第3章 基因工程（知识清单）生物人教版选择性必修3

该高中生物学基因工程知识清单系统梳理了重组DNA技术工具、操作程序、应用及蛋白质工程核心内容，涵盖工具酶特性、载体条件、操作四步骤、多领域应用等知识范畴，搭建从基础概念到实践应用的递进式学习支架。 清单通过“星级难度标注”（如限制酶为五星重点）和“热点关联”（如CRISPR-Cas9伦理分析）呈现知识体系，培养科学思维与态度责任。设计“特别提醒”（如载体与工具酶区别）和真题练习，帮助学生精准突破重难点，教师可据此优化教学，提升复习效率。

第3章 基因工程（知识清单） 第1节 重组DNA 技术的基本工具 考点1 基因工程的概念与原理★★☆☆☆ 1. 概念：基因工程是指按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。 2. 别名：又称为 或基因拼接技术。 3. 原理：基因重组，即通过 和 等技术，将目的基因导入受体细胞，使目的基因在受体细胞内 。 4. 本质：在 水平上对生物的 进行定向改造，实现基因的转移和重组。 5. 操作水平：DNA分子水平。 6. 结果：获得人类需要的 或定向改造生物的 。 考点2 基因工程的基本工具★★★★★ 1. 限制性内切核酸酶（限制酶） （1）来源：主要从 生物中分离纯化得到。 （2）作用特点：能够识别双链DNA分子的 ，并且使每一条链中 部位的两个核苷酸之间的 键断开。 （3）切割结果：产生 （两条链切口处的末端伸出互补的单链）或 （两条链切口处的末端是平整的）。 （4）作用意义：限制酶是基因工程的“手术刀”，为DNA的切割和重组提供了特异性的工具。 2. DNA连接酶 （1）作用：将两个DNA片段连接起来，恢复被限制酶切开的 键，是基因工程的“缝合针”。 （2）种类及区别： · E.coli DNA连接酶：E.coli DNA连接酶：能连接黏性末端和平末端。注意链接平末端时效率较低。 · T4 DNA连接酶：既可以连接 ，也可以连接 ，但连接 的效率较低。 特别提醒 两种DNA连接酶书写时需要注意字母的大小写以及名称的完整性，避免意外失分。 3. 载体 （1）作用：携带 进入受体细胞，使目的基因能够在受体细胞中复制、表达或稳定遗传。 （2）必备条件： 1　 能在受体细胞中 ，或整合到受体细胞的染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制。 2　 有一个或多个限制酶切割位点，以便 插入。 3　 具有特殊的 ，便于 （如抗生素抗性基因、荧光蛋白基因等）。 4　 对受体细胞 ，不会影响受体细胞的正常生命活动。 （3）常用类型： · 质粒：一种 的、结构 、独立于 之外，并具有 能力的双链 状DNA分子，是最常用的载体。 · 噬菌体：经过改造的噬菌体载体，可将较大的DNA片段导入细菌细胞。 · 动植物病毒：经过改造的病毒载体，可将目的基因导入动植物细胞。 特别提醒 1、 质粒是常用的载体，但是还有噬菌体、动植物病毒等也是载体，做选择题时需要注意，不要认为载体就是质粒。 2、 基因工程的工具有三种，但是工具酶只有两种，载体不是酶。 第2节 基因工程的基本操作程序 考点1 基因工程的基本操作程序★★★☆☆ 1. 目的基因的获取 （1）目的基因定义：编码 的结构基因，也可以是一些具有 作用的因子。 （2）常用方法： · 从 中获取：将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。包括基因组文库（包含一种生物的全部基因）和cDNA文库（包含一种生物的部分基因，由mRNA反转录而来）。 · 利用 技术扩增目的基因：PCR（ 链式反应）是一种在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术，可在短时间内大量扩增目的基因。其过程包括 （90-95℃，双链DNA解旋为单链）、 （55-60℃， 互补结合）、延伸（72℃， 聚合酶催化合成新的DNA链）三个步骤，循环往复实现DNA片段的指数级扩增。 · 人工合成：如果目的基因比较 ，核苷酸序列 ，可以通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成；如果基因序列未知，但已知其编码的蛋白质的氨基酸序列，可先推测出mRNA的核苷酸序列，再根据碱基互补配对原则推测出目的基因的核苷酸序列，进而人工合成。 2. 基因表达载体的构建（核心步骤） （1）构建目的：使目的基因在受体细胞中 存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够 和发挥作用。 （2）组成结构： · 目的基因：编码所需蛋白质或调控因子的基因片段。 · 启动子：一段有特殊结构的 片段，位于基因的首端，是 酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出 ，最终获得所需要的蛋白质。 · 终止子：位于基因的尾端，是转录终止的信号，使RNA聚合酶停止转录。 · 标记基因：便于 的筛选。用于鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。如抗生素抗性基因。 · 复制原点：载体自我复制的起点，保证载体在受体细胞中复制。 3. 将目的基因导入受体细胞 （1）转化的定义：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持 和 的过程。 （2）常用导入方法： · 植物细胞：农杆菌转化法（最常用，利用农杆菌 质粒上的 可转移到受体细胞并整合到受体细胞 上的特点）、花粉管通道法（我国独创，简便经济）。 · 动物细胞：显微注射技术（最常用，将重组DNA分子直接注入受精卵的细胞核内）。 · 微生物细胞：感受态细胞法（用 处理微生物细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中 的生理状态，即感受态，然后将重组DNA分子与感受态细胞混合培养，使重组DNA分子进入受体细胞）。 4. 目的基因的检测与鉴定 （1）分子水平检测： · 检测目的基因是否插入受体细胞的染色体DNA上：采用 ，用 标记的目的基因作探针，与受体细胞的DNA进行杂交，若出现杂交带，说明目的基因已插入。 · 检测目的基因是否转录出mRNA：采用 ，用标记的目的基因作探针，与受体细胞的mRNA进行杂交，若出现杂交带，说明目的基因已转录。 · 检测目的基因是否翻译成蛋白质：采用 杂交技术，用相应的抗体与受体细胞提取的蛋白质进行杂交，若出现杂交带，说明目的基因已翻译出蛋白质。 （2）个体水平鉴定： · 植物：抗虫或抗病的接种实验，观察受体生物是否表现出相应的 特性；观察转基因植物的性状是否符合预期。 · 动物：观察转基因动物的性状是否符合预期，如转基因动物的生长速率、产奶量等。 特别提醒 解题时需要明确题目要求在哪个水平进行鉴定，避免填写错误。 第3节 基因工程的应用 考点1基因工程的应用★★☆☆☆ 1. 植物基因工程 主要用于提高农作物的 能力（如抗虫、抗病、抗除草剂、抗干旱、抗盐碱等），改良农作物的品质，以及利用植物生产药物等。 · 抗虫转基因植物：将Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因等导入植物，培育出抗虫棉、抗虫玉米等。 · 抗病转基因植物：将抗病毒基因（如病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因）、抗真菌基因（如几丁质酶基因、抗毒素合成基因）导入植物，培育出抗病毒烟草、抗真菌小麦等。 · 抗逆转基因植物：将调节细胞渗透压的基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因等导入植物，培育出抗盐碱、抗干旱的烟草，抗冻的番茄，抗除草剂的大豆等。 · 改良品质的转基因植物：将控制番茄果实成熟的基因导入番茄，培育出延迟成熟的番茄；将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米，培育出高赖氨酸玉米等。 2. 动物基因工程 · 提高动物的生长速率：将外源生长激素基因导入动物体内，使动物生长速率加快，如转基因鲤鱼。 · 改善畜产品的品质：将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使转基因奶牛分泌的乳汁中乳糖含量大大降低，适合乳糖不耐受人群饮用。 · 用转基因动物生产药物：将药用蛋白基因与 基因的启动子等调控组件重组在一起，导入哺乳动物的 中，培育出转基因动物，其进入泌乳期后，可通过分泌的乳汁生产所需要的药物，称为乳腺生物反应器（乳房生物反应器）。 · 用转基因动物作器官移植的供体：将抑制或除去 决定基因的导入猪的基因组，培育出没有 反应的转基因猪，其器官可用于人类器官移植。 3. 基因工程药物 利用基因工程技术生产的药物包括细胞因子（如干扰素、白细胞介素）、抗体、疫苗、激素（如胰岛素、生长激素）等。这些药物可用于治疗癌症、遗传病、传染病等多种疾病，且生产成本低、产量高、纯度高。例如，利用大肠杆菌生产重组人胰岛素，利用酵母菌生产乙肝疫苗等。 4. 基因治疗 （1）概念：把 基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，是治疗遗传病的最有效的手段。 （2）类型： · 体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转入正常基因。 · 体外基因治疗：先从病人体内获得某种细胞，在体外完成基因转移后，再将成功转移的细胞回输到病人体内。 （3）实例：将腺苷酸脱氨酶（ADA）基因导入患者的淋巴细胞，然后将这种淋巴细胞回输到患者体内，治疗重症联合免疫缺陷病（SCID）。 第4节 蛋白质工程的原理和应用 考点1蛋白质工程的概念★★☆☆☆ 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，通过基因 或基因 ，对现有蛋白质进行 ，或制造一种新的 ，以满足人类的生产和生活的需求。 考点2蛋白质工程的基本原理★★☆☆☆ 中心法则的逆推：从预期的 出发→设计预期的蛋白质 →推测应有的氨基酸 →找到相对应的 （基因），然后通过基因工程技术改造或合成基因，最终表达出符合要求的蛋白质。 考点3蛋白质工程与基因工程的区别★★☆☆☆ · 基因工程：只能生产自然界 的蛋白质。 · 蛋白质工程：可以生产自然界 的新型蛋白质，是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程。 考点4蛋白质工程的应用前景★★☆☆☆ · 改造酶的结构，提高酶的热稳定性、催化效率等，用于工业生产（如改进的TaqDNA聚合酶、洗衣粉中的蛋白酶等）。 · 设计制造具有特定功能的蛋白质，如具有超强吸附能力的蛋白质用于污水处理，具有特定抗原性的蛋白质用于疫苗研发等。 · 用于医学领域，设计制造新型抗体、蛋白质类药物，治疗各种疾病。 热点问题分析 1. CRISPR-Cas9基因编辑的临床应用与伦理争议 2. 合成生物学在抗逆作物育种、重组蛋白药物研发中的创新 3. 基因治疗罕见病的临床突破 考点预测： 1、 侧重考查基因工程核心工具（限制酶、载体特性）、PCR原理与引物设计、重组DNA构建筛选流程； 2、 结合热点，会设置基因编辑原理、基因治疗载体选择及伦理评价类情境题。 1．(2025·安徽，15)质粒K中含有β-半乳糖苷酶基因，将该质粒导入大肠杆菌细胞后，其编码的酶可分解X－gal，产生蓝色物质，进而形成蓝色菌落，如图所示。科研小组以该质粒作为载体，采用基因工程技术实现人源干扰素基因在大肠杆菌中的高效表达。下列叙述错误的是(　　) A．使用氯化钙处理大肠杆菌以提高转化效率，可增加筛选平板上白色和蓝色菌落数 B．如果筛选平板中仅含卡那霉素，生长出的白色菌落不可判定为含目的基因的菌株 C．因质粒K中含两个标记基因，筛选平板中长出的白色菌落即为表达目标蛋白的菌株 D．若筛选平板中蓝色菌落偏多，原因可能是质粒K经酶切后自身环化并导入了大肠杆菌 2．(2023·新课标，6)某同学拟用限制酶(酶1、酶2、酶3和酶4)、DNA连接酶为工具，将目的基因(两端含相应限制酶的识别序列和切割位点)和质粒进行切割、连接，以构建重组表达载体。限制酶的切割位点如图所示。 下列重组表达载体构建方案合理且效率最高的是(　　) A．质粒和目的基因都用酶3切割，用E.coli DNA连接酶连接 B．质粒用酶3切割、目的基因用酶1切割，用T4 DNA连接酶连接 C．质粒和目的基因都用酶1和酶2切割，用T4 DNA连接酶连接 D．质粒和目的基因都用酶2和酶4切割，用E.coli DNA连接酶连接 3．(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 4.(2022·山东，25节选)某种类型的白血病由蛋白P引发，蛋白UBC可使P被蛋白酶识别并降解，药物A可通过影响这一过程对该病起到治疗作用。为探索药物A治疗该病的机理，需构建重组载体以获得融合蛋白FLAG－P和FLAG－PΔ。PΔ是缺失特定氨基酸序列的P，FLAG是一种短肽，连接在P或PΔ的氨基端，使融合蛋白能与含有FLAG抗体的介质结合，但不影响P或PΔ的功能。 ①为构建重组载体，需先设计引物，通过PCR特异性扩增P基因。用于扩增P基因的引物需满足的条件是______________________________________________________________，为使PCR产物能被限制酶切割，需在引物上添加相应的限制酶识别序列，该限制酶识别序列应添加在引物的______(填“3′端”或“5′端”)。 ②PCR扩增得到的P基因经酶切连接插入载体后，与编码FLAG的序列形成一个融合基因，如图所示，其中“ATGTGCA”为P基因编码链起始序列。将该重组载体导入细胞后，融合基因转录出的mRNA序列正确，翻译出的融合蛋白中FLAG的氨基酸序列正确，但P基因对应的氨基酸序列与P不同。据图分析，出现该问题的原因是______________________。 修改扩增P基因时使用的带有EcoR Ⅰ识别序列的引物来解决该问题，具体修改方案是________________________________________________________________________。 第1页共14页 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3章 基因工程（知识清单） 第1节 重组DNA 技术的基本工具 考点1 基因工程的概念与原理★★☆☆☆ 1. 概念：基因工程是指按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。 2. 别名：又称为重组DNA技术或基因拼接技术。 3. 原理：基因重组，即通过体外DNA重组和转基因等技术，将目的基因导入受体细胞，使目的基因在受体细胞内表达。 4. 本质：在分子水平上对生物的遗传性状进行定向改造，实现基因的转移和重组。 5. 操作水平：DNA分子水平。 6. 结果：获得人类需要的基因产物或定向改造生物的遗传性状。 考点2 基因工程的基本工具★★★★★ 1. 限制性内切核酸酶（限制酶） （1）来源：主要从原核生物中分离纯化得到。 （2）作用特点：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两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。 （3）切割结果：产生黏性末端（两条链切口处的末端伸出互补的单链）或平末端（两条链切口处的末端是平整的）。 （4）作用意义：限制酶是基因工程的“手术刀”，为DNA的切割和重组提供了特异性的工具。 2. DNA连接酶 （1）作用：将两个DNA片段连接起来，恢复被限制酶切开的磷酸二酯键，是基因工程的“缝合针”。 （2）种类及区别： · E.coli DNA连接酶：能连接黏性末端和平末端。注意链接平末端时效率较低。 · T4 DNA连接酶：既可以连接黏性末端，也可以连接平末端，但连接平末端的效率较低。 特别提醒 两种DNA连接酶书写时需要注意字母的大小写以及名称的完整性，避免意外失分。 3. 载体 （1）作用：携带目的基因进入受体细胞，使目的基因能够在受体细胞中复制、表达或稳定遗传。 （2）必备条件： 1　 能在受体细胞中自我复制，或整合到受体细胞的染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制。 2　 有一个或多个限制酶切割位点，以便外源DNA片段插入。 3　 具有特殊的标记基因，便于重组DNA分子的筛选（如抗生素抗性基因、荧光蛋白基因等）。 4　 对受体细胞无害，不会影响受体细胞的正常生命活动。 （3）常用类型： · 质粒：一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子，是最常用的载体。 · 噬菌体：经过改造的噬菌体载体，可将较大的DNA片段导入细菌细胞。 · 动植物病毒：经过改造的病毒载体，可将目的基因导入动植物细胞。 特别提醒 1、 质粒是常用的载体，但是还有噬菌体、动植物病毒等也是载体，做选择题时需要注意，不要认为载体就是质粒。 2、 基因工程的工具有三种，但是工具酶只有两种，载体不是酶。 第2节 基因工程的基本操作程序 考点1 基因工程的基本操作程序★★★☆☆ 1. 目的基因的获取 （1）目的基因定义：编码蛋白质的结构基因，也可以是一些具有调控作用的因子。 （2）常用方法： · 从基因文库中获取：将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。包括基因组文库（包含一种生物的全部基因）和cDNA文库（包含一种生物的部分基因，由mRNA反转录而来）。 · 利用PCR技术扩增目的基因：PCR（聚合酶链式反应）是一种在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术，可在短时间内大量扩增目的基因。其过程包括变性（90-95℃，双链DNA解旋为单链）、复性（55-60℃，引物与单链DNA互补结合）、延伸（72℃，TaqDNA聚合酶催化合成新的DNA链）三个步骤，循环往复实现DNA片段的指数级扩增。 · 人工合成：如果目的基因比较小，核苷酸序列已知，可以通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成；如果基因序列未知，但已知其编码的蛋白质的氨基酸序列，可先推测出mRNA的核苷酸序列，再根据碱基互补配对原则推测出目的基因的核苷酸序列，进而人工合成。 2. 基因表达载体的构建（核心步骤） （1）构建目的：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）组成结构： · 目的基因：编码所需蛋白质或调控因子的基因片段。 · 启动子：一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需要的蛋白质。 · 终止子：位于基因的尾端，是转录终止的信号，使RNA聚合酶停止转录。 · 标记基因：便于重组DNA分子的筛选。用于鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。如抗生素抗性基因。 · 复制原点：载体自我复制的起点，保证载体在受体细胞中复制。 3. 将目的基因导入受体细胞 （1）转化的定义：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。 （2）常用导入方法： · 植物细胞：农杆菌转化法（最常用，利用农杆菌Ti质粒上的T-DNA可转移到受体细胞并整合到受体细胞染色体DNA上的特点）、花粉管通道法（我国独创，简便经济）。 · 动物细胞：显微注射技术（最常用，将重组DNA分子直接注入受精卵的细胞核内）。 · 微生物细胞：感受态细胞法（用Ca²⁺处理微生物细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，即感受态，然后将重组DNA分子与感受态细胞混合培养，使重组DNA分子进入受体细胞）。 4. 目的基因的检测与鉴定 （1）分子水平检测： · 检测目的基因是否插入受体细胞的染色体DNA上：采用DNA分子杂交技术，用放射性同位素标记的目的基因作探针，与受体细胞的DNA进行杂交，若出现杂交带，说明目的基因已插入。 · 检测目的基因是否转录出mRNA：采用分子杂交技术，用标记的目的基因作探针，与受体细胞的mRNA进行杂交，若出现杂交带，说明目的基因已转录。 · 检测目的基因是否翻译成蛋白质：采用抗原-抗体杂交技术，用相应的抗体与受体细胞提取的蛋白质进行杂交，若出现杂交带，说明目的基因已翻译出蛋白质。 （2）个体水平鉴定： · 植物：抗虫或抗病的接种实验，观察受体生物是否表现出相应的抗虫或抗病特性；观察转基因植物的性状是否符合预期。 · 动物：观察转基因动物的性状是否符合预期，如转基因动物的生长速率、产奶量等。 特别提醒 解题时需要明确题目要求在哪个水平进行鉴定，避免填写错误。 第3节 基因工程的应用 考点1基因工程的应用★★☆☆☆ 1. 植物基因工程 主要用于提高农作物的抗逆能力（如抗虫、抗病、抗除草剂、抗干旱、抗盐碱等），改良农作物的品质，以及利用植物生产药物等。 · 抗虫转基因植物：将Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因等导入植物，培育出抗虫棉、抗虫玉米等。 · 抗病转基因植物：将抗病毒基因（如病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因）、抗真菌基因（如几丁质酶基因、抗毒素合成基因）导入植物，培育出抗病毒烟草、抗真菌小麦等。 · 抗逆转基因植物：将调节细胞渗透压的基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因等导入植物，培育出抗盐碱、抗干旱的烟草，抗冻的番茄，抗除草剂的大豆等。 · 改良品质的转基因植物：将控制番茄果实成熟的基因导入番茄，培育出延迟成熟的番茄；将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米，培育出高赖氨酸玉米等。 2. 动物基因工程 · 提高动物的生长速率：将外源生长激素基因导入动物体内，使动物生长速率加快，如转基因鲤鱼。 · 改善畜产品的品质：将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使转基因奶牛分泌的乳汁中乳糖含量大大降低，适合乳糖不耐受人群饮用。 · 用转基因动物生产药物：将药用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，培育出转基因动物，其进入泌乳期后，可通过分泌的乳汁生产所需要的药物，称为乳腺生物反应器（乳房生物反应器）。 · 用转基因动物作器官移植的供体：将抑制或除去抗原决定基因的导入猪的基因组，培育出没有免疫排斥反应的转基因猪，其器官可用于人类器官移植。 3. 基因工程药物 利用基因工程技术生产的药物包括细胞因子（如干扰素、白细胞介素）、抗体、疫苗、激素（如胰岛素、生长激素）等。这些药物可用于治疗癌症、遗传病、传染病等多种疾病，且生产成本低、产量高、纯度高。例如，利用大肠杆菌生产重组人胰岛素，利用酵母菌生产乙肝疫苗等。 4. 基因治疗 （1）概念：把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，是治疗遗传病的最有效的手段。 （2）类型： · 体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转入正常基因。 · 体外基因治疗：先从病人体内获得某种细胞，在体外完成基因转移后，再将成功转移的细胞回输到病人体内。 （3）实例：将腺苷酸脱氨酶（ADA）基因导入患者的淋巴细胞，然后将这种淋巴细胞回输到患者体内，治疗重症联合免疫缺陷病（SCID）。 第4节 蛋白质工程的原理和应用 考点1 蛋白质工程的概念★★☆☆☆ 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，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。 考点2 蛋白质工程的基本原理★★☆☆☆ 中心法则的逆推：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→找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因），然后通过基因工程技术改造或合成基因，最终表达出符合要求的蛋白质。 考点3 蛋白质工程与基因工程的区别★★☆☆☆ · 基因工程：只能生产自然界已存在的蛋白质。 · 蛋白质工程：可以生产自然界不存在的新型蛋白质，是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程。 考点4 蛋白质工程的应用前景★★☆☆☆ · 改造酶的结构，提高酶的热稳定性、催化效率等，用于工业生产（如改进的TaqDNA聚合酶、洗衣粉中的蛋白酶等）。 · 设计制造具有特定功能的蛋白质，如具有超强吸附能力的蛋白质用于污水处理，具有特定抗原性的蛋白质用于疫苗研发等。 · 用于医学领域，设计制造新型抗体、蛋白质类药物，治疗各种疾病。 热点问题分析 1. CRISPR-Cas9基因编辑的临床应用与伦理争议 2. 合成生物学在抗逆作物育种、重组蛋白药物研发中的创新 3. 基因治疗罕见病的临床突破 考点预测： 1、 侧重考查基因工程核心工具（限制酶、载体特性）、PCR原理与引物设计、重组DNA构建筛选流程； 2、 结合热点，会设置基因编辑原理、基因治疗载体选择及伦理评价类情境题。 1．(2025·安徽，15)质粒K中含有β-半乳糖苷酶基因，将该质粒导入大肠杆菌细胞后，其编码的酶可分解X－gal，产生蓝色物质，进而形成蓝色菌落，如图所示。科研小组以该质粒作为载体，采用基因工程技术实现人源干扰素基因在大肠杆菌中的高效表达。下列叙述错误的是(　　) A．使用氯化钙处理大肠杆菌以提高转化效率，可增加筛选平板上白色和蓝色菌落数 B．如果筛选平板中仅含卡那霉素，生长出的白色菌落不可判定为含目的基因的菌株 C．因质粒K中含两个标记基因，筛选平板中长出的白色菌落即为表达目标蛋白的菌株 D．若筛选平板中蓝色菌落偏多，原因可能是质粒K经酶切后自身环化并导入了大肠杆菌 【答案】　C 【解析】　使用氯化钙处理大肠杆菌，可使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，提高转化效率，可增加筛选平板上白色和蓝色菌落数，A正确；如果筛选平板中仅含卡那霉素，能生长出的菌落都具有卡那霉素抗性，白色菌落可能导入了重组质粒(含目的基因)，筛选平板因未加入X－gal无法检验β-半乳糖苷酶基因是否被破坏，也可能是导入了未重组的质粒K，所以不可判定该白色菌落为含目的基因的菌株，B正确；筛选平板中长出的白色菌落，可能导入了重组质粒(含目的基因)，但导入的目的基因不一定成功表达目标蛋白，不能仅仅因为是白色菌落就判定其为表达目标蛋白的菌株，C错误；若筛选平板中蓝色菌落偏多，原因可能是质粒K经酶切后自身环化并导入了大肠杆菌，因为自身环化的质粒K中β-半乳糖苷酶基因完整，能表达活性β-半乳糖苷酶，分解X－gal进而形成蓝色菌落，D正确。 2．(2023·新课标，6)某同学拟用限制酶(酶1、酶2、酶3和酶4)、DNA连接酶为工具，将目的基因(两端含相应限制酶的识别序列和切割位点)和质粒进行切割、连接，以构建重组表达载体。限制酶的切割位点如图所示。 下列重组表达载体构建方案合理且效率最高的是(　　) A．质粒和目的基因都用酶3切割，用E.coli DNA连接酶连接 B．质粒用酶3切割、目的基因用酶1切割，用T4 DNA连接酶连接 C．质粒和目的基因都用酶1和酶2切割，用T4 DNA连接酶连接 D．质粒和目的基因都用酶2和酶4切割，用E.coli DNA连接酶连接 【答案】　C 【解析】　酶3切割后得到的是平末端，E.coli DNA连接酶连接平末端的效率远远低于T4 DNA连接酶，A不符合题意；质粒用酶3切割后得到平末端，目的基因用酶1切割后得到黏性末端，二者不能连接，B不符合题意；质粒和目的基因都用酶1和酶2切割后得到黏性末端，用T4 DNA连接酶连接后，还能保证目的基因在质粒上的连接方向，此重组表达载体的构建方案最合理且高效，C符合题意；若用酶2和酶4切割质粒和目的基因，会破坏质粒上的抗生素抗性基因，连接形成的基因表达载体缺少标记基因，无法进行后续的筛选，D不符合题意。 3．(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，沸水浴五分钟，待冷却后，溶液能呈现蓝色，D错误。 4.(2022·山东，25节选)某种类型的白血病由蛋白P引发，蛋白UBC可使P被蛋白酶识别并降解，药物A可通过影响这一过程对该病起到治疗作用。为探索药物A治疗该病的机理，需构建重组载体以获得融合蛋白FLAG－P和FLAG－PΔ。PΔ是缺失特定氨基酸序列的P，FLAG是一种短肽，连接在P或PΔ的氨基端，使融合蛋白能与含有FLAG抗体的介质结合，但不影响P或PΔ的功能。 ①为构建重组载体，需先设计引物，通过PCR特异性扩增P基因。用于扩增P基因的引物需满足的条件是______________________________________________________________，为使PCR产物能被限制酶切割，需在引物上添加相应的限制酶识别序列，该限制酶识别序列应添加在引物的______(填“3′端”或“5′端”)。 ②PCR扩增得到的P基因经酶切连接插入载体后，与编码FLAG的序列形成一个融合基因，如图所示，其中“ATGTGCA”为P基因编码链起始序列。将该重组载体导入细胞后，融合基因转录出的mRNA序列正确，翻译出的融合蛋白中FLAG的氨基酸序列正确，但P基因对应的氨基酸序列与P不同。据图分析，出现该问题的原因是______________________。 修改扩增P基因时使用的带有EcoR Ⅰ识别序列的引物来解决该问题，具体修改方案是________________________________________________________________________。 【答案】　①能与P基因模板链3′端的一段碱基序列互补配对的短单链核酸　5′端　②P基因编码链的第一个碱基与EcoR Ⅰ识别序列的最后两个碱基编码一个氨基酸，导致mRNA的密码子被错位读取　在引物中的EcoR Ⅰ识别序列3′端添加1个碱基 【解析】　①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，因此设计扩增P基因的引物，需要两种引物分别与两条模板链3′端的碱基序列互补。DNA聚合酶延伸时，是将脱氧核苷酸加到引物的3′端，为了不破坏目的基因，该限制酶识别序列应添加在引物的5′端。②融合基因转录出的mRNA序列正确，翻译出的融合蛋白中FLAG的氨基酸序列正确，但P基因对应的氨基酸序列与P不同，说明P基因翻译时出错。由图可看出，在转录出的mRNA中，限制酶识别序列对应的最后两个碱基与P基因对应的第一个碱基构成一个密码子，导致读码框改变，翻译出的氨基酸序列改变，可通过在EcoR Ⅰ识别序列3′端添加1个碱基，使其碱基数目加上FLAG的碱基数目为3的倍数，这样能保证P基因转录出的mRNA上的读码框不改变，能够正常翻译。 【解题方法归纳】 1、夯实核心概念：精准区分限制酶、DNA连接酶、载体等关键物质功能，牢记标记基因用于筛选成功导入的受体细胞等核心考点。 2、理清操作流程：对“目的基因获取-表达载体构建-导入受体细胞-检测与鉴定”四步流程烂熟于心，非选择题按流程梳理答题逻辑。 3、抓题型关键：选择题紧盯“黏性末端”“启动子”等关键词排除干扰项；质粒图谱类图表题重点分析酶切位点、标记基因位置。 4、规范术语：避免混淆“DNA连接酶”与“DNA聚合酶”等易混术语，确保答题用词精准。 第1页共14页 学科网（北京）股份有限公司 $