　(4)使抗利尿激素基因在小鼠的乳腺中表达　性别　年龄 解析　(1)人抗利尿激素是由人体下丘脑细胞合成分泌的，若利用图示流程构建小鼠乳腺生物反应器批量生产人抗利尿激素，应先从人体下丘脑细胞中获取总RNA，通过逆转录获得cDNA，再经PCR后获得抗利尿激素基因。由于成熟的mRNA只有编码区，是转录后经剪接等过程形成的，故与人体细胞中的基因相比，该方法获取的抗利尿激素基因不具有的结构是启动子、终止子和内含子。(3)转录时以DNA的一条链为模板合成RNA，RNA聚合酶在模板DNA链上的移动方向是3′→5′。图中质粒A上m、n分别是启动子和终止子，箭头处是限制酶的切点，由图示可知，质粒上有限制酶Nco Ⅰ和Nhe Ⅰ的切割位点，已知目的基因转录的模板链b链，结合图示启动子和终止子的方向可知，b链5′处应加接GATC，即添加的是Nhe Ⅰ切割后的序列。(4)构建小鼠乳腺生物反应器时，科研人员需要将抗利尿激素基因与小鼠乳腺蛋白基因启动子重组在一起，目的是使抗利尿激素基因在小鼠的乳腺中表达；乳腺生物反应器只有雌性个体泌乳期才能制造产物，而膀胱生物反应器的显著优势在于不受转基因动物的性别、年龄的限制，而且正常情况下尿液中没有蛋白质，所以从尿液中提取蛋白质比在乳汁中提取简便、高效。 12．(2022·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。 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)氨基酸序列多肽链　mRNA　密码子的简并性　(2)从基因文库中获取目的基因　通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成　DNA半保留复制　(3)种类　提取的水蛭蛋白的酶解时间和处理的酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏　(4)设置4组试管，每组分别加入等量的改造后的水蛭素、用酶甲处理过的水蛭蛋白酶解产物、用酶乙处理过的水蛭蛋白酶解产物、天然水蛭素，加入等量同种动物的新鲜血液，相同条件下观察凝血需要的时间，凝血时间越长，抗凝血活性越高 解析　(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，据图可知，水解产物中的肽含量随着酶解时间的延长均上升，且差别不大。水解产物中抗凝血活性有差异，经酶甲处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后相对稳定；经酶乙处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后下降。经酶甲处理后的酶解产物的抗凝血活性最终高于经酶乙处理后的酶解产物的抗凝血活性，且差异明显。据此推测两种酶处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的种类有关，导致其活性不同的原因是提取的水蛭蛋白的酶解时间和酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度的破坏。(4)抗凝血活性可通过观察凝血时间来确定。为比较不同物质的抗凝血活性差异，可以设计向4组试管中分别加入等量改造后的水蛭素、用酶甲处理过的水蛭蛋白酶解产物、用酶乙处理过的水蛭蛋白酶解产物、天然水蛭素，加入等量的同种动物的新鲜血液，相同条件下观察凝血需要的时间，凝血时间越长，抗凝血活性越高。 学科网（北京）股份有限公司 $