資源簡介

(共107張PPT)
基因工程的應用、蛋白質工程、DNA的兩個重要實驗
第62課時
1.舉例說明基因工程在農牧業、食品工業及醫藥衛生領域等方面的廣泛應用改善了人類的生活品質。
2.概述人們根據基因工程原理，進行蛋白質設計和改造，可以獲得性狀和功能更符合人類需求的蛋白質。
3.舉例說明依據人類需要對原有蛋白質結構進行基因改造、生產目標蛋白的過程。
課標要求
考情分析
1.基因工程的應用 2022·河北·T24　2022·廣東·T22　2022·全國乙·T38　2021·河北·T24
2.蛋白質工程的原理和應用 2022·湖南·T22　2021·遼寧·T14　2022·重慶·T3
3.DNA的粗提取與鑒定 2023·廣東·T11　2022·山東·T13　2021·山東·T13
4.DNA片段的擴增與電泳鑒定 2023·江蘇·T22　2023·山東·T25　2023·浙江6月選考·T19　
2022·遼寧·T12　2022·江蘇·T24　2021·山東·T25　2021·全國甲·T38
內容索引
考點一　　基因工程的應用
考點二　　蛋白質工程的原理和應用
課時精練
考點三　　DNA的粗提取與鑒定、DNA片段的擴增與電泳鑒定
考點一
基因工程的應用
1.基因工程在農牧業方面的應用
抗病基因
降解或抵抗
抗蟲功能的基因
蛋白
質編碼基因
花青素代謝相關的
外源生長激素
腸乳糖酶基因
乳汁
2.基因工程在醫藥衛生領域的應用
基因改造
乳腺
中特異表達
顯
微注射
抗原決定基因
克隆
免疫排斥
3.基因工程在食品工業方面的應用
工程菌
牛凝乳酶的基因
因工程菌
基
(1)科學家利用轉基因技術培育了抗玉米螟玉米，種植該玉米的農田就不需要進行防蟲管理了(　　)
提示　轉基因抗玉米螟玉米能夠抵抗玉米螟，但不一定能抵抗其他害蟲。
×
(2)乳腺生物反應器是將藥用蛋白基因導入動物的乳腺細胞中(　　)
提示　乳腺生物反應器是將藥用蛋白基因導入哺乳動物的受精卵中，但該基因在乳腺細胞中表達。
×
(3)用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的菌類一般稱為基因工程菌(　　)
(4)由大腸桿菌工程菌獲得人的干擾素后可直接應用(　　)
√
提示　大腸桿菌細胞中沒有內質網、高爾基體等細胞器，獲得人的干擾素后要經過進一步的加工和修飾才具有生物活性。
×
1.基因工程用于提高植物抗逆能力，請思考回答下列轉基因抗蟲棉的相關問題：
(1)抗蟲棉能抗病毒、細菌、真菌嗎？為什么？
提示　不能。抗蟲基因具有專一性。
(2)從環境保護角度出發，分析轉基因抗蟲棉與普通棉相比在害蟲防治方面的優越性有哪些？
提示　減少了化學農藥的使用量，降低了環境污染。
(3)種植轉基因抗蟲棉若干年后，害蟲會不會對轉基因抗蟲棉產生抗性？為什么？
提示　會。害蟲會因遺傳物質發生改變產生對轉基因抗蟲棉的抗性。
2.為提高動物的生長速度，需要將外源生長激素基因導入動物體內，應該選擇的受體細胞是什么？并說明理由。
提示　應該選擇的受體細胞是受精卵。受精卵體積較大，操作較容易，營養物質含量豐富，也能保障發育成的個體所有細胞都含有外源生長激素基因，全能性較高。
3.生產乳腺生物反應器構建基因表達載體時有什么特別要求？為什么？
提示　必須把目的基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調控元件重組在一起。因為只有連接了乳腺蛋白基因的啟動子，才能保證相應的目的基因在雌性動物泌乳期的乳腺細胞內表達。
乳腺生物反應器
(1)操作過程
(2)比較乳腺生物反應器與膀胱生物反應器
①乳腺生物反應器是利用轉基因動物的乳汁生產藥用蛋白，而膀胱生物反應器是利用轉基因動物的尿液生產藥用蛋白，二者的優點：產量高、質量好、成本低、易提取，且不會對動物造成傷害。
②乳腺生物反應器需是處于生殖期的雌性動物才可生產藥用蛋白，而膀胱生物反應器則是任何生長期的雌雄動物均可生產藥用蛋白。
1
2
考向一　基因工程的應用
1.(2024·南京高三模擬)如圖是將人的生長激素基因導入細菌B細胞內制備“工程菌”的示意圖。已知細菌B細胞內不含質粒A，也不含質粒A上的基因。下列說法正確的是
1
2
A.“結合”過程需使用限制酶、
TaqDNA聚合酶以及DNA連
接酶
B.細菌B接種在含有四環素的培
養基上，能生長的就是導入了質粒A的細菌
C.細菌B涂布在含有氨芐青霉素的培養基上，能生長的是只有導入了重組
質粒的細菌
D.生長激素基因導入了細菌B，說明“工程菌”制備成功
√
“結合”過程即基因表達載體
的構建過程，需使用限制酶、
DNA連接酶，A錯誤；
由于將人的生長激素基因導入
質粒時破壞了四環素抗性基因的完整性，導入了重組質粒的細菌沒有對四環素的抗性，在含有四環素的培養基上不能存活，能存活的是導入質粒A的細菌，B正確；
1
2
導入重組質粒的細菌和導入質粒A的細菌，均能在含有氨芐青霉素的培養基上生長，C錯誤；
生長激素基因導入了細菌B，并完成表達才能說明“工程菌”制備成功，D錯誤。
1
2
2.(2024·重慶高三診斷)如圖是利用豬唾液腺生產大量高純度人神經生長因子(hNGF)的流程圖，下列相關說法錯誤的是
1
2
A.人hNGF基因需與唾液淀粉酶
基因的啟動子等重組后再導入
豬成纖維細胞A
B.人hNGF基因導入豬成纖維細胞可以采用顯微注射的方法
C.為確保操作成功，需要對代孕豬C注射適量免疫抑制劑
D.豬唾液腺作為生物反應器具有不受性別限制的特點
√
在相同生理狀態下，受體對植入的同種生物的胚胎幾乎不發生免疫排斥反應，故不需要對代孕豬C注射適量免疫抑制劑，C 錯誤。
1
2
返回
蛋白質工程的原理和應用
考點二
1.蛋白質工程的概念
蛋白質分子
的結構規律
以滿足人類生產和
生活的需求
2.蛋白質工程與基因工程的異同
項目 蛋白質工程 基因工程
過程 從預期的蛋白質功能出發→設計預期的___________→推測應有的___________→找到并改變相對應的_______________(基因)或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質 目的基因的篩選與獲取→基因表達載體的構建→將目的基因導入受體細胞→目的基因的檢測與鑒定
蛋白質結構
氨基酸序列
脫氧核苷酸序列
項目 蛋白質工程 基因工程
實質 定向改造或生產人類所需要的蛋白質 定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需的生物類型或生物產品
結果 可生產_______________________ 只能生產__________________
_______
聯系 蛋白質工程是在基因工程的基礎上，延伸出來的第二代基因工程
自然界中不存在的蛋白質
自然界中已存在的
蛋白質
3.蛋白質工程的應用
(1)在醫藥方面
①利用蛋白質工程研發 。
②實例：如果將干擾素分子上的一個半胱氨酸變成 ，在一定條件下，可以延長保存時間。
藥物
絲氨酸
(2)在工業方面
①蛋白質工程被廣泛用于改進 或開發新的工業用酶。
②實例：枯草桿菌蛋白酶具有水解蛋白質的作用，因此常被用于洗滌劑工業、絲綢工業等。
(3)在農業方面
科學家正在嘗試改造某些參與調控光合作用的酶，以提高植物________
的效率，增加糧食的產量。
酶的性能
光合作用
(1)蛋白質工程需要改變蛋白質分子的所有氨基酸序列(　　)
提示　蛋白質工程改變的是蛋白質分子的少數氨基酸。
×
(2)蛋白質工程是在分子水平上對蛋白質分子直接進行操作，定向改造分子的結構(　　)
提示　蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規律及其與生物功能的關系作為基礎，通過改造或合成基因，來改造現有蛋白質，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類生產和生活的需求。
×
(3)蛋白質工程是一項難度很大的工程，主要是因為人們對蛋白質復雜的高級結構沒有完全認識(　　)
(4)蛋白質工程可以改造酶，提高酶的熱穩定性(　　)
√
√
基因工程在原則上只能生產自然界已存在的蛋白質，這些天然蛋白質是生物在長期進化過程中形成的，它們的結構和功能符合特定物種生存的需要，卻不一定完全符合人類生產和生活的需要。蛋白質工程的目標是生產出符合人類生產和生活需要的蛋白質，甚至是自然界不存在的蛋白質。結合圖示回答有關問題：
(1)寫出流程圖中字母代表的含義：
A. ；B. ；C. ；D. ；E. 。
(2)圖示字母中屬于中心法則的過程有 ，屬于蛋白質工程的過程有
。
預期功能
氨基酸序列
改造或合成
轉錄
翻譯
D、E
A、B、C、D、E
(3)對天然蛋白質進行改造，你認為應該直接對蛋白質分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現？原因是什么？
提示　應該通過對基因的操作來實現對天然蛋白質的改造。主要原因：①蛋白質具有十分復雜的空間結構，基因的結構相對簡單，容易改造；②改造后的基因可以遺傳給下一代，而被改造的蛋白質無法遺傳。
(4)通過對Bt抗蟲蛋白三維結構圖及氨基酸序列進行分析，發現該蛋白質結構中一段由14個氨基酸組成的螺旋結構缺失，結構變化后的Bt抗蟲蛋白能使棉鈴蟲具有更高的致死率。若要根據蛋白質工程的原理設計實驗對Bt抗蟲蛋白進行改造，以提高其致死率，請寫出實驗設計思路。
提示　參照密碼子表，找到合成該14個氨基酸的堿基序列所在的基因位置，將這些堿基序列進行缺失處理。
判斷基因工程和蛋白質工程
(1)如果僅將基因用限制酶從DNA片段中切割下來，沒有經過對編碼蛋白序列進行修飾、加工，或僅對其調控序列進行加工，則屬于基因工程；如果將目的基因經過了一些實質性的改造，如對編碼蛋白序列進行了堿基替換、增添或缺失某幾個堿基，則屬于蛋白質工程。
(2)如果合成的蛋白質是自然界中已存在的蛋白質(天然蛋白質)，則是基因工程；如果合成的蛋白質與天然蛋白質有差異，甚至是自然界中所沒有的，則為蛋白質工程。
考向二　辨析蛋白質工程的原理和操作流程
3.(2024·揚州高三質檢)人體內的t－PA蛋白能高效降解由血纖維蛋白凝聚而成的血栓，然而，為心梗患者注射大劑量的基因工程t－PA會誘發顱內出血，其原因是t－PA與血纖維蛋白結合的特異性不高。研究證實，通過某技術，將t－PA第84位的半胱氨酸換成絲氨酸，可制造出性能優異的改良t－PA蛋白，進而顯著降低顱內出血。下列敘述錯誤的是
A.該技術的關鍵是了解t－PA蛋白基因的分子結構
B.該技術生產改良t－PA蛋白的過程遵循堿基互補配對原則
C.該技術是蛋白質工程
D.該技術的原理是從預期的蛋白質功能出發最終找到脫氧核苷酸序列的過程
3
4
√
將t－PA第84位的半胱氨酸換成絲氨酸需要利用蛋白質工程技術，該技術的關鍵是了解t－PA蛋白質的分子結構，A錯誤。
3
4
4.蛋白質工程是基因工程的延伸，下列有關蛋白質工程的敘述，正確的是
A.蛋白質工程是基因工程的延伸，所以不需要遵循中心法則
B.蛋白質工程中可以不用構建基因表達載體
C.生產的蛋白質能在自然界中找到
D.需要限制性內切核酸酶和DNA連接酶
√
3
4
蛋白質工程最終也是通過基因控制蛋白質的合成，遵循中心法則，A錯誤；
利用蛋白質工程生產出自然界中不存在的蛋白質，滿足實際需求，C錯誤；
蛋白質工程是基因工程的延伸，需要構建基因表達載體，需要限制性內切核酸酶和DNA連接酶，B錯誤，D正確。
3
4
返回
DNA的粗提取與鑒定、
DNA片段的擴增與電泳鑒定
考點三
1.DNA的粗提取與鑒定
(1)基本原理
不溶于
2 mol/L
二
苯胺
(2)操作流程
95%
沸水
注意　加入酒精和用玻璃棒攪拌時，動作要輕緩，以免加劇DNA分子的斷裂，導致DNA分子不能形成絲狀沉淀。
2.DNA片段的擴增及電泳鑒定
(1)實驗基礎
①PCR原理：利用了 原理。
②電泳：DNA分子具有可解離的基團，這些基團可以帶上正電荷或負電荷。在電場的作用下，這些帶電分子會向著與它所帶電荷 的電極移動，這個過程就是電泳。
③PCR的產物一般通過瓊脂糖凝膠電泳來鑒定。在凝膠中DNA分子的遷移速率與凝膠的濃度、DNA分子的 等有關。
DNA的熱變性
相反
大小和構象
(2)PCR實驗操作步驟
微量移液器
離心管
底部
(3)DNA的電泳鑒定：凝膠中的DNA分子通過染色，可以在波長為__________的紫外燈下被檢測出來。
300 nm
(1)提取DNA時，如果沒有雞血材料，可用豬血代替(　　)
提示　豬為哺乳動物，其成熟紅細胞中沒有細胞核。
×
(2)DNA與蛋白質都溶于酒精(　　)
提示　 DNA不溶于酒精，某些蛋白質溶于酒精。
×
(3)為了節約資源，移液器上的槍頭在實驗過程中不必更換(　　)
提示　為避免外源DNA等因素的污染，在向微量離心管中添加反應組分時，每吸取一種試劑后，移液器上的槍頭都必須更換。
×
(4)進行DNA片段的擴增及電泳鑒定實驗所需的緩沖液和酶應分裝成小份，并在20 ℃條件下儲存(　　)
提示　 PCR所用的緩沖液和酶應分裝成小份，并在－20 ℃儲存。使用前，將所需試劑從冰箱拿出，放在冰塊上緩慢融化。
×
(5)PCR反應中溫度的周期性改變是為了DNA聚合酶催化不同的反應(　　)
提示　 PCR反應中溫度的周期性改變是為了DNA鏈高溫變性、低溫復性及中溫延伸。
×
(6)在凝膠中DNA分子的遷移速率只與DNA分子的大小有關(　　)
提示　在凝膠中DNA分子的遷移速率與凝膠的濃度、DNA分子的大小和構象等有關。
×
可通過PCR技術擴增Bt抗蟲蛋白基因的數量，PCR的產物一般通過瓊脂糖凝膠電泳來鑒定，回答下列有關問題：
1.是否成功擴增出DNA片段，判斷的依據是什么？
提示　可以通過在紫外燈下直接觀察DNA條帶的分布及粗細程度來評價擴增的結果。
2.進行電泳鑒定的結果如果不止一條條帶，請分析產生這個結果的可能原因。
提示　如果擴增結果不止一條條帶，可能的原因有：引物設計不合理，它們與非目的序列有同源性或容易聚合形成二聚體；復性溫度過低；DNA聚合酶的質量不好等。
考向三　辨析DNA的粗提取與鑒定、DNA片段的擴增與電泳鑒定
5.(2023·廣東，11)“DNA的粗提取與鑒定”實驗的基本過程：裂解→分離→沉淀→鑒定。下列敘述錯誤的是
A.裂解：使細胞破裂釋放出DNA等物質
B.分離：可去除混合物中的多糖、蛋白質等
C.沉淀：可反復多次以提高DNA的純度
D.鑒定：加入二苯胺試劑后即呈現藍色
5
6
√
裂解是使細胞破裂釋放出DNA等物質，針對不同的實驗材料，可選擇不同的方法破壞細胞，如植物細胞可選擇研磨的方法，而動物細胞可選擇吸水漲破的方法，A正確；
DNA在不同濃度的NaCl溶液中溶解度不同，能溶于2 mol/L的NaCl溶液，將溶液過濾，即可將混合物中的多糖、蛋白質等與DNA分離，B正確；
5
6
DNA不溶于酒精，而某些蛋白質溶于酒精，可以反復多次用酒精沉淀出DNA，提高DNA的純度，C正確；
將DNA溶于NaCl溶液中，加入二苯胺試劑，沸水浴加熱5分鐘，待冷卻后，溶液能呈現藍色，D錯誤。
5
6
6.(2021·湖北，16)某實驗利用PCR技術獲取目的基因，實驗結果顯示除目的基因條帶(引物與模板完全配對)外，還有2條非特異條帶(引物和模板不完全配對)。為了減少反應非特異條帶的產生，以下措施中有效的是
A.增加模板DNA的量
B.延長熱變性的時間
C.延長延伸的時間
D.提高復性的溫度
√
5
6
增加模板DNA的量可以提高反應速度，但不能有效減少非特異條帶，A錯誤；
延長熱變性的時間和延長延伸的時間會影響變性、延伸過程，但對于延伸中的配對影響不大，故不能有效減少反應非特異條帶的產生，B、C錯誤。
5
6
1.(選擇性必修3 P90)乳腺生物反應器是指將 與乳腺中________________________等調控元件重組在一起，通過_________的方法導入哺乳動物的_________中，由這個受精卵發育成的轉基因動物在進入泌乳期后，可以通過分泌_____來生產所需要的藥物。
2.(選擇性必修3 P91)用轉基因動物(豬)作器官移植的供體，方法是在器官供體基因組中導入________________，以抑制_______________________
______________________，然后再結合克隆技術，培育出不會引起免疫排斥反應的轉基因克隆豬器官。
藥用蛋白基因
特異表達的基因的啟動子
顯微注射
受精卵
乳汁
某種調節因子
抗原決定基因的表達，或
設法除去抗原決定基因
3.(選擇性必修3 P93)蛋白質工程是指以______________________________
___________作為基礎，通過_________________，來改造現有蛋白質，或制造________________，以滿足________________的需求。
4.(選擇性必修3 P93)基因工程原則上只能生產________________________。
5.(選擇性必修3 P94)對蛋白質的結構進行設計改造，最終還必須通過________________來完成。
蛋白質分子的結構規律及其與生物
功能的關系
一種新的蛋白質
改造或合成基因
人類生產和生活
自然界中已存在的蛋白質
改造或合成基因
6.(選擇性必修3 P94)蛋白質工程的基本思路：從____________________出發→設計預期的_____________→推測應有的____________→找到并改變相對應的________________(基因)或______________→獲得___________
_______。
預期的蛋白質功能
蛋白質結構
氨基酸序列
脫氧核苷酸序列
合成新的基因
所需要的蛋
白質
7.(選擇性必修3 P74)DNA 的粗提取與鑒定的原理：______不溶于酒精，但某些________溶于酒精，利用這一原理，可以初步分離DNA與蛋白質。DNA在不同濃度的NaCl溶液中溶解度不同，它能溶于_________的NaCl溶液。在一定溫度下，DNA遇_______試劑會呈現______，因此_______
試劑可以作為鑒定DNA的試劑。
DNA
蛋白質
2 mol/L
二苯胺
藍色
二苯胺
8.(選擇性必修3 P84)PCR的產物一般通過 來鑒定。
在凝膠中DNA分子的遷移速率與 、DNA分子的 _ 和____
等有關。凝膠中的DNA分子通過染色，可以在波長為300 nm的________下被檢測出來。
瓊脂糖凝膠電泳
凝膠的濃度
大小
構象
紫外燈
9.(2020·全國Ⅲ，38節選)W是一種具有特定功能的人體蛋白質。某研究小組擬仿照制備乳腺生物反應器的研究思路，制備一種膀胱生物反應器來獲得W，基本過程如圖所示。
回答下列問題：
(1)步驟①中需要選擇的啟動子是______________________________，選擇該啟動子的目的是 。步驟②所代表的操作是 。
膀胱上皮細胞蛋白基因的啟動子
使W基因在膀胱上皮細胞中特異性表達
顯微注射
(2)與乳腺生物反應器相比，用膀胱生物反應器生產W的優勢在于不受轉基因動物的 (答出2點即可)的限制。
性別、年齡
10.(2019·海南，31節選)人的T細胞可以產生某種具有臨床價值的蛋白質(Y)，該蛋白質由一條多肽鏈組成。目前可以利用現代生物技術生產Y。天然的Y通常需要在低溫條件下保存。假設將Y的第6位氨基酸甲改變為氨基酸乙可提高其熱穩定性，若要根據蛋白質工程的原理對Y進行改造以提高其熱穩定性，具體思路是__________________________________
_________________________________________________________________________。
找到第6位氨基酸甲對應的堿基所在的基因位置，參照密碼子表，將第6位氨基酸甲對應的堿基替換為氨基酸乙的堿基
返回
課時精練
一、選擇題
1.(2022·山東，13)關于“DNA的粗提取與鑒定”實驗，下列說法錯誤的是
A.過濾液沉淀過程在4 ℃冰箱中進行是為了防止DNA降解
B.離心研磨液是為了加速DNA的沉淀
C.在一定溫度下，DNA遇二苯胺試劑呈現藍色
D.粗提取的DNA中可能含有蛋白質
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
離心研磨液是為了使細胞碎片沉淀，B錯誤；
在沸水浴條件下，DNA遇二苯胺試劑呈現藍色，C正確。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
2.科學家利用基因工程培育出了能產生乙肝病毒蛋白質的番茄，被稱為“番茄乙肝疫苗”。具體操作是：將乙肝抗原基因M導入農桿菌，然后利用農桿菌將M導入番茄細胞。實驗顯示小白鼠連續五周吃這樣的番茄，體內產生了抗乙肝病毒的抗體。下列敘述錯誤的是
A.實驗用PCR技術對M基因進行擴增，需要兩種引物
B.含M的重組Ti質粒必須插入到番茄染色體DNA上
C.即使M在番茄中成功表達，也要做個體生物學水平鑒定
D.番茄乙肝疫苗成本相對較低且易于儲存
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
含M的T－DNA插入到番茄染色體DNA上，才能穩定存在和表達，而不是整個Ti質粒，B錯誤；
即使M在番茄中成功表達，也必須進行個體生物學水平鑒定，來確定實際效果，C正確。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
3.(2021·遼寧，14)腈水合酶(N0)廣泛應用于環境保護和醫藥原料生產等領域，但不耐高溫。利用蛋白質工程技術在N0的α和β亞基之間加入一段連接肽，可獲得熱穩定的融合型腈水合酶(N1)。下列有關敘述錯誤的是
A.N1與N0氨基酸序列的差異是影響其熱穩定性的原因之一
B.加入連接肽需要通過改造基因實現
C.獲得N1的過程需要進行轉錄和翻譯
D.檢測N1的活性時先將N1與底物充分混合，再置于高溫環境
√
在N0的α和β亞基之間加入一段連接肽，可獲得熱穩定的融合型腈水合酶(N1)，則N1與N0氨基酸序列有所不同，這可能是影響其熱穩定性的原因之一，A正確；
蛋白質工程的作用對象是基因，即加入連接肽需要通過改造基因實現，B正確；
N1為蛋白質，蛋白質的合成需要經過轉錄和翻譯兩個過程，C正確；
酶具有高效性，檢測N1的活性需先將其置于高溫環境，再與底物充分混合，D錯誤。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
4.(2024·無錫高三調研)如圖是蛋白質工程中改造目的基因的一種技術路線。S1核酸酶可以去除雙鏈DNA突出的單鏈區；外切核酸酶Ⅲ只能從DNA雙鏈的3′末端逐個水解單核苷酸，可以產生不同長度的5′突出末端。下列敘述錯誤的是
A.步驟一需使用兩種限制
酶切割目的基因片段
B.步驟二、三分別使用了
S1核酸酶、外切核酸酶Ⅲ
C.步驟四宜選用T4 DNA連接酶處理DNA片段
D.質粒載體2中目的基因片段N的長度有多種
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
√
由圖可知，經步驟一酶切后的DNA片段一端是平末端，另一端是黏性末端，故步驟一需要使用兩種限制酶切割目的基因片段，A正確；
外切核酸酶Ⅲ只能從DNA雙鏈的3′末端逐個水解單核苷酸，可以產生不同長度的5′突出末端，由圖可知，步驟二使用的是外切核酸酶Ⅲ，步驟三使用的是S1核酸酶，B錯誤；
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
T4 DNA連接酶可連接平末端，故步驟四宜選用T4 DNA連接酶處理DNA片段，C正確；
質粒載體2中目的基因片段N的長度有多種，因為外切核酸酶Ⅲ處理后可以獲得不同長度的5′突出末端，D正確。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
5.OsGLO1、EcCAT、EcGCL和TSR 4個基因分別編碼4種不同的酶，研究人員將這些基因分別與葉綠體轉運肽(引導合成的蛋白質進入葉綠體)基因連接，構建多基因表達載體(載體中部分序列如圖所示)，利用農桿菌轉化法轉化水稻，在水稻葉綠體內構建了一條新代謝途徑，提高了水稻的產量。下列敘述正確的是
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
A.4個基因轉錄時都以DNA的同一條單鏈為模板
B.應選用含卡那霉素的培養基篩選被農桿菌轉化的水稻細胞
C.4個基因都在水稻葉綠體內進行轉錄、翻譯
D.可用抗原—抗體雜交技術檢測4種酶在轉基因水稻中的表達量
√
由題圖可知，在同一個T－DNA中OsGLO1啟動子啟動轉錄的方向與其他三個基因不同，4個基因轉錄時不都以DNA的同一條單鏈為模板，A錯誤；
卡那霉素抗性基因不在T－DNA中，而潮霉素抗性基因在T－DNA中，應選用含潮霉素的培養基篩選被農桿菌轉化的水稻細胞，B錯誤；
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
由題意可知，利用農桿菌轉化法轉化水稻，可使目的基因插入到水稻細胞的染色體DNA上，所以與葉綠體轉運肽基因連接的4個基因，在細胞核中進行轉錄，在核糖體中進行翻譯，由葉綠體轉運肽引導合成的蛋白質進入葉綠體，C錯誤。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
6.(2024·珠海高三調研)下列有關PCR操作過程的敘述，錯誤的是
A.PCR實驗中使用的微量離心管、槍頭及蒸餾水等在使用前必須進行高
壓滅菌
B.PCR所用緩沖液和酶從冰箱拿出之后，應緩慢融化
C.PCR所用的緩沖液和酶應分裝成小份，并在常溫下儲存
D.在微量離心管中添加反應組分時，每吸取一種試劑后，移液器上的槍
頭都必須更換
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
PCR所用緩沖液和酶從冰箱拿出之后，應放在冰塊上緩慢融化，這樣才能不破壞緩沖液中穩定性較差的成分，同樣保護酶的活性不被破壞，B正確；
PCR 所用的緩沖液和酶應分裝成小份，并在－20 ℃儲存，C錯誤。
7.科學家從轉基因羊的羊奶中提取到治療血栓性疾病的特效藥——組織纖溶酶原激活劑(tPA)。獲得轉基因羊的過程中，以下操作非必要的是
A.將tPA基因與羊乳腺特異表達啟動子重組
B.將表達載體顯微注射到羊受精卵中
C.將羊受精卵的核注入去核的卵母細胞中
D.將體外培養的胚胎移植到羊的子宮內
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
√
目的基因導入羊受精卵后可直接進行體外早期胚胎培養，不需要將受精卵的核注入去核的卵母細胞中，C符合題意。
8.L－天冬氨酸－α－脫羧酶(PanD)能夠催化β-丙氨酸的生成，但天然PanD酶活力較低且易失活。研究人員通過易錯PCR技術引入隨機突變，對相應酶基因進行改造，再進行定向篩選，最終第305位氨基酸替換后，獲得活力和穩定性均較高的PanD。該技術與普通PCR類似。已知Mg2＋可以提高已發生錯配區域的穩定性，Mn2＋可以降低DNA聚合酶對底物的專一性。下列說法正確的是
A.該研究運用了蛋白質工程技術直接對酶結構進行改造
B.易錯PCR技術按照復性、變性、延伸三個步驟進行
C.易錯PCR技術的操作過程中需要使用耐高溫的解旋酶
D.為提高錯配概率，可適當提高Mg2＋濃度和Mn2＋濃度
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
該研究運用了蛋白質工程技術，應直接對相應酶的基因進行改造，A錯誤；
PCR利用的原理是DNA半保留復制，每輪循環包括變性→復性→延伸三個步驟，B錯誤；
易錯PCR技術的操作過程中需要使用耐高溫的DNA聚合酶，PCR技術是通過高溫使DNA解旋，不需要另外加入解旋酶，C錯誤；
由題意可知，Mg2＋可以提高已發生錯配區域的穩定性，Mn2＋可以降低DNA聚合酶對底物的專一性，為提高錯配概率，可適當提高Mg2＋濃度和Mn2＋濃度，D正確。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
9.(2024·鹽城高三調研)染色質是由一定長度的核小體為基本單位構成的。將大鼠肝細胞中分離出的染色質用非特異性核酸酶水解后去除染色質蛋白，對得到的DNA片段進行凝膠電泳，結果如圖所示。若先將染色質中的蛋白質去掉，后用同樣的非特異性核酸酶處理，則得到長度隨機的DNA片段。據此分析，下列有關敘述錯誤的是
A.凝膠中的DNA分子通過染色，可以在
波長為300 nm的紫外燈下被檢測出來
B.染色質中的蛋白質可能對DNA具有保
護作用
C.構成核小體的基本單位是脫氧核糖核
苷酸和氨基酸
D.當DNA分子處于不同構象時，其在瓊脂糖凝膠中的移動速率是一樣的
√
染色質用核酸酶處理后，得到的是部分水解的染色質，但若先將染色質中的蛋白質去掉后，用同樣的核酸酶處理，則得到長度隨機的DNA片段，說明染色質中的蛋白質可能對DNA具有保護作用，B正確；
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
染色質是由一定長度的核小體為基本單位構成的，核小體的組成成分是蛋白質和DNA，其基本單位是脫氧核苷酸和氨基酸，C正確；
在凝膠中DNA分子的遷移速率與凝膠的濃度、DNA分子的大小和構象等有關，故當DNA分子處于不同構象時，其在瓊脂糖凝膠中的移動速率是不一樣的，D錯誤。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
二、非選擇題
10.基因工程自20世紀70年代興起后，在農牧業、醫藥衛生領域和食品工業等方面展示出廣闊的前景。如圖是通過基因工程獲得轉基因生物或產品的流程圖，請回答下列問題：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
(1)若要構建小鼠乳腺生物反應器批量生產人抗利尿激素，應先從人體_______細胞中獲取總RNA，通過逆轉錄獲得cDNA，再經PCR后獲得抗利尿激素基因。與人體細胞中的基因相比，該方法獲取的抗利尿激素基因不具有________________________等組件。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
下丘腦
啟動子、終止子和內含子
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
人抗利尿激素是由人體下丘腦細胞合成分泌的，若利用圖示流程構建小鼠乳腺生物反應器批量生產人抗利尿激素，應先從人體下丘腦細胞中獲取總RNA，通過逆轉錄獲得cDNA，再經PCR后獲得抗利尿激素基因。由于成熟的mRNA只有編碼區，是轉錄后經剪接等過程形成的，故與人體細胞中的基因相比，該方法獲取的抗利尿激素基因不具有的結構是啟動子、終止子和內含子。
(2)通過PCR技術可擴增目的基因，PCR的每次循環一般可以分為__________________三步。一條單鏈cDNA在PCR儀中進行n次循環，需要消耗______個引物。一般通過________________來鑒定PCR的產物。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
變性、復性、延伸
2n－1
瓊脂糖凝膠電泳
(3)圖中質粒A上m、n分別是啟動子和終止子，RNA聚合酶在模板DNA鏈上的移動方向是_________。已知目的基因轉錄的模板鏈b鏈，箭頭處是限制酶的切點(Nco Ⅰ：5′－C↓CATGG－3′；Nhe Ⅰ：5′－G↓GATCC－3′)，目的基因無法與載體A連接，為了使目的基因成功表達，需要在目的基因兩側加接末端，b鏈處加接末端5′－_______。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
3′→5′
GATC
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
轉錄時以DNA的一條鏈為模板合成RNA，RNA聚合酶在模板DNA鏈上的移動方向是3′→5′。圖中質粒A上m、n分別是啟動子和終止子，箭頭處是限制酶的切點，由圖示可知，質粒上有限制酶Nco Ⅰ和Nhe Ⅰ的切割位點，已知目的基因轉錄的模板鏈b鏈，結合圖示啟動子和終止子的方向可知，b鏈5′處應加接GATC，即添加的是Nhe Ⅰ切割后的序列。
(4)構建小鼠乳腺生物反應器時，科研人員需要將抗利尿激素基因與小鼠乳腺蛋白基因啟動子重組在一起，目的是___________________________
__________。膀胱生物反應器與乳腺生物反應器相比，具有的顯著優勢在于不受轉基因動物的______和______的限制，而且從尿液中提取蛋白質比在乳汁中提取簡便、高效。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
使抗利尿激素基因在小鼠的乳
腺中表達
性別
年齡
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
構建小鼠乳腺生物反應器時，科研人員需要將抗利尿激素基因與小鼠乳腺蛋白基因啟動子重組在一起，目的是使抗利尿激素基因在小鼠的乳腺中表達；乳腺生物反應器只有雌性個體泌乳期才能制造產物，而膀胱生物反應器的顯著優勢在于不受轉基因動物的性別、年齡的限制，而且正常情況下尿液中沒有蛋白質，所以從尿液中提取蛋白質比在乳汁中提取簡便、高效。
11.人胰島素基因表達的最初產物是一條肽鏈構成的前胰島素原，經圖2所示的過程形成具生物活性的胰島素。此后科學家又提出了利用基因工程改造大腸桿菌生產人胰島素的兩種方法：AB法是根據胰島素A、B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；BCA法是利用胰島B細胞中的mRNA得到胰島素基因，表達出胰島素原后再用特定酶切掉C肽段。這兩種方法使用同一種質粒作為載體。請分析并回答下列問題：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
(1)由于密碼子具有________，AB法中人工合成的兩種DNA片段均有多種可能的序列。______
______(填“AB”“BCA”或“AB和BCA”)法獲取的目的基因中不含人胰島素基因啟動子。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
簡并性
AB 和
BCA
(2)圖1是利用基因工程生產人胰島素過程中使用的質粒及目的基因的部分結構。為使目的基因與載體正確連接，在設計PCR引物時可添加限制酶______________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技術進行
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
XhoⅠ和Mun Ⅰ
擴增，已知胰島素基因左端①處的堿基序列為—CCTTTCAGCTCA—，則其中一種引物設計的序列是5′______________________________3′。
—CTCGAGCCTTTCAGCTCA—
(3)β-半乳糖苷酶可以分解無色的X－gal產生藍色物質使菌落呈現藍色，否則菌落為白色。經Ca2＋處理的大腸桿菌與重組質粒混合培養一段時間后，將大腸桿菌接種到添加了____________________的培養基上篩選出____色的菌落即為工程菌種。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
氨芐青霉素和X－gal
白
(4)科學家利用蛋白質工程技術，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：從預期的蛋白質功能出發→_______________________→推測應有的氨基酸序列→找到相對應的脫氧核苷酸序列。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
設計預期的蛋白質結構
12.(2022·湖南，22)水蛭是我國的傳統中藥材，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。擬通過蛋白質工程改造水蛭素結構，提高其抗凝血活性。回答下列問題：
(1)蛋白質工程流程如圖所示，物質a是________________，物質b是__________。在生產過程中，物質b可能不同，合成的蛋白質空間構象卻相同，原因是________________。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
氨基酸序列多肽鏈
mRNA
密碼子的簡并性
(2)蛋白質工程是基因工程的延伸，基因工程中獲取目的基因的常用方法有__________________________、_________________________________
_____和利用PCR技術擴增。PCR技術遵循的基本原理是_______________。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
從基因文庫中獲取目的基因
通過DNA合成儀用化學方法直接人工
合成
DNA半保留復制
(3)將提取的水蛭蛋白經甲、乙兩種蛋白酶水解后，分析水解產物中的肽含量及其抗凝血活性，結果如圖所示。推測兩種處理后酶解產物的抗凝血活性差異主要與肽的______(填“種類”或“含量”)有關，導致其活性不同的原因是_________________________________________________
__________________________________。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
種類
提取的水蛭蛋白的酶解時間和處理的酶的種類不同，導致水蛭蛋白空間結構有不同程度破壞
將提取的水蛭蛋白經甲、乙兩種蛋白酶水解后，據圖可知，水解產物中的肽含量隨著酶解時間的延長均上升，且差別不大。水解產物中抗凝血活性有差異，經酶甲處理后，隨著酶解時間的延長，抗凝血活性先上升后相對穩定；經酶乙處理后，隨著酶解時間的延長，抗凝血活性先上升后下降。經酶甲處理后的酶解產物的抗凝血活性最終高于經酶乙處理后的酶解產物的抗凝血活性，且差異明顯。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
據此推測兩種酶處理后酶解產物的抗凝血活性差異主要與肽的種類有關，導致其活性不同的原因是提取的水蛭蛋白的酶解時間和酶的種類不同，導致水蛭蛋白空間結構有不同程度的破壞。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
(4)若要比較蛋白質工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解產物和天然水蛭素的抗凝血活性差異，簡要寫出實驗設計思路。
______________________________________________________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
設置4組試管，每組分別加入等量的改造后的水蛭素、用酶甲處理過的水蛭蛋白酶解產物、用酶乙處理過的水蛭蛋白酶解產物、天然水蛭素，加入等量同種動物的新鮮血液，相同條件下觀察凝血需要的時間，凝血時間越長，抗凝血活性越高
抗凝血活性可通過觀察凝血時間來確定。為比較不同物質的抗凝血活性差異，可以設計向4組試管中分別加入等量改造后的水蛭素、用酶甲處理過的水蛭蛋白酶解產物、用酶乙處理過的水蛭蛋白酶解產物、天然水蛭素，加入等量的同種動物的新鮮血液，相同條件下觀察凝血需要的時間，凝血時間越長，抗凝血活性越高。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
返回第62課時　基因工程的應用、蛋白質工程、DNA的兩個重要實驗
課標要求 1.舉例說明基因工程在農牧業、食品工業及醫藥衛生領域等方面的廣泛應用改善了人類的生活品質。2.概述人們根據基因工程原理，進行蛋白質設計和改造，可以獲得性狀和功能更符合人類需求的蛋白質。3.舉例說明依據人類需要對原有蛋白質結構進行基因改造、生產目標蛋白的過程。
考情分析 1.基因工程的應用 2022·河北·T24　2022·廣東·T22　2022·全國乙·T38　2021·河北·T24
2.蛋白質工程的原理和應用 2022·湖南·T22　2021·遼寧·T14　2022·重慶·T3
3.DNA的粗提取與鑒定 2023·廣東·T11　2022·山東·T13　2021·山東·T13
4.DNA片段的擴增與電泳鑒定 2023·江蘇·T22　2023·山東·T25　2023·浙江6月選考·T19　2022·遼寧·T12　2022·江蘇·T24　2021·山東·T25　2021·全國甲·T38
考點一　基因工程的應用
1．基因工程在農牧業方面的應用
2．基因工程在醫藥衛生領域的應用
3．基因工程在食品工業方面的應用
判斷正誤
(1)科學家利用轉基因技術培育了抗玉米螟玉米，種植該玉米的農田就不需要進行防蟲管理了(　×　)
提示　轉基因抗玉米螟玉米能夠抵抗玉米螟，但不一定能抵抗其他害蟲。
(2)乳腺生物反應器是將藥用蛋白基因導入動物的乳腺細胞中(　×　)
提示　乳腺生物反應器是將藥用蛋白基因導入哺乳動物的受精卵中，但該基因在乳腺細胞中表達。
(3)用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的菌類一般稱為基因工程菌(　√　)
(4)由大腸桿菌工程菌獲得人的干擾素后可直接應用(　×　)
提示　大腸桿菌細胞中沒有內質網、高爾基體等細胞器，獲得人的干擾素后要經過進一步的加工和修飾才具有生物活性。
1．基因工程用于提高植物抗逆能力，請思考回答下列轉基因抗蟲棉的相關問題：
(1)抗蟲棉能抗病毒、細菌、真菌嗎？為什么？
提示　不能。抗蟲基因具有專一性。
(2)從環境保護角度出發，分析轉基因抗蟲棉與普通棉相比在害蟲防治方面的優越性有哪些？
提示　減少了化學農藥的使用量，降低了環境污染。
(3)種植轉基因抗蟲棉若干年后，害蟲會不會對轉基因抗蟲棉產生抗性？為什么？
提示　會。害蟲會因遺傳物質發生改變產生對轉基因抗蟲棉的抗性。
2．為提高動物的生長速度，需要將外源生長激素基因導入動物體內，應該選擇的受體細胞是什么？并說明理由。
提示　應該選擇的受體細胞是受精卵。受精卵體積較大，操作較容易，營養物質含量豐富，也能保障發育成的個體所有細胞都含有外源生長激素基因，全能性較高。
3．生產乳腺生物反應器構建基因表達載體時有什么特別要求？為什么？
提示　必須把目的基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調控元件重組在一起。因為只有連接了乳腺蛋白基因的啟動子，才能保證相應的目的基因在雌性動物泌乳期的乳腺細胞內表達。
歸納總結　乳腺生物反應器
(1)操作過程
(2)比較乳腺生物反應器與膀胱生物反應器
①乳腺生物反應器是利用轉基因動物的乳汁生產藥用蛋白，而膀胱生物反應器是利用轉基因動物的尿液生產藥用蛋白，二者的優點：產量高、質量好、成本低、易提取，且不會對動物造成傷害。
②乳腺生物反應器需是處于生殖期的雌性動物才可生產藥用蛋白，而膀胱生物反應器則是任何生長期的雌雄動物均可生產藥用蛋白。
考向一　基因工程的應用
1．(2024·南京高三模擬)如圖是將人的生長激素基因導入細菌B細胞內制備“工程菌”的示意圖。已知細菌B細胞內不含質粒A，也不含質粒A上的基因。下列說法正確的是(　　)
A．“結合”過程需使用限制酶、TaqDNA聚合酶以及DNA連接酶
B．細菌B接種在含有四環素的培養基上，能生長的就是導入了質粒A的細菌
C．細菌B涂布在含有氨芐青霉素的培養基上，能生長的是只有導入了重組質粒的細菌
D．生長激素基因導入了細菌B，說明“工程菌”制備成功
答案　B
解析　“結合”過程即基因表達載體的構建過程，需使用限制酶、DNA連接酶，A錯誤；由于將人的生長激素基因導入質粒時破壞了四環素抗性基因的完整性，導入了重組質粒的細菌沒有對四環素的抗性，在含有四環素的培養基上不能存活，能存活的是導入質粒A的細菌，B正確；導入重組質粒的細菌和導入質粒A的細菌，均能在含有氨芐青霉素的培養基上生長，C錯誤；生長激素基因導入了細菌B，并完成表達才能說明“工程菌”制備成功，D錯誤。
2．(2024·重慶高三診斷)如圖是利用豬唾液腺生產大量高純度人神經生長因子(hNGF)的流程圖，下列相關說法錯誤的是(　　)
A．人hNGF基因需與唾液淀粉酶基因的啟動子等重組后再導入豬成纖維細胞A
B．人hNGF基因導入豬成纖維細胞可以采用顯微注射的方法
C．為確保操作成功，需要對代孕豬C注射適量免疫抑制劑
D．豬唾液腺作為生物反應器具有不受性別限制的特點
答案　C
解析　在相同生理狀態下，受體對植入的同種生物的胚胎幾乎不發生免疫排斥反應，故不需要對代孕豬C注射適量免疫抑制劑，C 錯誤。
考點二　蛋白質工程的原理和應用
1．蛋白質工程的概念
2．蛋白質工程與基因工程的異同
項目 蛋白質工程 基因工程
過程 從預期的蛋白質功能出發→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到并改變相對應的脫氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質 目的基因的篩選與獲取→基因表達載體的構建→將目的基因導入受體細胞→目的基因的檢測與鑒定
實質 定向改造或生產人類所需要的蛋白質 定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需的生物類型或生物產品
結果 可生產自然界中不存在的蛋白質 只能生產自然界中已存在的蛋白質
聯系 蛋白質工程是在基因工程的基礎上，延伸出來的第二代基因工程
3.蛋白質工程的應用
(1)在醫藥方面
①利用蛋白質工程研發藥物。
②實例：如果將干擾素分子上的一個半胱氨酸變成絲氨酸，在一定條件下，可以延長保存時間。
(2)在工業方面
①蛋白質工程被廣泛用于改進酶的性能或開發新的工業用酶。
②實例：枯草桿菌蛋白酶具有水解蛋白質的作用，因此常被用于洗滌劑工業、絲綢工業等。
(3)在農業方面
科學家正在嘗試改造某些參與調控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，增加糧食的產量。
判斷正誤
(1)蛋白質工程需要改變蛋白質分子的所有氨基酸序列(　×　)
提示　蛋白質工程改變的是蛋白質分子的少數氨基酸。
(2)蛋白質工程是在分子水平上對蛋白質分子直接進行操作，定向改造分子的結構(　×　)
提示　蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規律及其與生物功能的關系作為基礎，通過改造或合成基因，來改造現有蛋白質，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類生產和生活的需求。
(3)蛋白質工程是一項難度很大的工程，主要是因為人們對蛋白質復雜的高級結構沒有完全認識(　√　)
(4)蛋白質工程可以改造酶，提高酶的熱穩定性(　√　)
基因工程在原則上只能生產自然界已存在的蛋白質，這些天然蛋白質是生物在長期進化過程中形成的，它們的結構和功能符合特定物種生存的需要，卻不一定完全符合人類生產和生活的需要。蛋白質工程的目標是生產出符合人類生產和生活需要的蛋白質，甚至是自然界不存在的蛋白質。結合圖示回答有關問題：
(1)寫出流程圖中字母代表的含義：
A．預期功能；B.氨基酸序列；C.改造或合成；D.轉錄；E.翻譯。
(2)圖示字母中屬于中心法則的過程有D、E，屬于蛋白質工程的過程有A、B、C、D、E。
(3)對天然蛋白質進行改造，你認為應該直接對蛋白質分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現？原因是什么？
提示　應該通過對基因的操作來實現對天然蛋白質的改造。主要原因：①蛋白質具有十分復雜的空間結構，基因的結構相對簡單，容易改造；②改造后的基因可以遺傳給下一代，而被改造的蛋白質無法遺傳。
(4)通過對Bt抗蟲蛋白三維結構圖及氨基酸序列進行分析，發現該蛋白質結構中一段由14個氨基酸組成的螺旋結構缺失，結構變化后的Bt抗蟲蛋白能使棉鈴蟲具有更高的致死率。若要根據蛋白質工程的原理設計實驗對Bt抗蟲蛋白進行改造，以提高其致死率，請寫出實驗設計思路。
提示　參照密碼子表，找到合成該14個氨基酸的堿基序列所在的基因位置，將這些堿基序列進行缺失處理。
歸納總結　判斷基因工程和蛋白質工程
(1)如果僅將基因用限制酶從DNA片段中切割下來，沒有經過對編碼蛋白序列進行修飾、加工，或僅對其調控序列進行加工，則屬于基因工程；如果將目的基因經過了一些實質性的改造，如對編碼蛋白序列進行了堿基替換、增添或缺失某幾個堿基，則屬于蛋白質工程。
(2)如果合成的蛋白質是自然界中已存在的蛋白質(天然蛋白質)，則是基因工程；如果合成的蛋白質與天然蛋白質有差異，甚至是自然界中所沒有的，則為蛋白質工程。
考向二　辨析蛋白質工程的原理和操作流程
3．(2024·揚州高三質檢)人體內的t－PA蛋白能高效降解由血纖維蛋白凝聚而成的血栓，然而，為心梗患者注射大劑量的基因工程t－PA會誘發顱內出血，其原因是t－PA與血纖維蛋白結合的特異性不高。研究證實，通過某技術，將t－PA第84位的半胱氨酸換成絲氨酸，可制造出性能優異的改良t－PA蛋白，進而顯著降低顱內出血。下列敘述錯誤的是(　　)
A．該技術的關鍵是了解t－PA蛋白基因的分子結構
B．該技術生產改良t－PA蛋白的過程遵循堿基互補配對原則
C．該技術是蛋白質工程
D．該技術的原理是從預期的蛋白質功能出發最終找到脫氧核苷酸序列的過程
答案　A
解析　將t－PA第84位的半胱氨酸換成絲氨酸需要利用蛋白質工程技術，該技術的關鍵是了解t－PA蛋白質的分子結構，A錯誤。
4．蛋白質工程是基因工程的延伸，下列有關蛋白質工程的敘述，正確的是(　　)
A．蛋白質工程是基因工程的延伸，所以不需要遵循中心法則
B．蛋白質工程中可以不用構建基因表達載體
C．生產的蛋白質能在自然界中找到
D．需要限制性內切核酸酶和DNA連接酶
答案　D
解析　蛋白質工程最終也是通過基因控制蛋白質的合成，遵循中心法則，A錯誤；利用蛋白質工程生產出自然界中不存在的蛋白質，滿足實際需求，C錯誤；蛋白質工程是基因工程的延伸，需要構建基因表達載體，需要限制性內切核酸酶和DNA連接酶，B錯誤，D正確。
考點三　DNA的粗提取與鑒定、DNA片段的擴增與電泳鑒定
1．DNA的粗提取與鑒定
(1)基本原理
(2)操作流程
注意　加入酒精和用玻璃棒攪拌時，動作要輕緩，以免加劇DNA分子的斷裂，導致DNA分子不能形成絲狀沉淀。
2．DNA片段的擴增及電泳鑒定
(1)實驗基礎
①PCR原理：利用了DNA的熱變性原理。
②電泳：DNA分子具有可解離的基團，這些基團可以帶上正電荷或負電荷。在電場的作用下，這些帶電分子會向著與它所帶電荷相反的電極移動，這個過程就是電泳。
③PCR的產物一般通過瓊脂糖凝膠電泳來鑒定。在凝膠中DNA分子的遷移速率與凝膠的濃度、DNA分子的大小和構象等有關。
(2)PCR實驗操作步驟
(3)DNA的電泳鑒定：凝膠中的DNA分子通過染色，可以在波長為300_nm的紫外燈下被檢測出來。
判斷正誤
(1)提取DNA時，如果沒有雞血材料，可用豬血代替(　×　)
提示　豬為哺乳動物，其成熟紅細胞中沒有細胞核。
(2)DNA與蛋白質都溶于酒精(　×　)
提示　DNA不溶于酒精，某些蛋白質溶于酒精。
(3)為了節約資源，移液器上的槍頭在實驗過程中不必更換(　×　)
提示　為避免外源DNA等因素的污染，在向微量離心管中添加反應組分時，每吸取一種試劑后，移液器上的槍頭都必須更換。
(4)進行DNA片段的擴增及電泳鑒定實驗所需的緩沖液和酶應分裝成小份，并在20 ℃條件下儲存(　×　)
提示　PCR所用的緩沖液和酶應分裝成小份，并在－20 ℃儲存。使用前，將所需試劑從冰箱拿出，放在冰塊上緩慢融化。
(5)PCR反應中溫度的周期性改變是為了DNA聚合酶催化不同的反應(　×　)
提示　PCR反應中溫度的周期性改變是為了DNA鏈高溫變性、低溫復性及中溫延伸。
(6)在凝膠中DNA分子的遷移速率只與DNA分子的大小有關(　×　)
提示　在凝膠中DNA分子的遷移速率與凝膠的濃度、DNA分子的大小和構象等有關。
可通過PCR技術擴增Bt抗蟲蛋白基因的數量，PCR的產物一般通過瓊脂糖凝膠電泳來鑒定，回答下列有關問題：
1．是否成功擴增出DNA片段，判斷的依據是什么？
提示　可以通過在紫外燈下直接觀察DNA條帶的分布及粗細程度來評價擴增的結果。
2．進行電泳鑒定的結果如果不止一條條帶，請分析產生這個結果的可能原因。
提示　如果擴增結果不止一條條帶，可能的原因有：引物設計不合理，它們與非目的序列有同源性或容易聚合形成二聚體；復性溫度過低；DNA聚合酶的質量不好等。
考向三　辨析DNA的粗提取與鑒定、DNA片段的擴增與電泳鑒定
5．(2023·廣東，11)“DNA的粗提取與鑒定”實驗的基本過程：裂解→分離→沉淀→鑒定。下列敘述錯誤的是(　　)
A．裂解：使細胞破裂釋放出DNA等物質
B．分離：可去除混合物中的多糖、蛋白質等
C．沉淀：可反復多次以提高DNA的純度
D．鑒定：加入二苯胺試劑后即呈現藍色
答案　D
解析　裂解是使細胞破裂釋放出DNA等物質，針對不同的實驗材料，可選擇不同的方法破壞細胞，如植物細胞可選擇研磨的方法，而動物細胞可選擇吸水漲破的方法，A正確；DNA在不同濃度的NaCl溶液中溶解度不同，能溶于2 mol/L的NaCl溶液，將溶液過濾，即可將混合物中的多糖、蛋白質等與DNA分離，B正確；DNA不溶于酒精，而某些蛋白質溶于酒精，可以反復多次用酒精沉淀出DNA，提高DNA的純度，C正確；將DNA溶于NaCl溶液中，加入二苯胺試劑，沸水浴加熱5分鐘，待冷卻后，溶液能呈現藍色，D錯誤。
6．(2021·湖北，16)某實驗利用PCR技術獲取目的基因，實驗結果顯示除目的基因條帶(引物與模板完全配對)外，還有2條非特異條帶(引物和模板不完全配對)。為了減少反應非特異條帶的產生，以下措施中有效的是(　　)
A．增加模板DNA的量
B．延長熱變性的時間
C．延長延伸的時間
D．提高復性的溫度
答案　D
解析　增加模板DNA的量可以提高反應速度，但不能有效減少非特異條帶，A錯誤；延長熱變性的時間和延長延伸的時間會影響變性、延伸過程，但對于延伸中的配對影響不大，故不能有效減少反應非特異條帶的產生，B、C錯誤。
1．(選擇性必修3 P90)乳腺生物反應器是指將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達的基因的啟動子等調控元件重組在一起，通過顯微注射的方法導入哺乳動物的受精卵中，由這個受精卵發育成的轉基因動物在進入泌乳期后，可以通過分泌乳汁來生產所需要的藥物。
2．(選擇性必修3 P91)用轉基因動物(豬)作器官移植的供體，方法是在器官供體基因組中導入某種調節因子，以抑制抗原決定基因的表達，或設法除去抗原決定基因，然后再結合克隆技術，培育出不會引起免疫排斥反應的轉基因克隆豬器官。
3．(選擇性必修3 P93)蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規律及其與生物功能的關系作為基礎，通過改造或合成基因，來改造現有蛋白質，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類生產和生活的需求。
4．(選擇性必修3 P93)基因工程原則上只能生產自然界中已存在的蛋白質。
5．(選擇性必修3 P94)對蛋白質的結構進行設計改造，最終還必須通過改造或合成基因來完成。
6．(選擇性必修3 P94)蛋白質工程的基本思路：從預期的蛋白質功能出發→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到并改變相對應的脫氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質。
7．(選擇性必修3 P74)DNA 的粗提取與鑒定的原理：DNA不溶于酒精，但某些蛋白質溶于酒精，利用這一原理，可以初步分離DNA與蛋白質。DNA在不同濃度的NaCl溶液中溶解度不同，它能溶于2_mol/L的NaCl溶液。在一定溫度下，DNA遇二苯胺試劑會呈現藍色，因此二苯胺試劑可以作為鑒定DNA的試劑。
8．(選擇性必修3 P84)PCR的產物一般通過瓊脂糖凝膠電泳來鑒定。
在凝膠中DNA分子的遷移速率與凝膠的濃度、DNA分子的大小和構象等有關。凝膠中的DNA分子通過染色，可以在波長為300 nm的紫外燈下被檢測出來。
9．(2020·全國Ⅲ，38節選)W是一種具有特定功能的人體蛋白質。某研究小組擬仿照制備乳腺生物反應器的研究思路，制備一種膀胱生物反應器來獲得W，基本過程如圖所示。
回答下列問題：
(1)步驟①中需要選擇的啟動子是膀胱上皮細胞蛋白基因的啟動子，選擇該啟動子的目的是使W基因在膀胱上皮細胞中特異性表達。步驟②所代表的操作是顯微注射。
(2)與乳腺生物反應器相比，用膀胱生物反應器生產W的優勢在于不受轉基因動物的性別、年齡(答出2點即可)的限制。
10．(2019·海南，31節選)人的T細胞可以產生某種具有臨床價值的蛋白質(Y)，該蛋白質由一條多肽鏈組成。目前可以利用現代生物技術生產Y。天然的Y通常需要在低溫條件下保存。假設將Y的第6位氨基酸甲改變為氨基酸乙可提高其熱穩定性，若要根據蛋白質工程的原理對Y進行改造以提高其熱穩定性，具體思路是找到第6位氨基酸甲對應的堿基所在的基因位置，參照密碼子表，將第6位氨基酸甲對應的堿基替換為氨基酸乙的堿基。
課時精練
一、選擇題
1．(2022·山東，13)關于“DNA的粗提取與鑒定”實驗，下列說法錯誤的是(　　)
A．過濾液沉淀過程在4 ℃冰箱中進行是為了防止DNA降解
B．離心研磨液是為了加速DNA的沉淀
C．在一定溫度下，DNA遇二苯胺試劑呈現藍色
D．粗提取的DNA中可能含有蛋白質
答案　B
解析　離心研磨液是為了使細胞碎片沉淀，B錯誤；在沸水浴條件下，DNA遇二苯胺試劑呈現藍色，C正確。
2．科學家利用基因工程培育出了能產生乙肝病毒蛋白質的番茄，被稱為“番茄乙肝疫苗”。具體操作是：將乙肝抗原基因M導入農桿菌，然后利用農桿菌將M導入番茄細胞。實驗顯示小白鼠連續五周吃這樣的番茄，體內產生了抗乙肝病毒的抗體。下列敘述錯誤的是(　　)
A．實驗用PCR技術對M基因進行擴增，需要兩種引物
B．含M的重組Ti質粒必須插入到番茄染色體DNA上
C．即使M在番茄中成功表達，也要做個體生物學水平鑒定
D．番茄乙肝疫苗成本相對較低且易于儲存
答案　B
解析　含M的T－DNA插入到番茄染色體DNA上，才能穩定存在和表達，而不是整個Ti質粒，B錯誤；即使M在番茄中成功表達，也必須進行個體生物學水平鑒定，來確定實際效果，C正確。
3．(2021·遼寧，14)腈水合酶(N0)廣泛應用于環境保護和醫藥原料生產等領域，但不耐高溫。利用蛋白質工程技術在N0的α和β亞基之間加入一段連接肽，可獲得熱穩定的融合型腈水合酶(N1)。下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．N1與N0氨基酸序列的差異是影響其熱穩定性的原因之一
B．加入連接肽需要通過改造基因實現
C．獲得N1的過程需要進行轉錄和翻譯
D．檢測N1的活性時先將N1與底物充分混合，再置于高溫環境
答案　D
解析　在N0的α和β亞基之間加入一段連接肽，可獲得熱穩定的融合型腈水合酶(N1)，則N1與N0氨基酸序列有所不同，這可能是影響其熱穩定性的原因之一，A正確；蛋白質工程的作用對象是基因，即加入連接肽需要通過改造基因實現，B正確；N1為蛋白質，蛋白質的合成需要經過轉錄和翻譯兩個過程，C正確；酶具有高效性，檢測N1的活性需先將其置于高溫環境，再與底物充分混合，D錯誤。
4．(2024·無錫高三調研)如圖是蛋白質工程中改造目的基因的一種技術路線。S1核酸酶可以去除雙鏈DNA突出的單鏈區；外切核酸酶Ⅲ只能從DNA雙鏈的3′末端逐個水解單核苷酸，可以產生不同長度的5′突出末端。下列敘述錯誤的是(　　)
A．步驟一需使用兩種限制酶切割目的基因片段
B．步驟二、三分別使用了S1核酸酶、外切核酸酶Ⅲ
C．步驟四宜選用T4 DNA連接酶處理DNA片段
D．質粒載體2中目的基因片段N的長度有多種
答案　B
解析　由圖可知，經步驟一酶切后的DNA片段一端是平末端，另一端是黏性末端，故步驟一需要使用兩種限制酶切割目的基因片段，A正確；外切核酸酶Ⅲ只能從DNA雙鏈的3′末端逐個水解單核苷酸，可以產生不同長度的5′突出末端，由圖可知，步驟二使用的是外切核酸酶Ⅲ，步驟三使用的是S1核酸酶，B錯誤；T4 DNA連接酶可連接平末端，故步驟四宜選用T4 DNA連接酶處理DNA片段，C正確；質粒載體2中目的基因片段N的長度有多種，因為外切核酸酶Ⅲ處理后可以獲得不同長度的5′突出末端，D正確。
5．OsGLO1、EcCAT、EcGCL和TSR 4個基因分別編碼4種不同的酶，研究人員將這些基因分別與葉綠體轉運肽(引導合成的蛋白質進入葉綠體)基因連接，構建多基因表達載體(載體中部分序列如圖所示)，利用農桿菌轉化法轉化水稻，在水稻葉綠體內構建了一條新代謝途徑，提高了水稻的產量。下列敘述正確的是(　　)
A．4個基因轉錄時都以DNA的同一條單鏈為模板
B．應選用含卡那霉素的培養基篩選被農桿菌轉化的水稻細胞
C．4個基因都在水稻葉綠體內進行轉錄、翻譯
D．可用抗原—抗體雜交技術檢測4種酶在轉基因水稻中的表達量
答案　D
解析　由題圖可知，在同一個T－DNA中OsGLO1啟動子啟動轉錄的方向與其他三個基因不同，4個基因轉錄時不都以DNA的同一條單鏈為模板，A錯誤；卡那霉素抗性基因不在T－DNA中，而潮霉素抗性基因在T－DNA中，應選用含潮霉素的培養基篩選被農桿菌轉化的水稻細胞，B錯誤；由題意可知，利用農桿菌轉化法轉化水稻，可使目的基因插入到水稻細胞的染色體DNA上，所以與葉綠體轉運肽基因連接的4個基因，在細胞核中進行轉錄，在核糖體中進行翻譯，由葉綠體轉運肽引導合成的蛋白質進入葉綠體，C錯誤。
6．(2024·珠海高三調研)下列有關PCR操作過程的敘述，錯誤的是(　　)
A．PCR實驗中使用的微量離心管、槍頭及蒸餾水等在使用前必須進行高壓滅菌
B．PCR所用緩沖液和酶從冰箱拿出之后，應緩慢融化
C．PCR所用的緩沖液和酶應分裝成小份，并在常溫下儲存
D．在微量離心管中添加反應組分時，每吸取一種試劑后，移液器上的槍頭都必須更換
答案　C
解析　PCR所用緩沖液和酶從冰箱拿出之后，應放在冰塊上緩慢融化，這樣才能不破壞緩沖液中穩定性較差的成分，同樣保護酶的活性不被破壞，B正確；PCR 所用的緩沖液和酶應分裝成小份，并在－20 ℃儲存，C錯誤。
7．科學家從轉基因羊的羊奶中提取到治療血栓性疾病的特效藥——組織纖溶酶原激活劑(tPA)。獲得轉基因羊的過程中，以下操作非必要的是(　　)
A．將tPA基因與羊乳腺特異表達啟動子重組
B．將表達載體顯微注射到羊受精卵中
C．將羊受精卵的核注入去核的卵母細胞中
D．將體外培養的胚胎移植到羊的子宮內
答案　C
解析　目的基因導入羊受精卵后可直接進行體外早期胚胎培養，不需要將受精卵的核注入去核的卵母細胞中，C符合題意。
8．L－天冬氨酸－α－脫羧酶(PanD)能夠催化β-丙氨酸的生成，但天然PanD酶活力較低且易失活。研究人員通過易錯PCR技術引入隨機突變，對相應酶基因進行改造，再進行定向篩選，最終第305位氨基酸替換后，獲得活力和穩定性均較高的PanD。該技術與普通PCR類似。已知Mg2＋可以提高已發生錯配區域的穩定性，Mn2＋可以降低DNA聚合酶對底物的專一性。下列說法正確的是(　　)
A．該研究運用了蛋白質工程技術直接對酶結構進行改造
B．易錯PCR技術按照復性、變性、延伸三個步驟進行
C．易錯PCR技術的操作過程中需要使用耐高溫的解旋酶
D．為提高錯配概率，可適當提高Mg2＋濃度和Mn2＋濃度
答案　D
解析　該研究運用了蛋白質工程技術，應直接對相應酶的基因進行改造，A錯誤；PCR利用的原理是DNA半保留復制，每輪循環包括變性→復性→延伸三個步驟，B錯誤；易錯PCR技術的操作過程中需要使用耐高溫的DNA聚合酶，PCR技術是通過高溫使DNA解旋，不需要另外加入解旋酶，C錯誤；由題意可知，Mg2＋可以提高已發生錯配區域的穩定性，Mn2＋可以降低DNA聚合酶對底物的專一性，為提高錯配概率，可適當提高Mg2＋濃度和Mn2＋濃度，D正確。
9．(2024·鹽城高三調研)染色質是由一定長度的核小體為基本單位構成的。將大鼠肝細胞中分離出的染色質用非特異性核酸酶水解后去除染色質蛋白，對得到的DNA片段進行凝膠電泳，結果如圖所示。若先將染色質中的蛋白質去掉，后用同樣的非特異性核酸酶處理，則得到長度隨機的DNA片段。據此分析，下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．凝膠中的DNA分子通過染色，可以在波長為300 nm的紫外燈下被檢測出來
B．染色質中的蛋白質可能對DNA具有保護作用
C．構成核小體的基本單位是脫氧核糖核苷酸和氨基酸
D．當DNA分子處于不同構象時，其在瓊脂糖凝膠中的移動速率是一樣的
答案　D
解析　染色質用核酸酶處理后，得到的是部分水解的染色質，但若先將染色質中的蛋白質去掉后，用同樣的核酸酶處理，則得到長度隨機的DNA片段，說明染色質中的蛋白質可能對DNA具有保護作用，B正確；染色質是由一定長度的核小體為基本單位構成的，核小體的組成成分是蛋白質和DNA，其基本單位是脫氧核苷酸和氨基酸，C正確；在凝膠中DNA分子的遷移速率與凝膠的濃度、DNA分子的大小和構象等有關，故當DNA分子處于不同構象時，其在瓊脂糖凝膠中的移動速率是不一樣的，D錯誤。
二、非選擇題
10．基因工程自20世紀70年代興起后，在農牧業、醫藥衛生領域和食品工業等方面展示出廣闊的前景。如圖是通過基因工程獲得轉基因生物或產品的流程圖，請回答下列問題：
(1)若要構建小鼠乳腺生物反應器批量生產人抗利尿激素，應先從人體______細胞中獲取總RNA，通過逆轉錄獲得cDNA，再經PCR后獲得抗利尿激素基因。與人體細胞中的基因相比，該方法獲取的抗利尿激素基因不具有______________________等組件。
(2)通過PCR技術可擴增目的基因，PCR的每次循環一般可以分為______________三步。一條單鏈cDNA在PCR儀中進行n次循環，需要消耗______個引物。一般通過____________________來鑒定PCR的產物。
(3)圖中質粒A上m、n分別是啟動子和終止子，RNA聚合酶在模板DNA鏈上的移動方向是____________________。已知目的基因轉錄的模板鏈b鏈，箭頭處是限制酶的切點(Nco Ⅰ：5′－C↓CATGG－3′；Nhe Ⅰ：5′－G↓GATCC－3′)，目的基因無法與載體A連接，為了使目的基因成功表達，需要在目的基因兩側加接末端，b鏈處加接末端5′－____________。
(4)構建小鼠乳腺生物反應器時，科研人員需要將抗利尿激素基因與小鼠乳腺蛋白基因啟動子重組在一起，目的是______________________________________。膀胱生物反應器與乳腺生物反應器相比，具有的顯著優勢在于不受轉基因動物的______和______的限制，而且從尿液中提取蛋白質比在乳汁中提取簡便、高效。
答案　(1)下丘腦　啟動子、終止子和內含子
(2)變性、復性、延伸　2n－1　瓊脂糖凝膠電泳　(3)3′→5′　GATC　(4)使抗利尿激素基因在小鼠的乳腺中表達　性別　年齡
解析　(1)人抗利尿激素是由人體下丘腦細胞合成分泌的，若利用圖示流程構建小鼠乳腺生物反應器批量生產人抗利尿激素，應先從人體下丘腦細胞中獲取總RNA，通過逆轉錄獲得cDNA，再經PCR后獲得抗利尿激素基因。由于成熟的mRNA只有編碼區，是轉錄后經剪接等過程形成的，故與人體細胞中的基因相比，該方法獲取的抗利尿激素基因不具有的結構是啟動子、終止子和內含子。(3)轉錄時以DNA的一條鏈為模板合成RNA，RNA聚合酶在模板DNA鏈上的移動方向是3′→5′。圖中質粒A上m、n分別是啟動子和終止子，箭頭處是限制酶的切點，由圖示可知，質粒上有限制酶Nco Ⅰ和Nhe Ⅰ的切割位點，已知目的基因轉錄的模板鏈b鏈，結合圖示啟動子和終止子的方向可知，b鏈5′處應加接GATC，即添加的是Nhe Ⅰ切割后的序列。(4)構建小鼠乳腺生物反應器時，科研人員需要將抗利尿激素基因與小鼠乳腺蛋白基因啟動子重組在一起，目的是使抗利尿激素基因在小鼠的乳腺中表達；乳腺生物反應器只有雌性個體泌乳期才能制造產物，而膀胱生物反應器的顯著優勢在于不受轉基因動物的性別、年齡的限制，而且正常情況下尿液中沒有蛋白質，所以從尿液中提取蛋白質比在乳汁中提取簡便、高效。
11．人胰島素基因表達的最初產物是一條肽鏈構成的前胰島素原，經圖2所示的過程形成具生物活性的胰島素。此后科學家又提出了利用基因工程改造大腸桿菌生產人胰島素的兩種方法：AB法是根據胰島素A、B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；BCA法是利用胰島B細胞中的mRNA得到胰島素基因，表達出胰島素原后再用特定酶切掉C肽段。這兩種方法使用同一種質粒作為載體。請分析并回答下列問題：
(1)由于密碼子具有____________，AB法中人工合成的兩種DNA片段均有多種可能的序列。__________________(填“AB”“BCA”或“AB和BCA”)法獲取的目的基因中不含人胰島素基因啟動子。
(2)圖1是利用基因工程生產人胰島素過程中使用的質粒及目的基因的部分結構。為使目的基因與載體正確連接，在設計PCR引物時可添加限制酶__________________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技術進行擴增，已知胰島素基因左端①處的堿基序列為—CCTTTCAGCTCA—，則其中一種引物設計的序列是5′______________3′。
(3)β-半乳糖苷酶可以分解無色的X－gal產生藍色物質使菌落呈現藍色，否則菌落為白色。經Ca2＋處理的大腸桿菌與重組質粒混合培養一段時間后，將大腸桿菌接種到添加了____________________的培養基上篩選出____色的菌落即為工程菌種。
(4)科學家利用蛋白質工程技術，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：從預期的蛋白質功能出發→________________________→推測應有的氨基酸序列→找到相對應的脫氧核苷酸序列。
答案　(1)簡并性　AB 和BCA　(2)XhoⅠ和Mun Ⅰ　—CTCGAGCCTTTCAGCTCA—　(3)氨芐青霉素和X－gal　白　(4)設計預期的蛋白質結構
12．(2022·湖南，22)水蛭是我國的傳統中藥材，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。擬通過蛋白質工程改造水蛭素結構，提高其抗凝血活性。回答下列問題：
(1)蛋白質工程流程如圖所示，物質a是________________，物質b是__________。在生產過程中，物質b可能不同，合成的蛋白質空間構象卻相同，原因是______________________。
(2)蛋白質工程是基因工程的延伸，基因工程中獲取目的基因的常用方法有_______________、______________________________和利用PCR技術擴增。PCR技術遵循的基本原理是_____________________________________________________________。
(3)將提取的水蛭蛋白經甲、乙兩種蛋白酶水解后，分析水解產物中的肽含量及其抗凝血活性，結果如圖所示。推測兩種處理后酶解產物的抗凝血活性差異主要與肽的______(填“種類”或“含量”)有關，導致其活性不同的原因是___________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)若要比較蛋白質工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解產物和天然水蛭素的抗凝血活性差異，簡要寫出實驗設計思路。
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________。
答案　(1)氨基酸序列多肽鏈　mRNA　密碼子的簡并性　(2)從基因文庫中獲取目的基因　通過DNA合成儀用化學方法直接人工合成　DNA半保留復制　(3)種類　提取的水蛭蛋白的酶解時間和處理的酶的種類不同，導致水蛭蛋白空間結構有不同程度破壞　(4)設置4組試管，每組分別加入等量的改造后的水蛭素、用酶甲處理過的水蛭蛋白酶解產物、用酶乙處理過的水蛭蛋白酶解產物、天然水蛭素，加入等量同種動物的新鮮血液，相同條件下觀察凝血需要的時間，凝血時間越長，抗凝血活性越高
解析　(3)將提取的水蛭蛋白經甲、乙兩種蛋白酶水解后，據圖可知，水解產物中的肽含量隨著酶解時間的延長均上升，且差別不大。水解產物中抗凝血活性有差異，經酶甲處理后，隨著酶解時間的延長，抗凝血活性先上升后相對穩定；經酶乙處理后，隨著酶解時間的延長，抗凝血活性先上升后下降。經酶甲處理后的酶解產物的抗凝血活性最終高于經酶乙處理后的酶解產物的抗凝血活性，且差異明顯。據此推測兩種酶處理后酶解產物的抗凝血活性差異主要與肽的種類有關，導致其活性不同的原因是提取的水蛭蛋白的酶解時間和酶的種類不同，導致水蛭蛋白空間結構有不同程度的破壞。(4)抗凝血活性可通過觀察凝血時間來確定。為比較不同物質的抗凝血活性差異，可以設計向4組試管中分別加入等量改造后的水蛭素、用酶甲處理過的水蛭蛋白酶解產物、用酶乙處理過的水蛭蛋白酶解產物、天然水蛭素，加入等量的同種動物的新鮮血液，相同條件下觀察凝血需要的時間，凝血時間越長，抗凝血活性越高。

展開更多......

收起↑