第43讲 基因工程的应用和蛋白质工程
[课标内容] 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蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。
微考点大突破
考点一 基因工程的应用
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
提醒 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,具体过程如下。
②膀胱生物反应器是利用转基因动物的尿液生产药用蛋白,其优点是不受动物的性别、生长发育时期的限制,提取简单高效。
3.基因工程在食品工业方面的应用
(1)外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快。(源自选择性必修3 P89)()
(2)干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白,在临床上被广泛应用。(选择性必修3 P90“资料卡”)()
(3)将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌,获得能产生人干扰素的菌株。(选择性必修3 P90“资料卡”)()
(4)利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品,如人的血清白蛋白,这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中。(源自选择性必修3 P90)()
(5)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。(选择性必修3 P91“相关信息”)()
1.(选择性必修3 P89“正文”)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。
答:____________________________________________。
2.(选择性必修3 P90“资料卡”)利用转基因细菌能否直接生产干扰素等化学本质为糖蛋白的药物 为什么
答:____________________________________________。
3.(选择性必修3 P90“正文”)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
答:____________________________________________。
4.人的胰岛素基因导入大肠杆菌后不能正确表达出胰岛素,其原因是____________________________________________。
能力 基因工程的应用(考查科学思维、社会责任)
1.(2021·辽宁卷,T14)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
2.(2022·河北卷,T24)蛋白酶抑制剂基因转化是作物抗虫育种的新途径。某研究团队将胰蛋白酶抑制剂(NaPI)和胰凝乳蛋白酶抑制剂(StPin1A)的基因单独或共同转化棉花,获得了转基因植株。回答下列问题:
(1)蛋白酶抑制剂的抗虫机制是____________________________________________。
(2)__________是实施基因工程的核心。
(3)利用农杆菌转化法时,必须将目的基因插入到质粒的______________上,此方法的不足之处是______________________。
(4)为检测目的基因在受体细胞基因组中的整合及其转录和翻译,可采用的检测技术有__________(答出两点即可)。
(5)确认抗虫基因在受体细胞中稳定表达后,还需进一步做抗虫的__________以鉴定其抗性程度。图为三种不同遗传操作产生的转基因棉花抗虫实验结果,据结果分析__________(填“NaPI”或“StPin1A”或“NaPI+StPin1A”)转基因棉花的抗虫效果最佳,其原因是____________________________________________。
(6)基因突变可产生新的等位基因,在自然选择的作用下,昆虫种群的基因频率会发生__________,导致昆虫朝着一定的方向不断进化。据此推测,被蛋白酶抑制剂转基因作物长期选择后,某些昆虫具有了抗蛋白酶抑制剂的能力,其分子机制可能是__________________________________________________________________(答出两点即可)。
考点二 蛋白质工程的原理和应用
1.概念
(1)基础:蛋白质分子的__________及其与______________的关系。
(2)手段:通过改造或__________。
(3)结果:对现有蛋白质进行改造或制造一种______________。
2.蛋白质工程的基本思路
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。
3.蛋白质工程的应用
(1)医药工业方面:研发药物,如延长干扰素的保存时间;降低小鼠单克隆抗体诱发免疫反应的强度。
(2)其他工业方面:改进__________的性能或开发新的__________。
(3)农业方面:通过改造某些__________,增加粮食产量;改造微生物__________,设计优良微生物农药,防治病虫害。
4.蛋白质工程与基因工程的区别和联系
(1)蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质。(源自选择性必修3 P93)()
(2)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。(源自选择性必修3 P93)()
(3)蛋白质工程可以合成自然界中不存在的蛋白质。(源自选择性必修3 P93)()
(4)蛋白质工程的应用为酶制剂产业的发展提供了强大助力。(选择性必修3 P96“到社会中去”)()
1.为什么蛋白质工程的操作对象是基因而不是蛋白质
答:__________________________________________________________________。
2.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。
答:____________________________________________。
能力 蛋白质工程的原理和应用分析(考查科学思维、社会责任)
1.(2023·辽宁卷,T8)CD163蛋白是PRRSV(病毒)感染家畜的受体。为实时监控CD163蛋白的表达和转运过程,将红色荧光蛋白RFP基因与CD163基因拼接在一起(如图),使其表达成一条多肽。该拼接过程的关键步骤是除去( )
A.CD163基因中编码起始密码子的序列
B.CD163基因中编码终止密码子的序列
C.RFP基因中编码起始密码子的序列
D.RFP基因中编码终止密码子的序列
2.(2022·湖南卷,T22)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甲所示,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_______________________________。
甲
(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,结果如图乙、丙所示。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,其活性不同的原因是______________________。
乙
丙
(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:________________________________________________________________________________________。
微真题重体悟
1.(2023·湖南卷,T8)盐碱胁迫下植物应激反应产生的H2O2对细胞有毒害作用。禾本科农作物AT1蛋白通过调节细胞膜上PIP2s蛋白磷酸化水平,影响H2O2的跨膜转运,如图所示。下列叙述错误的是( )
A.细胞膜上PIP2s蛋白高磷酸化水平是其提高H2O2外排能力所必需的
B.PIP2s蛋白磷酸化被抑制,促进H2O2外排,从而减轻其对细胞的毒害
C.敲除AT1基因或降低其表达可提高禾本科农作物的耐盐碱能力
D.从特殊物种中发掘逆境胁迫相关基因是改良农作物抗逆性的有效途径
2.(2022·江苏卷,T6)采用基因工程技术调控植物激素代谢,可实现作物改良。下列相关叙述不合理的是( )
A.用特异启动子诱导表达iaaM(生长素合成基因)可获得无子果实
B.大量表达ipt(细胞分裂素合成关键基因)可抑制芽的分化
C.提高ga2ox(氧化赤霉素的酶基因)的表达水平可获得矮化品种
D.在果实中表达acs(乙烯合成关键酶基因)的反义基因可延迟果实成熟
3.(2020·浙江7月选考,T24)下列关于基因工程的叙述,正确的是( )
A.若受体大肠杆菌含有构建重组质粒时用到的限制性内切核酸酶,则一定有利于该重组质粒进入受体并保持结构稳定
B.抗除草剂基因转入某抗盐植物获得2个稳定遗传转基因品系,抗性鉴定为抗除草剂抗盐和抗除草剂不抗盐。表明一定是抗盐性的改变与抗除草剂基因的转入无关
C.抗除草剂基因转入某植物获得转基因植株,其DNA检测均含目的基因,抗性鉴定为抗除草剂和不抗除草剂。表明一定是前者表达了抗性蛋白而后者只表达抗性基因RNA
D.已知不同分子量DNA可分开成不同条带,相同分子量的为一条带。用某种限制性内切核酸酶完全酶切环状质粒后,出现3条带。表明该质粒上一定至少有3个被该酶切开的位置
4.(2021·广东卷,T22改编)非细胞合成技术是一种运用合成生物学方法,在细胞外构建多酶催化体系,获得目标产物的新技术,其核心是各种酶基因的挖掘、表达等。中国科学家设计了4步酶促反应的非细胞合成路线(如图),可直接用淀粉生产肌醇(重要的医药食品原料),以期解决高温强酸水解方法造成的严重污染问题,并可以提高产率。
回答下列问题:
(1)研究人员采用PCR技术从土壤微生物基因组中扩增得到目标酶基因。此外,获得酶基因的方法还有____________________________________________(答出两种即可)。
(2)高质量的DNA模板是成功扩增出目的基因的前提条件之一。在制备高质量DNA模板时必须除去蛋白,方法有____________________________________________(答出两种即可)。
(3)研究人员使用大肠杆菌BL21作为受体细胞、pET20b为表达载体分别进行4种酶的表达。表达载体转化大肠杆菌时,首先应用Ca2+处理大肠杆菌细胞,使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。为了检测目的基因是否成功表达出酶蛋白,需要采用的方法有__________。
(4)依图所示流程,在一定的温度、pH等条件下,将4种酶与可溶性淀粉溶液混合组成一个反应体系。若这些酶最适反应条件不同,可能导致的结果是________________________________________。在分子水平上,可以通过改变__________,从而改变蛋白质的结构,实现对酶特性的改造和优化。
5.(2023·全国甲卷,T38)接种疫苗是预防传染病的一项重要措施,乙肝疫苗的使用可有效阻止乙肝病毒的传播,降低乙型肝炎发病率。乙肝病毒是一种DNA病毒。重组乙肝疫苗的主要成分是利用基因工程技术获得的乙肝病毒表面抗原(一种病毒蛋白)。回答下列问题:
(1)接种上述重组乙肝疫苗不会在人体中产生乙肝病毒,原因是____________________________________________。
(2)制备重组乙肝疫苗时,需要利用重组表达载体将乙肝病毒表面抗原基因(目的基因)导入酵母细胞中表达。重组表达载体中通常含有抗生素抗性基因,抗生素抗性基因的作用是________________________________________。能识别载体中的启动子并驱动目的基因转录的酶是______________。
(3)目的基因导入酵母细胞后,若要检测目的基因是否插入染色体中,需要从酵母细胞中提取______________进行DNA分子杂交,DNA分子杂交时应使用的探针是____________________________________________。
(4)若要通过实验检测目的基因在酵母细胞中是否表达出目的蛋白,请简要写出实验思路。
第43讲 基因工程的应用和蛋白质工程
微考点·大突破
考点一
教材解读
1.抗虫功能的基因 抗病基因 降解或抵抗 蛋白质编码基因 花青素代谢相关的基因 外源生长激素基因 乳糖酶基因 乳汁
2.基因改造 特异表达的基因的启动子 显微注射 受精卵 调控基因表达的DNA序列 抗原决定基因 克隆 免疫排斥
3.基因工程菌 牛凝乳酶的基因 基因工程菌
教材基础辨析
(1)√ (2)√ (3)√ (4)× (5)√
教材素材拓展
1.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
2.提示 不能。因为细菌中只有核糖体,没有内质网和高尔基体等其他细胞器
3.提示 必须把药用蛋白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乳腺细胞内特异表达
4.提示 真核细胞的基因结构不同于原核细胞,其转录出的mRNA需加工后才能作为翻译的模板,细菌中不存在此机制
能力提升
1.D 解析 根据题意可知,与不耐高温的N0相比,热稳定的融合型腈水合酶N1多了一段连接肽,二者氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一,A项正确;利用蛋白质工程改造蛋白质时需对相关基因进行修饰或合成,在N0的结构中加入连接肽需要通过改造相关基因来实现,B项正确;获得N1的过程需要进行转录和翻译,C项正确;检测N1的活性时,需要先将N1与底物置于高温环境下,再将N1与底物充分混合,D项错误。
2.答案 (1)阻断或减弱昆虫消化酶的作用,从而使昆虫不能正常消化食物使其发育异常或死亡 (2)基因表达载体的构建 (3)T DNA 该方法一般不适用于大多数单子叶植物 (4)PCR技术、抗原—抗体杂交技术 (5)接种实验 NaPI+StPin1A 饲喂NaPI+StPin1A转基因棉花的虫体质量最低且每株棉铃数最多 (6)定向改变 昆虫发生基因突变后,产生了抗蛋白酶抑制剂的基因,在蛋白酶抑制剂的选择下,抗性基因频率逐渐提高,从而增强了其抗蛋白酶抑制剂的能力;蛋白酶抑制剂基因发生突变后不能编码出蛋白酶抑制剂
解析 (1)蛋白酶抑制剂的抗虫机制是阻断或减弱昆虫消化酶的作用,从而使昆虫不能正常消化食物,达到抗虫的目的。(2)基因工程的核心是基因表达载体的构建。(3)农杆菌细胞内含有Ti质粒,当它侵染植物细胞后,可将Ti质粒上的T DNA转移至被侵染的细胞,并将其整合到该细胞的染色体DNA上。故利用农杆菌转化法时,必须将目的基因插入Ti质粒的T DNA上。但农杆菌一般只感染双子叶植物和裸子植物,故其不足之处是该方法一般不适用于大多数单子叶植物。(4)在分子水平上可通过PCR技术检测目的基因是否导入受体细胞染色体DNA上或检测目的基因是否转录出了mRNA;检测是否翻译出相应的蛋白质则需要使用抗原—抗体杂交技术。(5)抗虫基因导入植物细胞后,要鉴定其是否赋予植物抗虫特性,需要做抗虫接种实验。题图中,饲喂NaPI+StPin1A转基因棉花的虫体质量最低,每株棉铃数最多,故其抗虫效果最佳。(6)基因突变可产生新的等位基因,在自然选择的作用下,昆虫种群的基因频率会发生定向改变,导致昆虫朝着一定的方向不断进化。被蛋白酶抑制剂转基因作物长期选择后,某些昆虫具有了抗蛋白酶抑制剂的能力,其分子机制可能是昆虫发生基因突变后,产生了抗蛋白酶抑制剂的基因,在蛋白酶抑制剂的选择下,抗性基因频率逐渐提高,从而增强了其抗蛋白酶抑制剂的能力;蛋白酶抑制剂基因发生突变后不能编码出蛋白酶抑制剂。
考点二
教材解读
1.(1)结构规律 生物功能 (2)合成基因 (3)新的蛋白质
3.(2)酶 工业用酶 (3)参与调控光合作用的酶 蛋白质的结构
教材基础辨析
(1)√ (2)√ (3)√ (4)√
教材素材拓展
1.提示 因为任何一种天然蛋白质都是由基因编码的,基因是遗传信息结构与功能的基本单位,改造了基因就可以通过基因的信息传递进而改造蛋白质。如果直接对蛋白质进行改造,即使改造成功,被改造的蛋白质也无法遗传
2.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
能力提升
1.B 解析 根据题干信息,将红色荧光蛋白RFP基因与CD163基因拼接在一起,如果两个基因中编码起始密码子和终止密码子的序列完整,将得到两条多肽,若想只表达出一条多肽,结合题图可知,CD163基因编码起始密码子的序列需保留,编码终止密码子的序列需除去,使得CD163基因翻译结束后不停止,继续合成红色荧光蛋白RFP,即可得到一条多肽,B项正确。
2.答案 (1)多肽链 mRNA mRNA上决定氨基酸的密码子具有简并性 (2)从基因文库中获取 用化学方法人工合成 DNA半保留复制 (3)种类 酶处理后形成的肽中氨基酸的种类、数目和排列顺序不同 (4)在相同条件下,将等量的生理盐水、蛋白质工程改造后的水蛭素、水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素分别进行抗凝血实验,比较四组血液凝固所需时间长短
解析 (1)蛋白质工程的基本思路: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。由于mRNA上决定氨基酸的密码子具有简并性,因此mRNA不同,翻译形成的多肽链中氨基酸序列有可能是相同的,再盘曲、折叠形成相同结构的蛋白质。(2)基因工程中获取目的基因的常用方法有从基因文库中获取、用化学方法人工合成和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是DNA半保留复制。(3)由题图可知,水蛭蛋白经两种蛋白酶处理后,酶解产物的肽含量差别不大,但是抗凝血活性有所差异,所以推测该差异主要与肽的种类有关,两种处理后酶解产物中氨基酸的种类、数目和排列顺序不同,从而导致两种处理后酶解产物的抗凝血活性有差异。(4)在相同条件下,将等量的生理盐水、蛋白质工程改造后的水蛭素、水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素分别进行抗凝血实验,比较四组血液凝固所需时间长短,所需时间越长说明其抗凝血活性越大。
微真题·重体悟
1.B 解析 分析题图可知,AT1蛋白存在时,AT1蛋白可与Gβ结合,抑制PIP2s蛋白磷酸化,H2O2外排能力弱;AT1蛋白缺陷时,AT1蛋白不能与Gβ结合,PIP2s蛋白磷酸化,H2O2外排能力强。因此,细胞膜上PIP2s蛋白保持高磷酸化水平是其提高H2O2外排能力所必需的,A项正确。PIP2s蛋白磷酸化被抑制时,会抑制H2O2外排,从而增强其对细胞的毒害,B项错误。敲除AT1基因或降低其表达可使PIP2s蛋白保持高磷酸化水平,H2O2外排能力较强,可提高禾本科农作物的耐盐碱能力,C项正确。可以从特殊物种中发掘逆境胁迫相关基因,通过基因工程技术改良农作物的抗逆性,D项正确。
2.B 解析 生长素可促进果实发育,用特异启动子诱导表达iaaM(生长素合成基因)可获得无子果实,A项不符合题意;大量表达ipt(细胞分裂素合成关键基因)可使细胞分裂素含量升高,细胞分裂素含量升高,有利于芽的分化,B项符合题意;赤霉素能促进细胞伸长,从而引起植株增高,提高ga2ox(氧化赤霉素的酶基因)的表达水平可促进赤霉素被氧化分解,使赤霉素含量降低,从而获得矮化品种,C项不符合题意;乙烯有催熟作用,在果实中表达acs(乙烯合成关键酶基因)的反义基因可抑制乙烯的合成,果实成熟会延迟,D项不符合题意。
3.D 解析 若受体大肠杆菌含有构建重组质粒时用到的限制酶,该酶可能会破坏重组质粒的结构,不利于重组质粒在受体中保持结构稳定,A项错误;抗除草剂基因转入某抗盐植物获得的2个稳定遗传转基因品系中有抗除草剂不抗盐的品系,可推测抗盐性的改变可能与抗除草剂基因的转入有关,B项错误;在DNA检测均含目的基因的条件下,抗性鉴定为抗除草剂说明目的基因完成了表达,抗性鉴定为不抗除草剂说明目的基因可能完成了转录而没有翻译成蛋白质,还有可能是目的基因无法转录,C项错误;用某限制酶完全酶切后出现3条带,说明酶切后的产物中有3种不同分子量的DNA,可推测出质粒上至少有3个位置被该酶切开,D项正确。
4.答案 (1)从基因文库中获取、用化学方法人工合成 (2)蛋白酶水解法、盐析法或高温变性法等 (3)抗原—抗体杂交法 (4)部分酶失活,无法获得肌醇 基因结构
解析 (1)获取目的基因常用的方法有从基因文库中获取、利用PCR技术扩增、用化学方法人工合成等。(2)制备高质量DNA模板时,可直接在滤液中加入蛋白酶分解蛋白质,而不破坏DNA。中性盐对蛋白质的溶解度有显著影响,当盐浓度较高时,蛋白质的溶解度下降并析出,这种现象称为盐析。利用DNA对高温的耐受性,严格控制温度范围,使蛋白质变性沉淀而DNA分子不发生变性,可将DNA与蛋白质分离。(3)为了检测目的基因是否表达出相关的酶蛋白,可以从转基因生物中提取蛋白质,采用抗原—抗体杂交法,若有杂交带出现,表明目的基因已表达出蛋白质产品。(4)酶在温度过高、过酸、过碱的环境中会失活,不同酶的最适温度、最适pH一般不同,将4种酶与可溶性淀粉溶液混合组成一个反应体系,在一定的温度、pH等条件下,部分酶可能会因温度或者pH不适宜而失活,不能达到实验目的,即无法获得肌醇。基因指导蛋白质的合成,可以通过改变酶基因的结构,从而改变蛋白质的结构,进而实现对酶特性的改造和优化。
5.答案 (1)该疫苗不含乙肝病毒DNA,不会在人体细胞内增殖产生乙肝病毒 (2)作为标记基因筛选出转化成功的酵母细胞 RNA聚合酶
(3)基因组DNA 放射性同位素等标记的含有目的基因的DNA片段 (4)从酵母细胞中提取蛋白质,用乙肝病毒表面抗原的特异性抗体进行抗原—抗体杂交,观察是否有杂交带出现。若有杂交带出现,说明酵母细胞中表达出目的蛋白
解析 (1)重组乙肝疫苗的主要成分是乙肝病毒表面抗原,不含乙肝病毒DNA分子,不会在人体细胞内产生乙肝病毒。(2)载体上的抗生素抗性基因常作为标记基因,用于将成功导入重组基因表达载体的细胞筛选出来。细胞中的RNA聚合酶可识别载体中的启动子,并以目的基因的一条链为模板进行转录。(3)由于不能确定目的基因是否插入染色体中,需提取酵母细胞的基因组DNA,用基因探针进行检测。该探针中需要含有目的基因中的特异性片段,且带有放射性同位素等标记。若受体细胞的染色体中含有目的基因,该探针就会与目的基因通过碱基互补配对结合在一起,从而在放射性等检测中观察到杂交带。(4)抗乙肝病毒表面抗原的抗体可与乙肝病毒表面抗原特异性结合,故可用该抗体与酵母细胞中提取出来的蛋白质进行抗原—抗体杂交,若出现杂交带,则可证明酵母细胞中表达出目的蛋白。(共64张PPT)
第43讲
第九单元 生物技术与工程
基因工程的应用和蛋白质工程
课
标
内
容
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蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。
微考点 大突破
内容
索引
微真题 重体悟
考点一 基因工程的应用
考点二 蛋白质工程的原理和应用
考点一 基因工程的应用
微考点/大突破
第一部分
1.基因工程在农牧业方面的应用
抗虫功能的
基因
抗病基
因
降解或抵抗
蛋白质编码
基因
花青素代谢相关的基因
外源生长激素基因
乳糖酶基因
乳汁
2.基因工程在医药卫生领域的应用
基因
改造
特异表达的基因的启动子
显微注射
受精卵
调控基因表达
的DNA序列
抗原决定基因
克隆
免疫排斥
提醒 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，具体过程如下。
②膀胱生物反应器是利用转基因动物的尿液生产药用蛋白，其优点是不受动物的性别、生长发育时期的限制，提取简单高效。
3.基因工程在食品工业方面的应用
基因工程菌
牛凝乳酶的基因
基因工程菌
教材基础辨析
(1)外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快。(源自选择性必修3 P89)( )
(2)干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛应用。(选择性必修3 P90“资料卡”)( )
(3)将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株。(选择性必修3 P90“资料卡”)( )
√
√
√
(4)利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品，如人的血清白蛋白，这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞 中。(源自选择性必修3 P90)( )
(5)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。(选择性必修3 P91“相关信息”)( )
×
√
教材素材拓展
1.(选择性必修3 P89“正文”)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。
答：_______________________________________________________
______________________________________________________________________________________。
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
2.(选择性必修3 P90“资料卡”)利用转基因细菌能否直接生产干扰素等化学本质为糖蛋白的药物 为什么
答：_______________________________________________________
________。
3.(选择性必修3 P90“正文”)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
答：_______________________________________________________
_________________________________________________________________________________________。
不能。因为细菌中只有核糖体，没有内质网和高尔基体等其他细胞器
必须把药用蛋白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乳腺细胞内特异表达
4.人的胰岛素基因导入大肠杆菌后不能正确表达出胰岛素，其原因是___________________________________________________________________________________________________________。
真核细胞的基因结构不同于原核细胞，其转录出的mRNA需加工后才能作为翻译的模板，细菌中不存在此机制
能力 基因工程的应用(考查科学思维、社会责任)
1.(2021·辽宁卷，T14)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
根据题意可知，与不耐高温的N0相比，热稳定的融合型腈水合酶N1多了一段连接肽，二者氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一，A项正确；利用蛋白质工程改造蛋白质时需对相关基因进行修饰或合成，在N0的结构中加入连接肽需要通过改造相关基因来实现，B项正确；获得N1的过程需要进行转录和翻译，C项正确；检测N1的活性时，需要先将N1与底物置于高温环境下，再将N1与底物充分混合，D项错误。
解析
2.(2022·河北卷，T24)蛋白酶抑制剂基因转化是作物抗虫育种的新途径。某研究团队将胰蛋白酶抑制剂(NaPI)和胰凝乳蛋白酶抑制剂(StPin1A)的基因单独或共同转化棉花，获得了转基因植株。回答下列问题：
(1)蛋白酶抑制剂的抗虫机制是_________________________________
______________________________________________。
(2)______________________是实施基因工程的核心。
阻断或减弱昆虫消化酶的作用，从而使昆虫不能正常消化食物使其发育异常或死亡
基因表达载体的构建
(3)利用农杆菌转化法时，必须将目的基因插入到质粒的___________上，此方法的不足之处是___________________________________。
(4)为检测目的基因在受体细胞基因组中的整合及其转录和翻译，可采用的检测技术有____________________________________(答出两点即可)。
(5)确认抗虫基因在受体细胞中稳定表达后，还需进一步做抗虫的__________以鉴定其抗性程度。图为三种不同遗传操作产生的转基因棉花抗虫实验结果，据结果分析__________________(填“NaPI”或“StPin1A”或“NaPI+StPin1A”)转基因棉花的抗虫效果最佳，其原因是_________________________________________________________。
T-DNA
该方法一般不适用于大多数单子叶植物
PCR技术、抗原—抗体杂交技术
接种实验
NaPI+StPin1A
饲喂NaPI+StPin1A转基因棉花的虫体质量最低且每株棉铃数最多
(6)基因突变可产生新的等位基因，在自然选择的作用下，昆虫种群的基因频率会发生____________，导致昆虫朝着一定的方向不断进化。据此推测，被蛋白酶抑制剂转基因作物长期选择后，某些昆虫具有了抗蛋白酶抑制剂的能力，其分子机制可能是_______________
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出两点即可)。
定向改变
昆虫发生基因突变后，产生了抗蛋白酶抑制剂的基因，在蛋白酶抑制剂的选择下，抗性基因频率逐渐提高，从而增强了其抗蛋白酶抑制剂的能力；蛋白酶抑制剂基因发生突变后不能编码出蛋白酶抑制剂
(1) 蛋白酶抑制剂的抗虫机制是阻断或减弱昆虫消化酶的作用，从而使昆虫不能正常消化食物，达到抗虫的目的。(2)基因工程的核心是基因表达载体的构建。(3)农杆菌细胞内含有Ti质粒,当它侵染植物细胞后,可将Ti质粒上的T-DNA转移至被侵染的细胞,并将其整合到该细胞的染色体DNA上。故利用农杆菌转化法时,必须将目的基因插入Ti质粒的T-DNA上。但农杆菌一般只感染双子叶植物和裸子植物,故其不足之处是该方法一般不适用于大多数单子叶植
解析
物。(4)在分子水平上可通过PCR技术检测目的基因是否导入受体细胞染色体DNA上或检测目的基因是否转录出了mRNA;检测是否翻译出相应的蛋白质则需要使用抗原—抗体杂交技术。(5)抗虫基因导入植物细胞后,要鉴定其是否赋予植物抗虫特性,需要做抗虫接种实验。题图中,饲喂NaPI+StPin1A转基因棉花的虫体质量最低,每株棉铃数最多,故其抗虫效果最佳。(6) 基因突变可产生新的等位基因，在自然选择的作用下，昆虫种群的基因频率会发生定向改
解析
变，导致昆虫朝着一定的方向不断进化。被蛋白酶抑制剂转基因作物长期选择后，某些昆虫具有了抗蛋白酶抑制剂的能力，其分子机制可能是昆虫发生基因突变后，产生了抗蛋白酶抑制剂的基因，在蛋白酶抑制剂的选择下，抗性基因频率逐渐提高，从而增强了其抗蛋白酶抑制剂的能力；蛋白酶抑制剂基因发生突变后不能编码出蛋白酶抑制剂。
解析
考点二 蛋白质工程的原理和应用
微考点/大突破
第一部分
1.概念
(1)基础：蛋白质分子的__________及其与____________的关系。
(2)手段：通过改造或_________。
(3)结果：对现有蛋白质进行改造或制造一种____________。
2.蛋白质工程的基本思路
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。
结构规律
生物功能
合成基因
新的蛋白质
3.蛋白质工程的应用
(1)医药工业方面：研发药物，如延长干扰素的保存时间；降低小鼠单克隆抗体诱发免疫反应的强度。
(2)其他工业方面：改进________的性能或开发新的__________。
(3)农业方面：通过改造某些________________________，增加粮食产量；改造微生物____________________，设计优良微生物农药，防治病虫害。
酶
工业用酶
参与调控光合作用的酶
蛋白质的结构
4.蛋白质工程与基因工程的区别和联系
教材基础辨析
(1)蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质。(源自选择性必修3 P93)( )
(2)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。(源自选择性必修3 P93)( )
(3)蛋白质工程可以合成自然界中不存在的蛋白质。(源自选择性必修3 P93)( )
(4)蛋白质工程的应用为酶制剂产业的发展提供了强大助力。(选择性必修3 P96“到社会中去”)( )
√
√
√
√
教材素材拓展
1.为什么蛋白质工程的操作对象是基因而不是蛋白质
答：_______________________________________________________
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________。
因为任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，基因是遗传信息结构与功能的基本单位，改造了基因就可以通过基因的信息传递进而改造蛋白质。如果直接对蛋白质进行改造，即使改造成功，被改造的蛋白质也无法遗传
2.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。
答：_______________________________________________________
_______________________________________。
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
能力 蛋白质工程的原理和应用分析(考查科学思维、社会责任)
1.(2023·辽宁卷，T8)CD163蛋白是PRRSV(病毒)感染家畜的受体。为实时监控CD163蛋白的表达和转运过程，将红色荧光蛋白RFP基因与CD163基因拼接在一起(如图)，使其表达成一条多肽。该拼接过程的关键步骤是除去( )
A.CD163基因中编码起始密码子的序列
B.CD163基因中编码终止密码子的序列
C.RFP基因中编码起始密码子的序列
D.RFP基因中编码终止密码子的序列
根据题干信息，将红色荧光蛋白RFP基因与CD163基因拼接在一起，如果两个基因中编码起始密码子和终止密码子的序列完整，将得到两条多肽，若想只表达出一条多肽，结合题图可知，CD163基因编码起始密码子的序列需保留，编码终止密码子的序列需除去，使得CD163基因翻译结束后不停止，继续合成红色荧光蛋白RFP，即可得到一条多肽，B项正确。
解析
2.(2022·湖南卷，T22)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甲所示，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_______________________________________。
多肽链
mRNA
mRNA上决定氨基酸的密码子具有简并性
(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__________________。
从基因文库中获取
用化学方法人工合成
DNA半保留复制
(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，结果如图乙、丙所示。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，其活性不同的原因是__________________________________
_______________________。
种类
酶处理后形成的肽中氨基酸的种类、数目和排列顺序不同
(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：_________
______________________________________________________________________________________________________________________________________。
在相同条件下，将等量的生理盐水、蛋白质工程改造后的水蛭素、水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素分别进行抗凝血实验，比较四组血液凝固所需时间长短
(1)蛋白质工程的基本思路：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。由于mRNA上决定氨基酸的密码子具有简并性，因此mRNA不同，翻译形成的多肽链中氨基酸序列有可能是相同的，再盘曲、折叠形成相同结构的蛋白质。(2)基因工程中获取目的基因的常用方法有从基因文库中获取、用化学方法人工合成和利用PCR技术扩
解析
增。PCR技术遵循的基本原理是DNA半保留复制。(3)由题图可 知，水蛭蛋白经两种蛋白酶处理后，酶解产物的肽含量差别不 大，但是抗凝血活性有所差异，所以推测该差异主要与肽的种类有关，两种处理后酶解产物中氨基酸的种类、数目和排列顺序不同，从而导致两种处理后酶解产物的抗凝血活性有差异。(4)在相同条件下，将等量的生理盐水、蛋白质工程改造后的水蛭素、水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素分别进行抗凝血实验，比较四组血液凝固所需时间长短，所需时间越长说明其抗凝血活性越大。
解析
微真题/重体悟
第二部分
1.(2023·湖南卷，T8)盐碱胁迫下植物应激反应产生的H2O2对细胞有毒害作用。禾本科农作物AT1蛋白通过调节细胞膜上PIP2s蛋白磷酸化水平，影响H2O2的跨膜转运，如图所示。下列叙述错误的是( )
A.细胞膜上PIP2s蛋白高磷酸化水平是其提高H2O2外排能力所必需的
B.PIP2s蛋白磷酸化被抑制，促进H2O2外排，从而减轻其对细胞的毒害
C.敲除AT1基因或降低其表达可提高禾本科农作物的耐盐碱能力
D.从特殊物种中发掘逆境胁迫相关基因是改良农作物抗逆性的有效途径
分析题图可知，AT1蛋白存在时，AT1蛋白可与Gβ结合，抑制PIP2s蛋白磷酸化，H2O2外排能力弱；AT1蛋白缺陷时，AT1蛋白不能与Gβ结合，PIP2s蛋白磷酸化，H2O2外排能力强。因此，细胞膜上PIP2s蛋白保持高磷酸化水平是其提高H2O2外排能力所必需的，A项正确。PIP2s蛋白磷酸化被抑制时，会抑制H2O2外排，从而增强其对细胞的毒害，B项错误。敲除AT1基因或降低其表达可使PIP2s蛋白保持高磷酸化水平，H2O2外排能力较强，可提高禾本科农作物的耐盐碱能力，C项正确。可以从特殊物种中发掘逆境胁迫相关基因，通过基因工程技术改良农作物的抗逆性，D项正确。
解析
2.(2022·江苏卷，T6)采用基因工程技术调控植物激素代谢，可实现作物改良。下列相关叙述不合理的是( )
A.用特异启动子诱导表达iaaM(生长素合成基因)可获得无子果实
B.大量表达ipt(细胞分裂素合成关键基因)可抑制芽的分化
C.提高ga2ox(氧化赤霉素的酶基因)的表达水平可获得矮化品种
D.在果实中表达acs(乙烯合成关键酶基因)的反义基因可延迟果实成熟
生长素可促进果实发育，用特异启动子诱导表达iaaM(生长素合成基因)可获得无子果实，A项不符合题意；大量表达ipt(细胞分裂素合成关键基因)可使细胞分裂素含量升高，细胞分裂素含量升高，有利于芽的分化，B项符合题意；赤霉素能促进细胞伸长，从而引起植株增高，提高ga2ox(氧化赤霉素的酶基因)的表达水平可促进赤霉素被氧化分解，使赤霉素含量降低，从而获得矮化品种，C项不符合题意；乙烯有催熟作用，在果实中表达acs(乙烯合成关键酶基因)的反义基因可抑制乙烯的合成，果实成熟会延迟，D项不符合题意。
解析
3.(2020·浙江7月选考，T24)下列关于基因工程的叙述，正确的是 ( )
A.若受体大肠杆菌含有构建重组质粒时用到的限制性内切核酸酶，则一定有利于该重组质粒进入受体并保持结构稳定
B.抗除草剂基因转入某抗盐植物获得2个稳定遗传转基因品系，抗性鉴定为抗除草剂抗盐和抗除草剂不抗盐。表明一定是抗盐性的改变与抗除草剂基因的转入无关
C.抗除草剂基因转入某植物获得转基因植株，其DNA检测均含目的基因，抗性鉴定为抗除草剂和不抗除草剂。表明一定是前者表达了抗性蛋白而后者只表达抗性基因RNA
D.已知不同分子量DNA可分开成不同条带，相同分子量的为一条 带。用某种限制性内切核酸酶完全酶切环状质粒后，出现3条带。表明该质粒上一定至少有3个被该酶切开的位置
若受体大肠杆菌含有构建重组质粒时用到的限制酶，该酶可能会破坏重组质粒的结构，不利于重组质粒在受体中保持结构稳定，A项错误；抗除草剂基因转入某抗盐植物获得的2个稳定遗传转基因品系中有抗除草剂不抗盐的品系，可推测抗盐性的改变可能与抗除草剂基因的转入有关，B项错误；在DNA检测均含目的基因的条件下，抗性鉴定为抗除草剂说明目的基因完成了表达，抗性
解析
鉴定为不抗除草剂说明目的基因可能完成了转录而没有翻译成蛋白质，还有可能是目的基因无法转录，C项错误；用某限制酶完全酶切后出现3条带，说明酶切后的产物中有3种不同分子量的DNA，可推测出质粒上至少有3个位置被该酶切开，D项正确。
解析
4.(2021·广东卷，T22改编)非细胞合成技术是一种运用合成生物学方法，在细胞外构建多酶催化体系，获得目标产物的新技术，其核心是各种酶基因的挖掘、表达等。中国科学家设计了4步酶促反应的非细胞合成路线(如图)，可直接用淀粉生产肌醇(重要的医药食品原 料)，以期解决高温强酸水解方法造成的严重污染问题，并可以提高产率。
回答下列问题：
(1)研究人员采用PCR技术从土壤微生物基因组中扩增得到目标酶基因。此外，获得酶基因的方法还有_____________________________
____________(答出两种即可)。
(2)高质量的DNA模板是成功扩增出目的基因的前提条件之一。在制备高质量DNA模板时必须除去蛋白，方法有_____________________
__________________(答出两种即可)。
从基因文库中获取、用化学方法人工合成
蛋白酶水解法、盐析法或高温变性法等
(3)研究人员使用大肠杆菌BL21作为受体细胞、pET20b为表达载体分别进行4种酶的表达。表达载体转化大肠杆菌时，首先应用Ca2+处理大肠杆菌细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。为了检测目的基因是否成功表达出酶蛋白，需要采用的方法有__________________。
(4)依图所示流程，在一定的温度、pH等条件下，将4种酶与可溶性淀粉溶液混合组成一个反应体系。若这些酶最适反应条件不同，可能导致的结果是__________________________。在分子水平上，可以通过改变__________，从而改变蛋白质的结构，实现对酶特性的改造和优化。
抗原—抗体杂交法
部分酶失活，无法获得肌醇
基因结构
(1)获取目的基因常用的方法有从基因文库中获取、利用PCR技术扩增、用化学方法人工合成等。(2)制备高质量DNA模板时，可直接在滤液中加入蛋白酶分解蛋白质，而不破坏DNA。中性盐对蛋白质的溶解度有显著影响，当盐浓度较高时，蛋白质的溶解度下降并析出，这种现象称为盐析。利用DNA对高温的耐受性，严格控制温度范围，使蛋白质变性沉淀而DNA分子不发生变性，可将DNA与蛋白质分离。(3)为了检测目的基因是否表达出相关的酶蛋
解析
白，可以从转基因生物中提取蛋白质，采用抗原—抗体杂交法，若有杂交带出现，表明目的基因已表达出蛋白质产品。(4)酶在温度过高、过酸、过碱的环境中会失活，不同酶的最适温度、最适pH一般不同，将4种酶与可溶性淀粉溶液混合组成一个反应体 系，在一定的温度、pH等条件下，部分酶可能会因温度或者pH不适宜而失活，不能达到实验目的，即无法获得肌醇。基因指导蛋白质的合成，可以通过改变酶基因的结构，从而改变蛋白质的结构，进而实现对酶特性的改造和优化。
解析
5.(2023·全国甲卷，T38)接种疫苗是预防传染病的一项重要措施，乙肝疫苗的使用可有效阻止乙肝病毒的传播，降低乙型肝炎发病率。乙肝病毒是一种DNA病毒。重组乙肝疫苗的主要成分是利用基因工程技术获得的乙肝病毒表面抗原(一种病毒蛋白)。回答下列问题：
(1)接种上述重组乙肝疫苗不会在人体中产生乙肝病毒，原因是____
________________________________________________________。
该疫苗不含乙肝病毒DNA，不会在人体细胞内增殖产生乙肝病毒
(2)制备重组乙肝疫苗时，需要利用重组表达载体将乙肝病毒表面抗原基因(目的基因)导入酵母细胞中表达。重组表达载体中通常含有抗生素抗性基因，抗生素抗性基因的作用是_______________________
____________________。能识别载体中的启动子并驱动目的基因转录的酶是____________。
(3)目的基因导入酵母细胞后，若要检测目的基因是否插入染色体 中，需要从酵母细胞中提取____________进行DNA分子杂交，DNA分子杂交时应使用的探针是___________________________________
______________。
作为标记基因筛选出转化成功的酵母细胞
RNA聚合酶
基因组DNA
放射性同位素等标记的含有目的基因的DNA片段
(4)若要通过实验检测目的基因在酵母细胞中是否表达出目的蛋白，请简要写出实验思路。
从酵母细胞中提取蛋白质，用乙肝病毒表面抗原的特异性抗体进行抗原—抗体杂交，观察是否有杂交带出现。若有杂交带出现，说明酵母细胞中表达出目的蛋白。
(1)重组乙肝疫苗的主要成分是乙肝病毒表面抗原，不含乙肝病毒DNA分子，不会在人体细胞内产生乙肝病毒。(2)载体上的抗生素抗性基因常作为标记基因，用于将成功导入重组基因表达载体的细胞筛选出来。细胞中的RNA聚合酶可识别载体中的启动子，并以目的基因的一条链为模板进行转录。(3)由于不能确定目的基因是否插入染色体中，需提取酵母细胞的基因组DNA，用基因探针进行检测。该探针中需要含有目的基因中的特异性片段，且带有
解析
放射性同位素等标记。若受体细胞的染色体中含有目的基因，该探针就会与目的基因通过碱基互补配对结合在一起，从而在放射性等检测中观察到杂交带。(4)抗乙肝病毒表面抗原的抗体可与乙肝病毒表面抗原特异性结合，故可用该抗体与酵母细胞中提取出来的蛋白质进行抗原—抗体杂交，若出现杂交带，则可证明酵母细胞中表达出目的蛋白。
解析课时微练(四十三) 基因工程的应用和蛋白质工程
一、选择题:本题共10小题,在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的
1.下列有关基因工程的成果及应用的说法,错误的是( )
A.用基因工程方法培育的抗虫植物也能抗病毒
B.基因工程可提高动物的生长速率是由于外源生长激素基因的表达
C.外源基因在乳腺细胞中表达可让哺乳动物批量生产药物
D.基因工程在农业上的应用主要是培育高产、品质优良和具有抗逆性的农作物
2.(2025·永州模拟)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.蛋白质功能是由氨基酸的种类和数量决定
B.改造蛋白质结构可通过改造基因结构实现
C.蛋白质工程不可以定向改变蛋白质的结构
D.酶最适温度提高是因为脯氨酸比甘氨酸更耐热
3.胰岛素用于治疗糖尿病,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,下列有关叙述正确的是( )
A.新的胰岛素的产生是依据基因工程原理完成的
B.新的胰岛素生产过程中不涉及中心法则
C.新的胰岛素产生过程中最困难的一步是由胰岛素分子结构推测氨基酸序列
D.若用大肠杆菌生产新的胰岛素,常用Ca2+处理大肠杆菌
4.(2025·沈阳模拟)囊性纤维病的诊断阵列是表面结合有单链DNA探针的特殊滤纸(其中“0”处放置正常基因的探针,“1~10”处放置不同突变基因的探针),将#1~#3待测个体DNA用有色分子标记,然后将诊断阵列浸泡在溶解有单链标记DNA的溶液中,检测结果如图所示。下列叙述正确的是( )
A.诊断阵列可应用于产前诊断中染色体筛查
B.若#2与#3婚配,则后代携带突变基因的概率为3/4
C.将标记的待测双链DNA分子直接与诊断阵列混合后即可完成诊断
D.诊断阵列上放置不同病毒的基因探针可诊断人体感染病毒的类型
5.(2025·重庆联考)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蛋白对舞毒蛾的毒性提高了7倍。下列相关叙述错误的是( )
A.对Cry蛋白的改造是通过改造编码Cry蛋白的基因来实现的
B.与基因工程相比,蛋白质工程的实现也需要构建基因表达载体
C.蛋白质工程难度较大,主要是蛋白质发挥功能所依赖的高级结构十分复杂
D.如果将第168、282、283位的氨基酸全部替换,Cry蛋白对舞毒蛾的毒性将增加21倍
6.(2025·连云港模拟)人的血清白蛋白在临床上需求量很大。科学家培育出一种转基因山羊,其膀胱上皮细胞可以合成人的血清白蛋白并分泌到尿液中。下列叙述正确的是( )
A.可从人体成熟的红细胞中获取血清白蛋白基因
B.应选用膀胱上皮细胞作为目的基因的受体细胞
C.人的血清白蛋白基因只存在于转基因山羊的膀胱上皮细胞中
D.转基因山羊将人的血清白蛋白分泌到尿液中有利于该蛋白的收集
7.(2025·曲靖模拟)嵌合抗原受体T细胞(CAR T)是癌症治疗的研究热点。其原理是将CAR基因导入T细胞获得CAR T,进而表达出特异性更强的癌细胞抗原受体蛋白(CAR)。相比自然状态下的细胞毒性T细胞,CAR T对肿瘤细胞的杀伤性、靶向性更强。治疗流程如图所示。下列叙述正确的是( )
A.步骤②属于生物工程中的细胞工程
B.CAR T细胞的CAR能特异性识别并杀伤癌细胞
C.步骤④可选用动物病毒或噬菌体作为载体
D.步骤⑤需定期更换培养液以补充营养物质并清除代谢废物
8.AK、DHDPS是玉米中合成赖氨酸的两种关键酶,赖氨酸达到一定浓度就会与两种酶结合抑制它们的活性,如图所示,因此玉米中赖氨酸含量比较低。将AK中第352位苏氨酸变成异亮氨酸,DHDPS中第104位天冬酰胺变成异亮氨酸,该变化影响了其与赖氨酸的结合,使玉米叶片和种子内游离的赖氨酸分别提高5倍和2倍。下列有关分析错误的是( )
A.玉米中赖氨酸含量比较低与负反馈调节密切相关
B.要替换AK、DHDPS中的氨基酸需要通过改造相应基因来实现
C.改造后的AK和DHDPS与底物结合能力加强,导致玉米合成赖氨酸的能力增强
D.改造后的AK和DHDPS空间结构改变,与赖氨酸结合的能力降低
9.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。科研人员拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构,提高其抗凝血活性。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。下列叙述错误的是( )
A.水蛭蛋白经两种酶处理后水解产物的抗凝血活性差异主要与其肽含量有关
B.酶甲处理使水蛭素抗凝血活性提高的可能原因是使其有活性的结构域部位暴露
C.要获得水蛭素的基因,可以从水蛭细胞中提取mRNA,经逆转录获得目的基因
D.上述实验的目的是了解水蛭素蛋白中影响抗凝血活性的部分以设计蛋白质三维结构
10.单基因遗传病可以通过核酸杂交技术进行早期诊断。有一对夫妇均为镰状细胞贫血致病基因的携带者,为了能生下健康的孩子,每次妊娠早期都进行产前诊断。如图为这对夫妇和孩子核酸分子杂交诊断的结果示意图。下列相关叙述错误的是( )
A.与图中正常基因模板链杂交的探针碱基对应序列为5'—AACTCGT—3'
B.根据凝胶电泳带谱分析,基因纯合的是Ⅱ2
C.该地区镰状细胞贫血患病率为1/10 000,若Ⅱ3与另一正常女子婚配,则生出患病孩子的概率为1/202
D.若将正常的血红蛋白基因成功导入患者的骨髓造血干细胞中,可用于治疗该病
二、非选择题
11.(2022·广东卷,T22)“绿水逶迤去,青山相向开”,大力发展低碳经济已成为全社会的共识。基于某些梭菌的特殊代谢能力,有研究者以某些工业废气(含CO2等一碳温室气体,多来自高污染排放企业)为原料,通过厌氧发酵生产丙酮,构建一种生产高附加值化工产品的新技术。
回答下列问题:
(1)研究者针对每个需要扩增的酶基因(如图)设计一对_______,利用PCR技术,在优化反应条件后扩增得到目标酶基因。
(2)研究者构建了一种表达载体pMTL80k,用于在梭菌中建立多基因组合表达库,经筛选后提高丙酮的合成量。该载体包括了启动子、终止子及抗生素抗性基因等,其中抗生素抗性基因的作用是_____________________,终止子的作用是__________________________。
(3)培养过程中发现重组梭菌大量表达上述酶蛋白时,出现了生长迟缓的现象,推测其原因可能是_____________________________________,此外丙酮的积累会伤害细胞,需要进一步优化菌株和工艺才能扩大应用规模。
(4)这种生产高附加值化工产品的新技术,实现了______________,体现了循环经济的特点。从“碳中和”的角度看,该技术的优势在于______________,具有广泛的应用前景和良好的社会效益。
12.(科学探究)(2023·海南卷,T20)基因递送是植物遗传改良的重要技术之一,我国多个实验室合作开发了一种新型基因递送系统(切—浸—生芽Cut Dip Budding,简称CDB法)。如图1与图2分别是利用常规转化法和CDB法在某植物中递送基因的示意图。
植株A→外植体→愈伤组织→愈伤组织与含重组载体的农杆菌共培养幼苗→转化植株A
图1
植株B植株上半部分浸入含重组载体的农杆菌菌液 植株长出毛状根 阳性毛状根段
幼苗→转化植株B
图2
回答下列问题:
(1)图1中,从外植体转变成愈伤组织的过程属于_______;从愈伤组织到幼苗的培养过程需要的激素有生长素和____________,该过程还需要光照,其作用是_________________________________________________。
(2)图1中的愈伤组织,若不经过共培养环节,直接诱导培养得到的植株可以保持植株A的____________。图1中,含有外源基因的转化植株A若用于生产种子,其包装需标注______________。
(3)图1与图2中,农杆菌侵染植物细胞时,可将外源基因递送到植物细胞中的原因是_______________________________________________________________。
(4)已知某酶(PDS)缺失会导致植株白化。某团队构建了用于敲除PDS基因的CRISPR/Cas9基因编辑载体(含有绿色荧光蛋白标记基因),利用图2中的CDB法将该重组载体导入植株B,长出毛状根,成功获得转化植株B。据此分析,从毛状根中获得阳性毛状根段的方法是____________________________,图2中,鉴定导入幼苗中的基因编辑载体是否成功发挥作用的方法是__________________________,依据是_________________________________。
(5)与常规转化法相比,采用CDB法进行基因递送的优点是___________________________________(答出2点即可)。
课时微练(四十三) 基因工程的应用和蛋白质工程
1.A 解析 用基因工程方法培育的抗虫植物能抵抗某种害虫,不能抗病毒,A项错误;利用基因工程将外源生长激素基因导入动物细胞内,使该细胞合成、分泌生长激素,即该基因在动物体内表达,可提高动物的生长速率,B项正确;利用乳腺生物反应器生产人胰岛素,转基因生物进入泌乳期后,外源基因在乳腺细胞中可以表达产生相应的基因产物,使哺乳动物本身变为“批量生产药物的工厂”,C项正确;基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物,满足人类的生产生活需要,D项正确。
2.B 解析 蛋白质的功能是由蛋白质的结构决定的,从根本上来说,是由基因决定的,A项错误;改造蛋白质结构可通过改造编码蛋白质的基因结构实现,B项正确;蛋白质工程可以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项错误;酶最适温度提高是因为酶的空间结构发生改变,D项错误。
3.D 解析 新的胰岛素的产生是依据蛋白质工程原理完成的,A项错误;新的胰岛素生产过程中涉及转录、翻译的过程,其涉及中心法则,B项错误;新的胰岛素产生过程中最困难的一步是设计新的胰岛素分子的空间结构,C项错误;把目的基因导入大肠杆菌,常用Ca2+处理大肠杆菌,D项正确。
4.D 解析 囊性纤维病是一种常染色体隐性遗传病,若正常基因用“A”表示,则题图中“1~10”对应的致病基因可表示为“a1~a10”,根据DNA探针的使用原理,分析题图可知:#1的基因型是AA,#2的基因型是Aa4,#3的基因型是a2a5。诊断阵列上放置的是基因探针,故不能用于染色体的筛查,A项错误;#2与#3婚配(Aa4×a2a5),则后代携带突变基因的概率为100%,B项错误;DNA分子杂交的原理是利用碱基互补配对原则,与单链DNA探针特异性的结合,所以要先将待测双链DNA分子加热,形成单链DNA分子,C项错误;若诊断阵列上放置不同病毒的基因探针,根据碱基互补配对原则,也可诊断人体感染病毒的类型,D项正确。
5.D 解析 蛋白质的改造需要从根本上改造基因,因此对Cry蛋白的改造是通过改造编码Cry蛋白的基因来实现的,A项正确;需要将改造的基因导入受体细胞并表达相关产物,就需要构建基因表达载体,因此与基因工程相比,蛋白质工程的实现也需要构建基因表达载体,B项正确;蛋白质的功能多样性,主要取决于蛋白质中氨基酸种类、数量、排列顺序以及蛋白质的空间结构,因此蛋白质工程难度较大,主要是蛋白质发挥功能所依赖的高级结构十分复杂,C项正确;如果将第168、282、283位的氨基酸全部替换,Cry蛋白可能会失去原有的功能,D项错误。
6.D 解析 人体成熟的红细胞细胞核退化消失,细胞中无DNA,无基因,A项错误;应选用受精卵作为目的基因的受体细胞,以培育得到转基因山羊,B项错误;由于体细胞都由有丝分裂而来,遗传物质没有改变,因此转基因山羊所有体细胞均含有人血清白蛋白基因(红细胞在成熟前也有),C项错误;转基因山羊将人的血清白蛋白分泌到尿液中,只要收集尿液即可收集该蛋白质,D项正确。
7.D 解析 分析题意,步骤②是根据靶抗原设计CAR结构,是从蛋白质的预期结构开始,属于蛋白质工程,A项错误;CAR是CAR T细胞表面的嵌合抗原受体,受体只有识别作用,没有杀伤癌细胞的功能,B项错误;基因工程中常见的载体有质粒、动植物病毒、噬菌体等,噬菌体载体是依据噬菌体侵染大肠杆菌的原理,将目的基因片段整合到噬菌体基因组中,因此将CAR基因导入T细胞不能用噬菌体作为载体,C项错误;动物细胞培养时,为补充营养物质并清除代谢废物,防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害,需定期更换培养液,D项正确。
8.C 解析 由题可知,赖氨酸达到一定浓度与AK、DHDPS结合,抑制它们的活性,从而使反应速率下降,属于负反馈调节,A项正确;根据题意“将AK中第352位苏氨酸变成异亮氨酸,DHDPS中第104位天冬酰胺变成异亮氨酸”,可知上述操作为蛋白质工程,蛋白质工程的实质是通过改造相应基因来实现的,B项正确;将AK中第352位苏氨酸变成异亮氨酸,DHDPS中第104位天冬酰胺变成异亮氨酸,会导致改造后的AK和DHDPS的空间结构改变,与赖氨酸结合的能力降低,但改造后的AK和DHDPS的活性基本不变,C项错误,D项正确。
9.A 解析 两种酶水解水蛭蛋白后,肽含量的两条曲线比较接近,说明抗凝血的活性与肽的含量关联不大,A项错误;酶甲处理后的酶解产物的抗凝血活性先上升后相对稳定,由此推测酶甲处理使水蛭素抗凝血活性提高的可能原因是使其有活性的结构域部位暴露,B项正确;为了获得水蛭素基因,可从细胞中提取水蛭素基因转录的mRNA,经逆转录获取目的基因,C项正确;题述实验的目的是了解水蛭素蛋白中影响抗凝血活性的部分以设计蛋白质三维结构,D项正确。
10.B 解析 据题图可知,正常基因模板链的核酸序列为5'—ACGAGTT—3',按照碱基互补配对的原则,则与题图中正常基因模板链杂交的探针碱基对应序列为5'—AACTCGT—3',A项正确;题图中夫妇的基因型均为Bb,根据凝胶电泳带谱分析,基因纯合的是Ⅱ2(bb)和Ⅱ1(BB),B项错误;该地区镰状细胞贫血患病率为1/10 000,说明该地区人群中b的基因频率为1/100,则B的基因频率为99/100,则正常人群中携带者的概率为2×1/100×99/100÷(1-1/10 000)=2/101,分析题图可知,Ⅱ3的基因型为Bb,若其与正常女子Bb或BB婚配,则生出患病孩子的概率为2/101×1/4=1/202,C项正确;镰状细胞贫血是由基因突变导致的,属于遗传病,将正常血红蛋白的基因导入患者的骨髓造血干细胞中,可产生正常的红细胞,进而可达到治疗目的,D项正确。
11.答案 (1)引物 (2)便于筛选含有目的基因的受体细胞 使转录在所需要的地方停下来 (3)酶蛋白的大量合成消耗了大量物质和能量 (4)废弃物的资源化 减少了碳排放
解析 (1)利用PCR技术扩增目的基因的前提是已知目的基因两端的核苷酸序列,根据这一序列设计并合成一对引物。(2)抗生素抗性基因作为标记基因,作用是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受体细胞筛选出来。终止子相当于一盏红色信号灯,位于基因的下游,可使转录在所需要的地方停下来。(3)酶蛋白的大量合成消耗大量的物质和能量,导致重组梭菌用于自身生长、繁殖的物质和能量减少,菌体生长迟缓。(4)该技术使一个系统产出的污染物,能够成为本系统或另一个系统的生产原料,从而实现了废弃物的资源化。从“碳中和”的角度看,该技术减少了碳排放。
12.答案 (1)脱分化 细胞分裂素 诱导叶绿素的形成,使幼苗能够进行光合作用 (2)遗传特性 转基因种子 (3)农杆菌细胞内含Ti质粒,当它侵染植物细胞后,能将Ti质粒上的T DNA转移并整合到受体细胞染色体DNA上 (4)检测毛状根段是否有绿色荧光 观察幼苗是否表现出白化特征(或根据PDS基因的碱基序列设计引物进行PCR扩增) PDS基因缺失会导致植株白化,白化苗的出现意味着通过基因编缉技术成功实现PDS基因的敲除 (5)生长迅速、易于培养
解析 (1)外植体经过脱分化形成愈伤组织,愈伤组织经过再分化形成幼苗,再分化培养基需要有一定比例的生长素和细胞分裂素。叶绿素的形成需要光,故再分化过程中需要适宜的光照以诱导叶绿素的形成。(2)题图1中,若不经过愈伤组织与含重组载体的农杆菌共培养环节,直接诱导培养植株,则获得的植株遗传物质全部来自植株A,这种无性繁殖的方式可以保持植株A的遗传特性。为遵守我国对农业转基因生物实行的标识制度,需对含有外源基因的转化植株A生产的种子的包装标注“转基因种子”。(3)见答案。(4)用含有重组载体的农杆菌菌液处理植株B后长出的毛状根中若含有基因编辑载体(阳性毛状根),则该基因编辑载体中的绿色荧光蛋白基因可以在毛状根中表达,故可通过观察其是否含有绿色荧光筛选阳性毛状根。若导入幼苗中的基因编辑载体成功发挥作用,则PDS基因被敲除,靶基因测序就会出现序列缺失,或用另一种方法,根据PDS基因的碱基序列设计引物进行PCR扩增,不会出现扩增条带。(5)对比题图1与题图2可知,与常规转化法相比,用CDB法进行基因递送的优点是生长迅速、易于培养。(共42张PPT)
基因工程的应用和蛋白质工程
课时微练(四十三)
一、选择题：本题共10小题，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的
1.下列有关基因工程的成果及应用的说法，错误的是( )
A.用基因工程方法培育的抗虫植物也能抗病毒
B.基因工程可提高动物的生长速率是由于外源生长激素基因的表达
C.外源基因在乳腺细胞中表达可让哺乳动物批量生产药物
D.基因工程在农业上的应用主要是培育高产、品质优良和具有抗逆性的农作物
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用基因工程方法培育的抗虫植物能抵抗某种害虫，不能抗病毒，A项错误；利用基因工程将外源生长激素基因导入动物细胞内，使该细胞合成、分泌生长激素，即该基因在动物体内表达，可提高动物的生长速率，B项正确；利用乳腺生物反应器生产人胰岛素，转基因生物进入泌乳期后，外源基因在乳腺细胞中可以表达产生相应的基因产物,使哺乳动物本身变为“批量生产药物的工厂”，C项正确；基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物，满足人类的生产生活需要，D项正确。
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2.(2025·永州模拟)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.蛋白质功能是由氨基酸的种类和数量决定
B.改造蛋白质结构可通过改造基因结构实现
C.蛋白质工程不可以定向改变蛋白质的结构
D.酶最适温度提高是因为脯氨酸比甘氨酸更耐热
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蛋白质的功能是由蛋白质的结构决定的，从根本上来说，是由基因决定的，A项错误；改造蛋白质结构可通过改造编码蛋白质的基因结构实现，B项正确；蛋白质工程可以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项错误；酶最适温度提高是因为酶的空间结构发生改变，D项错误。
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3.胰岛素用于治疗糖尿病，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，下列有关叙述正确的是( )
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A.新的胰岛素的产生是依据基因工程原理完成的
B.新的胰岛素生产过程中不涉及中心法则
C.新的胰岛素产生过程中最困难的一步是由胰岛素分子结构推测氨基酸序列
D.若用大肠杆菌生产新的胰岛素，常用Ca2+处理大肠杆菌
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新的胰岛素的产生是依据蛋白质工程原理完成的，A项错误；新的胰岛素生产过程中涉及转录、翻译的过程，其涉及中心法则，B项错误；新的胰岛素产生过程中最困难的一步是设计新的胰岛素分子的空间结构，C项错误；把目的基因导入大肠杆菌，常用Ca2+处理大肠杆菌，D项正确。
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4.(2025·沈阳模拟)囊性纤维病的诊断阵列是表面结合有单链DNA探针的特殊滤纸(其中“0”处放置正常基因的探针，“1~10”处放置不同突变基因的探针)，将#1~#3待测个体DNA用有色分子标记，然后将诊断阵列浸泡在溶解有单链标记DNA的溶液中，检测结果如图所示。下列叙述正确的是( )
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A.诊断阵列可应用于产前诊断中染色体筛查
B.若#2与#3婚配，则后代携带突变基因的概率为3/4
C.将标记的待测双链DNA分子直接与诊断阵列混合后即可完成诊断
D.诊断阵列上放置不同病毒的基因探针可诊断人体感染病毒的类型
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囊性纤维病是一种常染色体隐性遗传病，若正常基因用“A”表示，则题图中“1~10”对应的致病基因可表示为“a1~a10”，根据DNA探针的使用原理，分析题图可知：#1的基因型是AA，#2的基因型是
解析
Aa4，#3的基因型是a2a5。诊断阵列上放置的是基因探针，故不能用于染色体的筛查，A项错误；#2与#3婚配(Aa4×a2a5)，则后代携带突变基因的概率为100%，B项错误；DNA分子杂交的原理是利用碱基互补配对原则，与单链DNA探针特异性的结合，所以要先将待测双链DNA分子加热，形成单链DNA分子，C项错误；若诊断阵列上放置不同病毒的基因探针，根据碱基互补配对原则，也可诊断人体感染病毒的类型，D项正确。
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5.(2025·重庆联考)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蛋白对舞毒蛾的毒性提高了7倍。下列相关叙述错误的是( )
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A.对Cry蛋白的改造是通过改造编码Cry蛋白的基因来实现的
B.与基因工程相比，蛋白质工程的实现也需要构建基因表达载体
C.蛋白质工程难度较大，主要是蛋白质发挥功能所依赖的高级结构十分复杂
D.如果将第168、282、283位的氨基酸全部替换，Cry蛋白对舞毒蛾的毒性将增加21倍
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蛋白质的改造需要从根本上改造基因，因此对Cry蛋白的改造是通过改造编码Cry蛋白的基因来实现的，A项正确；需要将改造的基因导入受体细胞并表达相关产物，就需要构建基因表达载体，因此与基因工程相比,蛋白质工程的实现也需要构建基因表达载体，B项正确；蛋白质的功能多样性，主要取决于蛋白质中氨基酸种类、数量、排列顺序以及蛋白质的空间结构，因此蛋白质工程难度较大，主要是蛋白质发挥功能所依赖的高级结构十分复杂，C项正确；如果将第168、282、283位的氨基酸全部替换，Cry蛋白可能会失去原有的功能，D项错误。
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6.(2025·连云港模拟)人的血清白蛋白在临床上需求量很大。科学家培育出一种转基因山羊，其膀胱上皮细胞可以合成人的血清白蛋白并分泌到尿液中。下列叙述正确的是( )
A.可从人体成熟的红细胞中获取血清白蛋白基因
B.应选用膀胱上皮细胞作为目的基因的受体细胞
C.人的血清白蛋白基因只存在于转基因山羊的膀胱上皮细胞中
D.转基因山羊将人的血清白蛋白分泌到尿液中有利于该蛋白的收集
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人体成熟的红细胞细胞核退化消失，细胞中无DNA，无基因，A项错误；应选用受精卵作为目的基因的受体细胞，以培育得到转基因山羊，B项错误；由于体细胞都由有丝分裂而来，遗传物质没有改变，因此转基因山羊所有体细胞均含有人血清白蛋白基因
(红细胞在成熟前也有)，C项错误；转基因山羊将人的血清白蛋白分泌到尿液中，只要收集尿液即可收集该蛋白质，D项正确。
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7.(2025·曲靖模拟)嵌合抗原受体T细胞(CAR-T)是癌症治疗的研究热点。其原理是将CAR基因导入T细胞获得CAR-T,进而表达出特异性更强的癌细胞抗原受体蛋白(CAR)。相比自然状态下的细胞毒性T细胞，CAR-T对肿瘤细胞的杀伤性、靶向性更强。治疗流程如图所示。下列叙述正确的是( )
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A.步骤②属于生物工程中的细胞工程
B.CAR-T细胞的CAR能特异性识别并杀伤癌细胞
C.步骤④可选用动物病毒或噬菌体作为载体
D.步骤⑤需定期更换培养液以补充营养物质并清除代谢废物
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分析题意，步骤②是根据靶抗原设计CAR结构，是从蛋白质的预期结构开始，属于蛋白质工程，A项错误；CAR是CAR-T细胞表
解析
面的嵌合抗原受体,受体只有识别作用，没有杀伤癌细胞的功能，B项错误；基因工程中常见的载体有质粒、动植物病毒、噬菌体等，噬菌体载体是依据噬菌体侵染大肠杆菌的原理，将目的基因片段整合到噬菌体基因组中，因此将CAR基因导入T细胞不能用噬菌体作为载体，C项错误；动物细胞培养时，为补充营养物质并清除代谢废物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害，需定期更换培养液，D项正确。
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8.AK、DHDPS是玉米中合成赖氨酸的两种关键酶，赖氨酸达到一定浓度就会与两种酶结合抑制它们的活性，如图所示，因此玉米中赖氨酸含量比较低。将AK中第352位苏氨酸变成异亮氨酸，DHDPS中第104位天冬酰胺变成异亮氨酸，该变化影响了其与赖氨酸的结合，使玉米叶片和种子内游离的赖氨酸分别提高5倍和2倍。下列有关分析错误的是( )
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A.玉米中赖氨酸含量比较低与负反馈调节密切相关
B.要替换AK、DHDPS中的氨基酸需要通过改造相应基因来实现
C.改造后的AK和DHDPS与底物结合能力加强，导致玉米合成赖氨酸的能力增强
D.改造后的AK和DHDPS空间结构改变，与赖氨酸结合的能力降低
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由题可知，赖氨酸达到一定浓度与AK、DHDPS结合，抑制它们的活性，从而使反应速率下降，属于负反馈调节，A项正确；根据题意“将AK中第352位苏氨酸变成异亮氨酸，DHDPS中第104位天冬酰胺变成异亮氨酸”，可知上述操作为蛋白质工程，蛋白质工程的实质是通过改造相应基因来实现的，B项正确；将AK中第352位苏氨酸变成异亮氨酸，DHDPS中第104位天冬酰胺变成异亮氨酸，会导致改造后的AK和DHDPS的空间结构改变，与赖氨酸结合的能力降低，但改造后的AK和DHDPS的活性基本不变，C项错误，D项正确。
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9.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。科研人员拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构，提高其抗凝血活性。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。下列叙述错误的是( )
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A.水蛭蛋白经两种酶处理后水解产物的抗凝血活性差异主要与其肽含量有关
B.酶甲处理使水蛭素抗凝血活性提高的可能原因是使其有活性的结构域部位暴露
C.要获得水蛭素的基因，可以从水蛭细胞中提取mRNA，经逆转录获得目的基因
D.上述实验的目的是了解水蛭素蛋白中影响抗凝血活性的部分以设计蛋白质三维结构
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两种酶水解水蛭蛋白后，肽含量的两条曲线比较接近，说明抗凝血的活性与肽的含量关联不大，A项错误；酶甲处理后的酶解产物的抗凝血活性先上升后相对稳定，由此推测酶甲处理使水蛭素抗凝血活性提高的可能原因是使其有活性的结构域部位暴露，B项正确；为了获得水蛭素基因，可从细胞中提取水蛭素基因转录的mRNA,经逆转录获取目的基因，C项正确;题述实验的目的是了解水蛭素蛋白中影响抗凝血活性的部分以设计蛋白质三维结构，D项正确。
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10.单基因遗传病可以通过核酸杂交技术进行早期诊断。有一对夫妇均为镰状细胞贫血致病基因的携带者，为了能生下健康的孩子，每次妊娠早期都进行产前诊断。如图为这对夫妇和孩子核酸分子杂交诊断的结果示意图。下列相关叙述错误的是( )
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A.与图中正常基因模板链杂交的探针碱基对应序列为5'—AACTCGT
—3'
B.根据凝胶电泳带谱分析，基因纯合的是Ⅱ2
C.该地区镰状细胞贫血患病率为1/10 000，若Ⅱ3与另一正常女子婚配，则生出患病孩子的概率为1/202
D.若将正常的血红蛋白基因成功导入患者的骨髓造血干细胞中，可用于治疗该病
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据题图可知，正常基因模板链的核酸序列为5'—ACGAGTT—3'，按照碱基互补配对的原则，则与题图中正常基因模板链杂交的探针碱基对应序列为5'—AACTCGT—3'，A项正确；题图中夫妇的基因型均为Bb，根据凝胶电泳带谱分析，基因纯合的是Ⅱ2(bb)和Ⅱ1(BB)，B项错误；该地区镰状细胞贫血患病率为1/10 000，说明该地区人群中b的基因频率为1/100，则B的基因频率为99/100，则正常人群中携带者的概率为2×1/100×99/100÷(1-1/10 000)=2/101,
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分析题图可知，Ⅱ3的基因型为Bb，若其与正常女子Bb或BB婚配,则生出患病孩子的概率为2/101×1/4=1/202，C项正确；镰状细胞贫血是由基因突变导致的，属于遗传病，将正常血红蛋白的基因导入患者的骨髓造血干细胞中，可产生正常的红细胞，进而可达到治疗目的，D项正确。
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二、非选择题
11.(2022·广东卷，T22)“绿水逶迤去，青山相向开”，大力发展低碳经济已成为全社会的共识。基于某些梭菌的特殊代谢能力，有研究者以某些工业废气(含CO2等一碳温室气体，多来自高污染排放企业)为原料，通过厌氧发酵生产丙酮，构建一种生产高附加值化工产品的新技术。
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回答下列问题:
(1)研究者针对每个需要扩增的酶基因(如图)设计一对_____________,利用PCR技术，在优化反应条件后扩增得到目标酶基因。
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引物
(2)研究者构建了一种表达载体pMTL80k，用于在梭菌中建立多基因组合表达库，经筛选后提高丙酮的合成量。该载体包括了启动子、终止子及抗生素抗性基因等，其中抗生素抗性基因的作用是_______
___________________________，终止子的作用是________________
_______________。
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便于筛选含有目的基因的受体细胞
使转录在所需要的地方停下来
(3)培养过程中发现重组梭菌大量表达上述酶蛋白时，出现了生长迟
缓的现象，推测其原因可能是_________________________________
________，此外丙酮的积累会伤害细胞，需要进一步优化菌株和工
艺才能扩大应用规模。
(4)这种生产高附加值化工产品的新技术，实现了________________，体现了循环经济的特点。从“碳中和”的角度看，该技术的优势在于________________，具有广泛的应用前景和良好的社会效益。
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废弃物的资源化
减少了碳排放
酶蛋白的大量合成消耗了大量物质和能量
(1)利用PCR技术扩增目的基因的前提是已知目的基因两端的核苷酸序列，根据这一序列设计并合成一对引物。(2)抗生素抗性基因作为标记基因，作用是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受体细胞筛选出来。终止子相当于一盏红色信号灯，位于基因的下游，可使转录在所需要的地方停下来。(3)酶蛋白的大量合成消耗大量的物质和能量，导致重组梭菌用于自身
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生长、繁殖的物质和能量减少，菌体生长迟缓。(4)该技术使一个系统产出的污染物，能够成为本系统或另一个系统的生产原料，从而实现了废弃物的资源化。从“碳中和”的角度看，该技术减少了碳排放。
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12.(科学探究)(2023·海南卷，T20)基因递送是植物遗传改良的重要技术之一，我国多个实验室合作开发了一种新型基因递送系统(切—浸—生芽Cut-Dip-Budding，简称CDB法)。如图1与图2分别是利用常规转化法和CDB法在某植物中递送基因的示意图。
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回答下列问题:
(1)图1中，从外植体转变成愈伤组织的过程属于__________；从愈伤组织到幼苗的培养过程需要的激素有生长素和_____________，该过程还需要光照，其作用是_____________________________________
______。
(2)图1中的愈伤组织，若不经过共培养环节，直接诱导培养得到的植株可以保持植株A的_____________。图1中，含有外源基因的转化植株A若用于生产种子，其包装需标注______________。
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脱分化
细胞分裂素
诱导叶绿素的形成，使幼苗能够进行光合作用
遗传特性
转基因种子
(3)图1与图2中，农杆菌侵染植物细胞时，可将外源基因递送到植物细胞中的原因是_____________________________________________
_____________________________________________________。
(4)已知某酶(PDS)缺失会导致植株白化。某团队构建了用于敲除PDS基因的CRISPR/Cas9基因编辑载体(含有绿色荧光蛋白标记基因)，利用图2中的CDB法将该重组载体导入植株B，长出毛状根，成功获得转化植株B。据此分析，从毛状根中获得阳性毛状根段的方法是
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农杆菌细胞内含Ti质粒，当它侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的T-DNA转移并整合到受体细胞染色体DNA上
____________________________，图2中，鉴定导入幼苗中的基因编辑载体是否成功发挥作用的方法是_____________________________
__________________________________________________，依据是________________________________________________________________________________________。
(5)与常规转化法相比，采用CDB法进行基因递送的优点是_________
_______________(答出2点即可)。
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检测毛状根段是否有绿色荧光
观察幼苗是否表现出白化特征(或根据PDS基因的碱基序列设计引物进行PCR扩增)
PDS基因缺失会导致植株白化，白化苗的出现意味着通过基因编缉技术成功实现PDS基因的敲除
生长迅速、易于培养
(1)外植体经过脱分化形成愈伤组织，愈伤组织经过再分化形成幼苗，再分化培养基需要有一定比例的生长素和细胞分裂素。叶绿素的形成需要光，故再分化过程中需要适宜的光照以诱导叶绿素的形成。(2)题图1中，若不经过愈伤组织与含重组载体的农杆菌共培养环节，直接诱导培养植株，则获得的植株遗传物质全部来自植株A，这种无性繁殖的方式可以保持植株A的遗传特性。为遵
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守我国对农业转基因生物实行的标识制度，需对含有外源基因的转化植株A生产的种子的包装标注“转基因种子”。(3)见答案。
(4)用含有重组载体的农杆菌菌液处理植株B后长出的毛状根中若含有基因编辑载体(阳性毛状根)，则该基因编辑载体中的绿色荧光蛋白基因可以在毛状根中表达，故可通过观察其是否含有绿色荧光筛选阳性毛状根。若导入幼苗中的基因编辑载体成功发挥作
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用，则PDS基因被敲除，靶基因测序就会出现序列缺失，或用另一种方法，根据PDS基因的碱基序列设计引物进行PCR扩增，不会出现扩增条带。(5)对比题图1与题图2可知，与常规转化法相比,用CDB法进行基因递送的优点是生长迅速、易于培养。
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