3.4蛋白质工程的原理和应用（分层作业）生物人教版选择性必修3

3.4蛋白质工程的原理和应用（分层作业） 基础巩固+能力提升+拓展培优 三维训练 （限时：20min） 1．D 2．B 3．D 4．A 5．C 6．C 7．D 8．B 9．B （限时：10min） 1．D 2．D 3．B 4．B 5．B 6．B 7．C 8．C 9.（1）胚胎移植 冲卵 早期胚胎未与母体子宫建立组织上的联系，处于游离状态 （2）正常的二倍体核型 （3）基因修饰或基因合成 现有蛋白质 基因工程 （4）对大多数蛋白质的高级结构了解还不够 （限时：8min） 1．B 2.（1）琼脂糖凝胶电泳 （2）防止质粒和目的基因的自身环化及反向连接 T7启动子 与RNA聚合酶识别并结合的能力更强，高效启动转录 （3） 基因表达调控 可通过使某种植物激素的调控基因在特定组织或细胞中选择性表达，从而改善穗粒数等 产量性状 （4）MAD基因 3.（1）RNA聚合酶识别和结合位点，驱动转录 雌果蝇 10 （2）位点1 插入位点1时，只有雌性果蝇能表达完整的RTA蛋白导致死亡；插入位点2时，无论雌性还是雄性果蝇均能表达完整的RTA蛋白导致死亡 （3）Ca2+ PCR不能扩增出环状DNA分子 4．（1）引物1和含有突变位点的片段可以作为一对引物对野生型基因进行PCR T4DNA连接酶 （2）大肠杆菌细胞内没有Laz基因 氨苄青霉素 （3）1.13kb 2～8号样品中发生了预期突变 （4）可以生产自然界中不存在的蛋白质 5.（1）蛋白质工程 （2）基因表达载体 糖基团是在内质网中加入大肠杆菌为原生物，细胞中无内质网，故 不能加糖基团 载体 （3）早期胎培养（或胚胎的早期培养） 胚胎移植 乳房生物反应器（或乳腺生物 反应器） / 学科网（北京）股份有限公司 $ 3.4蛋白质工程的原理和应用（分层作业） 基础巩固+能力提升+拓展培优 三维训练 （限时：20min） 知识点1 蛋白质工程的原理 1．人们发现，蛛丝蛋白比蚕丝蛋白更细，但强度却更大，于是有人试图通过破解蛛丝蛋白的结构从而推出其基因结构，以指导对蚕丝蛋白基因的修改，从而让蚕也吐出像蛛丝一样坚韧的丝，此过程的名称和依据的原理分别是（　　） A．基因突变：DNA→RNA→蛋白质 B．基因工程：RNA→RNA→蛋白质 C．基因工程：DNA→RNA→蛋白质 D．蛋白质工程：蛋白质→DNA→RNA→蛋白质 2．以下有关蛋白质工程的叙述,不正确的是( ) A．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 B．蛋白质工程的原理是从预期的蛋白质结构出发最终找到脱氧核苷酸序列的过程 C．干扰素结构中改变某个氨基酸提高了它的保存时间是蛋白质工程应用的体现 D．蛋白质工程不是对蛋白质结构的直接改造 3．利用蛋白质工程改造源于溶珊瑚弧菌的几丁质酶：保留该酶N端，在C端增加陆生真菌几丁质结合保守结构域，从而增加酶与底物的结合能力。改造后的酶活性显著高于市售几丁质酶。相关叙述错误的是（　　） A．几丁质是海洋中含量丰富的多糖之一 B．蛋白质工程遵循的原理包括中心法则 C．直接操作对象是溶珊瑚弧菌的几丁质酶基因 D．基因改造后可以在细胞外大量生产几丁质酶 知识点2 蛋白质工程的应用 4．下列关于蛋白质工程应用的叙述错误的是（ ） A．蛋白质工程可以改造食品添加剂脂肪酶等的结构，提高其热稳定性 B．蛋白质工程比基因工程难度大，可以对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质 C．利用蛋白质工程不可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素 D．蛋白质工程可以对胰岛素进行改造和修饰，其合成也通过转录和翻译来实现 5．蛋白质工程取得的进展向人们展示出了诱人的前景。下列属于蛋白质工程应用成果的是（ ） A．培育出了多莉羊 B．培育出了单育1号烟草 C．研发出的速效胰岛素类似物 D．制造出了一种能降解石油的“超级细菌” 6．葡萄糖异构酶在工业上应用广泛，科学家将其第138位甘氨酸替换为脯氨酸后，其最适温度提高了 10℃左右。下列相关叙述正确的是（ ） A．蛋白质工程首先只需要获取蛋白质的结构数据 B．可用定点诱变技术直接将蛋白质中的甘氨酸替换为脯氨酸 C．利用蛋白质工程技术可以定向改变蛋白质的结构 D．改造后的葡萄糖异构酶的最适保存温度也提高了 10℃左右 知识点3 蛋白质工程与基因工程的关系 7．下图为某基因模板链（α）与其转录出的mRNA链（β）杂交的结果示意图。有关分析合理的是（    ） A．模板链与mRNA链形成杂交分子需RNA聚合酶催化 B．互补区中α链的嘌呤数与嘧啶数比值与β链相同 C．三个环表明该基因可编码三种蛋白质 D．杂交结果表明该基因存在不编码蛋白质的序列 8．图为蛋白质合成示意图（甲表示甲硫氨酸，丙表示丙氨酸），下列说法正确的是（　　） A．若③上的某一个碱基发生了改变，一定会引起生物性状的改变 B．组成②的单体是核糖核苷酸，②在生物体内共有61种 C．该图表示翻译过程，丙氨酸的密码子是CGA D．若合成蛋白质的基因中有3000个碱基，则合成的蛋白质中最多有500种氨基酸 9．脑源性神经营养因子(BDNF)是由脑合成的蛋白质，参与神经系统的发育。BDNF基因表达不足，会导致神经回路异常和神经发育障碍。图示为BDNF基因的表达及调控过程，下列说法正确的是（    ） A．图中miRNA-195基因是具有遗传效应的RNA片段 B．图中A侧为mRNA的3'端 C．miRNA-195上3个相邻的碱基构成一个密码子 D．若miRNA-195基因的一条链中(A+G)/(T+C)为1.25，则miRNA-195中(U+C)/(A+G)为0.8 （限时：10min） 1．抗体酶又称催化抗体，是一类免疫球蛋白，其结构如下图所示，它既具有相应的免疫活性，又能像酶那样催化某种化学反应。下列有关叙述错误的是（    ） A．抗体酶与抗原、底物的结合均具有专一性的特点 B．抗体酶可使药物的前体物质在肿瘤组织中水解为活性分子，从而起杀伤作用 C．抗体酶能阻止病毒与靶细胞结合的机理可能是选择性地使病毒外壳蛋白发生水解 D．可通过蛋白质工程对特异抗体的抗原结合位点进行空间改造，使其获得催化功能 2．下图为利用定点突变技术改造基因的过程示意图，相关叙述正确的是（    ） A．导入受体细胞后复制产生的子代DNA大多为突变型 B．上述过程需要人工设计核糖核苷酸片段作为引物 C．通过电泳检测，可确认基因突变是否成功 D．上述技术流程属于蛋白质工程的范畴 3．大肠杆菌通过一系列酶促反应可将苏氨酸转化为异亮氨酸，苏氨酸脱水酶是其中一个关键酶。当异亮氨酸浓度较高时，异亮氨酸可与苏氨酸脱水酶结合，抑制酶活性。科学家利用蛋白质工程技术改造苏氨酸脱水酶中异亮氨酸的结合位点，获得高产菌株。下列叙述正确的是（ ） A．异亮氨酸抑制苏氨酸脱水酶活性属于负反馈调节，有利于异亮氨酸的生产 B．改造大肠杆菌时，需用基因工程技术改变苏氨酸脱水酶基因的核苷酸序列 C．在发酵过程中，将苏氨酸从发酵液中移除可显著提高该高产菌株的发酵效率 D．增加传代次数有利于维持该高产菌株遗传性状和生产能力的稳定性 4．下列关于蛋白质工程的叙述，正确的是（　　） A．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作 B．蛋白质工程可以创造出自然界不存在的新类型蛋白质 C．蛋白质工程的操作，摆脱了自然界关于遗传信息在生物大分子上传递的规律 D．蛋白质工程产生的蛋白质类药物比基因工程药物更安全，可直接用于治疗患者 5．下图为蛋白质工程操作的基本思路，下列叙述正确的是（　　） A．代表蛋白质工程操作思路的过程是①④⑤ B．可以运用重组DNA技术来实现的环节是①② C．①代表DNA复制，②③代表转录和翻译，④代表分子设计，⑤代表DNA合成 D．蛋白质工程是对基因的组合类型进行定向设计，并通过实验室条件下的基因重组来实现 6．干扰素是动物细胞受到病毒侵染后产生的一种糖蛋白，可用于对抗病毒的感染和癌症，但体外保存相当困难。下图是利用蛋白质工程设计生产干扰素的流程图，错误的是（　　） A．图中构建新的干扰素模型的主要依据是蛋白质的预期功能 B．图中新的干扰素基因必须插入质粒上的起始密码子和终止密码子之间才能表达 C．图中改造干扰素结构的实质是改造干扰素基因的结构 D．图中各项技术环节中，有些需要通过基因工程实现 7．基因PCR定点突变是蛋白质工程的重要技术，该技术需要设计含有非特异性配对碱基的引物，再通过PCR将突变位点引入到产物中。重叠延伸PCR是发展最早的定点突变技术，其操作流程如下图所示。下列分析错误的是（    ） A．蛋白质工程可以创造新的、自然界中不存在的蛋白质 B．应将引物1、2与引物3、4置于两个独立的反应体系中 C．步骤④使用DNA聚合酶可对杂交分子甲和乙进行延伸 D．步骤⑤中如果完成6轮循环一共需要消耗63个引物1 8．下列有关计算中，不正确的是（    ） A．用32P标记的噬菌体在不含放射性的大肠杆菌内增殖3代，具有放射性的噬菌体占总数为1/4 B．某蛋白质分子中含有120个氨基酸，则控制合成该蛋白质的基因中至少有720个碱基 C．某DNA片段有300个碱基对，其中一条链上A+T比例为40%：则复制三次该DNA片段时总共需要720个胞嘧啶脱氧核苷酸 D．用15N标记的精原细胞（含8条染色体）在含14N的培养基中培养，减数第一次分裂后期和减数第二次分裂后期含15N的染色体数分别是8和8 9.根据所学知识回答下列问题： （1）应用胚胎工程技术可培育出“试管牛”，试管牛的培育需经过体外受精、早期胚胎培育以及在母体中发育和产出等过程，胚胎工程的最终环节是________________。从供体母牛子宫内收集胚胎的方法叫____________，其生理学基础是______________。 （2）用于核移植的供体细胞一般选用传代10代以内的细胞，原因是10代以内的细胞一般能保持______________，可以保证供体细胞正常的遗传基础。 （3）蛋白质工程是通过______________，对______________进行改造，或制造一种新的蛋白质。蛋白质工程中在获得特定的目的基因后，需要通过______________技术来生产所需要的蛋白质。 （4）目前蛋白质工程成功的例子不多，主要原因是_____________________。 （限时：8min） 1．天然荧光素酶不能高效催化人工合成的荧光素（DTZ）发光，研究人员欲采用蛋白质工程解决该问题。下列推测合理的是（    ） A．需要改变天然荧光素酶分子的所有氨基酸序列 B．改造天然荧光素酶的过程应遵循中心法则原理 C．改造天然荧光素酶的过程无需对基因进行操作 D．改造后的荧光素酶能为DTZ发光过程提供能量 2．2024年，我国科学家童红宁及其团队从基因层面揭示了复粒稻“三粒一簇”的遗传机制，为培育高产水稻新品种提供了理论基础和新途径。回答下列问题： (1)研究团队通过创制大量复粒稻的衍生突变体，最终发现并克隆了控制复粒稻“三粒一簇”现象的关键基因BRD3.克隆BRD3基因是利用PCR技术来扩增该基因，扩增的产物常通过___________来鉴定。 (2)BRD3基因编码BRD3蛋白可以降解植物激素油菜素内酯(BR)。实验证明，正是在BRD3蛋白的作用下，水稻二级分生组织中BR的含量降低，导致复粒稻穗粒数增多，出现“三粒一簇”现象。由此团队发明了专利：促进水稻穗粒数和簇生表型性状的方法是增强水稻BRD3基因的表达，获得基因BRD3表达上调的水稻植物。 方法一：导入具有所述基因的质粒(图1)。团队在构建该质粒过程中采用了双酶切，优点是___________。 方法二：将强启动子与所述基因可操作的连接，即更换图1质粒中的___________，强启动子的作用是___________。 (3)团队提出了BRD3基因控制穗粒数的机制(图2)。穗粒数由稻穗分生组织的发育过程决定，单粒稻的稻穗发育时，基因不在该组织中表达。 复粒稻的稻穗分生组织 综上可见，稻穗的发育受激素调节和___________的共同调节。以往的研究表明降低水稻植株整体的BR含量反而会造成减产，结合全题，复粒稻成因的研究为作物增产带来的启示是___________。 (4)根据图2机制，还可通过蛋白质工程来促进水稻穗粒数和簇生表型性状，此过程中应直接改造___________。 3．研究发现，雌果蝇在胚胎时期会切除dsx基因内部序列N转录出的mRNA片段，而雄果蝇无此切除功能。蓖麻毒素A(RTA)是一种能引起果蝇死亡的蛋白质，科研人员利用RTA基因和序列N构建N-RTA基因，研发雌性特异性致死基因系统。dsx 和RTA 基因结构如图，stop 表示终止密码子对应的DNA序列。 (1)启动子的作用是________________。图中X、Y、Z代表碱基对数目，若X=20,Y=80,Z=50,则自然状态下果蝇中dsx基因表达产物分子量较大的是_____________（填“雌果蝇”或“雄果蝇”)，雌雄果蝇的dsx基因表达产物最多相差_______个氨基酸。 (2)为了获得雌性特异性致死基因系统，在改造RTA基因时，序列N应插入_____________(填“位点1”或“位点2”),理由是_____________。 (3)科研人员将N-RTA基因与质粒重组后导入经_____________处理的大肠杆菌中进行扩增，然后再导入果蝇。对重组质粒进行扩增时用大肠杆菌而不用PCR,原因是_________________。 4．氨基酸定点突变分析是研究蛋白质的结构和功能、酶催化机理以及对基因表达产物进行定向改造的重要技术。在基因内部引入点突变，是获得氨基酸定点突变的主要方式。下图是利用PCR介导的定点突变技术的原理图，其中三个引物分别为F1（5'—GGAATTCCATATGAGGATCCTCTTTC—3'）（GAATTC为EcoRI识别位点，并切割G和A之间的磷酸二酯键，CATATG为NdeI的识别序列，并切割C和A之间的磷酸二酯键）、F2（5'—TGGGACGACTTCGCCTCGACCATGC—3'）（黑体GA为突变碱基）和R2（5'-CCCCCCGGGGGCGGCCAGCCGCTC—3'）（CCCGGG为SmaI的识别序列，并切割C和G之间的磷酸二酯键），野生型基因已连接在质粒PIK340上，且序列已知。    (1)第2轮PCR是在第1轮PCR的反应体系中进行的，虽然只加入了F1引物，但仍能得到突变基因的原因是_____________，得到的突变基因与pT7Blue质粒连接时需用的酶是______________。（填“E．coliDNA连接酶”或“T4DNA连接酶”） (2)在IPTG和X-gal存在的条件下，Laz基因表达后，产生蓝色物质，否则为白色。据图分析，在固体培养基上添加IPTG和X-gal后，形成的白色菌落不一定是成功导入克隆载体的大肠杆菌，理由是______________。若要选出成功导入克隆载体的大肠杆菌，还应在培养基中加入______________。 (3)为验证白色菌落中是否成功导入克隆载体，用EcoRI和SmaI双酶切提取的DNA进行琼脂糖凝胶电泳，结果如下图    ①据图分析，该突变基因的长度大约为_______________。 ②为验证2～8号样品中是否发生了预期突变，随机抽取四组进行测序，并与野生型基因进行对比，结果如图    该结果说明______________。 (4)若该突变基因成功表达，则可获得氨基酸定点突变的蛋白质，该工程与基因工程的区别是_____________。 5．近年来，蛋白质工程与基因工程的结合使得干扰素生物工程的研究取得了更大的进展。回答下列有关生物工程生产干扰素的问题。 （1）根据人们对干扰素结构和功能上的需求，将干扰素的第17位半胱氨酸替换成丝氨酸，这种生物工程属于____。 （2）可通过点突变技术使干扰素基因中的碱基对发生改变，将改造后的基因与载体构建成____后导入大肠杆菌生产干扰素。干扰素是一种糖蛋白，在大肠杆菌内不能加糖基团，这是因为____。用家蚕来生产干扰素更为理想，生产过程中，用到了家蚕核型多角体病毒（NPV），NPV的作用是充当基因工程的 ___。 （3）人们设想，如果能将干扰素基因导入哺乳动物的受精卵，再将受精卵进行____至桑椹胚或囊胚阶段，然后进行____。可从转基因动物分泌的乳汁中获得干扰素，人们把这种转基因动物称为____。若该设想变为现实，则干扰素的活性及产量均会大幅提高。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 3.4蛋白质工程的原理和应用（分层作业） 基础巩固+能力提升+拓展培优 三维训练 （限时：20min） 知识点1 蛋白质工程的原理 1．人们发现，蛛丝蛋白比蚕丝蛋白更细，但强度却更大，于是有人试图通过破解蛛丝蛋白的结构从而推出其基因结构，以指导对蚕丝蛋白基因的修改，从而让蚕也吐出像蛛丝一样坚韧的丝，此过程的名称和依据的原理分别是（　　） A．基因突变：DNA→RNA→蛋白质 B．基因工程：RNA→RNA→蛋白质 C．基因工程：DNA→RNA→蛋白质 D．蛋白质工程：蛋白质→DNA→RNA→蛋白质 【答案】D 【解析】1、蛋白质工程指以蛋白质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，对现有蛋白质进行基因改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需要。2、蛋白质工程的过程：（1）根据中心法则逆推以确定目的基因的碱基序列：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因）；（2）最终还是回到基因工程上来解决蛋白质的合成。 【详解】根据题干信息“通过破解蛛丝蛋白的结构从而推出其基因结构，以指导对蚕丝蛋白基因的修改，从而让蚕也吐出像蛛丝蛋白一样坚韧的丝”可知，通过改造基因来实现对蛋白质（蛛丝蛋白）的改造，属于蛋白质工程；该工程依据的原理是蛋白质→RNA→DNA→RNA→蛋白质，D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 2．以下有关蛋白质工程的叙述,不正确的是( ) A．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 B．蛋白质工程的原理是从预期的蛋白质结构出发最终找到脱氧核苷酸序列的过程 C．干扰素结构中改变某个氨基酸提高了它的保存时间是蛋白质工程应用的体现 D．蛋白质工程不是对蛋白质结构的直接改造 【答案】B 【分析】蛋白质工程是将控制蛋白质合成的基因进行加工修饰改造或合成新的基因，然后运用基因工程合成新的蛋白质；蛋白质工程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；蛋白质工程可合成新的蛋白质。 【详解】A、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，A正确； B、蛋白质工程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，B错误； C、干扰素结构中改变某个氨基酸提高了它的保存时间是蛋白质工程应用的体现，C正确； D、蛋白质工程不是对蛋白质结构的直接改造，而是对基因进行改造，D正确。 故选B。 3．利用蛋白质工程改造源于溶珊瑚弧菌的几丁质酶：保留该酶N端，在C端增加陆生真菌几丁质结合保守结构域，从而增加酶与底物的结合能力。改造后的酶活性显著高于市售几丁质酶。相关叙述错误的是（　　） A．几丁质是海洋中含量丰富的多糖之一 B．蛋白质工程遵循的原理包括中心法则 C．直接操作对象是溶珊瑚弧菌的几丁质酶基因 D．基因改造后可以在细胞外大量生产几丁质酶 【答案】D 【分析】基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质；蛋白质工程可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。蛋白质工程的思路：从预期蛋白质的功能出发，设计预期的蛋白质结构，推测应有的氨基酸序列，找到并改变相应的脱氧核苷酸序列或合成新的基因，获得所需要的蛋白质。 【详解】A、几丁质也是一种多糖，又称为壳多糖，广泛存在于甲壳类动物和昆虫的外骨骼中，是海洋中含量丰富的多糖之一，A正确； B、蛋白质工程可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，基因控制蛋白质合成的过程遵循的原理包括中心法则，B正确； C、蛋白质工程改造源于溶珊瑚弧菌的几丁质酶的直接操作对象是溶珊瑚弧菌的几丁质酶基因，通过改造基因来获得活性显著提高的几丁质酶，C正确； D、改造后的几丁质酶基因需要表达，需要导入相应的受体细胞中，经转录翻译后合成相应的蛋白质，D错误。 故选D。 知识点2 蛋白质工程的应用 4．下列关于蛋白质工程应用的叙述错误的是（ ） A．蛋白质工程可以改造食品添加剂脂肪酶等的结构，提高其热稳定性 B．蛋白质工程比基因工程难度大，可以对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质 C．利用蛋白质工程不可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素 D．蛋白质工程可以对胰岛素进行改造和修饰，其合成也通过转录和翻译来实现 【答案】A 【分析】1、蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其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。（基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质）； 2、蛋白质工程崛起的缘由：基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质。 3、蛋白质工程的基本原理：它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构，又称为第二代的基因工程。 4、蛋白质工程的基本途径：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）。 【详解】A、蛋白质工程在分子水平上应用基因工程手段对脂肪酶基因进行有针对的设计或定向加工，以提高脂肪酶的活性和稳定性，而不是直接改造脂肪酶，A错误； B、蛋白质工程比基因工程难度大，可以对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质，B正确； C、大肠杆菌没有内质网和高尔基体等，其不能对胰岛素进行加工，即使利用蛋白质工程也无法实现，C正确； D、胰岛素的本质是蛋白质，蛋白质工程可以对胰岛素基因进行改造和修饰，通过转录和翻译来实现合成改造的胰岛素，D正确。 故选A。 5．蛋白质工程取得的进展向人们展示出了诱人的前景。下列属于蛋白质工程应用成果的是（ ） A．培育出了多莉羊 B．培育出了单育1号烟草 C．研发出的速效胰岛素类似物 D．制造出了一种能降解石油的“超级细菌” 【答案】C 【分析】蛋白质工程就是通过对蛋白质化学、蛋白质晶体学和蛋白质动力学的研究，获得有关蛋白质理化特性和分子特性的信息，在此基础上对编码蛋白质的基因进行有目的的设计和改造，通过基因工程技术获得可以表达蛋白质的转基因生物系统，这个生物系统可以是转基因微生物、转基因植物、转基因动物，甚至可以是细胞系统。 【详解】A、多莉羊是克隆动物所得，不属于蛋白质工程，A错误； B、单育1号烟草是单倍体育种的结果，B错误； C、研发出的速效胰岛素类似物，是对相应的基因进行改造，获得符合要求的蛋白质的结果，C正确； D、制造出了一种能降解石油的“超级细菌”是转基因工程的产物，D错误。 故选C。 6．葡萄糖异构酶在工业上应用广泛，科学家将其第138位甘氨酸替换为脯氨酸后，其最适温度提高了 10℃左右。下列相关叙述正确的是（ ） A．蛋白质工程首先只需要获取蛋白质的结构数据 B．可用定点诱变技术直接将蛋白质中的甘氨酸替换为脯氨酸 C．利用蛋白质工程技术可以定向改变蛋白质的结构 D．改造后的葡萄糖异构酶的最适保存温度也提高了 10℃左右 【答案】C 【分析】1、蛋白质工程：通过设计和改造编码蛋白质的基因获得特定功能的蛋白质。 2、目的：改造现有蛋白质或者制造新的蛋白质。 3、蛋白质功能多样性的原因：氨基酸的种类、数目和排列顺序的不同，肽链的盘曲折叠方式及蛋白质的空间结构的多样性。 【详解】A、蛋白质工程要先获取基因和根据蛋白质的功能设计蛋白质的结构，A错误； B、为提高葡萄糖异构酶的热稳定性，将其第138号的甘氨酸替换为脯氨酸，应对葡萄糖异构酶的基因进行修饰，B错误； C、蛋白质工程通过设计和改造编码蛋白质的基因获得特定功能的蛋白质，因此可以定向改变蛋白质的结构，C正确； D、将葡萄糖异构酶第138位甘氨酸替换为脯氨酸后，其最适温度提高了10℃左右，其最适保存温度不一定提高了10℃，D错误。 故选C。 知识点3 蛋白质工程与基因工程的关系 7．下图为某基因模板链（α）与其转录出的mRNA链（β）杂交的结果示意图。有关分析合理的是（    ） A．模板链与mRNA链形成杂交分子需RNA聚合酶催化 B．互补区中α链的嘌呤数与嘧啶数比值与β链相同 C．三个环表明该基因可编码三种蛋白质 D．杂交结果表明该基因存在不编码蛋白质的序列 【答案】D 【分析】基因的编码区中存在外显子和内含子，以基因的α链为模板合成的mRNA前体经剪切后，去除其中内含子对应的碱基序列，才成为可用于翻译过程的mRNA。 【详解】模板链和mRNA链形成杂交分子是依靠氢键连接的，不需要RNA聚合酶，A错误；互补区中嘌呤碱基和嘧啶碱基配对，所以α链、β链上嘌呤数与嘧啶数的比值互为倒数关系，B错误；这三个环表示DNA上的内含子，一条mRNA只能表达一个蛋白质分子，C错误；从题图分析，三个环对应序列不编码蛋白质，D正确。 8．图为蛋白质合成示意图（甲表示甲硫氨酸，丙表示丙氨酸），下列说法正确的是（　　） A．若③上的某一个碱基发生了改变，一定会引起生物性状的改变 B．组成②的单体是核糖核苷酸，②在生物体内共有61种 C．该图表示翻译过程，丙氨酸的密码子是CGA D．若合成蛋白质的基因中有3000个碱基，则合成的蛋白质中最多有500种氨基酸 【答案】B 【分析】分析题图：该图表示翻译过程，①是核糖体，②是tRNA，③是mRNA。 【详解】A、③是mRNA，其上面相邻的三个碱基代表1个决定氨基酸的密码子，密码子具有简并性，故mRNA上的某一个碱基发生了改变，不一定会引起蛋白质中氨基酸种类的变化，A错误； B、②是tRNA，其基本单位是核糖核苷酸，密码子有64种，但有3种是终止密码子，不决定氨基酸，因此tRNA在生物体中61种，B正确； C、由图可知，携带丙氨酸的tRNA上的反密码子是CGA，那么决定丙氨酸的密码子是GCU，C错误； D、在基因表达过程中存在下列的数量关系：基因的碱基数：mRNA上的碱基数：氨基酸数=6:3:1，那么3000个碱基的基因，则氨基酸数最多是3000÷6=500个，D错误。 故选B。 9．脑源性神经营养因子(BDNF)是由脑合成的蛋白质，参与神经系统的发育。BDNF基因表达不足，会导致神经回路异常和神经发育障碍。图示为BDNF基因的表达及调控过程，下列说法正确的是（    ） A．图中miRNA-195基因是具有遗传效应的RNA片段 B．图中A侧为mRNA的3'端 C．miRNA-195上3个相邻的碱基构成一个密码子 D．若miRNA-195基因的一条链中(A+G)/(T+C)为1.25，则miRNA-195中(U+C)/(A+G)为0.8 【答案】B 【分析】图甲中miRNA-195基因转录形成的miRNA-195与BDNF基因转录形成的mRNA形成局部双链结构，从而使BDNF基因转录的mRNA无法与核糖体结合，进而影响蛋白质的合成。 【详解】A、图中miRNA-195基因是具有遗传效应的DNA片段，A错误； B、由图可知，B端合成肽链短，A端合成肽链长，所以翻译从B端开始，向A端方向进行 ，所以A侧为mRNA的3'端，B正确； C、密码子是mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基，C错误； D、若miRNA-195基因的一条链为1.25，若此链为模板链，则其转录形成的miRNA-195中为模板链的倒数，即1÷1.25=0.8，若此链不是模板链，则其转录形成的miRNA-195中与该链相同，即1.25，D错误。 故选B。 （限时：10min） 1．抗体酶又称催化抗体，是一类免疫球蛋白，其结构如下图所示，它既具有相应的免疫活性，又能像酶那样催化某种化学反应。下列有关叙述错误的是（    ） A．抗体酶与抗原、底物的结合均具有专一性的特点 B．抗体酶可使药物的前体物质在肿瘤组织中水解为活性分子，从而起杀伤作用 C．抗体酶能阻止病毒与靶细胞结合的机理可能是选择性地使病毒外壳蛋白发生水解 D．可通过蛋白质工程对特异抗体的抗原结合位点进行空间改造，使其获得催化功能 【答案】D 【分析】1、抗体酶是指具催化能力的免疫球蛋白，称为抗体酶或催化抗体，其化学本质是蛋白质。抗体酶具有典型的酶反应特性，即也具有高效性、专一性。 2、将抗体转变为酶主要通过诱导法、引入法、拷贝法三种途径。诱导法是利用反应过渡态类似物为半抗原制作单克隆抗体，筛选出具高催化活性的单抗即抗体酶；引入法则借助基因工程和蛋白质工程将催化基因引入到特异抗体的抗原结合位点上，使其获得催化功能；拷贝法主要根据抗体生成过程中抗原-抗体互补性来设计的。 【详解】A、抗体酶具有抗体和酶的特性，所以与抗原、底物的结合均具有专一性，A正确； B、由图可知，抗体酶的底物结合部位可与药物的前体物质结合，并将其在肿瘤组织中水解为有活性药物分子，从而其杀伤作用，B正确； C、抗体酶可能选择性的使病毒外壳蛋白发生水解，从而阻止病毒与靶细胞结合，C正确； D、借助蛋白质工程无法直接改造蛋白质的空间结构，借助基因工程和蛋白质工程将催化基因的表达产物引入到特异抗体的抗原结合位点上，使其获得催化功能，D错误。 故选D。 2．下图为利用定点突变技术改造基因的过程示意图，相关叙述正确的是（    ） A．导入受体细胞后复制产生的子代DNA大多为突变型 B．上述过程需要人工设计核糖核苷酸片段作为引物 C．通过电泳检测，可确认基因突变是否成功 D．上述技术流程属于蛋白质工程的范畴 【答案】D 【详解】A、定点突变通常通过PCR或质粒复制实现，但子代DNA是否为突变型取决于突变效率和筛选方式，若未特别筛选，据图示过程，野生型和突变型可能相等，A错误； B、定点突变通常使用脱氧核糖核酸（DNA）作为引物，B错误； C、图中的基因突变为基因中碱基对的替换，电泳可用于检测PCR产物或质粒大小，但确认突变需结合测序或限制性酶切分析，仅凭电泳无法直接确认基因突变是否成功，C错误； D、蛋白质工程是通过修改基因或创造合成新基因来改变生物的遗传和表达性状，合成新的蛋白质，上述技术流程属于蛋白质工程的范畴，D正确。 故选D。 3．大肠杆菌通过一系列酶促反应可将苏氨酸转化为异亮氨酸，苏氨酸脱水酶是其中一个关键酶。当异亮氨酸浓度较高时，异亮氨酸可与苏氨酸脱水酶结合，抑制酶活性。科学家利用蛋白质工程技术改造苏氨酸脱水酶中异亮氨酸的结合位点，获得高产菌株。下列叙述正确的是（ ） A．异亮氨酸抑制苏氨酸脱水酶活性属于负反馈调节，有利于异亮氨酸的生产 B．改造大肠杆菌时，需用基因工程技术改变苏氨酸脱水酶基因的核苷酸序列 C．在发酵过程中，将苏氨酸从发酵液中移除可显著提高该高产菌株的发酵效率 D．增加传代次数有利于维持该高产菌株遗传性状和生产能力的稳定性 【答案】B 【详解】A、异亮氨酸作为产物抑制苏氨酸脱水酶活性属于负反馈调节，但该调节会减少异亮氨酸的合成，不利于其生产，A错误； B、蛋白质工程通过改造基因的核苷酸序列来改变蛋白质结构，因此需用基因工程技术修改苏氨酸脱水酶基因，B正确； C、高产菌株的酶活性已不受异亮氨酸抑制，移除苏氨酸（反应底物）会减少异亮氨酸的生成，降低效率，C错误； D、传代次数增加可能导致质粒丢失或基因突变，破坏菌株遗传稳定性，D错误。 故选B。 蛋白质工程，在现代分子免疫学研究和药物研发和改进领域被科学技术人员坚持应用和发展，在对于目标蛋白筛选和鉴定环节，也衍生出了如噬菌体展示技术等方式：跟据材料，完成下列小题 4．下列关于蛋白质工程的叙述，正确的是（　　） A．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作 B．蛋白质工程可以创造出自然界不存在的新类型蛋白质 C．蛋白质工程的操作，摆脱了自然界关于遗传信息在生物大分子上传递的规律 D．蛋白质工程产生的蛋白质类药物比基因工程药物更安全，可直接用于治疗患者 5．下图为蛋白质工程操作的基本思路，下列叙述正确的是（　　） A．代表蛋白质工程操作思路的过程是①④⑤ B．可以运用重组DNA技术来实现的环节是①② C．①代表DNA复制，②③代表转录和翻译，④代表分子设计，⑤代表DNA合成 D．蛋白质工程是对基因的组合类型进行定向设计，并通过实验室条件下的基因重组来实现 6．干扰素是动物细胞受到病毒侵染后产生的一种糖蛋白，可用于对抗病毒的感染和癌症，但体外保存相当困难。下图是利用蛋白质工程设计生产干扰素的流程图，错误的是（　　） A．图中构建新的干扰素模型的主要依据是蛋白质的预期功能 B．图中新的干扰素基因必须插入质粒上的起始密码子和终止密码子之间才能表达 C．图中改造干扰素结构的实质是改造干扰素基因的结构 D．图中各项技术环节中，有些需要通过基因工程实现 【答案】4．B 5．B 6．B 【分析】蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其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。基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。 4．A、基因的结构决定蛋白质的结构，因此，要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造基因来完成，而不是直接对蛋白质分子进行操作，A错误； B、通过改造基因可使蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子，B正确； C、蛋白质工程的操作仍然遵循中心法则，因此没有摆脱自然界关于遗传信息在生物大分子上传递的规律，C错误； D、蛋白质工程产生的蛋白质类药物也需要经过动物实验检验、临床测试后才能用于治疗患者，D错误。 故选B。 5．A、蛋白质工程的基本思路是从预期蛋白质功能出发，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或合成新的基因，获得所需要的蛋白质。因此代表蛋白质工程操作思路的过程是④⑤①②③，A错误； B、①②是目的基因的表达，可通过运用重组DNA技术让其在受体细胞内表达，B正确； C、①代表转录，②代表翻译，③代表加工，④代表分子设计，⑤代表DNA合成，C错误； D、蛋白质工程是通过改造控制性状的基因来完成的，并不是对基因的组合类型进行定向设计，D错误。 故选B。 6．A、蛋白质工程的基本思路是从预期的蛋白质功能出发，因此图中构建新的干扰素模型的主要依据是蛋白质的预期功能，A正确； B、图中新的干扰素基因必须插入质粒上的启动子和终止子之间才能表达，B错误； C、由于基因的结构决定蛋白质的结构，因此图中改造干扰素结构的实质是改造干扰素基因的结构，C正确； D、图中各项技术环节中，有些需要通过基因工程实现，如目的基因合成后，可将目的基因与运载体结合，导入受体细胞内进行表达，D正确。 故选B。 7．基因PCR定点突变是蛋白质工程的重要技术，该技术需要设计含有非特异性配对碱基的引物，再通过PCR将突变位点引入到产物中。重叠延伸PCR是发展最早的定点突变技术，其操作流程如下图所示。下列分析错误的是（    ） A．蛋白质工程可以创造新的、自然界中不存在的蛋白质 B．应将引物1、2与引物3、4置于两个独立的反应体系中 C．步骤④使用DNA聚合酶可对杂交分子甲和乙进行延伸 D．步骤⑤中如果完成6轮循环一共需要消耗63个引物1 【答案】C 【详解】A、蛋白质工程是通过改造基因来设计具有新功能的蛋白质，能够创造自然界中原本不存在的蛋白质，A正确； B、引物1、2用于扩增含突变位点的上游片段，引物3、4用于扩增含突变位点的下游片段。若将四组引物置于同一反应体系，会导致引物交叉结合、干扰PCR产物的特异性，因此需在两个独立的反应体系中分别扩增上下游片段，B正确； C、步骤④使用DNA聚合酶可对分子乙进行延伸，甲不可延伸，C错误； D、PCR过程中，引物的消耗数量为2n+1－2（n为循环数），初始模板不消耗引物。6轮循环后，总产物数为27－2=126，因此消耗的引物1数量为126÷2=63，D正确。 故选C。 8．下列有关计算中，不正确的是（    ） A．用32P标记的噬菌体在不含放射性的大肠杆菌内增殖3代，具有放射性的噬菌体占总数为1/4 B．某蛋白质分子中含有120个氨基酸，则控制合成该蛋白质的基因中至少有720个碱基 C．某DNA片段有300个碱基对，其中一条链上A+T比例为40%：则复制三次该DNA片段时总共需要720个胞嘧啶脱氧核苷酸 D．用15N标记的精原细胞（含8条染色体）在含14N的培养基中培养，减数第一次分裂后期和减数第二次分裂后期含15N的染色体数分别是8和8 【答案】C 【分析】1、噬菌体侵染细菌的过程：吸附→注入（注入噬菌体的DNA）→合成（控制者：噬菌体的DNA；原料：细菌的化学成分）→组装→释放。 2、DNA分子碱基互补配对原则的规律：（1）在双链DNA分子中，互补碱基两两相等，A=T，C=G，A+G=C+T，即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。（2）DNA分子的一条单链中（A+T）与（G+C）的比值等于其互补链和整个DNA分子中该种比例的比值；（3）DNA分子一条链中（A+G）与（T+C）的比值与互补链中的该种碱基的比值互为倒数，在整个双链中该比值等于1。 【详解】A、32P标记的是噬菌体的DNA，噬菌体侵染细菌时，只有DNA分子进入细菌并作为模板控制子代噬菌体合成，而合成子代噬菌体的原料均来自细菌。用32P标记的噬菌体在普通大肠杆菌内增殖3代，根据DNA半保留复制特点，具有放射性的噬菌体占总数为2/23=1/4，A正确； B、若某蛋白质分子中含有120个氨基酸，根据DNA（或基因）中碱基数：mRNA上碱基数：氨基酸个数=6：3：1，则控制合成该蛋白质的基因中至少有120×6=720个碱基，B正确； C、某DNA片段有300个碱基对，其中一条链上A+T比例为40%，根据碱基互补配对原则，该DNA片段中A+T的比例也为40%，且A=T，因此A=T=20%，C=G=30%，则该DNA片段中含有胞嘧啶脱氧核苷酸数目为300×2×30%=180个，复制三次该DNA片段时总共需要胞嘧啶脱氧核苷酸=（23－1）×180=1260个，C错误； D、用15N标记的细胞（含8条染色体）在含14N的培养基中培养，由于DNA分子只复制一次，根据DNA分子半保留复制特点，减数第一次分裂后期和减数第二次分裂后期含15N的染色体数分别是8和8，D正确。 故选C。 9.根据所学知识回答下列问题： （1）应用胚胎工程技术可培育出“试管牛”，试管牛的培育需经过体外受精、早期胚胎培育以及在母体中发育和产出等过程，胚胎工程的最终环节是________________。从供体母牛子宫内收集胚胎的方法叫____________，其生理学基础是______________。 （2）用于核移植的供体细胞一般选用传代10代以内的细胞，原因是10代以内的细胞一般能保持______________，可以保证供体细胞正常的遗传基础。 （3）蛋白质工程是通过______________，对______________进行改造，或制造一种新的蛋白质。蛋白质工程中在获得特定的目的基因后，需要通过______________技术来生产所需要的蛋白质。 （4）目前蛋白质工程成功的例子不多，主要原因是_____________________。 【答案】（1）胚胎移植 冲卵 早期胚胎未与母体子宫建立组织上的联系，处于游离状态 （2）正常的二倍体核型 （3）基因修饰或基因合成 现有蛋白质 基因工程 （4）对大多数蛋白质的高级结构了解还不够 【分析】1、胚胎移植的生理基础 （1）供体与受体相同的生理变化，为供体的胚胎植入受体提供了相同的生理环境； （2）胚胎在早期母体中处于游离状态，这就为胚胎的收集提供了可能； （3）子宫不对外来胚胎发生免疫排斥反应，这为胚胎在受体内的存活提供了可能。 （4）胚胎遗传性状不受受体任何影响。 2、蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其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（基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质）。 【详解】（1）胚胎移植是胚胎工程的最后一道程序，即胚胎工程的最终环节是胚胎移植。从供体母牛子宫内收集胚胎的方法叫冲卵；其生理学基础是早期胚胎未与母体子宫建立组织上的联系，处于游离状态，所以可以收集。 （2）传代10代以内的细胞能保持正常的二倍体核型，可以保证供体细胞正常的遗传基础。 （3）蛋白质工程是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。蛋白质工程中在获得特定的目的基因后，需要通过基因工程技术来生产所需要的蛋白质。 （4）由于对大多数蛋白质的高级结构了解不够，所以目前蛋白质工程成功的例子不多。 【点睛】本题考查胚胎工程、蛋白质工程，考查对“试管动物”技术流程和理论基础、蛋白质工程技术流程的理解和识记。 （限时：8min） 1．天然荧光素酶不能高效催化人工合成的荧光素（DTZ）发光，研究人员欲采用蛋白质工程解决该问题。下列推测合理的是（    ） A．需要改变天然荧光素酶分子的所有氨基酸序列 B．改造天然荧光素酶的过程应遵循中心法则原理 C．改造天然荧光素酶的过程无需对基因进行操作 D．改造后的荧光素酶能为DTZ发光过程提供能量 【答案】B 【分析】蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其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（基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质）。 【详解】A、不需要改变天然荧光素酶分子的所有氨基酸序列，可能改变某个或某几个氨基酸的相关基因中的碱基序列即可实现目标，A错误； B、改造天然荧光素酶的过程应遵循中心法则原理，因为蛋白质的合成需要经过转录和翻译两个步骤，B正确； C、改造天然荧光素酶的过程需要对基因进行操作，因为蛋白质的合成受基因控制，C错误； D、改造后的荧光素酶能高效降低化学反应的活化能，不能为DTZ发光过程提供能量，D错误。 故选B。 2．2024年，我国科学家童红宁及其团队从基因层面揭示了复粒稻“三粒一簇”的遗传机制，为培育高产水稻新品种提供了理论基础和新途径。回答下列问题： (1)研究团队通过创制大量复粒稻的衍生突变体，最终发现并克隆了控制复粒稻“三粒一簇”现象的关键基因BRD3.克隆BRD3基因是利用PCR技术来扩增该基因，扩增的产物常通过___________来鉴定。 (2)BRD3基因编码BRD3蛋白可以降解植物激素油菜素内酯(BR)。实验证明，正是在BRD3蛋白的作用下，水稻二级分生组织中BR的含量降低，导致复粒稻穗粒数增多，出现“三粒一簇”现象。由此团队发明了专利：促进水稻穗粒数和簇生表型性状的方法是增强水稻BRD3基因的表达，获得基因BRD3表达上调的水稻植物。 方法一：导入具有所述基因的质粒(图1)。团队在构建该质粒过程中采用了双酶切，优点是___________。 方法二：将强启动子与所述基因可操作的连接，即更换图1质粒中的___________，强启动子的作用是___________。 (3)团队提出了BRD3基因控制穗粒数的机制(图2)。穗粒数由稻穗分生组织的发育过程决定，单粒稻的稻穗发育时，基因不在该组织中表达。 复粒稻的稻穗分生组织 综上可见，稻穗的发育受激素调节和___________的共同调节。以往的研究表明降低水稻植株整体的BR含量反而会造成减产，结合全题，复粒稻成因的研究为作物增产带来的启示是___________。 (4)根据图2机制，还可通过蛋白质工程来促进水稻穗粒数和簇生表型性状，此过程中应直接改造___________。 【答案】(1)琼脂糖凝胶电泳 (2)防止质粒和目的基因的自身环化及反向连接 T7启动子 与RNA聚合酶识别并结合的能力更强，高效启动转录 (3)基因表达调控 可通过使某种植物激素的调控基因在特定组织或细胞中选择性表达，从而改善穗粒数等产量性状 (4)MAD基因 【分析】聚合酶链式反应（PCR），是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术，它可看作是生物体外的特殊DNA复制； 限制酶能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，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。 【详解】（1）在分子生物学实验中，PCR扩增产物常通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定。 （2）在构建质粒过程中采用双酶切，使用两种不同的限制酶切割质粒和目的基因，产生不同的黏性末端，这样防止质粒和目的基因的自身环化及反向连接（确保目的基因以正确方向插入质粒）； 将强启动子与基因可操作连接，就是更换图1质粒中的T7启动子，因为要增强基因表达，需要更强的启动子来启动转录；强启动子与RNA聚合酶识别并结合的能力更强，能够更高效地启动转录过程，使BRD3基因能更多地转录形成mRNA，进而翻译出更多的BRD3蛋白。 （3）从图2以及题干信息可知，稻穗的发育既受激素（BR）调节，又受基因表达调控（BRD3基因表达等过程）的共同调节；以往降低水稻植株整体BR含量减产，而复粒稻是在特定的二级分生组织中降低BR含量从而穗粒数增多，这启示我们可通过使某种植物激素的调控基因在特定组织或细胞中选择性表达，来改善穗粒数等产量性状，而不是简单地改变植株整体的激素含量。 （4）蛋白质工程是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。根据图2机制，要促进水稻穗粒数和簇生表型性状，可通过改造MAD基因，从而改变MAD蛋白的结构和功能，实现相应目的。 3．研究发现，雌果蝇在胚胎时期会切除dsx基因内部序列N转录出的mRNA片段，而雄果蝇无此切除功能。蓖麻毒素A(RTA)是一种能引起果蝇死亡的蛋白质，科研人员利用RTA基因和序列N构建N-RTA基因，研发雌性特异性致死基因系统。dsx 和RTA 基因结构如图，stop 表示终止密码子对应的DNA序列。 (1)启动子的作用是________________。图中X、Y、Z代表碱基对数目，若X=20,Y=80,Z=50,则自然状态下果蝇中dsx基因表达产物分子量较大的是_____________（填“雌果蝇”或“雄果蝇”)，雌雄果蝇的dsx基因表达产物最多相差_______个氨基酸。 (2)为了获得雌性特异性致死基因系统，在改造RTA基因时，序列N应插入_____________(填“位点1”或“位点2”),理由是_____________。 (3)科研人员将N-RTA基因与质粒重组后导入经_____________处理的大肠杆菌中进行扩增，然后再导入果蝇。对重组质粒进行扩增时用大肠杆菌而不用PCR,原因是_________________。 【答案】(1)RNA聚合酶识别和结合位点，驱动转录 雌果蝇 10 (2)位点1 插入位点1时，只有雌性果蝇能表达完整的RTA蛋白导致死亡；插入位点2时，无论雌性还是雄性果蝇均能表达完整的RTA蛋白导致死亡 (3)Ca2+ PCR不能扩增出环状DNA分子 【分析】基因工程技术的基本步骤： （1）目的基因的获取：方法有从基因文库中获取、利用PCR技术扩增和人工合成。 （2）基因表达载体的构建：是基因工程的核心步骤，基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因等。 （3）将目的基因导入受体细胞：根据受体细胞不同，导入的方法也不一样。 （4）目的基因的检测与鉴定。 【详解】（1）启动子的作用是RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA。据图可知雌果蝇在胚胎时期会切除dsx基因内部序列N转录出的mRNA片段，而雄果蝇无此切除功能，所以雌果蝇切除N序列的同时会把第一个stop点切除，即雌果蝇会把Z段基因表达，而雄果蝇的基因表达会在第一个stop点停止，即只表达X段基因，Z＞X，所以自然状态下果蝇中dsx基因表达产物分子量较大的是雌果蝇。Z-X=30对碱基，由于DNA的3对碱基能够表达出一个氨基酸，所以雌雄果蝇的dsx基因表达产物最多相差10个氨基酸。 （2）在改造RTA基因时，序列N应插入位点1可以获得雌性特异性致死基因系统，因为插入位点1时，只有雌性果蝇能表达完整的RTA蛋白导致死亡；插入位点2时，无论雌性还是雄性果蝇均能表达完整的RTA蛋白导致死亡。 （3）科研人员将N-RTA基因与质粒重组后导入经Ca2+处理的大肠杆菌中进行扩增，然后再导入果蝇。对重组质粒进行扩增时用大肠杆菌而不用PCR，原因是PCR不能扩增出环状DNA分子，现实中扩增环状DNA需要用限制酶切割后，在用DNA连接酶连接起来，得到环状产物。 4．氨基酸定点突变分析是研究蛋白质的结构和功能、酶催化机理以及对基因表达产物进行定向改造的重要技术。在基因内部引入点突变，是获得氨基酸定点突变的主要方式。下图是利用PCR介导的定点突变技术的原理图，其中三个引物分别为F1（5'—GGAATTCCATATGAGGATCCTCTTTC—3'）（GAATTC为EcoRI识别位点，并切割G和A之间的磷酸二酯键，CATATG为NdeI的识别序列，并切割C和A之间的磷酸二酯键）、F2（5'—TGGGACGACTTCGCCTCGACCATGC—3'）（黑体GA为突变碱基）和R2（5'-CCCCCCGGGGGCGGCCAGCCGCTC—3'）（CCCGGG为SmaI的识别序列，并切割C和G之间的磷酸二酯键），野生型基因已连接在质粒PIK340上，且序列已知。    (1)第2轮PCR是在第1轮PCR的反应体系中进行的，虽然只加入了F1引物，但仍能得到突变基因的原因是_____________，得到的突变基因与pT7Blue质粒连接时需用的酶是______________。（填“E．coliDNA连接酶”或“T4DNA连接酶”） (2)在IPTG和X-gal存在的条件下，Laz基因表达后，产生蓝色物质，否则为白色。据图分析，在固体培养基上添加IPTG和X-gal后，形成的白色菌落不一定是成功导入克隆载体的大肠杆菌，理由是______________。若要选出成功导入克隆载体的大肠杆菌，还应在培养基中加入______________。 (3)为验证白色菌落中是否成功导入克隆载体，用EcoRI和SmaI双酶切提取的DNA进行琼脂糖凝胶电泳，结果如下图    ①据图分析，该突变基因的长度大约为_______________。 ②为验证2～8号样品中是否发生了预期突变，随机抽取四组进行测序，并与野生型基因进行对比，结果如图    该结果说明______________。 (4)若该突变基因成功表达，则可获得氨基酸定点突变的蛋白质，该工程与基因工程的区别是_____________。 【答案】(1)引物1和含有突变位点的片段可以作为一对引物对野生型基因进行PCR T4DNA连接酶 (2)大肠杆菌细胞内没有Laz基因 氨苄青霉素 (3)1.13kb 2～8号样品中发生了预期突变 (4)可以生产自然界中不存在的蛋白质 【分析】PCR技术的要求：已知目的基因两端的部分序列，并据此合成两种引物。 E.coliDNA连接酶用于链接黏性末端；T4DNA连接酶即可以连接黏性末端，也可以连接平末端，只是连接平末端效率较低。 【详解】（1）据图可知，第1轮PCR是利用引物F2和R2进行的，得到含有突变位点的片段，在此基础上，加入引物1，则引物1和含有突变位点的片段可以作为一对引物对野生型基因进行PCR，从而得到突变基因。得到的突变基因右侧含有SmaI的识别序列CCCGGG，该识别序列被酶切后得到平末端，因此得到的突变基因与pT7Blue质粒连接时需用T4DNA连接酶。 （2）大肠杆菌细胞内没有Laz基因，若没有转入克隆载体，则也会形成白色菌落。若要选出成功导入克隆载体的大肠杆菌，还应在培养基中加入氨苄青霉素。能抗氨苄青霉素且能形成白色菌落，应是成功导入克隆载体。 （3）据图分析，重组质粒用EcoRI和SmaI双酶切，提取的DNA进行琼脂糖凝胶电泳，得到的片段为3kb和1.13kb，空白质粒精通羊处理后得到的片段为3kb和1kb，说明两种限制酶的切点之间长度为1.13kb，即该突变基因的长度大约为1.13kb。反向测序结果表明，原始基因与突变基因的228、229位碱基由AT变为了TC，对应F2引物中的突变碱基GA，表明2～8号样品中发生了预期突变。 （4）获得氨基酸定点突变的蛋白质，属于蛋白质工程，该工程与基因工程的区别是可以生产自然界中不存在的蛋白质。 5．近年来，蛋白质工程与基因工程的结合使得干扰素生物工程的研究取得了更大的进展。回答下列有关生物工程生产干扰素的问题。 （1）根据人们对干扰素结构和功能上的需求，将干扰素的第17位半胱氨酸替换成丝氨酸，这种生物工程属于____。 （2）可通过点突变技术使干扰素基因中的碱基对发生改变，将改造后的基因与载体构建成____后导入大肠杆菌生产干扰素。干扰素是一种糖蛋白，在大肠杆菌内不能加糖基团，这是因为____。用家蚕来生产干扰素更为理想，生产过程中，用到了家蚕核型多角体病毒（NPV），NPV的作用是充当基因工程的 ___。 （3）人们设想，如果能将干扰素基因导入哺乳动物的受精卵，再将受精卵进行____至桑椹胚或囊胚阶段，然后进行____。可从转基因动物分泌的乳汁中获得干扰素，人们把这种转基因动物称为____。若该设想变为现实，则干扰素的活性及产量均会大幅提高。 【答案】（1）蛋白质工程 （2）基因表达载体 糖基团是在内质网中加入大肠杆菌为原生物，细胞中无内质网，故不能加糖基团 载体 （3）早期胎培养（或胚胎的早期培养） 胚胎移植 乳房生物反应器（或乳腺生物反应器） 【分析】胚胎移植的实质是生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程。胚胎移植，又称受精卵移植，是指将雌性动物的早期胚胎，或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎移植到雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。 【详解】（1）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，对现有蛋白质进行政造，或制造出新的蛋白质以是人类的生产和生活的需求。 （2）改造后的基因可与载体构建成基因表达载体，然后导入大肠杆菌生产干扰素。糖基团是在内质网中加入的，大肠杆菌为原核生物，细胞中无内质网干扰素中的糖基团无法加入原有的肽链上。基因工程的载体可以是质粒，动植物病毒，NPV作为一种动物病毒，可以充当该基因工程的载体。 （3）通过基因工程得到的受精卵要在体外进行早期胚胎培养，一般培养至桑椹胚或囊胚阶段进行胚胎移植。转基因动物发育成熟后，可从转基因动物分泌的乳汁中获干扰素，人们把这种转基因生物称为乳房生物反应器，也叫乳腺生物反应器，若该设想变为现实，则干抗素的活性及产量均会大幅提高。 【点睛】熟知蛋白质工程和基因工程的应用是解答本题的关键！理解原核生物结构上应用的局限是解答本题的另一关键！ / 学科网（北京）股份有限公司 $