資源簡介

生物學(xué)高考備考教案
第十一章 生物技術(shù)與工程
課時7 基因工程的應(yīng)用與蛋白質(zhì)工程
教師尊享·命題分析
課標(biāo)要求 核心考點(diǎn) 五年考情 核心素養(yǎng)對接
1.舉例說明基因工程在農(nóng)牧、食品及醫(yī)藥等行業(yè)的廣泛應(yīng)用改善了人類的生活品質(zhì)； 2.概述人們根據(jù)基因工程原理，進(jìn)行蛋白質(zhì)設(shè)計和改造，可以獲得性狀和功能更符合人類需求的蛋白質(zhì)； 3.舉例說明依據(jù)人類需要對原有蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行基因改造、生產(chǎn)目標(biāo)蛋白的過程 基因工程的應(yīng)用與蛋白質(zhì)工程 2022：廣東T22、江蘇T6、河北T24、浙江1月T29（二）（1）（2）、山東T25、湖南T22； 2021：海南T25、浙江6月T20、北京T16、遼寧T14； 天津T16、全國卷Ⅲ ; 海南T31； 2018：天津T10、江蘇T32 1.科學(xué)思維——比較與分析：蛋白質(zhì)工程的原理及其與基因工程的關(guān)系。 2.科學(xué)探究——實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計:針對人類某一需求,設(shè)計獲得某一轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的方案并就其中的某些問題展開探究
命題分析預(yù)測 1.高考對本部分的考查常結(jié)合具體實(shí)例，考查基因工程的應(yīng)用、蛋白質(zhì)工程等相關(guān)知識，多以非選擇題形式呈現(xiàn)； 2.預(yù)計2024年高考仍可能延續(xù)往年的考查形式及特點(diǎn),并結(jié)合科研實(shí)踐或科學(xué)實(shí)踐情境,分層設(shè)置問題,綜合考查相關(guān)知識
知識導(dǎo)圖 教材讀薄
教材幫 讀透教材 融會貫通
知識整合 教材讀厚
1.基因工程的應(yīng)用
2.蛋白質(zhì)工程
3.蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較
項目 蛋白質(zhì)工程 基因工程
區(qū)別 起點(diǎn) 預(yù)期的蛋白質(zhì)功能 目的基因
實(shí)質(zhì) 人工控制下的 基因突變 基因重組
結(jié)果 生產(chǎn)自然界中沒有的蛋白質(zhì) 生產(chǎn)自然界中已有的蛋白質(zhì)
聯(lián)系 蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延伸出來的第二代基因工程
知識活用 教材讀活
深度思考
1. 用基因工程改造后的大腸桿菌生產(chǎn)的干擾素和人體產(chǎn)生的干擾素完全相同嗎？是否可以用改造后的酵母菌代替改造后的大腸桿菌呢？
提示 不完全相同。因?yàn)楦蓴_素的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，而大腸桿菌是原核生物，沒有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體等細(xì)胞器，不能對翻譯出來的多肽鏈進(jìn)行加工（大腸桿菌產(chǎn)生的干擾素經(jīng)后續(xù)加工后，與人體產(chǎn)生的干擾素具有同樣的效果）。是。酵母菌是真核生物，理論上可以產(chǎn)生與人體相同的干擾素。
2. 已知基因工程可以改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)，據(jù)此能否設(shè)計一個解決乳糖不耐受的方案？
提示 將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M→乳糖酶→乳糖分解→乳汁中的乳糖含量大大降低，其他營養(yǎng)成分不受影響，乳汁品質(zhì)改善。
3. 某些轉(zhuǎn)基因藥物只在雌性動物的乳腺細(xì)胞表達(dá)的原因是什么？
[答案]提示 將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動子等調(diào)控元件重組在一起，通過顯微注射的方法導(dǎo)入哺乳動物的受精卵中，讓藥用蛋白基因只在乳腺細(xì)胞中選擇性表達(dá)。
4. 為什么蛋白質(zhì)工程的操作對象是基因而不是蛋白質(zhì)？
提示 因?yàn)槿魏我环N天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，基因是遺傳信息結(jié)構(gòu)與功能的基本單位，改造了基因就可以通過基因的信息傳遞進(jìn)而改造蛋白質(zhì)。如果直接對蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，即使改造成功，被改造的蛋白質(zhì)也無法遺傳。
高考幫 研透高考 明確方向
命題點(diǎn)1 結(jié)合實(shí)例考查基因工程的應(yīng)用
1. [2022廣東，12分]“綠水逶迤去，青山相向開。”大力發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)已成為全社會的共識。基于某些梭菌的特殊代謝能力，有研究者以某些工業(yè)廢氣（含 等一碳溫室氣體，多來自高污染排放企業(yè)）為原料，通過厭氧發(fā)酵生產(chǎn)丙酮，構(gòu)建一種生產(chǎn)高附加值化工產(chǎn)品的新技術(shù)。
回答下列問題：
（1） 研究者針對每個需要擴(kuò)增的酶基因（如圖）設(shè)計一對引物，利用PCR技術(shù)，在優(yōu)化反應(yīng)條件后擴(kuò)增得到目標(biāo)酶基因。
[解析] 利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目標(biāo)酶基因的前提是根據(jù)目標(biāo)酶基因兩端的堿基序列設(shè)計一對引物。
（2） 研究者構(gòu)建了一種表達(dá)載體 ，用于在梭菌中建立多基因組合表達(dá)庫，經(jīng)篩選后提高丙酮的合成量。該載體包括了啟動子、終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為標(biāo)記基因，篩選含有目的基因的受體細(xì)胞，終止子的作用是終止轉(zhuǎn)錄，使轉(zhuǎn)錄在所需要的地方停下來。
[解析] 基因表達(dá)載體中，抗生素抗性基因作為標(biāo)記基因，可用于鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來。終止子相當(dāng)于一盞紅色信號燈，可使轉(zhuǎn)錄在所需要的地方停下來。
（3） 培養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)重組梭菌大量表達(dá)上述酶蛋白時，出現(xiàn)了生長遲緩的現(xiàn)象，推測其原因可能是二氧化碳等氣體用于大量合成丙酮，而不是用于重組梭菌的生長，此外丙酮的積累會傷害細(xì)胞，需要進(jìn)一步優(yōu)化菌株和工藝才能擴(kuò)大應(yīng)用規(guī)模。
[解析] 重組梭菌可大量表達(dá)題述酶蛋白，在這些酶蛋白的作用下，二氧化碳等氣體用于大量合成丙酮，而不是用于重組梭菌的生長，所以重組梭菌大量表達(dá)題述酶蛋白會導(dǎo)致其生長遲緩。
（4） 這種生產(chǎn)高附加值化工產(chǎn)品的新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了廢物的資源化，體現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。從“碳中和”的角度看，該技術(shù)的優(yōu)勢在于不僅不排放二氧化碳，而且還可以消耗工業(yè)廢氣中的二氧化碳，具有廣泛的應(yīng)用前景和良好的社會效益。
[解析] 根據(jù)題意可知，這種生產(chǎn)高附加值化工產(chǎn)品的新技術(shù),以高污染排放企業(yè)排出的二氧化碳等一碳溫室氣體為原料生產(chǎn)丙酮，實(shí)現(xiàn)了廢物的資源化，體現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。從“碳中和”的角度看,利用該技術(shù)生產(chǎn)丙酮的過程中不僅不排放二氧化碳，還可以消耗工業(yè)廢氣中的二氧化碳，有利于減緩溫室效應(yīng)，并實(shí)現(xiàn)較高的經(jīng)濟(jì)效益，具有廣泛的應(yīng)用前景和良好的社會效益。
命題點(diǎn)2 蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用分析
2. [2022湖南改編，13分]水蛭是我國的傳統(tǒng)中藥材，主要藥理成分水蛭素為水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。擬通過蛋白質(zhì)工程改造水蛭素結(jié)構(gòu)，提高其抗凝血活性。回答下列問題:
（1） 蛋白質(zhì)工程流程如圖所示，物質(zhì) 是多肽鏈，物質(zhì) 是mRNA。在生產(chǎn)過程中，物質(zhì) 可能不同，合成的蛋白質(zhì)空間構(gòu)象卻相同，原因是密碼子的簡并（一種氨基酸對應(yīng)多個密碼子）。
[解析] 蛋白質(zhì)工程的流程一般為預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到并改變對應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質(zhì)。密碼子的簡并指的是同一種氨基酸可以由幾種不同的密碼子決定。
（2） 蛋白質(zhì)工程是基因工程的延伸，基因工程中獲取目的基因常用PCR 技術(shù)擴(kuò)增。PCR 技術(shù)遵循的基本原理是DNA半保留復(fù)制。
（3） 將提取的水蛭蛋白經(jīng)甲、乙兩種蛋白酶水解后，分析水解產(chǎn)物中的肽含量及其抗凝血活性，結(jié)果如圖所示。推測兩種處理后酶解產(chǎn)物的抗凝血活性差異主要與肽的種類（填“種類”或“含量”）有關(guān)，其活性不同的原因是不同肽鏈的氨基酸數(shù)目、排列順序不同導(dǎo)致功能出現(xiàn)差異。
[解析] 由題圖可知，將提取的水蛭蛋白經(jīng)甲、乙兩種蛋白酶水解后，水解產(chǎn)物中的肽含量差別不大，但抗凝血活性差別較大，推測兩種處理后酶解產(chǎn)物的抗凝血活性差異主要與肽的種類有關(guān)。不同肽的功能不同主要與氨基酸的數(shù)目、排列順序不同有關(guān)。
若要比較蛋白質(zhì)工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解產(chǎn)物和天然水蛭素的抗凝血活性差異，簡要寫出實(shí)驗(yàn)設(shè)計思路：取四支試管，分別加入等量的生理鹽水、蛋白質(zhì)工程改造后的水蛭素、水蛭蛋白酶解產(chǎn)物和天然水蛭素，再向四支試管中各加入等量的新鮮血液，觀察四支試管中血液的凝血情況。
教師尊享·備課題組
1. [2022江蘇]采用基因工程技術(shù)調(diào)控植物激素代謝，可實(shí)現(xiàn)作物改良。下列相關(guān)敘述不合理的是( B )
A. 用特異啟動子誘導(dǎo)表達(dá) （生長素合成基因）可獲得無子果實(shí)
B. 大量表達(dá) （細(xì)胞分裂素合成關(guān)鍵基因）可抑制芽的分化
C. 提高 （氧化赤霉素的酶基因）的表達(dá)水平可獲得矮化品種
D. 在果實(shí)中表達(dá) （乙烯合成關(guān)鍵酶基因）的反義基因可延遲果實(shí)成熟
[解析] 生長素能促進(jìn)果實(shí)發(fā)育，用特異啟動子誘導(dǎo)表達(dá) （生長素合成基因）可獲得無子果實(shí)，A不符合題意；大量表達(dá) （細(xì)胞分裂素合成關(guān)鍵基因）可使細(xì)胞分裂素含量升高，細(xì)胞分裂素含量升高，有利于芽的分化，B符合題意；赤霉素能促進(jìn)細(xì)胞伸長，從而引起植株增高，提高 （氧化赤霉素的酶基因）的表達(dá)水平可使赤霉素含量降低,從而獲得矮化品種，C不符合題意；乙烯有催熟作用，在果實(shí)中表達(dá) （乙烯合成關(guān)鍵酶基因）的反義基因可抑制乙烯的合成，果實(shí)成熟會延遲，D不符合題意。
2. [2021遼寧]腈水合酶 廣泛應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)和醫(yī)藥原料生產(chǎn)等領(lǐng)域，但不耐高溫。利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)在 的 和 亞基之間加入一段連接肽，可獲得熱穩(wěn)定的融合型腈水合酶 。下列有關(guān)敘述錯誤的是( D )
A. 與 氨基酸序列的差異是影響其熱穩(wěn)定性的原因之一
B. 加入連接肽需要通過改造基因?qū)崿F(xiàn)
C. 獲得 的過程需要進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和翻譯
D. 檢測 的活性時先將 與底物充分混合，再置于高溫環(huán)境
[解析] 據(jù)題意可知，利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)在 的 和 亞基之間加入一段連接肽，可獲得熱穩(wěn)定的融合型腈水合酶 ，故 與 氨基酸序列的差異是影響其熱穩(wěn)定性的原因之一，A正確；改造蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)需要通過改造基因來實(shí)現(xiàn)，B正確；利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)獲得 的過程涉及轉(zhuǎn)錄和翻譯，C正確；檢測 的活性時，應(yīng)先將 置于高溫環(huán)境中，再將其與底物充分混合，D錯誤。
3. [2021海南，11分] 是一種高效的基因編輯技術(shù)， 基因表達(dá)的 蛋白像一把“分子剪刀”，在單鏈向?qū)?引導(dǎo)下，切割DNA雙鏈以敲除目標(biāo)基因或插入新的基因。 基因編輯技術(shù)的工作原理如圖所示。回答下列問題。
（1） 過程①中，為構(gòu)建 重組質(zhì)粒，需對含有特定 編碼序列的DNA進(jìn)行酶切處理，然后將其插入到經(jīng)相同酶切處理過的質(zhì)粒上，插入時所需要的酶是DNA連接酶。
[解析] 基因工程中所需的工具酶有限制酶和DNA連接酶，限制酶負(fù)責(zé)“切割”，DNA連接酶負(fù)責(zé)“連接”。
（2） 過程②中，將重組質(zhì)粒導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞的方法是感受態(tài)細(xì)胞法。
[解析] 將目的基因?qū)氪竽c桿菌細(xì)胞常用的方法是感受態(tài)細(xì)胞法。
（3） 過程③~⑤中， 與 蛋白形成復(fù)合體，該復(fù)合體中的 可識別并與目標(biāo)DNA序列特異性結(jié)合，二者結(jié)合所遵循的原則是堿基互補(bǔ)配對原則。隨后， 蛋白可切割目標(biāo)DNA上特定的核苷酸序列。
[解析] 與 蛋白形成的復(fù)合體中的 可通過堿基互補(bǔ)配對原則與目標(biāo)DNA序列特異性結(jié)合。由題圖可知， 蛋白在功能上屬于限制酶，可切割目標(biāo)DNA上特定的核苷酸序列。
（4） 利用 基因編輯技術(shù)敲除一個長度為 的基因，在DNA水平上判斷基因敲除是否成功所采用的方法是DNA分子雜交技術(shù)，基因敲除成功的判斷依據(jù)是不出現(xiàn)雜交帶。
[解析] 在DNA水平上,可利用DNA分子雜交技術(shù)判斷基因敲除是否成功，具體過程是將敲除基因用放射性同位素等作標(biāo)記,以此作為探針,使探針與基因組DNA雜交,若不出現(xiàn)雜交帶，則說明基因敲除成功。
（5） 某種蛋白酶可高效降解羽毛中的角蛋白。科研人員將該蛋白酶基因插入到 質(zhì)粒中獲得重組質(zhì)粒，隨后將其導(dǎo)入到大腸桿菌細(xì)胞，通過基因編輯把該蛋白酶基因插入到基因組DNA中，構(gòu)建得到能大量分泌該蛋白酶的工程菌。據(jù)圖簡述 重組質(zhì)粒在受體細(xì)胞內(nèi)，將該蛋白酶基因插入到基因組DNA的編輯過程： 重組質(zhì)粒中的 編碼序列、 基因分別在受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和表達(dá)， 編碼序列轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物是 ， 基因表達(dá)的產(chǎn)物是 蛋白，二者形成復(fù)合體，該復(fù)合體中的 可引導(dǎo)識別目標(biāo)DNA序列，并與之結(jié)合， 蛋白在特定位點(diǎn)對基因組DNA進(jìn)行切割，以便蛋白酶基因插入到基因組DNA中。
4. [2021北京，12分]新冠病毒 引起的疫情仍在一些國家和地區(qū)肆虐，接種疫苗是控制全球疫情的最有效手段。新冠病毒疫苗有多種，其中我國科學(xué)家已研發(fā)出的腺病毒載體重組新冠病毒疫苗（重組疫苗）是一種基因工程疫苗，其基本制備步驟是：將新冠病毒的 基因連接到位于載體上的腺病毒基因組 DNA 中，重組載體經(jīng)擴(kuò)增后轉(zhuǎn)入特定動物細(xì)胞， 進(jìn)而獲得重組腺病毒并制成疫苗。
（1） 新冠病毒是RNA病毒，一般先通過逆轉(zhuǎn)錄（反轉(zhuǎn)錄）得到 ，經(jīng)PCR擴(kuò)增獲取 基因，酶切后再連接到載體。
[解析] 由RNA得到 的過程為逆轉(zhuǎn)錄（反轉(zhuǎn)錄）過程，該過程需要逆轉(zhuǎn)錄酶，得到新冠病毒的 后，經(jīng)PCR擴(kuò)增獲取 基因，再經(jīng)酶切后連接到載體上。
（2） 重組疫苗中的 基因應(yīng)編碼A。
A. 病毒與細(xì)胞識別的蛋白 B. 與病毒核酸結(jié)合的蛋白
C. 催化病毒核酸復(fù)制的酶 D. 幫助病毒組裝的蛋白
[解析] 重組疫苗中的 基因編碼的蛋白質(zhì)應(yīng)是能被免疫細(xì)胞識別并使機(jī)體產(chǎn)生免疫反應(yīng)的蛋白質(zhì)，即病毒與細(xì)胞識別的蛋白。
（3） 為保證安全性，制備重組疫苗時刪除了腺病毒的某些基因，使其在人體中無法增殖，但重組疫苗仍然可以誘發(fā)人體產(chǎn)生針對新冠病毒的特異性免疫應(yīng)答。該疫苗發(fā)揮作用的過程是：接種疫苗→ （重組腺病毒）進(jìn)入細(xì)胞→表達(dá)抗原→誘發(fā)特異性免疫反應(yīng)。
[解析] 接種疫苗后，重組腺病毒進(jìn)入人體細(xì)胞，在人體細(xì)胞中表達(dá)抗原，進(jìn)而誘發(fā)人體產(chǎn)生特異性免疫反應(yīng)。
（4） 重組疫苗只需注射一針即可完成接種。數(shù)周后，接種者體內(nèi)仍然能檢測到重組腺病毒DNA，但其DNA不會整合到人的基因組中。請由此推測只需注射一針即可起到免疫保護(hù)作用的原因。重組腺病毒DNA在人體細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)抗原，反復(fù)刺激機(jī)體免疫系統(tǒng)。
[解析] 由于接種者在接種數(shù)周后體內(nèi)仍然能檢測到重組腺病毒DNA，說明重組腺病毒DNA可在人體細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)抗原，進(jìn)而反復(fù)刺激機(jī)體免疫系統(tǒng)，故重組疫苗只需注射一針即可起到免疫保護(hù)作用。
作業(yè)幫 練透好題 精準(zhǔn)分層
基礎(chǔ)過關(guān)
一、選擇題
1. [2023昆明質(zhì)檢]蛋白質(zhì)工程是在深入了解蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，它最終要達(dá)到的目的是( D )
A. 分析蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)
B. 研究蛋白質(zhì)的氨基酸組成
C. 獲取編碼蛋白質(zhì)的基因序列信息
D. 改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造新的蛋白質(zhì)，滿足人類的需求
[解析] 分析蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)工程的準(zhǔn)備工作，與題意不符，A錯誤；研究蛋白質(zhì)的氨基酸組成是為了設(shè)計或改造相關(guān)基因，不是蛋白質(zhì)工程的最終目的，B錯誤；獲取編碼蛋白質(zhì)的基因序列信息實(shí)現(xiàn)了對基因的改造或合成過程，但不是蛋白質(zhì)工程的最終目的，C錯誤；改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造新的蛋白質(zhì)，從而滿足人類的需求，實(shí)現(xiàn)對蛋白質(zhì)的定向改造，這是蛋白質(zhì)工程的最終目的，D正確。
2. [2022大連一中檢測]下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程和基因工程的比較，錯誤的是( C )
A. 基因工程合成的是天然存在的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)工程合成的一般不是天然存在的蛋白質(zhì)
B. 蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，最終還是要通過基因改造或基因合成來完成
C. 基因工程產(chǎn)生的變異是可遺傳的，蛋白質(zhì)工程產(chǎn)生的變異是不可遺傳的
D. 基因工程和蛋白質(zhì)工程都需構(gòu)建基因表達(dá)載體，都遵循中心法則
[解析] 基因工程原則上只能生產(chǎn)自然界中已存在的蛋白質(zhì)，而蛋白質(zhì)工程可以對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造新的蛋白質(zhì)，A正確；蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，蛋白質(zhì)工程最終還是要通過改造或合成基因來完成，B正確；基因工程產(chǎn)生的變異是可遺傳的，蛋白質(zhì)工程的操作對象依然是基因，因此其產(chǎn)生的變異也是可遺傳的，C錯誤；基因工程和蛋白質(zhì)工程都遵循中心法則，都需構(gòu)建基因表達(dá)載體，D正確。
3. [2023南昌十中檢測]草甘膦是一種廣泛使用的除草劑，能不加選擇地殺死多種雜草和農(nóng)作物，研究發(fā)現(xiàn)，某種植物對草甘膦具有抗性，將該種植物的抗草甘膦基因轉(zhuǎn)入油菜中，能使油菜抗草甘膦。在轉(zhuǎn)基因油菜種植多年后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該地域未使用草甘膦的野生型油菜約 含有抗草甘膦基因，下列敘述錯誤的是( C )
A. 轉(zhuǎn)基因油菜的育種原理是基因重組
B. 轉(zhuǎn)入抗草甘膦基因，改變了油菜的進(jìn)化方向
C. 野生油菜中含抗草甘膦基因是自然選擇的結(jié)果
D. 大量使用草甘膦，降低了生態(tài)系統(tǒng)物種的豐富度
[解析] 基因工程的原理是基因重組，A正確；轉(zhuǎn)入抗草甘膦基因，增加了基因種類，改變了油菜的基因頻率，因此改變了油菜的進(jìn)化方向，B正確；野生油菜中含抗草甘膦基因是轉(zhuǎn)基因油菜與野生型油菜存在基因交流導(dǎo)致的，C錯誤；草甘膦能不加選擇地殺死多種雜草和農(nóng)作物，大量使用草甘膦，會減少物種數(shù)目，降低生態(tài)系統(tǒng)物種的豐富度，D正確。
4. [2022重慶名校聯(lián)考]干擾素是一種具有干擾病毒復(fù)制作用的糖蛋白，可以用于治療病毒的感染和癌癥，但體外保存相當(dāng)困難。如圖是利用蛋白質(zhì)工程設(shè)計生產(chǎn)干擾素的流程圖，據(jù)圖分析下列敘述錯誤的是( D )
A. 圖中構(gòu)建新的干擾素模型的主要依據(jù)是新的干擾素的預(yù)期功能
B. 圖中新的干擾素基因必須插入質(zhì)粒上的啟動子和終止子之間才能表達(dá)
C. 圖中改造干擾素結(jié)構(gòu)的實(shí)質(zhì)是改造干擾素基因的結(jié)構(gòu)
D. 圖中各過程并沒有涉及基因工程技術(shù)
[解析] 構(gòu)建新的干擾素模型的主要依據(jù)是新的干擾素的預(yù)期功能，A正確；新的干擾素基因必須插入質(zhì)粒上的啟動子和終止子之間才能表達(dá)，B正確；改造干擾素結(jié)構(gòu)的實(shí)質(zhì)是對干擾素基因的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，C正確；題圖中從“人工合成DNA”到“在受體細(xì)胞中表達(dá)”的過程運(yùn)用了基因工程技術(shù)，D錯誤。
5. [2023宿遷檢測，多選]基因編輯是指將外源DNA片段導(dǎo)入染色體DNA特定位點(diǎn)或刪除基因內(nèi)部特定片段，是一種對生物體基因組特定目標(biāo)基因進(jìn)行修飾的技術(shù)。如圖是對某生物 基因進(jìn)行基因編輯的過程，該過程用 指引內(nèi)切核酸酶 結(jié)合到特定的靶位點(diǎn)。下列相關(guān)敘述錯誤的是( AD )
A. 的全部堿基序列與靶基因序列完全互補(bǔ)
B. 內(nèi)切核酸酶 可斷裂核苷酸之間的磷酸二酯鍵
C. 根據(jù)上述處理前后生物體的功能變化，可推測 基因的功能
D. 使用該項基因編輯技術(shù)來預(yù)防人的某些疾病時不需要審批
[解析] 據(jù)圖觀察 的部分堿基序列與靶基因序列互補(bǔ)，A錯誤；內(nèi)切核酸酶 可斷裂核苷酸之間的磷酸二酯鍵，B正確；通過編輯 基因后生物體的功能變化，可推測 基因的功能，C正確；使用該項基因編輯技術(shù)來預(yù)防人的某些疾病時需要審批，D錯誤。
二、非選擇題
6. [2023豫北名校聯(lián)考，15分] 抗胰蛋白酶缺乏癥是一種單基因遺傳病，患者會出現(xiàn)肺氣腫及其他疾病，嚴(yán)重者甚至死亡，可采用注射 抗胰蛋白酶的方法來緩解患者的癥狀。科研團(tuán)隊決定結(jié)合如圖所示流程，運(yùn)用蛋白質(zhì)工程設(shè)計、制造出全新的 抗胰蛋白酶，同時結(jié)合基因工程和胚胎工程進(jìn)行擴(kuò)大生產(chǎn)。
回答下列問題：
（1） ①~③過程屬于蛋白質(zhì)工程，僅從③過程看，由氨基酸序列獲得的核酸序列不是（填“是”或“不是”）唯一的，原因是密碼子的簡并（或一種氨基酸可對應(yīng)多種密碼子）。
[解析] 密碼子的簡并，故由氨基酸序列得到的mRNA的堿基序列不是唯一的，再通過逆轉(zhuǎn)錄得到的核酸序列也不是唯一的。
（2） 基因工程的核心是構(gòu)建基因表達(dá)載體，基因表達(dá)載體除含目的基因外，還必須有啟動子、終止子、標(biāo)記基因（填兩種）等。可用顯微注射技術(shù)將基因表達(dá)載體導(dǎo)入受精卵中。
[解析] 基因表達(dá)載體上一般有啟動子、終止子、標(biāo)記基因（如抗生素抗性基因）、目的基因等。將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞可以采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法（導(dǎo)入植物細(xì)胞）、 處理法（導(dǎo)入微生物細(xì)胞）、顯微注射法（導(dǎo)入動物細(xì)胞）等。
（3） ⑧過程中，卵母細(xì)胞要在體外人工培養(yǎng)成熟后才能與獲能的精子受精。為提高培育成功率，進(jìn)行⑨過程之前，要對提供卵母細(xì)胞的雌性動物和受體動物進(jìn)行同期發(fā)情處理。
[解析] 采集的卵母細(xì)胞要在體外經(jīng)人工培養(yǎng)成熟后才能與獲能的精子受精。進(jìn)行胚胎移植前，需要使供體動物和受體動物生殖器官的生理變化相同，以保證胚胎能夠移植成功，因此進(jìn)行⑨過程之前，需要對受體動物和提供卵母細(xì)胞的雌性動物進(jìn)行同期發(fā)情處理。
（4） 欲通過乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)預(yù)期 抗胰蛋白酶，則構(gòu)建基因表達(dá)載體時所用的啟動子應(yīng)為乳腺蛋白基因的啟動子，且在⑧過程之前，要除去含 （填“ ”或“ ”）染色體的精子。
[解析] 利用乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥物時，需要讓目的基因在乳腺細(xì)胞中表達(dá)，因此啟動子應(yīng)該用乳腺蛋白基因的啟動子。由于只有雌性動物才可以表達(dá)出乳腺蛋白，所以在體外受精之前可除去含 染色體的精子，使受精卵的性染色體組成為 。
7. [2023南京六校調(diào)研，12分]在乙肝病毒 的結(jié)構(gòu)蛋白中，可用來制備疫苗的主要是 蛋白， 基因已在多種生物體系中成功表達(dá)。如圖1表示研究人員用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法培育出轉(zhuǎn)基因番茄的過程，用于生產(chǎn)可口服的乙肝病毒疫苗，根據(jù)所學(xué)知識回答下列問題：
圖1
（1） 可利用PCR技術(shù)擴(kuò)增 基因片段，在PCR過程中需要用到耐高溫的DNA聚合酶，還需要根據(jù) 基因兩端已知的序列合成引物,擴(kuò)增過程中應(yīng)選擇圖2中的引物 、 （填字母）。
圖2
[解析] 在PCR過程中需要用到耐高溫的DNA聚合酶。PCR擴(kuò)增過程中子鏈的延伸方向?yàn)?，因此需選擇引物 和引物 。
（2） 基因工程的核心步驟是基因表達(dá)載體的構(gòu)建。由圖1可知，過程①需要用到的限制酶是 和 ，目的基因 要插入農(nóng)桿菌 質(zhì)粒的 中，在培養(yǎng)農(nóng)桿菌的培養(yǎng)基中添加卡那霉素可篩選到含重組質(zhì)粒的農(nóng)桿菌。
[解析] 基因工程的核心步驟是構(gòu)建基因表達(dá)載體。據(jù)圖1分析可知,若用限制酶 進(jìn)行切割，會破壞 基因，因此應(yīng)選擇限制酶 和 對目的基因和質(zhì)粒進(jìn)行切割。目的基因要插入農(nóng)桿菌 質(zhì)粒的 上，利用 質(zhì)粒 可轉(zhuǎn)移的特點(diǎn)將目的基因轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞并整合到受體細(xì)胞的染色體DNA上。構(gòu)建的基因表達(dá)載體中抗卡那霉素基因完整，抗四環(huán)素基因被破壞，因此需在培養(yǎng)農(nóng)桿菌的培養(yǎng)基中添加卡那霉素，在該培養(yǎng)基上能生存的農(nóng)桿菌含有重組質(zhì)粒。
（3） 讓含有 基因的農(nóng)桿菌侵染番茄細(xì)胞，受損的番茄組織更有利于農(nóng)桿菌的侵染，其原因是當(dāng)番茄植株受到損傷時，傷口處的細(xì)胞會分泌大量的酚類物質(zhì)，吸引農(nóng)桿菌移向這些細(xì)胞， 基因在番茄植株中遺傳信息傳遞的一般規(guī)律為（用流程圖表示）。
[解析] 當(dāng)番茄植株受到損傷時，傷口處的細(xì)胞會分泌大量的酚類物質(zhì)，吸引農(nóng)桿菌移向這些細(xì)胞。 基因在番茄植株細(xì)胞中能夠進(jìn)行復(fù)制，還能進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和翻譯，表達(dá)出 蛋白。
（4） 轉(zhuǎn)基因番茄的細(xì)胞具有全能性，在一定的營養(yǎng)、激素以及無菌、適宜的 和溫度等條件下，轉(zhuǎn)基因番茄的細(xì)胞可以形成愈傷組織，該過程稱為脫分化，再通過再分化形成試管苗。用該植株結(jié)出的番茄果實(shí)飼喂小鼠，若在小鼠的血清中檢測到乙肝病毒的抗體，則說明轉(zhuǎn)基因疫苗口服有效。
[解析] 轉(zhuǎn)基因番茄的細(xì)胞可經(jīng)脫分化形成愈傷組織，愈傷組織通過再分化可形成試管苗。 蛋白是乙肝病毒的結(jié)構(gòu)蛋白，可用來制備疫苗，用轉(zhuǎn)基因番茄植株結(jié)出的番茄果實(shí)飼喂小鼠，若在小鼠血清中檢測到乙肝病毒的抗體，則說明轉(zhuǎn)基因疫苗口服有效。
能力提升
一、選擇題
8. 利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)羧酸酯酶 制劑的流程如圖所示，下列敘述錯誤的是( A )
A. 過程①表示逆轉(zhuǎn)錄過程，需要解旋酶和DNA聚合酶
B. 通過過程②從 中獲得的 基因無啟動子和內(nèi)含子
C. 過程③一般用 處理大腸桿菌，使其處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)
D. 通過過程④得到的工程菌是指能使 基因得到高效表達(dá)的菌株
[解析] 過程①表示逆轉(zhuǎn)錄過程，需要逆轉(zhuǎn)錄酶，A錯誤； 是以mRNA為模板逆轉(zhuǎn)錄形成的，其中不含啟動子和內(nèi)含子，因此通過過程②從 中獲得的 基因無啟動子和內(nèi)含子，B正確；過程③表示將目的基因?qū)氪竽c桿菌細(xì)胞，一般用 處理大腸桿菌，使其處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)，C正確；通過過程④得到的工程菌是指能使 基因得到高效表達(dá)的菌株，D正確。
9. [2022石家莊檢測]枯草桿菌蛋白酶能催化蛋白質(zhì)水解為氨基酸，在有機(jī)溶劑中也能催化多肽的合成。這些堿性蛋白酶具有重要的應(yīng)用價值，被廣泛應(yīng)用于洗滌劑、制革及絲綢工業(yè)。將枯草桿菌蛋白酶分子的 和 改成 ,可使其在 時的活力提高10倍。下列說法正確的是( A )
A. 完成氨基酸的替換需要通過改造基因?qū)崿F(xiàn)
B. 該成果體現(xiàn)了蛋白質(zhì)工程在培育新物種方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢
C. 經(jīng)蛋白質(zhì)工程改造后的枯草桿菌蛋白酶活性提高這一性狀不可遺傳
D. 蛋白質(zhì)工程最終要達(dá)到的目的是獲取編碼蛋白質(zhì)的基因序列信息
[解析] 氨基酸的排列順序是由基因決定的，因此完成氨基酸的替換需要通過改造基因?qū)崿F(xiàn)，A正確；該成果培育了新品種，而不是新物種，B錯誤；經(jīng)蛋白質(zhì)工程改造后的枯草桿菌蛋白酶的基因發(fā)生了改變，經(jīng)蛋白質(zhì)工程改造后的枯草桿菌蛋白酶活性提高這一性狀可以遺傳，C錯誤；蛋白質(zhì)工程是在深入了解蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，最終要達(dá)到的目的是改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的需求，D錯誤。
二、非選擇題
10. [2023宿遷檢測，12分]一種天然蛋白 能高效降解因纖維蛋白凝聚而成的血栓，但是心梗患者注射大劑量的 會誘發(fā)顱內(nèi)出血。研究證實(shí)，將 蛋白第84位的半胱氨酸換成絲氨酸，能顯著降低其誘發(fā)出血的副作用。據(jù)此，先對天然 基因的堿基序列進(jìn)行改造，再采取傳統(tǒng)的基因工程方法表達(dá)該改造后的基因，可制造出性能優(yōu)異的改良 蛋白。如圖1表示相關(guān)的目的基因、載體及限制酶識別序列和切割位點(diǎn)， 為質(zhì)粒，請回答下列問題：
圖1
（1） 可以先提取細(xì)胞的（總）RNA（或mRNA）來合成總 ，再從 文庫中獲取 基因。通過改造 基因制造出性能優(yōu)異的改良 蛋白的過程稱為蛋白質(zhì)工程。
[解析] 文庫構(gòu)建是將mRNA在體外逆轉(zhuǎn)錄成 ，與質(zhì)粒載體連接后轉(zhuǎn)化受體菌，進(jìn)行繁殖擴(kuò)增，最終獲得包含組織或細(xì)胞全部mRNA信息的 克隆群體，因此要首先提取細(xì)胞的（總）RNA來合成總 ，進(jìn)而構(gòu)建 文庫。對天然的 基因進(jìn)行改造，以制造出性能優(yōu)異的改良 蛋白的技術(shù)稱為蛋白質(zhì)工程。
（2） 若改造后的 基因的黏性末端如圖1所示，則需要選用限制酶 和 切割質(zhì)粒 ，保證質(zhì)粒與 改良基因高效連接。再用DNA連接酶催化形成磷酸二酯鍵，構(gòu)建重組質(zhì)粒。
[解析] 根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則， 基因的左端黏性末端為 ，可用 酶切得到， 基因的右端黏性末端為 ，可用 酶切得到，質(zhì)粒需要用相同的酶進(jìn)行酶切以得到與目的基因相同的黏性末端，因此需選用限制酶 和 切割質(zhì)粒 。通過DNA連接酶連接DNA片段之間的磷酸二酯鍵，構(gòu)建重組質(zhì)粒。
（3） 以大腸桿菌作為受體細(xì)胞，在含新霉素的培養(yǎng)基中形成菌落的受體細(xì)胞并非都是目的菌株，原因是導(dǎo)入未連接目的基因的質(zhì)粒（或 或空質(zhì)粒或普通質(zhì)粒）的大腸桿菌也可以在這種培養(yǎng)基上生長。成功獲取能生產(chǎn)改良 蛋白的工程菌株后，利用液體（填“固體”或“液體”）培養(yǎng)基在發(fā)酵罐中進(jìn)行大量生產(chǎn)。
[解析] 導(dǎo)入未連接目的基因的質(zhì)粒的大腸桿菌也可以在含新霉素的培養(yǎng)基中生長，因此在含新霉素的培養(yǎng)基中形成菌落的受體細(xì)胞并非都是目的菌株（含有目的基因的大腸桿菌）。液體培養(yǎng)基常用于擴(kuò)大培養(yǎng)，因此利用液體培養(yǎng)基在發(fā)酵罐中進(jìn)行大量生產(chǎn)。
（4） 除了用工程菌株，還可以用圖2所示方法從轉(zhuǎn)基因牛乳汁中獲得改良 蛋白：
圖2
過程②常用的方法是顯微注射法；在過程④前需要取囊胚的滋養(yǎng)層細(xì)胞做DNA分析進(jìn)行性別鑒定；為了保證 改良基因能在乳腺細(xì)胞中表達(dá)，構(gòu)建基因表達(dá)載體需要將其與乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動子（或乳腺蛋白基因的啟動子）等調(diào)控元件重組在一起。
[解析] 過程②表示將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，導(dǎo)入動物細(xì)胞常用顯微注射法。囊胚期細(xì)胞逐漸分化，內(nèi)細(xì)胞團(tuán)將來發(fā)育成胎兒的各種組織，滋養(yǎng)層細(xì)胞將發(fā)育成胎膜和胎盤，做DNA分析進(jìn)行性別鑒定時常取囊胚的滋養(yǎng)層細(xì)胞。為了保證 改良基因能在乳腺細(xì)胞中表達(dá)，構(gòu)建基因表達(dá)載體需要將其與乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動子等調(diào)控元件重組在一起。
11. [2023南京調(diào)研，16分]1965年中國科學(xué)家人工合成了具有生物活性的結(jié)晶牛胰島素，摘取了人工合成蛋白質(zhì)的桂冠。人胰島素基因表達(dá)的最初產(chǎn)物是一條肽鏈構(gòu)成的前胰島素原，經(jīng)圖1所示過程形成具生物活性的胰島素。此后科學(xué)家又提出了利用基因工程改造大腸桿菌生產(chǎn)人胰島素的兩種方法： 法是根據(jù)胰島素 、 兩條肽鏈的氨基酸序列人工合成兩種DNA片段，利用工程菌分別合成兩條肽鏈后將其混合自然形成胰島素； 法是利用胰島 細(xì)胞中的mRNA得到胰島素基因，表達(dá)出胰島素原后再用特定酶切掉 肽段。這兩種方法使用同一種質(zhì)粒作為載體。請據(jù)圖分析并回答下列問題：
（1） 在人體胰島 細(xì)胞內(nèi)，圖1中前胰島素原形成具生物活性的胰島素過程中參與的細(xì)胞器有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體和線粒體。
[解析] 胰島素屬于分泌蛋白，胰島素原形成具生物活性的胰島素過程中參與的細(xì)胞器有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體和線粒體。
（2） 由于密碼子的簡并， 法中人工合成的兩種DNA片段均有多種可能的序列。 和 （填“ ”“ ”或“ 和 ”）法獲取的目的基因中不含人胰島素基因啟動子。
[解析] 密碼子的簡并，胰島素基因存在于所有細(xì)胞中，但只能在胰島 細(xì)胞中表達(dá)。結(jié)合題干信息可知， 法是從人體胰島 細(xì)胞中獲取mRNA，啟動子在非編碼區(qū)，不被轉(zhuǎn)錄和翻譯；根據(jù)題干信息“ 法是根據(jù)胰島素 、 兩條肽鏈的氨基酸序列人工合成兩種DNA片段，利用工程菌分別合成兩條肽鏈后將其混合自然形成胰島素”可知， 法是從人體胰島 細(xì)胞中獲取能夠編碼氨基酸的核苷酸序列，故AB和 法獲取的目的基因中均不含人胰島素基因啟動子。
（3） 圖2是利用基因工程生產(chǎn)人胰島素過程中使用的質(zhì)粒及目的基因的部分結(jié)構(gòu)。為使目的基因與載體正確連接，在設(shè)計PCR引物時可添加限制酶 和 的識別序列。通過上述方法獲得人的胰島素基因后，需要通過PCR技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)增，已知胰島素基因左端①處的堿基序列為 ，則其中一種引物設(shè)計的序列是 。
[解析] 分析圖2， 和 限制酶會破壞目的基因， Ⅰ 會破壞標(biāo)記基因，所以在設(shè)計PCR引物時可添加限制酶 和 的識別序列。已知胰島素基因左端①處的堿基序列為 ，在設(shè)計PCR引物時需要添加限制酶 和 的識別序列，根據(jù)兩種酶在質(zhì)粒上的位置上可知， 的識別序列需要添加在目的基因左側(cè)， 的識別序列需要添加在目的基因右側(cè)，由于DNA合成時新鏈的延伸方向是 ，即其中一種引物與模板鏈 端（①處互補(bǔ)的位置）堿基互補(bǔ)配對，同時該引物序列需要包含 的識別序列，所以其中一種引物設(shè)計的序列是 。
（4） 對重組表達(dá)載體進(jìn)行酶切鑒定，若選擇限制酶 ，最多能獲得3種大小不同的DNA片段。
[解析] 對重組表達(dá)載體進(jìn)行酶切鑒定，根據(jù)圖2可知，目的基因含有2個 的識別位點(diǎn)，質(zhì)粒中的 的識別位點(diǎn)不會被目的基因破壞，則重組表達(dá)載體一共含有3個 的識別位點(diǎn)，所以選擇限制酶 酶切重組表達(dá)載體，最多可以獲得3種大小不同的DNA片段。
（5） 半乳糖苷酶可以分解無色的 產(chǎn)生藍(lán)色物質(zhì)使菌落呈現(xiàn)藍(lán)色，否則菌落為白色。經(jīng) 處理的大腸桿菌與重組質(zhì)粒混合培養(yǎng)一段時間后，采用稀釋涂布平板法將大腸桿菌接種到添加了氨芐青霉素和 的培養(yǎng)基上篩選出白色的菌落即為工程菌種。
[解析] 常見的微生物接種方法有稀釋涂布平板法和平板劃線法，其中稀釋涂布平板法可使獲得的菌落均勻分布。由于重組質(zhì)粒中含有氨芐青霉素抗性基因，成功導(dǎo)入重組質(zhì)粒的大腸桿菌可以在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上存活下來，而未導(dǎo)入的則會死亡，將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞常用的方法是 處理法，使其處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)。目的基因的插入位置破壞了 基因的結(jié)構(gòu)，不能產(chǎn)生 半乳糖苷酶，底物 不會被分解，所以篩選導(dǎo)入重組質(zhì)粒的大腸桿菌時，在添加了氨芐青霉素和 的培養(yǎng)基上應(yīng)選擇白色的菌落。
（6） 科學(xué)家利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)，研制出了賴脯胰島素，與天然胰島素相比，其皮下注射后易吸收、起效快。獲得賴脯胰島素基因的途徑是從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列。

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