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生物学高考备考教案
第十一章 生物技术与工程
课时7 基因工程的应用与蛋白质工程
教师尊享·命题分析
课标要求 核心考点 五年考情 核心素养对接
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.概述人们根据基因工程原理，进行蛋白质设计和改造，可以获得性状和功能更符合人类需求的蛋白质； 3.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 基因工程的应用与蛋白质工程 2022：广东T22、江苏T6、河北T24、浙江1月T29（二）（1）（2）、山东T25、湖南T22； 2021：海南T25、浙江6月T20、北京T16、辽宁T14； 天津T16、全国卷Ⅲ ; 海南T31； 2018：天津T10、江苏T32 1.科学思维——比较与分析：蛋白质工程的原理及其与基因工程的关系。 2.科学探究——实验方案设计:针对人类某一需求,设计获得某一转基因产品的方案并就其中的某些问题展开探究
命题分析预测 1.高考对本部分的考查常结合具体实例，考查基因工程的应用、蛋白质工程等相关知识，多以非选择题形式呈现； 2.预计2024年高考仍可能延续往年的考查形式及特点,并结合科研实践或科学实践情境,分层设置问题,综合考查相关知识
知识导图 教材读薄
教材帮 读透教材 融会贯通
知识整合 教材读厚
1.基因工程的应用
2.蛋白质工程
3.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 起点 预期的蛋白质功能 目的基因
实质 人工控制下的 基因突变 基因重组
结果 生产自然界中没有的蛋白质 生产自然界中已有的蛋白质
联系 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
知识活用 教材读活
深度思考
1. 用基因工程改造后的大肠杆菌生产的干扰素和人体产生的干扰素完全相同吗？是否可以用改造后的酵母菌代替改造后的大肠杆菌呢？
提示 不完全相同。因为干扰素的本质是蛋白质，而大肠杆菌是原核生物，没有内质网和高尔基体等细胞器，不能对翻译出来的多肽链进行加工（大肠杆菌产生的干扰素经后续加工后，与人体产生的干扰素具有同样的效果）。是。酵母菌是真核生物，理论上可以产生与人体相同的干扰素。
2. 已知基因工程可以改善畜产品的品质，据此能否设计一个解决乳糖不耐受的方案？
提示 将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组→乳糖酶→乳糖分解→乳汁中的乳糖含量大大降低，其他营养成分不受影响，乳汁品质改善。
3. 某些转基因药物只在雌性动物的乳腺细胞表达的原因是什么？
[答案]提示 将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中，让药用蛋白基因只在乳腺细胞中选择性表达。
4. 为什么蛋白质工程的操作对象是基因而不是蛋白质？
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。
高考帮 研透高考 明确方向
命题点1 结合实例考查基因工程的应用
1. [2022广东，12分]“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 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）设计一对引物，利用PCR技术，在优化反应条件后扩增得到目标酶基因。
[解析] 利用PCR技术扩增目标酶基因的前提是根据目标酶基因两端的碱基序列设计一对引物。
（2） 研究者构建了一种表达载体 ，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作为标记基因，筛选含有目的基因的受体细胞，终止子的作用是终止转录，使转录在所需要的地方停下来。
[解析] 基因表达载体中，抗生素抗性基因作为标记基因，可用于鉴别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。终止子相当于一盏红色信号灯，可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，推测其原因可能是二氧化碳等气体用于大量合成丙酮，而不是用于重组梭菌的生长，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。
[解析] 重组梭菌可大量表达题述酶蛋白，在这些酶蛋白的作用下，二氧化碳等气体用于大量合成丙酮，而不是用于重组梭菌的生长，所以重组梭菌大量表达题述酶蛋白会导致其生长迟缓。
（4） 这种生产高附加值化工产品的新技术，实现了废物的资源化，体现了循环经济的特点。从“碳中和”的角度看，该技术的优势在于不仅不排放二氧化碳，而且还可以消耗工业废气中的二氧化碳，具有广泛的应用前景和良好的社会效益。
[解析] 根据题意可知，这种生产高附加值化工产品的新技术,以高污染排放企业排出的二氧化碳等一碳温室气体为原料生产丙酮，实现了废物的资源化，体现了循环经济的特点。从“碳中和”的角度看,利用该技术生产丙酮的过程中不仅不排放二氧化碳，还可以消耗工业废气中的二氧化碳，有利于减缓温室效应，并实现较高的经济效益，具有广泛的应用前景和良好的社会效益。
命题点2 蛋白质工程的原理和应用分析
2. [2022湖南改编，13分]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 是多肽链，物质 是mRNA。在生产过程中，物质 可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是密码子的简并（一种氨基酸对应多个密码子）。
[解析] 蛋白质工程的流程一般为预期蛋白质功能→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。密码子的简并指的是同一种氨基酸可以由几种不同的密码子决定。
（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常用PCR 技术扩增。PCR 技术遵循的基本原理是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种类（填“种类”或“含量”）有关，其活性不同的原因是不同肽链的氨基酸数目、排列顺序不同导致功能出现差异。
[解析] 由题图可知，将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，水解产物中的肽含量差别不大，但抗凝血活性差别较大，推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的种类有关。不同肽的功能不同主要与氨基酸的数目、排列顺序不同有关。
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：取四支试管，分别加入等量的生理盐水、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，再向四支试管中各加入等量的新鲜血液，观察四支试管中血液的凝血情况。
教师尊享·备课题组
1. [2022江苏]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( B )
A. 用特异启动子诱导表达 （生长素合成基因）可获得无子果实
B. 大量表达 （细胞分裂素合成关键基因）可抑制芽的分化
C. 提高 （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 （乙烯合成关键酶基因）的反义基因可延迟果实成熟
[解析] 生长素能促进果实发育，用特异启动子诱导表达 （生长素合成基因）可获得无子果实，A不符合题意；大量表达 （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符合题意；赤霉素能促进细胞伸长，从而引起植株增高，提高 （氧化赤霉素的酶基因）的表达水平可使赤霉素含量降低,从而获得矮化品种，C不符合题意；乙烯有催熟作用，在果实中表达 （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不符合题意。
2. [2021辽宁]腈水合酶 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 的 和 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 。下列有关叙述错误的是( D )
A. 与 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 的过程需要进行转录和翻译
D. 检测 的活性时先将 与底物充分混合，再置于高温环境
[解析] 据题意可知，利用蛋白质工程技术在 的 和 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 ，故 与 氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一，A正确；改造蛋白质的结构需要通过改造基因来实现，B正确；利用蛋白质工程技术获得 的过程涉及转录和翻译，C正确；检测 的活性时，应先将 置于高温环境中，再将其与底物充分混合，D错误。
3. [2021海南，11分] 是一种高效的基因编辑技术， 基因表达的 蛋白像一把“分子剪刀”，在单链向导 引导下，切割DNA双链以敲除目标基因或插入新的基因。 基因编辑技术的工作原理如图所示。回答下列问题。
（1） 过程①中，为构建 重组质粒，需对含有特定 编码序列的DNA进行酶切处理，然后将其插入到经相同酶切处理过的质粒上，插入时所需要的酶是DNA连接酶。
[解析] 基因工程中所需的工具酶有限制酶和DNA连接酶，限制酶负责“切割”，DNA连接酶负责“连接”。
（2） 过程②中，将重组质粒导入大肠杆菌细胞的方法是感受态细胞法。
[解析] 将目的基因导入大肠杆菌细胞常用的方法是感受态细胞法。
（3） 过程③~⑤中， 与 蛋白形成复合体，该复合体中的 可识别并与目标DNA序列特异性结合，二者结合所遵循的原则是碱基互补配对原则。随后， 蛋白可切割目标DNA上特定的核苷酸序列。
[解析] 与 蛋白形成的复合体中的 可通过碱基互补配对原则与目标DNA序列特异性结合。由题图可知， 蛋白在功能上属于限制酶，可切割目标DNA上特定的核苷酸序列。
（4） 利用 基因编辑技术敲除一个长度为 的基因，在DNA水平上判断基因敲除是否成功所采用的方法是DNA分子杂交技术，基因敲除成功的判断依据是不出现杂交带。
[解析] 在DNA水平上,可利用DNA分子杂交技术判断基因敲除是否成功，具体过程是将敲除基因用放射性同位素等作标记,以此作为探针,使探针与基因组DNA杂交,若不出现杂交带，则说明基因敲除成功。
（5） 某种蛋白酶可高效降解羽毛中的角蛋白。科研人员将该蛋白酶基因插入到 质粒中获得重组质粒，随后将其导入到大肠杆菌细胞，通过基因编辑把该蛋白酶基因插入到基因组DNA中，构建得到能大量分泌该蛋白酶的工程菌。据图简述 重组质粒在受体细胞内，将该蛋白酶基因插入到基因组DNA的编辑过程： 重组质粒中的 编码序列、 基因分别在受体细胞内进行转录和表达， 编码序列转录的产物是 ， 基因表达的产物是 蛋白，二者形成复合体，该复合体中的 可引导识别目标DNA序列，并与之结合， 蛋白在特定位点对基因组DNA进行切割，以便蛋白酶基因插入到基因组DNA中。
4. [2021北京，12分]新冠病毒 引起的疫情仍在一些国家和地区肆虐，接种疫苗是控制全球疫情的最有效手段。新冠病毒疫苗有多种，其中我国科学家已研发出的腺病毒载体重组新冠病毒疫苗（重组疫苗）是一种基因工程疫苗，其基本制备步骤是：将新冠病毒的 基因连接到位于载体上的腺病毒基因组 DNA 中，重组载体经扩增后转入特定动物细胞， 进而获得重组腺病毒并制成疫苗。
（1） 新冠病毒是RNA病毒，一般先通过逆转录（反转录）得到 ，经PCR扩增获取 基因，酶切后再连接到载体。
[解析] 由RNA得到 的过程为逆转录（反转录）过程，该过程需要逆转录酶，得到新冠病毒的 后，经PCR扩增获取 基因，再经酶切后连接到载体上。
（2） 重组疫苗中的 基因应编码A。
A. 病毒与细胞识别的蛋白 B. 与病毒核酸结合的蛋白
C. 催化病毒核酸复制的酶 D. 帮助病毒组装的蛋白
[解析] 重组疫苗中的 基因编码的蛋白质应是能被免疫细胞识别并使机体产生免疫反应的蛋白质，即病毒与细胞识别的蛋白。
（3） 为保证安全性，制备重组疫苗时删除了腺病毒的某些基因，使其在人体中无法增殖，但重组疫苗仍然可以诱发人体产生针对新冠病毒的特异性免疫应答。该疫苗发挥作用的过程是：接种疫苗→ （重组腺病毒）进入细胞→表达抗原→诱发特异性免疫反应。
[解析] 接种疫苗后，重组腺病毒进入人体细胞，在人体细胞中表达抗原，进而诱发人体产生特异性免疫反应。
（4） 重组疫苗只需注射一针即可完成接种。数周后，接种者体内仍然能检测到重组腺病毒DNA，但其DNA不会整合到人的基因组中。请由此推测只需注射一针即可起到免疫保护作用的原因。重组腺病毒DNA在人体细胞中持续表达抗原，反复刺激机体免疫系统。
[解析] 由于接种者在接种数周后体内仍然能检测到重组腺病毒DNA，说明重组腺病毒DNA可在人体细胞中持续表达抗原，进而反复刺激机体免疫系统，故重组疫苗只需注射一针即可起到免疫保护作用。
作业帮 练透好题 精准分层
基础过关
一、选择题
1. [2023昆明质检]蛋白质工程是在深入了解蛋白质分子的结构与功能关系的基础上进行的，它最终要达到的目的是( D )
A. 分析蛋白质的三维结构
B. 研究蛋白质的氨基酸组成
C. 获取编码蛋白质的基因序列信息
D. 改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，满足人类的需求
[解析] 分析蛋白质的三维结构是蛋白质工程的准备工作，与题意不符，A错误；研究蛋白质的氨基酸组成是为了设计或改造相关基因，不是蛋白质工程的最终目的，B错误；获取编码蛋白质的基因序列信息实现了对基因的改造或合成过程，但不是蛋白质工程的最终目的，C错误；改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，从而满足人类的需求，实现对蛋白质的定向改造，这是蛋白质工程的最终目的，D正确。
2. [2022大连一中检测]下列关于蛋白质工程和基因工程的比较，错误的是( C )
A. 基因工程合成的是天然存在的蛋白质，蛋白质工程合成的一般不是天然存在的蛋白质
B. 蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，最终还是要通过基因改造或基因合成来完成
C. 基因工程产生的变异是可遗传的，蛋白质工程产生的变异是不可遗传的
D. 基因工程和蛋白质工程都需构建基因表达载体，都遵循中心法则
[解析] 基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质，而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造，或制造新的蛋白质，A正确；蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，蛋白质工程最终还是要通过改造或合成基因来完成，B正确；基因工程产生的变异是可遗传的，蛋白质工程的操作对象依然是基因，因此其产生的变异也是可遗传的，C错误；基因工程和蛋白质工程都遵循中心法则，都需构建基因表达载体，D正确。
3. [2023南昌十中检测]草甘膦是一种广泛使用的除草剂，能不加选择地杀死多种杂草和农作物，研究发现，某种植物对草甘膦具有抗性，将该种植物的抗草甘膦基因转入油菜中，能使油菜抗草甘膦。在转基因油菜种植多年后调查发现，该地域未使用草甘膦的野生型油菜约 含有抗草甘膦基因，下列叙述错误的是( C )
A. 转基因油菜的育种原理是基因重组
B. 转入抗草甘膦基因，改变了油菜的进化方向
C. 野生油菜中含抗草甘膦基因是自然选择的结果
D. 大量使用草甘膦，降低了生态系统物种的丰富度
[解析] 基因工程的原理是基因重组，A正确；转入抗草甘膦基因，增加了基因种类，改变了油菜的基因频率，因此改变了油菜的进化方向，B正确；野生油菜中含抗草甘膦基因是转基因油菜与野生型油菜存在基因交流导致的，C错误；草甘膦能不加选择地杀死多种杂草和农作物，大量使用草甘膦，会减少物种数目，降低生态系统物种的丰富度，D正确。
4. [2022重庆名校联考]干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，可以用于治疗病毒的感染和癌症，但体外保存相当困难。如图是利用蛋白质工程设计生产干扰素的流程图，据图分析下列叙述错误的是( D )
A. 图中构建新的干扰素模型的主要依据是新的干扰素的预期功能
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
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. 图中各过程并没有涉及基因工程技术
[解析] 构建新的干扰素模型的主要依据是新的干扰素的预期功能，A正确；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正确；改造干扰素结构的实质是对干扰素基因的结构进行改造，C正确；题图中从“人工合成DNA”到“在受体细胞中表达”的过程运用了基因工程技术，D错误。
5. [2023宿迁检测，多选]基因编辑是指将外源DNA片段导入染色体DNA特定位点或删除基因内部特定片段，是一种对生物体基因组特定目标基因进行修饰的技术。如图是对某生物 基因进行基因编辑的过程，该过程用 指引内切核酸酶 结合到特定的靶位点。下列相关叙述错误的是( AD )
A. 的全部碱基序列与靶基因序列完全互补
B. 内切核酸酶 可断裂核苷酸之间的磷酸二酯键
C. 根据上述处理前后生物体的功能变化，可推测 基因的功能
D. 使用该项基因编辑技术来预防人的某些疾病时不需要审批
[解析] 据图观察 的部分碱基序列与靶基因序列互补，A错误；内切核酸酶 可断裂核苷酸之间的磷酸二酯键，B正确；通过编辑 基因后生物体的功能变化，可推测 基因的功能，C正确；使用该项基因编辑技术来预防人的某些疾病时需要审批，D错误。
二、非选择题
6. [2023豫北名校联考，15分] 抗胰蛋白酶缺乏症是一种单基因遗传病，患者会出现肺气肿及其他疾病，严重者甚至死亡，可采用注射 抗胰蛋白酶的方法来缓解患者的症状。科研团队决定结合如图所示流程，运用蛋白质工程设计、制造出全新的 抗胰蛋白酶，同时结合基因工程和胚胎工程进行扩大生产。
回答下列问题：
（1） ①~③过程属于蛋白质工程，仅从③过程看，由氨基酸序列获得的核酸序列不是（填“是”或“不是”）唯一的，原因是密码子的简并（或一种氨基酸可对应多种密码子）。
[解析] 密码子的简并，故由氨基酸序列得到的mRNA的碱基序列不是唯一的，再通过逆转录得到的核酸序列也不是唯一的。
（2） 基因工程的核心是构建基因表达载体，基因表达载体除含目的基因外，还必须有启动子、终止子、标记基因（填两种）等。可用显微注射技术将基因表达载体导入受精卵中。
[解析] 基因表达载体上一般有启动子、终止子、标记基因（如抗生素抗性基因）、目的基因等。将目的基因导入受体细胞可以采用农杆菌转化法（导入植物细胞）、 处理法（导入微生物细胞）、显微注射法（导入动物细胞）等。
（3） ⑧过程中，卵母细胞要在体外人工培养成熟后才能与获能的精子受精。为提高培育成功率，进行⑨过程之前，要对提供卵母细胞的雌性动物和受体动物进行同期发情处理。
[解析] 采集的卵母细胞要在体外经人工培养成熟后才能与获能的精子受精。进行胚胎移植前，需要使供体动物和受体动物生殖器官的生理变化相同，以保证胚胎能够移植成功，因此进行⑨过程之前，需要对受体动物和提供卵母细胞的雌性动物进行同期发情处理。
（4） 欲通过乳腺生物反应器生产预期 抗胰蛋白酶，则构建基因表达载体时所用的启动子应为乳腺蛋白基因的启动子，且在⑧过程之前，要除去含 （填“ ”或“ ”）染色体的精子。
[解析] 利用乳腺生物反应器生产药物时，需要让目的基因在乳腺细胞中表达，因此启动子应该用乳腺蛋白基因的启动子。由于只有雌性动物才可以表达出乳腺蛋白，所以在体外受精之前可除去含 染色体的精子，使受精卵的性染色体组成为 。
7. [2023南京六校调研，12分]在乙肝病毒 的结构蛋白中，可用来制备疫苗的主要是 蛋白， 基因已在多种生物体系中成功表达。如图1表示研究人员用农杆菌转化法培育出转基因番茄的过程，用于生产可口服的乙肝病毒疫苗，根据所学知识回答下列问题：
图1
（1） 可利用PCR技术扩增 基因片段，在PCR过程中需要用到耐高温的DNA聚合酶，还需要根据 基因两端已知的序列合成引物,扩增过程中应选择图2中的引物 、 （填字母）。
图2
[解析] 在PCR过程中需要用到耐高温的DNA聚合酶。PCR扩增过程中子链的延伸方向为 ，因此需选择引物 和引物 。
（2） 基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建。由图1可知，过程①需要用到的限制酶是 和 ，目的基因 要插入农杆菌 质粒的 中，在培养农杆菌的培养基中添加卡那霉素可筛选到含重组质粒的农杆菌。
[解析] 基因工程的核心步骤是构建基因表达载体。据图1分析可知,若用限制酶 进行切割，会破坏 基因，因此应选择限制酶 和 对目的基因和质粒进行切割。目的基因要插入农杆菌 质粒的 上，利用 质粒 可转移的特点将目的基因转入受体细胞并整合到受体细胞的染色体DNA上。构建的基因表达载体中抗卡那霉素基因完整，抗四环素基因被破坏，因此需在培养农杆菌的培养基中添加卡那霉素，在该培养基上能生存的农杆菌含有重组质粒。
（3） 让含有 基因的农杆菌侵染番茄细胞，受损的番茄组织更有利于农杆菌的侵染，其原因是当番茄植株受到损伤时，伤口处的细胞会分泌大量的酚类物质，吸引农杆菌移向这些细胞， 基因在番茄植株中遗传信息传递的一般规律为（用流程图表示）。
[解析] 当番茄植株受到损伤时，伤口处的细胞会分泌大量的酚类物质，吸引农杆菌移向这些细胞。 基因在番茄植株细胞中能够进行复制，还能进行转录和翻译，表达出 蛋白。
（4） 转基因番茄的细胞具有全能性，在一定的营养、激素以及无菌、适宜的 和温度等条件下，转基因番茄的细胞可以形成愈伤组织，该过程称为脱分化，再通过再分化形成试管苗。用该植株结出的番茄果实饲喂小鼠，若在小鼠的血清中检测到乙肝病毒的抗体，则说明转基因疫苗口服有效。
[解析] 转基因番茄的细胞可经脱分化形成愈伤组织，愈伤组织通过再分化可形成试管苗。 蛋白是乙肝病毒的结构蛋白，可用来制备疫苗，用转基因番茄植株结出的番茄果实饲喂小鼠，若在小鼠血清中检测到乙肝病毒的抗体，则说明转基因疫苗口服有效。
能力提升
一、选择题
8. 利用基因工程技术生产羧酸酯酶 制剂的流程如图所示，下列叙述错误的是( A )
A. 过程①表示逆转录过程，需要解旋酶和DNA聚合酶
B. 通过过程②从 中获得的 基因无启动子和内含子
C. 过程③一般用 处理大肠杆菌，使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态
D. 通过过程④得到的工程菌是指能使 基因得到高效表达的菌株
[解析] 过程①表示逆转录过程，需要逆转录酶，A错误； 是以mRNA为模板逆转录形成的，其中不含启动子和内含子，因此通过过程②从 中获得的 基因无启动子和内含子，B正确；过程③表示将目的基因导入大肠杆菌细胞，一般用 处理大肠杆菌，使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，C正确；通过过程④得到的工程菌是指能使 基因得到高效表达的菌株，D正确。
9. [2022石家庄检测]枯草杆菌蛋白酶能催化蛋白质水解为氨基酸，在有机溶剂中也能催化多肽的合成。这些碱性蛋白酶具有重要的应用价值，被广泛应用于洗涤剂、制革及丝绸工业。将枯草杆菌蛋白酶分子的 和 改成 ,可使其在 时的活力提高10倍。下列说法正确的是( A )
A. 完成氨基酸的替换需要通过改造基因实现
B. 该成果体现了蛋白质工程在培育新物种方面具有独特的优势
C. 经蛋白质工程改造后的枯草杆菌蛋白酶活性提高这一性状不可遗传
D. 蛋白质工程最终要达到的目的是获取编码蛋白质的基因序列信息
[解析] 氨基酸的排列顺序是由基因决定的，因此完成氨基酸的替换需要通过改造基因实现，A正确；该成果培育了新品种，而不是新物种，B错误；经蛋白质工程改造后的枯草杆菌蛋白酶的基因发生了改变，经蛋白质工程改造后的枯草杆菌蛋白酶活性提高这一性状可以遗传，C错误；蛋白质工程是在深入了解蛋白质分子的结构与功能关系的基础上进行的，最终要达到的目的是改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，以满足人类的需求，D错误。
二、非选择题
10. [2023宿迁检测，12分]一种天然蛋白 能高效降解因纤维蛋白凝聚而成的血栓，但是心梗患者注射大剂量的 会诱发颅内出血。研究证实，将 蛋白第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，能显著降低其诱发出血的副作用。据此，先对天然 基因的碱基序列进行改造，再采取传统的基因工程方法表达该改造后的基因，可制造出性能优异的改良 蛋白。如图1表示相关的目的基因、载体及限制酶识别序列和切割位点， 为质粒，请回答下列问题：
图1
（1） 可以先提取细胞的（总）RNA（或mRNA）来合成总 ，再从 文库中获取 基因。通过改造 基因制造出性能优异的改良 蛋白的过程称为蛋白质工程。
[解析] 文库构建是将mRNA在体外逆转录成 ，与质粒载体连接后转化受体菌，进行繁殖扩增，最终获得包含组织或细胞全部mRNA信息的 克隆群体，因此要首先提取细胞的（总）RNA来合成总 ，进而构建 文库。对天然的 基因进行改造，以制造出性能优异的改良 蛋白的技术称为蛋白质工程。
（2） 若改造后的 基因的黏性末端如图1所示，则需要选用限制酶 和 切割质粒 ，保证质粒与 改良基因高效连接。再用DNA连接酶催化形成磷酸二酯键，构建重组质粒。
[解析] 根据碱基互补配对原则， 基因的左端黏性末端为 ，可用 酶切得到， 基因的右端黏性末端为 ，可用 酶切得到，质粒需要用相同的酶进行酶切以得到与目的基因相同的黏性末端，因此需选用限制酶 和 切割质粒 。通过DNA连接酶连接DNA片段之间的磷酸二酯键，构建重组质粒。
（3） 以大肠杆菌作为受体细胞，在含新霉素的培养基中形成菌落的受体细胞并非都是目的菌株，原因是导入未连接目的基因的质粒（或 或空质粒或普通质粒）的大肠杆菌也可以在这种培养基上生长。成功获取能生产改良 蛋白的工程菌株后，利用液体（填“固体”或“液体”）培养基在发酵罐中进行大量生产。
[解析] 导入未连接目的基因的质粒的大肠杆菌也可以在含新霉素的培养基中生长，因此在含新霉素的培养基中形成菌落的受体细胞并非都是目的菌株（含有目的基因的大肠杆菌）。液体培养基常用于扩大培养，因此利用液体培养基在发酵罐中进行大量生产。
（4） 除了用工程菌株，还可以用图2所示方法从转基因牛乳汁中获得改良 蛋白：
图2
过程②常用的方法是显微注射法；在过程④前需要取囊胚的滋养层细胞做DNA分析进行性别鉴定；为了保证 改良基因能在乳腺细胞中表达，构建基因表达载体需要将其与乳腺中特异表达的基因的启动子（或乳腺蛋白基因的启动子）等调控元件重组在一起。
[解析] 过程②表示将目的基因导入受体细胞，导入动物细胞常用显微注射法。囊胚期细胞逐渐分化，内细胞团将来发育成胎儿的各种组织，滋养层细胞将发育成胎膜和胎盘，做DNA分析进行性别鉴定时常取囊胚的滋养层细胞。为了保证 改良基因能在乳腺细胞中表达，构建基因表达载体需要将其与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起。
11. [2023南京调研，16分]1965年中国科学家人工合成了具有生物活性的结晶牛胰岛素，摘取了人工合成蛋白质的桂冠。人胰岛素基因表达的最初产物是一条肽链构成的前胰岛素原，经图1所示过程形成具生物活性的胰岛素。此后科学家又提出了利用基因工程改造大肠杆菌生产人胰岛素的两种方法： 法是根据胰岛素 、 两条肽链的氨基酸序列人工合成两种DNA片段，利用工程菌分别合成两条肽链后将其混合自然形成胰岛素； 法是利用胰岛 细胞中的mRNA得到胰岛素基因，表达出胰岛素原后再用特定酶切掉 肽段。这两种方法使用同一种质粒作为载体。请据图分析并回答下列问题：
（1） 在人体胰岛 细胞内，图1中前胰岛素原形成具生物活性的胰岛素过程中参与的细胞器有内质网、高尔基体和线粒体。
[解析] 胰岛素属于分泌蛋白，胰岛素原形成具生物活性的胰岛素过程中参与的细胞器有内质网、高尔基体和线粒体。
（2） 由于密码子的简并， 法中人工合成的两种DNA片段均有多种可能的序列。 和 （填“ ”“ ”或“ 和 ”）法获取的目的基因中不含人胰岛素基因启动子。
[解析] 密码子的简并，胰岛素基因存在于所有细胞中，但只能在胰岛 细胞中表达。结合题干信息可知， 法是从人体胰岛 细胞中获取mRNA，启动子在非编码区，不被转录和翻译；根据题干信息“ 法是根据胰岛素 、 两条肽链的氨基酸序列人工合成两种DNA片段，利用工程菌分别合成两条肽链后将其混合自然形成胰岛素”可知， 法是从人体胰岛 细胞中获取能够编码氨基酸的核苷酸序列，故AB和 法获取的目的基因中均不含人胰岛素基因启动子。
（3） 图2是利用基因工程生产人胰岛素过程中使用的质粒及目的基因的部分结构。为使目的基因与载体正确连接，在设计PCR引物时可添加限制酶 和 的识别序列。通过上述方法获得人的胰岛素基因后，需要通过PCR技术进行扩增，已知胰岛素基因左端①处的碱基序列为 ，则其中一种引物设计的序列是 。
[解析] 分析图2， 和 限制酶会破坏目的基因， Ⅰ 会破坏标记基因，所以在设计PCR引物时可添加限制酶 和 的识别序列。已知胰岛素基因左端①处的碱基序列为 ，在设计PCR引物时需要添加限制酶 和 的识别序列，根据两种酶在质粒上的位置上可知， 的识别序列需要添加在目的基因左侧， 的识别序列需要添加在目的基因右侧，由于DNA合成时新链的延伸方向是 ，即其中一种引物与模板链 端（①处互补的位置）碱基互补配对，同时该引物序列需要包含 的识别序列，所以其中一种引物设计的序列是 。
（4） 对重组表达载体进行酶切鉴定，若选择限制酶 ，最多能获得3种大小不同的DNA片段。
[解析] 对重组表达载体进行酶切鉴定，根据图2可知，目的基因含有2个 的识别位点，质粒中的 的识别位点不会被目的基因破坏，则重组表达载体一共含有3个 的识别位点，所以选择限制酶 酶切重组表达载体，最多可以获得3种大小不同的DNA片段。
（5） 半乳糖苷酶可以分解无色的 产生蓝色物质使菌落呈现蓝色，否则菌落为白色。经 处理的大肠杆菌与重组质粒混合培养一段时间后，采用稀释涂布平板法将大肠杆菌接种到添加了氨苄青霉素和 的培养基上筛选出白色的菌落即为工程菌种。
[解析] 常见的微生物接种方法有稀释涂布平板法和平板划线法，其中稀释涂布平板法可使获得的菌落均匀分布。由于重组质粒中含有氨苄青霉素抗性基因，成功导入重组质粒的大肠杆菌可以在含有氨苄青霉素的培养基上存活下来，而未导入的则会死亡，将目的基因导入微生物细胞常用的方法是 处理法，使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。目的基因的插入位置破坏了 基因的结构，不能产生 半乳糖苷酶，底物 不会被分解，所以筛选导入重组质粒的大肠杆菌时，在添加了氨苄青霉素和 的培养基上应选择白色的菌落。
（6） 科学家利用蛋白质工程技术，研制出了赖脯胰岛素，与天然胰岛素相比，其皮下注射后易吸收、起效快。获得赖脯胰岛素基因的途径是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。

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