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第43讲　第二课时　基因工程的应用及蛋白质工程
考点一 基因工程的应用
夯实基础 精研教材
1.基因工程在农牧业方面的应用
农牧业方面
抗虫
功能的基因
抗病基因
降解或抵抗　
农牧业方面
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
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
教材深挖
1.(选择性必修3 P90正文)利用转基因技术获得的已整合药用蛋白基因的转基因小鼠分泌的乳汁中检测不到药用蛋白,根据中心法则分析,其可能的原因是　 。
2.(选择性必修3 P90资料卡)干扰素是一种具有　　　　　　　　　　　,在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病,对乳腺癌、淋巴瘤、多发性骨髓瘤和某些白血病也有一定的疗效。
3.(选择性必修3 P91相关信息)基因工程菌一般是
　。
药用蛋白基因没有转录或翻译
干扰病毒复制作用的糖蛋白
用基因工程的方法,使外源基因得到高效表达的菌类
4.(选择性必修3 P91正文)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
利用转基因细菌不能直接生产糖蛋白类的产品,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
易错排查
1.遗传改造的小鼠胚胎干细胞可以通过转基因等技术获得。(　　)
2.将胰岛素基因表达质粒转入大肠杆菌,筛选获得基因工程菌。(　　)
3.将肠乳糖酶基因导入奶牛受精卵,培育出产低乳糖牛乳的奶牛。(　　)
4.将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后回输患者,进行基因治疗。(　　)
5.利用基因工程培育抗虫植物,只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异。(　　)
√
√
√
√
√
考法练透 素养提升
1.(2022·江苏卷)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
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项合理;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,有利于芽的分化,B项不合理;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项合理;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项合理。
2.(2024·福建宁德期末)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
C
解析 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项正确;转基因山羊的体细胞中都含有丁酰胆碱酯酶基因,所以通过体细胞克隆可将丁酰胆碱酯酶基因传递给子代,B项正确;通过显微注射技术将基因表达载体导入山羊受精卵,C项错误;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项正确。
3.运用基因工程构建的生物反应器可实现药用蛋白的批量生产,目前常用的生物反应器有乳腺生物反应器和膀胱生物反应器,其构建过程如下:构建药用蛋白基因的表达载体,并将表达载体导入动物的受精卵中,然后从这个受精卵发育而成的个体的乳汁或者尿液中提取药用蛋白。下列相关说法错误的是(　　)
A.构建乳腺生物反应器时,需将药用蛋白基因和乳腺蛋白基因的启动子等重组在一起
B.在转基因动物的乳腺细胞或膀胱上皮细胞以外的细胞中不含有药用蛋白基因
C.与乳腺生物反应器相比,膀胱生物反应器不受性别和年龄的限制
D.将表达载体导入哺乳动物的受精卵时,常采用显微注射技术
B
解析 启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点,可用于驱动基因的转录,构建乳腺生物反应器时,需将药用蛋白基因和乳腺蛋白基因的启动子等重组在一起,以保证目的基因在乳腺细胞中表达,A项正确;受体细胞是动物的受精卵,所以在转基因动物的乳腺细胞或膀胱上皮细胞以外的其他细胞中也含有药用蛋白基因,只是没有表达,B项错误;乳腺生物反应器只能从哺乳期雌性个体的乳汁中获取产物,与乳腺生物反应器相比,膀胱生物反应器的优点是雌、雄个体的尿液中都可提取到产物,且不受性别、年龄等限制,因而受体来源更广泛,C项正确;将表达载体导入哺乳动物的受精卵(全能性最高)时,常采用显微注射技术,D项正确。
考点二 蛋白质工程的原理和应用
夯实基础 精研教材
1.蛋白质工程的基本原理
(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
(2)基本思路
从预期的　　　　　　　　　出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的　　　　　　　→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成
　　　　　　→获得所需要的蛋白质
蛋白质功能
氨基酸序列
新的基因
2.蛋白质工程的应用
酶
工业
用酶
参与调控光合作用的酶
蛋白质的
结构
考法练透 素养提升
1.科学家将葡萄糖异构酶的第138位甘氨酸用脯氨酸替代,结果它的最适温度提高了10~12 ℃。据分析,脯氨酸替代甘氨酸后,由于引入了一个吡咯环侧链,刚好填充于138位甘氨酸附近的空洞,使蛋白质空间结构更具刚性,从而提高了酶的热稳定性。下列说法正确的是(　　)
A.蛋白质工程和基因工程的根本区别是操作对象的差异
B.对葡萄糖异构酶的改造需要以基因工程为基础
C.蛋白质工程操作过程中,不需要酶和载体作为工具
D.经改造后的葡萄糖异构酶热稳定性提高这一性状不可遗传
B
解析 蛋白质工程和基因工程都要对基因进行操作,根本区别是可产生自然界没有的蛋白质,A项错误;对葡萄糖异构酶的改造需要以基因工程为基础,B项正确;蛋白质工程要通过基因工程实施,故需要酶和载体作为工具,C项错误;由于是对基因进行的改造,遗传物质已经改变,属于可遗传的变异,D项错误。
2.(2025·甘肃平凉开学模拟)天然胰岛素易形成二聚体,使得其疗效被延缓。科研人员通过蛋白质工程使胰岛素第28位的脯氨酸替换为天冬氨酸,从而抑制了胰岛素的聚合,由此研发出的速效胰岛素类似物产品已经在临床上广泛应用,以下叙述错误的是(　　)
A.改造胰岛素的过程实际是改造胰岛素基因的过程
B.若要改变蛋白质的功能,可通过改进蛋白质的氨基酸序列实现
C.可将定点突变技术获得的新的胰岛素基因直接导入大肠杆菌用于发酵生产
D.在通过蛋白质工程对胰岛素改造的过程中,对蛋白质分子结构的了解是非常关键的
C
解析 蛋白质工程是通过改造基因从而改造蛋白质的,即改造胰岛素的过程实际是改造胰岛素基因的过程,A项正确;蛋白质结构多样性的直接原因是构成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序和肽链的空间结构千差万别,结构决定功能,因此若要改变蛋白质的功能,可通过改进蛋白质的氨基酸序列实现,B项正确;将改造后获得的速效胰岛素基因直接导入大肠杆菌,没有进行基因表达载体的构建,目的基因在受体细胞中可能无法复制、表达,C项错误;蛋白质工程的基本思路是预期蛋白质功能→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,因此在通过蛋白质工程对胰岛素改造的过程中,对蛋白质分子结构的了解是非常关键的,D项正确。
3.(2025·湖南长沙模拟)萤火虫的荧光素酶能催化ATP激活的荧光素氧化发光,这一现象在生物检测和成像方面有重要的应用价值。为了解决天然荧光素酶不能高效催化人工合成的荧光素DTZ发光的问题,研究人员采用蛋白质工程(又称为第二代基因工程)对它进行了改造。下列关于蛋白质工程改造天然荧光素酶的叙述,错误的是(　　)
A.通过化学诱变剂可定向改造天然荧光素酶的基因序列
B.改造天然荧光素酶所用的基因表达载体需要启动子和终止子
C.PCR技术可用于检测染色体DNA上是否插入荧光素酶基因
D.改造后的荧光素酶在一定条件下催化DTZ发光是将化学能转化为光能
A
解析 化学诱变通常是不定向的,通过化学诱变剂可以让天然荧光素酶的基因序列进行随机突变,A项错误;改造天然荧光素酶所用的基因表达载体必须包含启动子和终止子,启动子是驱动基因转录的元件,而终止子是指示转录终止的位置,B项正确;PCR方法主要用于检测DNA的存在或者染色体DNA上是否插入目的基因,因此PCR技术可用于检测染色体DNA上是否插入荧光素酶基因,C项正确;改造后的荧光素酶在一定条件下催化DTZ发光是将化学能转化为光能,D项正确。
聚焦表达 回扣落实
1.(原因分析类)野外种植转基因抗A害虫植物的同时,还种植一定量的同种不抗虫植物,可降低抗性害虫在整个害虫种群中所占比例的增加速率。试分析其中的原因。
2.(实践应用类)从环境保护角度出发,分析转基因抗虫棉与普通棉相比在害虫防治方面的优越性有哪些
种植一定量的同种不抗虫植物,对抗性害虫的选择作用减弱
减少了化学农药的使用量,降低了环境污染
3.(实践应用类)为提高动物的生长速度,需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。
4.(流程图)若要获得抗盐能力更强的抗盐基因,可以对基因H进行改造,最终得到相应的蛋白质,该过程可以通过蛋白质工程完成,该过程的基本思路是
　。
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
①预期耐盐蛋白质的功能;②设计耐盐蛋白质的结构;③推测应有的氨基酸序列;④找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列或合成新的基因

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