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第55课时　基因工程的应用、蛋白质工程
课标要求 1.举例说明基因工程在农牧业、食品工业及医药卫生领域等方面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。
考情 分析 1.基因工程的应用 2024·江西·T12　2024·河北·T22　2024·山东·T25　2024·黑吉辽·T25 2024·全国甲·T38　2023·北京·T6　2022·河北·T24　2022·广东·T22
2.蛋白质工程的原理和应用 2023·辽宁·T25　2022·湖南·T22
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
3．基因工程在食品工业方面的应用
比较乳腺生物反应器和工程菌
如图为利用乳腺生物反应器和工程菌两种方法生产某种医用蛋白(一种分泌蛋白)的操作流程图。回答下列问题：
(1)要使目的基因在绵羊乳腺细胞中特异性表达，需要在过程①所用的载体中插入__________________________才行。
(2)将基因表达载体转入大肠杆菌细胞前需要用Ca2＋ 处理大肠杆菌，目的是____________________________________________________________________________。常用显微注射法将基因表达载体导入绵羊______________中。
(3)检测发现，通过乳腺生物反应器获得的蛋白A比通过工程菌获得的蛋白B的空间结构更复杂，生物活性也更强，造成这种结果的原因可能是__________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
　乳腺生物反应器与工程菌的比较
比较内容 乳腺生物反应器 工程菌
含义 让外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白 指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的微生物
基因表达 合成的药物蛋白与天然蛋白相同 细菌合成的药物蛋白可能没有活性
受体细胞 动物受精卵 微生物细胞
目的基因导入方式 显微注射法 Ca2＋处理法
生产条件 不需要严格灭菌，温度等外界条件对其影响不大 需要严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件
药物提取 从动物乳汁中提取 从微生物细胞或其培养液中提取
考向一　基因工程的应用
1．(2024·武汉期末)利用转基因山羊乳腺生物反应器生产丁酰胆碱酯酶，可治疗有机磷中毒。下列叙述错误的是(　　)
A．应该用山羊乳腺中特异表达的基因的启动子构建基因表达载体
B．通过体细胞克隆可将丁酰胆碱酯酶基因传递给子代
C．通过显微注射技术将基因表达载体导入山羊乳腺细胞
D．山羊乳腺细胞可将肽链加工成具有一定空间结构的丁酰胆碱酯酶
2．(2024·天津，5)胰岛素的研发走过了：动物提取—化学合成—重组胰岛素生产—胰岛素类似物生产等历程。有关叙述错误的是(　　)
A．动物体内胰岛素由胰岛B细胞合成并胞吐出细胞
B．氨基酸是化学合成胰岛素的原料
C．用大肠杆菌和乳腺生物反应器生产胰岛素需相同的启动子
D．利用蛋白质工程可生产速效胰岛素等胰岛素类似物
考点二　蛋白质工程的原理和应用
1．蛋白质工程的概念
2．蛋白质工程与基因工程的异同
项目 蛋白质工程 基因工程
过程 从预期的蛋白质功能出发→设计预期的________→推测应有的______→找到并改变相对应的______ (基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质 目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
实质 定向改造或生产人类所需要的蛋白质 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
结果 可生产____________ 只能生产____________
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
3.蛋白质工程的应用
(1)在医药方面
①利用蛋白质工程研发________。
②实例：如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成____________，在一定条件下，可以延长保存时间。
(2)在工业方面
①蛋白质工程被广泛用于改进____________或开发新的工业用酶。
②实例：枯草杆菌蛋白酶具有水解蛋白质的作用，因此常被用于洗涤剂工业、丝绸工业等。
(3)在农业方面
科学家正在尝试改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物______________的效率，增加粮食的产量。
分析蛋白质工程的原理和应用
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的重要成分之一，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)研究发现，用赖氨酸替换水蛭素第47位的天冬氨酸可以提高它的抗凝血活性，这项工作属于____________工程的范畴，目前可行的直接操作对象是________，需要用到基因的定点突变技术来进行______________。
　判断基因工程和蛋白质工程
操作操作
蛋白质
考向二　辨析蛋白质工程的原理和操作流程
3．人白细胞介素－2(IL－2)是一种细胞因子，含有3个半胱氨酸，分别位于第58、105、125位，其中58位与105位半胱氨酸之间形成的二硫键对保持IL－2活性起重要作用。用大肠杆菌生产IL－2，为保证产物活性，将IL－2基因中编码125位半胱氨酸的序列突变为丝氨酸序列。下列叙述错误的是(　　)
A．突变的IL－2基因的序列发生了碱基对的增添
B．天然的和基因工程生产的IL－2均在核糖体上合成
C．突变的IL－2基因的表达降低了二硫键错配的可能
D．大肠杆菌中IL－2基因的复制和表达遵循中心法则
4．蛋白质工程是基因工程的延伸，下列有关蛋白质工程的叙述，正确的是(　　)
A．蛋白质工程是基因工程的延伸，所以不需要遵循中心法则
B．蛋白质工程中可以不用构建基因表达载体
C．生产的蛋白质能在自然界中找到
D．需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶
一、过教材
1．下列有关基因工程的成果及应用的叙述，正确的是(　　)
A．我国科学家培育的Bt毒蛋白抗虫棉对棉铃虫具有较强的抗性
B．我国科学家将赖氨酸合成酶基因导入玉米，获得富含赖氨酸的转基因玉米
C．我国科学家将乙烯合成相关基因导入西红柿，获得的延熟西红柿储存时间大大延长
D．在农业上基因工程中抗旱、抗盐转基因植物的种植减少了农药的使用
E．构建乳腺生物反应器需将目的基因与乳腺中特异表达基因的启动子重组
F．将含有人凝血因子基因的表达载体导入羊乳腺细胞，获得生产人凝血因子的乳腺生物反应器
G．用转基因动物作为器官移植的供体时，导入调控基因表达的DNA序列，以抑制抗原决定基因的表达
H．通过X射线、紫外线综合处理，将青霉素产量低的菌种培育成产量高的菌株属于基因工程技术的应用
2．蛋白质工程可以说是基因工程的延伸，下列有关蛋白质工程的叙述，正确的是(　　)
A．基因工程需要在分子水平对基因进行操作，蛋白质工程不需要对基因进行操作
B．蛋白质工程应先设计蛋白质的结构后再预期其功能
C．蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列
D．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
E．与天然蛋白质合成相比，蛋白质工程不遵循中心法则
F．蛋白质工程可以通过增加酶内部的二硫键数目，来提高酶的热稳定性
G．蛋白质的高级结构十分复杂，故蛋白质工程的难度很大
H．T4溶菌酶耐热性的改造属于蛋白质工程的范畴
二、过高考
1．(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________________________________，选择该启动子的目的是________________________________________。步骤②所代表的操作是______________。
(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__________________(答出2点即可)的限制。
2．(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________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案精析
考点一　整合
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　外源生长激素　肠乳糖酶基因　乳汁
2．基因改造　乳腺中特异表达　显微注射　抗原决定基因　克隆　免疫排斥
3．工程菌　牛凝乳酶的基因　基因工程菌
提升
(1)乳腺蛋白基因的启动子　(2)使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，便于目的基因导入　受精卵
(3)该医用蛋白为分泌蛋白，在绵羊乳腺细胞内蛋白A经过了内质网和高尔基体的加工修饰，空间结构复杂，生物活性高；大肠杆菌无内质网和高尔基体等细胞器，蛋白B没有经过加工修饰，空间结构较简单，生物活性低
评价
1．C　[要得到转基因山羊乳腺生物反应器，在构建基因表达载体时需要山羊乳腺中特异表达的基因的启动子，使目的基因只在乳腺细胞中表达，A正确；通过显微注射技术将基因表达载体导入山羊的受精卵中，C错误；山羊乳腺细胞中含有内质网和高尔基体，可将肽链加工成具有一定空间结构的丁酰胆碱酯酶，D正确。]
2．C　[大肠杆菌和乳腺生物反应器属于不同的表达系统，大肠杆菌是原核生物表达系统，而乳腺生物反应器属于真核生物表达系统，启动子不同，C错误。]
考点二　整合
1．蛋白质分子的结构规律　以满足人类生产和生活的需求
2．蛋白质结构　氨基酸序列　脱氧核苷酸序列　自然界中不存在的蛋白质　自然界中已存在的蛋白质
3．(1)①药物　②丝氨酸　(2)①酶的性能　(3)光合作用
提升
(1)氨基酸序列(多肽链)　mRNA　mRNA上决定氨基酸的密码子具有简并性
(2)蛋白质　基因　碱基的替换
评价
3．A　[由题意可知，将IL－2基因中编码125位半胱氨酸的序列突变为丝氨酸序列，只是一个氨基酸发生了改变，应该是发生了碱基替换，而不是碱基对的增添，A错误；天然的和基因工程生产的IL－2的化学本质都是蛋白质，都是在核糖体上合成的，B正确；58位与105位半胱氨酸之间形成的二硫键对保持IL－2活性起重要作用，突变的IL－2基因的表达降低了二硫键错配的可能，C正确；大肠杆菌是原核生物(细胞生物)，其遗传物质是DNA，基因的复制和表达都遵循中心法则，D正确。]
4．D　[蛋白质工程最终也是通过基因控制蛋白质的合成，遵循中心法则，A错误；利用蛋白质工程生产出自然界中不存在的蛋白质，满足实际需求，C错误；蛋白质工程是基因工程的延伸，需要构建基因表达载体，需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶，B错误，D正确。]
查落实固基础
一、
1．AEG　[我国科学家将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米，获得富含赖氨酸的转基因玉米，B错误；我国科学家将控制西红柿果实成熟的基因导入西红柿，获得转基因延熟西红柿，储存时间大大延长，C错误；基因工程中抗虫、抗病转基因植物的种植减少了农药的使用，有利于保护环境，D错误；转基因动物中常用的受体细胞为受精卵，通过显微注射技术将含有人凝血因子基因的表达载体导入羊受精卵中，获得生产人凝血因子的乳腺生物反应器，F错误；通过X射线、紫外线综合处理，将青霉素产量低的菌种培育成产量高的菌株属于诱变育种，H错误。]
2．DFGH　[基因控制蛋白质的合成，蛋白质工程也需要对基因进行操作，A错误；蛋白质工程应先预期蛋白质功能，再根据功能确定其结构，B错误；蛋白质工程改变的是蛋白质分子的少数氨基酸，C错误；蛋白质工程中遗传信息的流向遵循中心法则，E错误。]
二、
1．(1)膀胱上皮细胞蛋白基因的启动子　使W基因在膀胱上皮细胞中特异性表达　显微注射　(2)性别、年龄
2．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(共88张PPT)
基因工程的应用、蛋白质工程
生物
大
一
轮
复
习
第55课时
课标要求
1.举例说明基因工程在农牧业、食品工业及医药卫生领域等方面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。
考情分析
1.基因工程的应用 2024·江西·T12　2024·河北·T22　2024·山东·T25　2024·黑吉辽·T25
2024·全国甲·T38　2023·北京·T6　2022·河北·T24　2022·广东·T22
2.蛋白质工程的原理和应用 2023·辽宁·T25　2022·湖南·T22
内容索引
课时精练
考点一　基因工程的应用
考点二　蛋白质工程的原理和应用
基因工程的应用
< 考点一 >
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
必备知识
整合
蛋白
质编码基因
花青素代谢相关的
外源生长激素
肠乳糖酶基因
乳汁
2.基因工程在医药卫生领域的应用
基因改造
乳腺
中特异表达
显
微注射
抗原决定基因
克隆
免疫排斥
3.基因工程在食品工业方面的应用
工程菌
牛凝乳酶的基因
因工程菌
基
比较乳腺生物反应器和工程菌
如图为利用乳腺生物反应器和工程菌两种方法生产某种医用蛋白(一种分
关键能力
提升
泌蛋白)的操作流程图。回答下列问题：
(1)要使目的基因在绵羊乳腺细胞中特异性表达，需要在过程①所用的载体中插入
才行。
乳腺蛋白基因的启动子
(2)将基因表达载体转入大肠杆菌细胞前需要用Ca2＋ 处理大肠杆菌，目的是_________
___________________________________________________________。常用显微注射法将基因表达载体导入绵羊___
中。
使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，便于目的基因导入
受
精卵
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
该医用蛋白为分泌蛋白，在绵羊乳腺细胞内蛋白A经过了内质网和高尔基体的加工修饰，空间结构复杂，生物活性高；大肠杆菌无内质网和高尔基体等细胞器，蛋白B没有经过加工修饰，空间结构较简单，生物活性低
(3)检测发现，通过乳腺生物反应器获得的蛋白A比通过工程菌获得的蛋白B的空间结构更复杂，生物活性也更强，造成这种结果的原因可能是
归纳总结
乳腺生物反应器与工程菌的比较
比较内容 乳腺生物反应器 工程菌
含义 让外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白 指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的微生物
基因表达 合成的药物蛋白与天然蛋白相同 细菌合成的药物蛋白可能没有活性
受体细胞 动物受精卵 微生物细胞
比较内容 乳腺生物反应器 工程菌
目的基因导入方式 显微注射法 Ca2＋处理法
生产条件 不需要严格灭菌，温度等外界条件对其影响不大 需要严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件
药物提取 从动物乳汁中提取 从微生物细胞或其培养液中提取
归纳总结
考向一　基因工程的应用
1.(2024·武汉期末)利用转基因山羊乳腺生物反应器生产丁酰胆碱酯酶，可治疗有机磷中毒。下列叙述错误的是
A.应该用山羊乳腺中特异表达的基因的启动子构建基因表达载体
B.通过体细胞克隆可将丁酰胆碱酯酶基因传递给子代
C.通过显微注射技术将基因表达载体导入山羊乳腺细胞
D.山羊乳腺细胞可将肽链加工成具有一定空间结构的丁酰胆碱酯酶
√
迁移应用
评价
要得到转基因山羊乳腺生物反应器，在构建基因表达载体时需要山羊乳腺中特异表达的基因的启动子，使目的基因只在乳腺细胞中表达，A正确；
通过显微注射技术将基因表达载体导入山羊的受精卵中，C错误；
山羊乳腺细胞中含有内质网和高尔基体，可将肽链加工成具有一定空间结构的丁酰胆碱酯酶，D正确。
2.(2024·天津，5)胰岛素的研发走过了：动物提取—化学合成—重组胰岛素生产—胰岛素类似物生产等历程。有关叙述错误的是
A.动物体内胰岛素由胰岛B细胞合成并胞吐出细胞
B.氨基酸是化学合成胰岛素的原料
C.用大肠杆菌和乳腺生物反应器生产胰岛素需相同的启动子
D.利用蛋白质工程可生产速效胰岛素等胰岛素类似物
√
大肠杆菌和乳腺生物反应器属于不同的表达系统，大肠杆菌是原核生物表达系统，而乳腺生物反应器属于真核生物表达系统，启动子不同，C错误。
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蛋白质工程的原理和应用
< 考点二 >
必备知识
整合
1.蛋白质工程的概念
蛋白质分子
的结构规律
以满足人类生产和
生活的需求
项目 蛋白质工程 基因工程
过程 从预期的蛋白质功能出发→设计预期的 →推测应有的 →找到并改变相对应的 (基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质 目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
实质 定向改造或生产人类所需要的蛋白质 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
结果 可生产_______________________ 只能生产______________________
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
2.蛋白质工程与基因工程的异同
蛋白质结构
氨基酸序列
脱氧核苷酸序列
自然界中不存在的蛋白质
自然界中已存在的蛋白质
3.蛋白质工程的应用
(1)在医药方面
①利用蛋白质工程研发 。
②实例：如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成 ，在一定条件下，可以延长保存时间。
药物
丝氨酸
(2)在工业方面
①蛋白质工程被广泛用于改进 或开发新的工业用酶。
②实例：枯草杆菌蛋白酶具有水解蛋白质的作用，因此常被用于洗涤剂工业、丝绸工业等。
(3)在农业方面
科学家正在尝试改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物_________
的效率，增加粮食的产量。
酶的性能
光合作用
分析蛋白质工程的原理和应用
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的重要成分之一，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 。
关键能力
提升
氨基酸序列(多肽链)
mRNA
mRNA上决定氨基酸的密码子具有简并性
(2)研究发现，用赖氨酸替换水蛭素第47位的天冬氨酸可以提高它的抗凝血活性，这项工作属于 工程的范畴，目前可行的直接操作对象是
，需要用到基因的定点突变技术来进行 。
蛋白质
基因
碱基的替换
判断基因工程和蛋白质工程
操作
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
行了碱基替换或增添或缺失某几个碱基，则属于蛋白质工程。
蛋白质
如果合成的蛋白质是天然蛋白质，则是基因工程。
如果合成的蛋白质和天然蛋白质有差异，甚至是自然界中没有
的，则为蛋白质工程。
归纳总结
考向二　辨析蛋白质工程的原理和操作流程
3.人白细胞介素－2(IL－2)是一种细胞因子，含有3个半胱氨酸，分别位于第58、105、125位，其中58位与105位半胱氨酸之间形成的二硫键对保持IL－2活性起重要作用。用大肠杆菌生产IL－2，为保证产物活性，将IL－2基因中编码125位半胱氨酸的序列突变为丝氨酸序列。下列叙述错误的是
A.突变的IL－2基因的序列发生了碱基对的增添
B.天然的和基因工程生产的IL－2均在核糖体上合成
C.突变的IL－2基因的表达降低了二硫键错配的可能
D.大肠杆菌中IL－2基因的复制和表达遵循中心法则
√
迁移应用
评价
由题意可知，将IL－2基因中编码125位半胱氨酸的序列突变为丝氨酸序列，只是一个氨基酸发生了改变，应该是发生了碱基替换，而不是碱基对的增添，A错误；
天然的和基因工程生产的IL－2的化学本质都是蛋白质，都是在核糖体上合成的，B正确；
58位与105位半胱氨酸之间形成的二硫键对保持IL－2活性起重要作用，突变的IL－2基因的表达降低了二硫键错配的可能，C正确；
大肠杆菌是原核生物(细胞生物)，其遗传物质是DNA，基因的复制和表达都遵循中心法则，D正确。
蛋白质工程最终也是通过基因控制蛋白质的合成，遵循中心法则，A错误；
利用蛋白质工程生产出自然界中不存在的蛋白质，满足实际需求，C错误；
蛋白质工程是基因工程的延伸，需要构建基因表达载体，需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶，B错误，D正确。
4.蛋白质工程是基因工程的延伸，下列有关蛋白质工程的叙述，正确的是
A.蛋白质工程是基因工程的延伸，所以不需要遵循中心法则
B.蛋白质工程中可以不用构建基因表达载体
C.生产的蛋白质能在自然界中找到
D.需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶
√
一、过教材
1.下列有关基因工程的成果及应用的叙述，正确的是
A.我国科学家培育的Bt毒蛋白抗虫棉对棉铃虫具有较强的抗性
B.我国科学家将赖氨酸合成酶基因导入玉米，获得富含赖氨酸的转基因
玉米
C.我国科学家将乙烯合成相关基因导入西红柿，获得的延熟西红柿储存
时间大大延长
D.在农业上基因工程中抗旱、抗盐转基因植物的种植减少了农药的使用
√
E.构建乳腺生物反应器需将目的基因与乳腺中特异表达基因的启动子重组
F.将含有人凝血因子基因的表达载体导入羊乳腺细胞，获得生产人凝血
因子的乳腺生物反应器
G.用转基因动物作为器官移植的供体时，导入调控基因表达的DNA序列，
以抑制抗原决定基因的表达
H.通过X射线、紫外线综合处理，将青霉素产量低的菌种培育成产量高
的菌株属于基因工程技术的应用
√
√
我国科学家将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米，获得富含赖氨酸的转基因玉米，B错误；
我国科学家将控制西红柿果实成熟的基因导入西红柿，获得转基因延熟西红柿，储存时间大大延长，C错误；
基因工程中抗虫、抗病转基因植物的种植减少了农药的使用，有利于保护环境，D错误；
转基因动物中常用的受体细胞为受精卵，通过显微注射技术将含有人凝血因子基因的表达载体导入羊受精卵中，获得生产人凝血因子的乳腺生物反应器，F错误；
通过X射线、紫外线综合处理，将青霉素产量低的菌种培育成产量高的菌株属于诱变育种，H错误。
2.蛋白质工程可以说是基因工程的延伸，下列有关蛋白质工程的叙述，正确的是
A.基因工程需要在分子水平对基因进行操作，蛋白质工程不需要对基因进行操作
B.蛋白质工程应先设计蛋白质的结构后再预期其功能
C.蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列
D.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
E.与天然蛋白质合成相比，蛋白质工程不遵循中心法则
F.蛋白质工程可以通过增加酶内部的二硫键数目，来提高酶的热稳定性
G.蛋白质的高级结构十分复杂，故蛋白质工程的难度很大
H.T4溶菌酶耐热性的改造属于蛋白质工程的范畴
√
√
√
√
基因控制蛋白质的合成，蛋白质工程也需要对基因进行操作，A错误；
蛋白质工程应先预期蛋白质功能，再根据功能确定其结构，B错误；
蛋白质工程改变的是蛋白质分子的少数氨基酸，C错误；
蛋白质工程中遗传信息的流向遵循中心法则，E错误。
二、过高考
1.(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 ，选择该启动子的目的是 。步骤②所代表的操作是 。
(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________
(答出2点即可)的限制。
膀胱上皮细胞蛋白基因的启动子
使W基因在膀胱上皮细胞中特异性表达
显微注射
性别、年
龄
2.(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___________________________________
____________________________________________________________________。
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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
对一对
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
答案
题号 1 2 3 4 5 6 7
答案 B A B D C D A
(1)垂体　逆转录　人生长激素基因特异性碱基序列互补配对　PCR　
(2)限制酶和 DNA 连接酶　膀胱细胞中特异表达的基因的启动子　显微注射　
(3)胚胎移植　自然状态下小鼠受精卵进入子宫的发育阶段是桑葚胚阶段　
(4)不受性别和年龄的限制
8.
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
答案
1
(1)蛋白质工程　(2)①④②⑤③　
(3)G　
(4)引物a和引物d　使 DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸　
(5)Xma Ⅰ、Bgl Ⅱ
9.
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
答案
1
(1)水稻胚乳细胞中特异表达的基因的　终止转录　Hind Ⅲ　EcoR Ⅰ　(2)农杆菌转化　r2HN是否转录出了mRNA　抗原—抗体杂交　
(3)1/4　纯合子自交后代不发生性状分离　
(4)体液　细胞　
(5)不受性别的限制、可大量种植、成本低、安全性高
10.
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
答案
1
(1)AB和BCA　
(2)Xho Ⅰ和Mun Ⅰ　－ CTCGAGCCTTTCAGCTCA－　
(3)经Ca2＋处理的大肠杆菌与重组质粒混合培养一段时间后，再将大肠杆菌接种到添加了氨苄青霉素和X－gal的培养基上，筛选出白色的菌落即为工程菌　
(4)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
11.
2
3
4
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答案
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将肠乳糖酶基因导入奶牛受精卵，可以培育出产低乳糖牛乳的奶牛，如果导入奶牛乳腺细胞则不能达成预期目标，B符合题意。
一、选择题
1.(2024·武汉月考)下列生物技术操作不会达成预期目标的是
A.将胰岛素基因表达质粒转入酵母菌，筛选获得产胰岛素工程菌
B.将肠乳糖酶基因导入奶牛乳腺细胞，培育产低乳糖牛乳的奶牛
C.将体外改造后能识别特定癌细胞的T细胞回输患者，进行癌症治疗
D.将花青素代谢相关基因导入植物体细胞，获得具有特定花色的植株
√
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答案
2.(2024·湖北鄂东南教改联盟一模)人乳铁蛋白(hLF)是乳汁中一种重要的非血红素铁结合糖蛋白，具有抑菌、抗肿瘤等多种生理功能，被认为是一种极具开发潜力的食品添加剂。某科研团队将人乳铁蛋白(hLF)基因转入山羊体内，从山羊的乳液中获得hLF，可以解决天然乳铁蛋白资源短缺的问题。下列有关叙述错误的是
A.可用PCR直接扩增乳铁蛋白的基因转录产物
B.重组载体中人乳铁蛋白基因的启动子是乳腺蛋白基因启动子
C.将目的基因导入山羊受精卵中，一般应用的技术是显微注射法
D.检测人乳铁蛋白基因是否成功翻译常采用抗原—抗体杂交技术
√
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答案
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PCR是一项体外扩增特定DNA片段的技术，不可以直接用PCR扩增mRNA，需将mRNA逆转录成cDNA再进行PCR扩增，A错误。
答案
白(GFP)基因、Gal4蛋白基因等转入斑马鱼，可用于监测水体E物质，如图中ERE和UAS是两种诱导型启动子，分别被E物质－受体复合物和Gal4蛋白特异性激活，启动下游基因表达。下列叙述错误的是
3.(2025·武汉模拟)水中E物质污染会导致鱼类雌性化异常。将绿色荧光蛋
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答案
A.根据题意可知，斑马鱼的某
些细胞存在E物质的受体
B.用ERE直接驱动GFP基因表达
可提高监测的灵敏度
C.用于监测E物质污染的转基因
斑马鱼最好是不育的
D.基因表达载体最好以显微注
射法导入斑马鱼受精卵
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答案
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答案
将绿色荧光蛋白(GFP)基因、Gal4蛋白基因等转入斑马鱼，可用于监测水体 E 物质，推测斑马鱼的某些细胞存在 E 物质的受体，A正确；
结合题图可知，ERE诱导Gal4基因转录，其翻译产物Gal4蛋白激活UAS，使其驱动GFP基因表达，提高监测的灵敏度，这是一个间接驱动而非直接驱动的过程，B错误；
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答案
用于监测 E 物质污染的转基因斑马鱼最好是不育的，避免因有性生殖带来的基因污染，C正确；
基因表达载体最好以显微注射法导入斑马鱼受精卵，受精卵全能性高，基因成功表达的概率大，D正确。
4.(2024·北京石景山检测)蛛丝蛋白是一种特殊纤维蛋白，具有强度高、韧性大等特点，在人工肌腱等医学领域有着诱人的前景。某研究小组提取一种蜘蛛中的蛛丝蛋白基因，将其导入大肠杆菌生产蛛丝蛋白。下列叙述正确的是
A.构建蛛丝蛋白基因表达载体需要限制酶和DNA聚合酶
B.可通过显微注射的方法将蛛丝蛋白基因导入大肠杆菌
C.基因表达载体上的复制原点可调控蛛丝蛋白基因的表达
D.可通过蛋白质工程设计与改造蛛丝蛋白的结构以增强其韧性
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构建蛛丝蛋白基因表达载体需要限制酶和DNA连接酶，A错误；
可通过Ca2＋处理的方法将蛛丝蛋白基因导入大肠杆菌，B错误；
基因表达载体上的启动子可调控蛛丝蛋白基因的表达，C错误；
若需对蛛丝蛋白进行设计和改造以增强其韧性，可通过蛋白质工程来实现，D正确。
答案
5.(2025·丹东联考)利用AI(人工智能)破解蛋白质结构和功能之谜，建立蛋白质数据库，并在此基础上进行蛋白质结构设计和优化，会给未来蛋白质工程的发展带来翻天覆地的变化。关于该技术的实施，下列说法错误的是
A.用AI预测新型蛋白质的基因结构应依据中心法则原理
B.可以通过改造或合成基因来获得AI设计的蛋白质
C.根据设计的某种蛋白质的氨基酸序列推理的基因序列中包含启动子和
终止子
D.用蛋白质的氨基酸序列推测的RNA编码序列有多种可能，原因是密码
子具有简并性
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答案
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启动子和终止子为非编码区，故由氨基酸序列推理的基因序列中不包含启动子和终止子，C错误。
答案
6.(2025·大庆模拟)T4溶菌酶(A0)在温度较高时易失去活性。研究人员通过蛋白质工程将T4溶菌酶第3位上的异亮氨酸改成半胱氨酸，该处半胱氨酸可与第97位半胱氨酸之间形成一个二硫键，获得热稳定性高的T4溶菌酶(A1)。下列说法正确的是
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.蛋白质工程与中心法则的流程方向一致，即DNA→mRNA→蛋白质
C.检测A1活性时可先将A1与底物混合，再置于高温环境中
D.A0和A1空间结构的差异是二者热稳定性不同的直接原因
√
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答案
蛋白质工程需要在分子水平上对基因进行操作，A错误；
蛋白质工程与中心法则的流程方向相反，B错误；
检测A1活性时应先将A1与底物分别置于高温环境，保温一段时间后再混合，C错误；
分析题意可知，和A0相比，A1不仅仅是氨基酸的序列发生改变，同时还增加了一个二硫键，导致空间结构也有差异，是二者热稳定性不同的直接原因，D正确。
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答案
7.(2024·延边模拟)干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病。如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸(密码子：UGU、UGC)变成丝氨酸(密码子：UCU、UCC、UCA、UCG)，就可以延长干扰素的体外保存时间。下列相关叙述错误的是
A.对干扰素的设计和改造，以基因的结构和功能的关系为基础
B.对干扰素基因进行定点突变(C→G)来实现碱基的替换
C.改造后的干扰素基因仍需导入受体细胞完成表达过程
D.改造后的干扰素的功能与天然干扰素不是完全不同
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答案
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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，A错误；
比较半胱氨酸和丝氨酸的密码子，若第二个碱基由G替换为C，就可引起氨基酸的替换，所以基因上发生定点突变(C→G)，可实现基因的改造，B正确；
答案
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基因的表达需要众多物质和结构的参与，还需要细胞呼吸提供能量，故改造后的干扰素基因仍需导入受体细胞完成表达过程，C正确；
改造后的干扰素氨基酸序列改变，导致蛋白质结构改变，从而延长体外保存时间，但其仍具有干扰病毒复制的功能，即改造后的干扰素与天然干扰素的功能不是完全不同，D正确。
答案
二、非选择题
8.(2024·贵州3＋3＋3联考一模)生长激素在人的生长发育中具有重要的调节作用，在医疗领域也得到广泛应用。科研人员进行了利用小鼠膀胱作生物反应器生产人生长激素的实验。回答下列问题：
(1)在获取人生长激素基因时，要先从人的_____细胞中获得mRNA，再通过_______过程获得DNA片段，然后设计能与_______________________
_______________的引物，通过_____技术实现对人生长激素基因的扩增。
垂体
逆转录
人生长激素基因特异性碱
基序列互补配对
PCR
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答案
(2)在构建人生长激素基因表达载体时要利用的工具酶是______________
_____，为了使人生长激素基因在膀胱细胞中表达，在构建基因表达载体时还需与__________________________________等调控元件重组在一起。然后利用__________法将构建好的基因表达载体导入小鼠的受精卵。
(3)将导入目的基因的受精卵在体外培养到桑葚胚阶段，再通过________技术移入受体的子宫中进行发育，选择桑葚胚进行移植的依据是_______
_____________________________________________。
(4)与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器的优点是________________
_____(答出两点)。
限制酶和DNA连
接酶
膀胱细胞中特异表达的基因的启动子
显微注射
胚胎移植
态下小鼠受精卵进入子宫的发育阶段是桑葚胚阶段
自然状
不受性别和年龄的
限制
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答案
9.(2025·天津河西区检测)人体内的t－PA蛋白能高效降解血栓，是心梗和脑血栓的急救药。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。研究证实，将t－PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，能显著降低出血副作用。据此，先对天然的
t－PA基因进行序列改造，然后再采取传统的基因工程方法表达该突变基因，可制造
出性能优异的t－PA突变蛋白。如图是通过重叠延伸PCR技术获取t－PA改良基因和利用质粒pCLY11构建含t－PA改良基因的重组质粒示意图(图中重叠延伸PCR过程中引物a、b用来扩增突变位点及其上游DNA序列，引物c、d用来扩增突变位点及其下游DNA序列)。请回答下列问题：
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答案
(1)科学家将t－PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，生产出性能优良的t－PA突变蛋白的生物技术手段属于___________范畴。
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答案
蛋白质工程
(2)获得性能优良的t－PA突变蛋白的正确顺序是___________(选择正确编号并排序)。
①t－PA蛋白功能分析和结
构设计
②借助定点突变改造t－PA
基因序列
③检验t－PA蛋白的结构和
功能
④设计t－PA蛋白氨基酸序列和基因序列
⑤利用工程菌发酵合成t－PA蛋白
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答案
①④②⑤③
蛋白质工程的一般过程是：预期蛋白质的功能→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，故获得性能优良的t－PA突变蛋白的正确顺序是①→④→②→⑤→③。
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答案
(3)已知t－PA蛋白第84位是半胱氨酸，相应的基因模板链(图中t－PA基因的上链)上的碱基序列是ACA，丝氨酸的密码子是UCU。重叠延伸PCR示意图中的黑点便是突变部位的碱基，引物b中该突变位点的碱基是_____。
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答案
G
已知t－PA蛋白第84位是半胱氨酸，相应的基因模板链(图中t－PA基因的上链)上的碱基序列是ACA，则半胱氨酸的密码子为UGU，而丝氨酸的密码子是UCU，由此可知，若要将t－PA蛋白第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，则t－PA基因上链第84位发生碱基替换为ACA→AGA，
图中显示引物b与t－PA基因的下链互补，故其中相应部位的碱基与上链相同，即该部位的碱基是G。
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答案
(4)据图可知，重叠延伸后，进行PCR需要的引物是_____________，引物的作用是________________
___________________________________。
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答案
引物a和引物d
使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸
由于DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，而只能从3′端延伸DNA链，因此PCR中需要加入合适的引物来完成子链的延伸，引物需要与模板的3′端结合，故据图可知，重叠延伸时，需要的引物是引物a和引物b，而重叠延伸后，为扩增完整的序列，需要引物a和d；DNA聚合
酶不能从头合成DNA，只能从引物的3′端开始延伸DNA链，因此引物的作用是使DNA聚合酶从引物的3 ′端开始连接脱氧核苷酸。
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答案
(5)若获得的t－PA突变基因如图所示，那么质粒pCLY11需用限制酶_______________切开，才能与t－PA突变基因高效连接。
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答案
Xma Ⅰ、Bgl Ⅱ
如图所示，目的基因的两端的黏性末端碱基序列分别是CCGG、CTAG，所以应用Xma Ⅰ和Bgl Ⅱ两种限制酶切割，以便于把目的基因连接到质粒pCLY11上。
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答案
10.(2024·河北，22)新城疫病毒可引起家禽急性败血性传染病，我国科学家将该病毒相关基因改造为r2HN，使其在水稻胚乳特异表达，制备获得r2HN疫苗，并对其免疫效果进行了检测。回答下列问题：
(1)实验所用载体的部分结构及其限制酶识别位点如图1所示。其中GtP为启动子，若使r2HN仅在水稻胚乳表达，GtP应为______________________________启动子。Nos为终止子，其作用为__________。r2HN基因内部不含载体的限制酶识别位点。因此，可选择限制酶_________和________对r2HN基因与载体进行酶切，用于表达载体的构建。
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答案
水稻胚乳细胞中特异表达的基因的
终止转录
Hind Ⅲ
EcoR Ⅰ
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答案
根据题意可知，若使r2HN仅在水稻胚乳表达，GtP(启动子)应为水稻胚乳中特异表达的基因的启动子。Nos为终止子，其作用为终止转录过程。GtP内部含有KpnⅠ的酶切位点，用KpnⅠ酶切会破坏启动子，Nos下游含有SacⅠ的酶切位点，用SacⅠ酶切会使重组基因表达载体缺失终止子，故构建基因表达载体时，可选择限制酶Hind Ⅲ和EcoR Ⅰ对r2HN基因与载体进行酶切。
(2)利用___________方法将r2HN基因导入水稻愈伤组织。为检测r2HN表达情况，可通过PCR技术检测________________________，通过_______
_________技术检测是否翻译出r2HN蛋白。
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答案
农杆菌转化
r2HN是否转录出了mRNA
抗原—
抗体杂交
水稻是单子叶植物，可用农杆菌转化法将r2HN基因导入水稻愈伤组织。为检测r2HN基因表达情况，可用PCR技术检测r2HN基因是否转录出了mRNA，若要检测r2HN基因是否翻译出r2HN蛋白，可用抗原—抗体杂交技术。
(3)获得转基因植株后，通常选择单一位点插入目的基因的植株进行研究。此类植株自交一代后，r2HN纯合子植株的占比为____。选择纯合子进行后续研究的原因是_____________________________。
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答案
1/4
纯合子自交后代不发生性状分离
选择单一位点插入目的基因的植株(用RO表示)进行自交一代，根据分离定律，r2HN纯合体植株(RR)占1/4，无r2HN基因的纯合子植株(OO)占1/4，杂合子植株(RO)占1/2。由于纯合子植株遗传性状稳定，故选择r2HN纯合子植株进行后续研究。
(4)制备r2HN疫苗后，为研究其免疫效果，对实验组鸡进行接种，对照组注射疫苗溶剂。检测两组鸡体内抗新城疫病毒抗体水平和特异应答的CD8＋T细胞(细胞毒性T细胞)水平，结果如图2所示。据此分析，获得的r2HN疫苗能够成功激活鸡的_____免疫和______免疫。
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体液
细胞
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答案
通过体液免疫，机体可产生较多相应抗体，通过细胞免疫，机体可产生较多细胞毒性T细胞。据题图可知，实验组的抗体和CD8＋T细胞(细胞毒性T细胞)水平明显高于对照组，因此获得的r2HN疫苗能够成功激活鸡的体液免疫和细胞免疫。
(5)利用水稻作为生物反应器生产r2HN疫苗的优点是__________________
___________________________(答出两点即可)。
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答案
不受性别的限制、可
大量种植、成本低、安全性高
11.(2024·三明一模)1965年我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。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：AB法是根据胰岛素A、B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；BCA法是利用胰岛B细胞中的mRNA得到胰岛素基因，导入工程菌获得胰岛素。这两种方法使用同一种质粒作为载体。回答下列问题：
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答案
(1)用AB和BCA法人工合成两种DNA片段__________(填“AB”“BCA”或“AB和BCA”)法获取的目的基因中不含人胰岛素基因启动子。
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答案
AB和BCA
在基因的结构中，启动子在非编码区，是不会被转录和翻译的，结合
“BCA法利用胰岛B细胞中的mRNA得到胰岛素基因”与“AB法是根据胰岛素A、B两条肽链的氨基酸序列人工合成两种 DNA片段”，可知AB和BCA法获取的目的基因中均不含人胰岛素基因启动子。
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答案
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－CCTTTCAGCTCA－，则其中一种引物设计的序列是5′－____________________________－3′。
－CTCGAGCCTTTCAGCTCA－
(2)图中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______________的识别序列。通过上述方法获得人
Xho Ⅰ和Mun Ⅰ
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答案
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答案
根据题图可知，对于目的基因，Sal Ⅰ和Nhe Ⅰ的作用位点在目的基因中间，会破坏目的基因，则在引物设计时不能选择这两种限制酶，那么只
能在Xho Ⅰ、Mun Ⅰ和EcoR Ⅰ中选择，同时质粒上EcoR Ⅰ的其中一个作用位点在标记基因上，所以只能选择Xho Ⅰ和Mun Ⅰ两种限制酶，则在设计PCR引物时可添加限制酶Xho Ⅰ和Mun Ⅰ的识别序列；已知胰岛
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答案
序列需要添加在目的基因的右侧，故可推知其中一种引物设计的序列为5′－ CTCGAGCCTTTCAGCTCA－3′。
素基因左端①处的碱基序列为－CCTTTCAGCTCA－，在设计引物时需要添加限制酶Xho Ⅰ和Mun Ⅰ的识别序列，根据两种酶在质粒上的位置上可知，Xho Ⅰ识别序列需要添加在目的基因的左侧，Mun Ⅰ的识别
______________________________________________________________________。
(3)β-半乳糖苷酶可以分解无色的X－gal产生蓝色物质使菌落呈现蓝色，否则菌落为白色。据此简述筛选工程菌的过程：________________
________________________________________________
经Ca2＋处理的大
肠杆菌与重组质粒混合培养
一段时间后，再将大肠杆菌
接种到添加了氨苄青霉素和X－gal的培养基上，筛选出白色的菌落即为工程菌
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答案
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答案
已知β-半乳糖苷酶可以分解无色的X－gal产生蓝色物质使菌落呈现蓝色，否则菌落为白色。而结合题图可知，目的基因的插入破坏了LacZ基因的结构，使其不能正常表达，无法产生β-半乳糖苷酶，底物X－gal不会被分
解，故简述筛选工程菌的过程为经Ca2＋处理的大肠杆菌与重组质粒混合培养一段时间后，再将大肠杆菌接种到添加了氨苄青霉素和X－gal的培养基上，筛选出白色的菌落即为工程菌。
____________________________________________________________________________________________。
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
(4)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。写出获取赖脯胰岛素的流程：________________________________________________
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答案
返回第十单元　课时练55　基因工程的应用、蛋白质工程
选择题1题4分，2～7题，每小题5分，共34分。
一、选择题
1．(2024·武汉月考)下列生物技术操作不会达成预期目标的是(　　)
A．将胰岛素基因表达质粒转入酵母菌，筛选获得产胰岛素工程菌
B．将肠乳糖酶基因导入奶牛乳腺细胞，培育产低乳糖牛乳的奶牛
C．将体外改造后能识别特定癌细胞的T细胞回输患者，进行癌症治疗
D．将花青素代谢相关基因导入植物体细胞，获得具有特定花色的植株
2．(2024·湖北鄂东南教改联盟一模)人乳铁蛋白(hLF)是乳汁中一种重要的非血红素铁结合糖蛋白，具有抑菌、抗肿瘤等多种生理功能，被认为是一种极具开发潜力的食品添加剂。某科研团队将人乳铁蛋白(hLF)基因转入山羊体内，从山羊的乳液中获得hLF，可以解决天然乳铁蛋白资源短缺的问题。下列有关叙述错误的是(　　)
A．可用PCR直接扩增乳铁蛋白的基因转录产物
B．重组载体中人乳铁蛋白基因的启动子是乳腺蛋白基因启动子
C．将目的基因导入山羊受精卵中，一般应用的技术是显微注射法
D．检测人乳铁蛋白基因是否成功翻译常采用抗原—抗体杂交技术
3．(2025·武汉模拟)水中E物质污染会导致鱼类雌性化异常。将绿色荧光蛋白(GFP)基因、Gal4蛋白基因等转入斑马鱼，可用于监测水体E物质，如图中ERE和UAS是两种诱导型启动子，分别被E物质－受体复合物和Gal4蛋白特异性激活，启动下游基因表达。下列叙述错误的是(　　)
A．根据题意可知，斑马鱼的某些细胞存在E物质的受体
B．用ERE直接驱动GFP基因表达可提高监测的灵敏度
C．用于监测E物质污染的转基因斑马鱼最好是不育的
D．基因表达载体最好以显微注射法导入斑马鱼受精卵
4．(2024·北京石景山检测)蛛丝蛋白是一种特殊纤维蛋白，具有强度高、韧性大等特点，在人工肌腱等医学领域有着诱人的前景。某研究小组提取一种蜘蛛中的蛛丝蛋白基因，将其导入大肠杆菌生产蛛丝蛋白。下列叙述正确的是(　　)
A．构建蛛丝蛋白基因表达载体需要限制酶和DNA聚合酶
B．可通过显微注射的方法将蛛丝蛋白基因导入大肠杆菌
C．基因表达载体上的复制原点可调控蛛丝蛋白基因的表达
D．可通过蛋白质工程设计与改造蛛丝蛋白的结构以增强其韧性
5．(2025·丹东联考)利用AI(人工智能)破解蛋白质结构和功能之谜，建立蛋白质数据库，并在此基础上进行蛋白质结构设计和优化，会给未来蛋白质工程的发展带来翻天覆地的变化。关于该技术的实施，下列说法错误的是(　　)
A．用AI预测新型蛋白质的基因结构应依据中心法则原理
B．可以通过改造或合成基因来获得AI设计的蛋白质
C．根据设计的某种蛋白质的氨基酸序列推理的基因序列中包含启动子和终止子
D．用蛋白质的氨基酸序列推测的RNA编码序列有多种可能，原因是密码子具有简并性
6．(2025·大庆模拟)T4溶菌酶(A0)在温度较高时易失去活性。研究人员通过蛋白质工程将T4溶菌酶第3位上的异亮氨酸改成半胱氨酸，该处半胱氨酸可与第97位半胱氨酸之间形成一个二硫键，获得热稳定性高的T4溶菌酶(A1)。下列说法正确的是(　　)
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．蛋白质工程与中心法则的流程方向一致，即DNA→mRNA→蛋白质
C．检测A1活性时可先将A1与底物混合，再置于高温环境中
D．A0和A1空间结构的差异是二者热稳定性不同的直接原因
7．(2024·延边模拟)干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病。如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸(密码子：UGU、UGC)变成丝氨酸(密码子：UCU、UCC、UCA、UCG)，就可以延长干扰素的体外保存时间。下列相关叙述错误的是(　　)
A．对干扰素的设计和改造，以基因的结构和功能的关系为基础
B．对干扰素基因进行定点突变(C→G)来实现碱基的替换
C．改造后的干扰素基因仍需导入受体细胞完成表达过程
D．改造后的干扰素的功能与天然干扰素不是完全不同
二、非选择题
8．(20分)(2024·贵州3＋3＋3联考一模)生长激素在人的生长发育中具有重要的调节作用，在医疗领域也得到广泛应用。科研人员进行了利用小鼠膀胱作生物反应器生产人生长激素的实验。回答下列问题：
(1)在获取人生长激素基因时，要先从人的________细胞中获得mRNA，再通过__________过程获得DNA片段，然后设计能与____________________________的引物，通过________技术实现对人生长激素基因的扩增。
(2)在构建人生长激素基因表达载体时要利用的工具酶是________________________，为了使人生长激素基因在膀胱细胞中表达，在构建基因表达载体时还需与__________________等调控元件重组在一起。然后利用__________法将构建好的基因表达载体导入小鼠的受精卵。
(3)将导入目的基因的受精卵在体外培养到桑葚胚阶段，再通过__________技术移入受体的子宫中进行发育，选择桑葚胚进行移植的依据是_______________________________________
________________________________________________________________________。
(4)与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器的优点是__________________________________ ____________________________________(答出两点)。
9．(12分)(2025·天津河西区检测)人体内的t－PA蛋白能高效降解血栓，是心梗和脑血栓的急救药。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。研究证实，将t－PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，能显著降低出血副作用。据此，先对天然的t－PA基因进行序列改造，然后再采取传统的基因工程方法表达该突变基因，可制造出性能优异的t－PA突变蛋白。如图是通过重叠延伸PCR技术获取t－PA改良基因和利用质粒pCLY11构建含t－PA改良基因的重组质粒示意图(图中重叠延伸PCR过程中引物a、b用来扩增突变位点及其上游DNA序列，引物c、d用来扩增突变位点及其下游DNA序列)。请回答下列问题：
(1)科学家将t－PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，生产出性能优良的t－PA突变蛋白的生物技术手段属于__________范畴。
(2)获得性能优良的t－PA突变蛋白的正确顺序是_________________(选择正确编号并排序)。
①t－PA蛋白功能分析和结构设计
②借助定点突变改造t－PA基因序列
③检验t－PA蛋白的结构和功能
④设计t－PA蛋白氨基酸序列和基因序列
⑤利用工程菌发酵合成t－PA蛋白
(3)已知t－PA蛋白第84位是半胱氨酸，相应的基因模板链(图中t－PA基因的上链)上的碱基序列是ACA，丝氨酸的密码子是UCU。重叠延伸PCR示意图中的黑点便是突变部位的碱基，引物b中该突变位点的碱基是__________。
(4)据图可知，重叠延伸后，进行PCR需要的引物是____________________，引物的作用是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)若获得的t－PA突变基因如图所示，那么质粒pCLY11需用限制酶____________切开，才能与t－PA突变基因高效连接。
10．(24分)(2024·河北，22)新城疫病毒可引起家禽急性败血性传染病，我国科学家将该病毒相关基因改造为r2HN，使其在水稻胚乳特异表达，制备获得r2HN疫苗，并对其免疫效果进行了检测。回答下列问题：
(1)实验所用载体的部分结构及其限制酶识别位点如图1所示。其中GtP为启动子，若使r2HN仅在水稻胚乳表达，GtP应为_________________________________________启动子。Nos为终止子，其作用为____________。r2HN基因内部不含载体的限制酶识别位点。因此，可选择限制酶____________和__________对r2HN基因与载体进行酶切，用于表达载体的构建。
(2)利用____________方法将r2HN基因导入水稻愈伤组织。为检测r2HN表达情况，可通过PCR技术检测________________，通过________________技术检测是否翻译出r2HN蛋白。
(3)获得转基因植株后，通常选择单一位点插入目的基因的植株进行研究。此类植株自交一代后，r2HN纯合子植株的占比为____________。选择纯合子进行后续研究的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)制备r2HN疫苗后，为研究其免疫效果，对实验组鸡进行接种，对照组注射疫苗溶剂。检测两组鸡体内抗新城疫病毒抗体水平和特异应答的CD8＋T细胞(细胞毒性T细胞)水平，结果如图2所示。据此分析，获得的r2HN疫苗能够成功激活鸡的__________免疫和__________免疫。
(5)利用水稻作为生物反应器生产r2HN疫苗的优点是________________________________
_________________________________________________________________(答出两点即可)。
11．(10分)(2024·三明一模)1965年我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。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：AB法是根据胰岛素A、B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；BCA法是利用胰岛B细胞中的mRNA得到胰岛素基因，导入工程菌获得胰岛素。这两种方法使用同一种质粒作为载体。回答下列问题：
(1)用AB和BCA法人工合成两种DNA片段______________(填“AB”“BCA”或“AB和BCA”)法获取的目的基因中不含人胰岛素基因启动子。
(2)图中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______________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－CCTTTCAGCTCA－，则其中一种引物设计的序列是5′－_______________－3′。
(3)β-半乳糖苷酶可以分解无色的X－gal产生蓝色物质使菌落呈现蓝色，否则菌落为白色。据此简述筛选工程菌的过程：_________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)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。写出获取赖脯胰岛素的流程：______________________________________
________________________________________________________________________。
答案精析
1．B　[将肠乳糖酶基因导入奶牛受精卵，可以培育出产低乳糖牛乳的奶牛，如果导入奶牛乳腺细胞则不能达成预期目标，B符合题意。]
2．A　[PCR是一项体外扩增特定DNA片段的技术，不可以直接用PCR扩增mRNA，需将mRNA逆转录成cDNA再进行PCR扩增，A错误。]
3．B　[将绿色荧光蛋白(GFP)基因、Gal4蛋白基因等转入斑马鱼，可用于监测水体E物质，推测斑马鱼的某些细胞存在E物质的受体，A正确；结合题图可知，ERE诱导Gal4基因转录，其翻译产物Gal4蛋白激活UAS，使其驱动GFP基因表达，提高监测的灵敏度，这是一个间接驱动而非直接驱动的过程，B错误；用于监测E物质污染的转基因斑马鱼最好是不育的，避免因有性生殖带来的基因污染，C正确；基因表达载体最好以显微注射法导入斑马鱼受精卵，受精卵全能性高，基因成功表达的概率大，D正确。]
4．D　[构建蛛丝蛋白基因表达载体需要限制酶和DNA连接酶，A错误；可通过Ca2＋处理的方法将蛛丝蛋白基因导入大肠杆菌，B错误；基因表达载体上的启动子可调控蛛丝蛋白基因的表达，C错误；若需对蛛丝蛋白进行设计和改造以增强其韧性，可通过蛋白质工程来实现，D正确。]
5．C　[启动子和终止子为非编码区，故由氨基酸序列推理的基因序列中不包含启动子和终止子，C错误。]
6．D　[蛋白质工程需要在分子水平上对基因进行操作，A错误；蛋白质工程与中心法则的流程方向相反，B错误；检测A1活性时应先将A1与底物分别置于高温环境，保温一段时间后再混合，C错误；分析题意可知，和A0相比，A1不仅仅是氨基酸的序列发生改变，同时还增加了一个二硫键，导致空间结构也有差异，是二者热稳定性不同的直接原因，D正确。]
7．A　[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，A错误；比较半胱氨酸和丝氨酸的密码子，若第二个碱基由G替换为C，就可引起氨基酸的替换，所以基因上发生定点突变(C→G)，可实现基因的改造，B正确；基因的表达需要众多物质和结构的参与，还需要细胞呼吸提供能量，故改造后的干扰素基因仍需导入受体细胞完成表达过程，C正确；改造后的干扰素氨基酸序列改变，导致蛋白质结构改变，从而延长体外保存时间，但其仍具有干扰病毒复制的功能，即改造后的干扰素与天然干扰素的功能不是完全不同，D正确。]
8．(1)垂体　逆转录　人生长激素基因特异性碱基序列互补配对　PCR　(2)限制酶和 DNA 连接酶　膀胱细胞中特异表达的基因的启动子　显微注射　(3)胚胎移植　自然状态下小鼠受精卵进入子宫的发育阶段是桑葚胚阶段　(4)不受性别和年龄的限制
9．(1)蛋白质工程　(2)①④②⑤③　(3)G　(4)引物a和引物d　使 DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸　(5)Xma Ⅰ、Bgl Ⅱ
解析　(2)蛋白质工程的一般过程是：预期蛋白质的功能→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，故获得性能优良的t－PA突变蛋白的正确顺序是①→④→②→⑤→③。(3)已知t－PA蛋白第84位是半胱氨酸，相应的基因模板链(图中t－PA基因的上链)上的碱基序列是ACA，则半胱氨酸的密码子为UGU，而丝氨酸的密码子是UCU，由此可知，若要将t－PA蛋白第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，则t－PA基因上链第84位发生碱基替换为ACA→AGA，图中显示引物b与t－PA基因的下链互补，故其中相应部位的碱基与上链相同，即该部位的碱基是G。(4)由于DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，而只能从3′端延伸DNA链，因此PCR中需要加入合适的引物来完成子链的延伸，引物需要与模板的3′端结合，故据图可知，重叠延伸时，需要的引物是引物a和引物b，而重叠延伸后，为扩增完整的序列，需要引物a和d；DNA聚合酶不能从头合成DNA，只能从引物的3′端开始延伸DNA链，因此引物的作用是使DNA聚合酶从引物的3 ′端开始连接脱氧核苷酸。(5)如图所示，目的基因的两端的黏性末端碱基序列分别是CCGG、CTAG，所以应用Xma Ⅰ和Bgl Ⅱ两种限制酶切割，以便于把目的基因连接到质粒pCLY11上。
10．(1)水稻胚乳细胞中特异表达的基因的　终止转录　Hind Ⅲ　EcoR Ⅰ　(2)农杆菌转化　r2HN是否转录出了mRNA　抗原—抗体杂交　(3)1/4　纯合子自交后代不发生性状分离　(4)体液　细胞　(5)不受性别的限制、可大量种植、成本低、安全性高
解析　(1)根据题意可知，若使r2HN仅在水稻胚乳表达，GtP(启动子)应为水稻胚乳中特异表达的基因的启动子。Nos为终止子，其作用为终止转录过程。GtP内部含有KpnⅠ的酶切位点，用KpnⅠ酶切会破坏启动子，Nos下游含有SacⅠ的酶切位点，用SacⅠ酶切会使重组基因表达载体缺失终止子，故构建基因表达载体时，可选择限制酶Hind Ⅲ和EcoR Ⅰ对r2HN基因与载体进行酶切。(2)水稻是单子叶植物，可用农杆菌转化法将r2HN基因导入水稻愈伤组织。为检测r2HN基因表达情况，可用PCR技术检测r2HN基因是否转录出了mRNA，若要检测r2HN基因是否翻译出r2HN蛋白，可用抗原—抗体杂交技术。(3)选择单一位点插入目的基因的植株(用RO表示)进行自交一代，根据分离定律，r2HN纯合体植株(RR)占1/4，无r2HN基因的纯合子植株(OO)占1/4，杂合子植株(RO)占1/2。由于纯合子植株遗传性状稳定，故选择r2HN纯合子植株进行后续研究。(4)通过体液免疫，机体可产生较多相应抗体，通过细胞免疫，机体可产生较多细胞毒性T细胞。据题图可知，实验组的抗体和CD8＋T细胞(细胞毒性T细胞)水平明显高于对照组，因此获得的r2HN疫苗能够成功激活鸡的体液免疫和细胞免疫。
11．(1)AB和BCA　(2)Xho Ⅰ和Mun Ⅰ　－ CTCGAGCCTTTCAGCTCA－　(3)经Ca2＋处理的大肠杆菌与重组质粒混合培养一段时间后，再将大肠杆菌接种到添加了氨苄青霉素和X－gal的培养基上，筛选出白色的菌落即为工程菌　(4)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
解析　(1)在基因的结构中，启动子在非编码区，是不会被转录和翻译的，结合“BCA法利用胰岛B细胞中的mRNA得到胰岛素基因”与“AB法是根据胰岛素A、B两条肽链的氨基酸序列人工合成两种DNA片段”，可知AB和BCA法获取的目的基因中均不含人胰岛素基因启动子。(2)根据题图可知，对于目的基因，Sal Ⅰ和Nhe Ⅰ的作用位点在目的基因中间，会破坏目的基因，则在引物设计时不能选择这两种限制酶，那么只能在Xho Ⅰ、Mun Ⅰ和EcoR Ⅰ中选择，同时质粒上EcoR Ⅰ的其中一个作用位点在标记基因上，所以只能选择Xho Ⅰ和Mun Ⅰ两种限制酶，则在设计PCR引物时可添加限制酶Xho Ⅰ和Mun Ⅰ的识别序列；已知胰岛素基因左端①处的碱基序列为－CCTTTCAGCTCA－，在设计引物时需要添加限制酶Xho Ⅰ和Mun Ⅰ的识别序列，根据两种酶在质粒上的位置上可知，Xho Ⅰ识别序列需要添加在目的基因的左侧，Mun Ⅰ的识别序列需要添加在目的基因的右侧，故可推知其中一种引物设计的序列为5′－ CTCGAGCCTTTCAGCTCA－3′。(3)已知β-半乳糖苷酶可以分解无色的X－gal产生蓝色物质使菌落呈现蓝色，否则菌落为白色。而结合题图可知，目的基因的插入破坏了LacZ基因的结构，使其不能正常表达，无法产生β-半乳糖苷酶，底物X－gal不会被分解，故简述筛选工程菌的过程为经Ca2＋处理的大肠杆菌与重组质粒混合培养一段时间后，再将大肠杆菌接种到添加了氨苄青霉素和X－gal的培养基上，筛选出白色的菌落即为工程菌。

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