2024届高考生物考前冲刺素能提升6生物技术与工程微专题3基因工程及生物技术的安全性与伦理问题课件

这是一份2024届高考生物考前冲刺素能提升6生物技术与工程微专题3基因工程及生物技术的安全性与伦理问题课件，共60页。PPT课件主要包含了知识联网，重点突破，重点1基因工程，PCR，基因文库，人工合成，解旋酶，耐高温的DNA聚合，RNA聚合酶，终止转录等内容，欢迎下载使用。

注重学科基础·倡导回归教材
①DNA连接酶　②基因表达载体的构建　③基因　④不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验 ⑤不发展、不生产、不储存生物武器,并反对生物武器及其技术和设备的扩散
1.(选择性必修3 P71旁栏思考)根据所掌握的知识,推测限制酶存在于原核生物中的主要作用是当外源DNA入侵时,它会利用限制酶来切割外源DNA,使之失效,以保证自身的安全。2.(选择性必修3 P72正文)DNA连接酶可恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。3.(选择性必修3 P72正文)质粒上常有特殊的标记基因,如四环素抗性基因、氨苄青霉素抗性基因等,便于重组DNA分子的筛选。
4.(选择性必修3 P77相关信息)Bt抗虫蛋白只有在某类昆虫肠道的碱性环境中才能表现出毒性。5.(选择性必修3 P77相关信息)PCR反应缓冲溶液中一般要添加Mg2+,其原因是真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要Mg2+激活。6.(选择性必修3 P91相关信息)用基因工程的方法,使外源基因得到高效表达的菌类一般称为基因工程菌。7.(选择性必修3 P93正文)蛋白质工程是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。
8.(选择性必修3 P102相关信息)在转基因研究工作中,我国科学家将来自玉米的α-淀粉酶基因与目的基因一起转入植物中,由于α-淀粉酶基因可以阻断淀粉储藏使花粉失去活性,因而可以防止转基因花粉的传播。9.(选择性必修3 P107思考·讨论)克隆人与细胞核供体之间的关系是克隆人的遗传信息绝大多数是由细胞核供体提供的,从基因层面来看,克隆人相当于细胞核供体的“复制品”。
深化学科思维·体现知识运用
1.基因工程的三种基本工具
[特别提醒] 与DNA有关的几种酶的作用
2.基因工程的四个操作步骤(1)目的基因的筛选与获取。①目的基因的获取途径。a.利用 获取和扩增目的基因。b.通过构建 来获取目的基因。c. 目的基因。
②PCR技术与体内DNA复制。
[特别提醒] (1)引物是一小段单链的DNA或RNA,作为新子链的合成起点,只能结合在母链的3′端。(2)PCR扩增出的不一定都是所需的DNA片段。因为第一次循环得到的DNA片段只有一种引物,比所需的DNA片段要长,从第三次循环才出现所需的DNA片段,这样的片段存在两种引物。
(2)基因表达载体的构建。
(3)将目的基因导入受体细胞。
(4)目的基因的检测与鉴定。
乳腺中特异表达的基因的启动子
3.乳腺生物反应器与基因工程菌对比
4.蛋白质工程与基因工程的区别和联系
考向1　围绕PCR技术,考查科学思维1.(2021·湖北卷)某实验利用PCR技术获取目的基因,实验结果显示除目的基因条带(引物与模板完全配对)外,还有2条非特异条带(引物和模板不完全配对)。为了减少反应非特异条带的产生,以下措施中有效的是(　 　)A.增加模板DNA的量B.延长热变性的时间C.延长延伸的时间D.提高复性的温度
解析:由题意可知,非特异条带是指引物与模板不完全配对,已知在PCR反应过程中,引物与模板的配对发生在复性阶段,因此判断非特异条带增加的原因可能是复性温度过低造成引物与模板的结合位点增加,故可通过提高复性的温度来减少反应非特异条带的产生。
PCR扩增后出现非特异性条带的原因和对策非特异性条带的出现,其主要原因:一是与引物有关,引物与靶序列不完全互补或引物聚合形成二聚体易出现非特异性条带,此外引物越短越容易出现非特异性条带;二是与Mg2+浓度过高、复性温度过低,及PCR循环次数过多有关;三是与酶的质和量有关,往往一些来源的酶易出现非特异性条带而另一来源的酶则不出现,酶量过多有时也会出现非特异性扩增。其对策有①必要时重新设计引物;②降低酶量或调换另一来源的酶;③降低引物量,适当增加模板量,减少循环次数;④适当提高复性温度。
2.(2023·福建厦门检测)人类胰岛素基因位于第11号染色体上,长度为8 416 bp,人类胰岛素的氨基酸序列已知。回答下列相关问题。(1)上图是利用PCR技术获取人胰岛素基因的方法,除了此方法外,还可以利用的方法是  　。
通过构建基因文库获取或人工合成
(2)利用PCR技术获取人胰岛素基因,在缓冲溶液中除了要添加模板和引物外,还需要添加的物质有　　　　　　　　　　　　　　　.　　　。(3)最少经过　 轮循环才可以得到所需的目的基因,一个DNA分子经过5轮循环,需要引物A　　个,从PCR的过程和DNA分子的特点,试着写出设计引物需要注意的问题:　  　 (答出2点即可)。 
四种脱氧核苷酸和耐高温的DNA聚合酶
引物自身不能有互补序列;引物之间不能有互补序列
解析:(3)题图中引物A和引物B在DNA片段内部,根据PCR的过程和DNA分子半保留复制的特点可知,前两轮循环产生的4个DNA分子的两条链均不等长,第三轮循环产生的DNA分子存在等长的两条核苷酸链,即目的基因,即最少经过3轮循环才可以得到所需的基因。从理论上推测,一个DNA分子经n次循环合成的DNA分子为2n个,脱氧核苷酸链数为2n+1,新合成的脱氧核苷酸链数为2n+1-2,而每合成一条脱氧核苷酸链需要一个引物,所以共需要消耗2n+1-2个引物,即25+1-2=62个,其中引物A为31个。设计引物时需要注意以下几点:引物自身及引物之间不能有互补序列,以防止自身环化或相互连接,引物长度适当,引物能与目的基因两侧特异性结合等。
解析:(4)在凝胶浓度一定的情况下,DNA分子的迁移速率与DNA分子的大小和构象等有关。
(4)利用琼脂糖凝胶电泳分离不同DNA分子,在凝胶浓度一定的情况下,迁移速率取决于　　　　　　　　　　。 
DNA分子的大小和构象
考向2　以基因工程的操作为基础,考查科学思维和生命观念3.(2023·湖北卷)用氨苄青霉素抗性基因(AmpR)、四环素抗性基因(TetR)作为标记基因构建的质粒如图所示。用含有目的基因的DNA片段和用不同限制酶酶切后的质粒,构建基因表达载体(重组质粒),并转化到受体菌中。下列叙述错误的是(　 　)A.若用HindⅢ酶切,目的基因转录的产物可能不同B.若用PvuⅠ酶切,在含Tet(四环素)培养基中生长的菌落,不一定含有目的基因C.若用SphⅠ酶切,可通过DNA凝胶电泳技术鉴定重组质粒构建成功与否D.若用SphⅠ酶切,携带目的基因的受体菌在含Amp(氨苄青霉素)和Tet的培养基中能形成菌落
解析:若用HindⅢ酶切质粒和含有目的基因的DNA片段,目的基因有正向连接和反向连接两种连接形式,因此转录的产物可能不同;若用PvuⅠ酶切,重组质粒和质粒中都有四环素抗性基因(TetR),因此在含Tet(四环素)培养基中生长的菌落,不一定含有目的基因;DNA凝胶电泳技术可以分离不同大小的DNA片段,重组质粒的大小与质粒不同,能够鉴定重组质粒构建成功与否;SphⅠ的酶切位点位于四环素抗性基因中,若用SphⅠ酶切,重组质粒中含氨苄青霉素抗性基因(AmpR),因此携带目的基因的受体菌在含Amp(氨苄青霉素)的培养基中能形成菌落,在含Tet的培养基中不能形成菌落。
4.(2023·山东卷)科研人员构建了可表达J-V5融合蛋白的重组质粒并进行了检测,该质粒的部分结构如图甲所示,其中V5编码序列表达标签短肽V5。(1)与图甲中启动子结合的酶是　 　　　　。除图甲中标出的结构外,作为载体,质粒还需具备的结构有　　　　　　　　　　　.　　　　　　 　　(答出2个结构即可)。 
限制酶切割位点、标记基因、复制原点等
解析:(1)启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位,有了它才能驱动基因的转录。作为载体必须具备的条件:①要具有限制酶的切割位点;②要有标记基因(如抗性基因),以便于重组后重组质粒的筛选;③能在宿主细胞中稳定存在并复制;④是安全的,对受体细胞无害,而且要易从供体细胞分离出来,图中甲有启动子和终止子等,因此质粒还需具备的结构有限制酶的切割位点、标记基因、复制原点等。
(2)构建重组质粒后,为了确定J基因连接到质粒中且插入方向正确,需进行PCR检测,若仅用一对引物,应选择图甲中的引物　　　 .　　　　　。已知J基因转录的模板链位于b链,由此可知引物F1与图甲中J基因的　　(填“a链”或“b链”)相应部分的序列相同。
解析:(2)据图甲可知,引物F2与R1或F1与R2结合部位包含J基因的碱基序列和部分连接序列,因此推测为了确定J基因连接到质粒中且插入方向正确,进行PCR检测时,若仅用一对引物,应选择图甲中的引物F2和R1或F1和R2。b是模板链,而根据图上启动子和终止子的位置可知转录方向是从左向右,对应的模板链方向应该是3′→5′,非模板链(也就是a链)是5′→3′;考虑到DNA复制的方向是子链的5′→3′,在引物基础上延伸的方向肯定是5′→3′,所以引物结合的单链其方向是3′→5′;图中F1是前引物,在左侧,所以其配对的单链是3′→5′的b链,故其序列应该与a链相应部分的序列相同。
(3)重组质粒在受体细胞内正确表达后,用抗J蛋白抗体和抗V5抗体分别检测相应蛋白是否表达以及表达水平,结果如图乙所示。其中,出现条带1证明细胞内表达了　　　　　　,条带2所检出的蛋白　　　(填“是”或“不是”)由重组质粒上的J基因表达的。 
解析:(3)据图乙可知,用抗J蛋白抗体和抗V5抗体分别检测,均出现条带1,说明细胞内表达了J-V5融合蛋白。抗J蛋白抗体检测出现条带2,抗V5抗体检测不出现条带2,说明条带2所检出的蛋白不是由重组质粒上的J基因表达的。
(1)引物中设计两种限制酶识别位点有利于目的基因定向插入载体。(2023·山东泰安模拟)(　 　)(2)在分子水平上,可利用PCR等技术检测细胞内是否合成新的目的蛋白质。(2023·河北邯郸一模)(　 　)(3)农杆菌转化法中需要进行两次体外拼接和两次导入。(2023·山东济南三模)(　 　)(4)用四环素抗性基因作标记基因,便于鉴别受体细胞中是否含有目的基因。(2023·山东济南一模)(　 　)
(5)农杆菌感染宿主细胞的原理与肺炎链球菌转化实验的原理类似。(2021·浙江台州二模)(　 　)(6)DNA粗提取实验中,若选择鸡血细胞为材料,则省去了研磨过程。(2023·广东梅州三模)(　 　)(7)(2022·山东卷)用于扩增P基因的引物需满足的条件是 。
能与P基因母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸
考向3　以基因工程的应用为载体,考查科学思维与社会责任5.(2023·湖南长郡中学二模)镍是一种重金属,由于在工业上被大量使用及废料的大量排放而对环境产生了严重的污染。科研人员采用重组DNA技术构建了两种重组质粒,其中重组质粒pSUNI含有nixA基因,该基因编码一种高特异性的Ni2+转运蛋白,重组质粒pGPMT3带有编码金属硫蛋白基因(tmG),金属硫蛋白(TM)可高容量地结合重金属离子,又可在细胞内消除重金属离子对细胞本身的毒害作用。科研人员再利用基因工程将两种目的基因导入大肠杆菌,培育出能够富集Ni2+的“超级细菌”——大肠杆菌JM109,用来净化工业废水,治理环境污染。回答下列问题。
(1)构建重组质粒pSUNI、pGPMT3所需要的两种酶是 .　　　　　 ,将重组质粒导入大肠杆菌JM109细胞之后,nixA基因表达产物分布在大肠杆菌的　　　　。 
解析:(1)构建重组质粒需要用到限制酶和DNA连接酶;nixA基因编码一种高特异性的Ni2+转运蛋白,转运蛋白位于细胞膜上,故nixA基因表达产物分布在大肠杆菌的细胞膜上。
(2)为检测目的基因是否导入大肠杆菌,可采用PCR技术对待测大肠杆菌进行检测,但需先提取其DNA。为充分溶解DNA,将获得的沉淀物溶于　　　　 　　　　(要求写出液体名称及具体浓度)中,再用　　　　　　　　(填一种方法)对PCR产物进行鉴定。 
2 ml/L的NaCl溶液
解析:(2)DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同,能溶于2 ml/L的NaCl溶液;PCR的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定。
(3)为获得大量的大肠杆菌JM109,科研人员将受体菌分别接种于3个盛有等量同种液体培养基的容器瓶中,并放置在摇床上培养,摇床转速分别为210 r/min、230 r/min和250 r/min。培养时间与大肠杆菌种群密度的关系如图1所示。分析数据可以得出结论:在一定转速范围内,摇床转速越高,　　　　　 　　　　　　,其原因是　   　。 
摇床转速越高,培养基中O2越充足,菌体与营养物质的接触越充分,大肠杆菌繁殖的速度越快
解析:(3)由图1可知,在一定转速范围内,摇床的转速越高,大肠杆菌的种群密度越大,这是因为摇床转速越高,培养基中O2越充足,菌体与营养物质的接触越充分,大肠杆菌繁殖的速度就越快。
(4)科研人员为检测大肠杆菌JM109富集Ni2+的效果,分别将原大肠杆菌、原大肠杆菌+pSUNI、大肠杆菌JM109,培养在含有一定浓度Ni2+的培养液中,一段时间后检测大肠杆菌菌体的数量和菌体中Ni2+的含量,实验结果如图2所示。原大肠杆菌+pSUNI组的大肠杆菌数量最少的原因是    　 。 
特异性的Ni2+转运蛋白将较多Ni2+转入细胞,但因缺少金属硫蛋白(TM),无法消除Ni2+对自身细胞的毒害作用,导致大肠杆菌数量减少
解析:(4)由题干可知,大肠杆菌含pSUNI的重组质粒时,因重组质粒pSUNI含有编码高特异性Ni2+转运蛋白的nixA基因,使得大肠杆菌富集Ni2+的效果更好;含有编码金属硫蛋白基因(tmG)的pGPMT3重组质粒时,可消除重金属离子对细胞本身的毒害作用。因此原大肠杆菌+pSUNI组的大肠杆菌数量最少的原因是特异性的Ni2+转运蛋白将较多Ni2+转入细胞内,但因缺少金属硫蛋白(TM),无法消除Ni2+对自身细胞的毒害作用,导致大肠杆菌数量减少。
6.(2023·山东日照二模)普通番茄细胞中含有多聚半乳糖醛酸酶基因,控制合成的酶能破坏细胞壁使番茄软化,不耐储存。科学家将抗多聚半乳糖醛酸酶基因导入番茄细胞,获得耐储存番茄,作用机理如图。回答下列问题。(1)基因工程中,抗多聚半乳糖醛酸酶基因称为　　　 　。 
解析:(1)本实验的目的是获得耐储存番茄,所以抗多聚半乳糖醛酸酶基因是目的基因。
(2)科学家将抗多聚半乳糖醛酸酶基因导入番茄细胞的　　　　 　上,采用的方法为　　　　 　　,因为Ti质粒的　　　　片段有转移能力。 
染色体(或细胞核)DNA　
解析:(2)番茄为双子叶植物,故将目的基因导入番茄细胞通常采用农杆菌转化法;Ti质粒上的T-DNA可将目的基因整合到番茄细胞的染色体(或细胞核)DNA上。
(3)抗多聚半乳糖醛酸酶基因成功导入番茄细胞后,通过　　　　 　　技术培育出转基因番茄植株。转基因番茄耐储存的机理是多聚半乳糖醛酸酶基因表达的　　 过程受阻。如果在转基因番茄中采用　 　技术检测到了抗多聚半乳糖醛酸酶基因,但番茄果实依然软化不耐储存,则最可能的原因是　  　 。 
抗多聚半乳糖醛酸酶基因没有转录出mRNA2
解析:(3)将植物细胞培育成植株需要用到植物组织培养技术;从图中看出抗多聚半乳糖醛酸酶基因产生的mRNA2和多聚半乳糖醛酸酶基因产生的mRNA1结合,从而阻止了翻译过程;检测目的基因是否导入细胞常采用PCR技术,如果检测到了抗多聚半乳糖醛酸酶基因,但番茄果实依然软化不耐储存,则最可能的原因是抗多聚半乳糖醛酸酶基因没有转录出mRNA2。
考向4　以蛋白质工程为载体,考查科学探究与社会责任7.(2021·辽宁卷)腈水合酶(N0)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N0的α和β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(N1)。下列有关叙述错误的是(　 　)A.N1与N0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N1的过程需要进行转录和翻译D.检测N1的活性时先将N1与底物充分混合,再置于高温环境
解析:在N0的α和β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(N1),则N1与N0氨基酸序列有所不同,这可能是影响其热稳定性的原因之一;蛋白质工程的作用对象是基因,即加入连接肽需要通过改造基因实现;N1为蛋白质,蛋白质的合成需要经过转录和翻译两个过程;酶具有高效性,检测N1的活性需先将其与底物分别置于高温环境,再与底物充分混合。
8.(2022·湖南卷节选)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　　　　　　　　　。 
解析:(1)分析题图可知,物质a是多肽链,物质b是mRNA。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,原因是密码子具有简并性,即一种氨基酸可能对应几个密码子。
(2)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　　 (填“种类”或“含量”)有关,导致其活性不同的原因是　　　　　　　　　　　　　　　.　　　　　　　　 　。 
对水蛭蛋白进行酶解时酶的种类不同,导致水蛭蛋白水解产物的空间结构不同
解析:(2)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后,据图可知,水解产物中的肽含量随着酶解时间的延长均上升,且差别不大;而水解产物的抗凝血活性有差异,经酶甲处理后,随着酶解时间的延长,抗凝血活性先上升后相对稳定,经酶乙处理后,随着酶解时间的延长,抗凝血活性先上升后下降,且酶甲处理后的酶解产物的抗凝血活性最终高于经酶乙处理后的酶解产物的抗凝血活性,差异明显,据此推测两种酶分别处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的种类有关,导致其活性不同的原因是对水蛭蛋白进行水解时酶的种类不同,导致水蛭蛋白水解产物的空间结构不同。
(3)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。
答案:(3)取3支试管,分别加入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、题述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素;取同一种动物(如家兔)血液,立即将等量的血液分别加入3支试管中,静置,统计3支试管中血液凝固时间。
解析:(3)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、题述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异,实验设计思路为取3支试管,分别加入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、题述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素;取同一种动物(如家兔)血液,立即将等量的血液分别加入3支试管中,静置,统计3支试管中血液凝固时间。
1.治疗性克隆和生殖性克隆的比较
重点2　生物技术的安全性与伦理问题
2.试管婴儿和设计试管婴儿(1)过程。
上述过程中,a、b、c、f、g是试管婴儿的培育过程,a、b、d、e、f、g是设计试管婴儿的培育过程。
3.禁止生物武器(1)种类: 类、 类、 类等。(2)中国政府的态度:在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器,并反对生物武器及其技术和设备的扩散。
考向1　结合生物技术的伦理问题,考查生命观念与社会责任1.(2023·浙江1月选考)以哺乳动物为研究对象的生物技术已获得了长足的进步。对生物技术应用于人类,在安全与伦理方面有不同的观点,下列叙述正确的是(　 　)A.试管婴儿技术应全面禁止B.治疗性克隆不需要监控和审查C.生殖性克隆不存在伦理道德方面的风险D.我国不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验
解析:我国允许试管婴儿;治疗性克隆仍需要监控和审查;生殖性克隆存在伦理道德方面的风险;我国不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验。
2.关于设计试管婴儿的问题,下列哪项不合乎道德规范(　 　)A.利用试管婴儿提供骨髓造血干细胞,救治病人B.利用设计试管婴儿技术设计畸形胎儿,以供展览C.利用试管婴儿的脐带血治疗白血病D.设计试管婴儿,非医学需要不考虑他的性别
解析:利用试管婴儿提供骨髓造血干细胞,救治病人合乎道德规范;利用设计试管婴儿技术设计畸形胎儿,以供展览不合乎道德规范;利用试管婴儿的脐带血治疗白血病合乎道德规范;设计试管婴儿,非医学需要不主动选择婴儿性别,符合道德规范。
考向2　以生物技术的安全性为基础,考查科学思维和社会责任3.下列有关“基因污染”叙述中,错误的是(　 　)A.转基因生物有可能成为“外来物种”,影响生态系统的稳定性B.转基因生物的外源基因本身来源于自然界,故不存在“基因污染”的问题C.抗除草剂基因有可能通过花粉传播进入杂草,从而产生“超级杂草”D.“基因污染”有可能会从一种生物扩散到其他多种生物物种
解析:外源基因可能会通过花粉等扩散到其他物种,所以转基因生物存在“基因污染”的问题。
4.(2023·浙江绍兴一模)“转基因”已越来越多地进入我们的生活,但是人们对转基因生物及其相关产品的安全性充满了担心。下列不需要对转基因农作物进行安全评估的是(　 　)A.转基因作物的蛋白质含量B.转基因作物对原来栖息地物种生存的影响C.转入的基因扩散到其他植物中D.食用转基因产品对人体健康的影响
解析:对转基因农作物的安全评估主要针对其遗传稳定性、对当地生态环境的影响、食用安全等方面,不需要评估其营养价值(如蛋白质含量)。
拓展新视野·培养新思维
情境材料　一般认为蛋白质工程就是通过基因重组技术改造或设计合成具有特定生物功能的蛋白质。实际上蛋白质工程包括蛋白质的分离纯化,蛋白质结构和功能的分析、设计和预测,通过基因重组或其他手段改造或创造蛋白质。从广义上来说,蛋白质工程是通过物理、化学、生物等技术改造蛋白质或设计合成具有特定功能的新蛋白质。利用基因工程的手段,在目标蛋白的氨基酸序列上引入突变,从而改变目标蛋白的空间结构,最终达到改善其功能的目的。
问题探究 (1)对天然蛋白质进行改造,你认为应该直接对蛋白质分子进行操作,还是通过对基因的操作来实现?原因是什么?提示:应该通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造。主要原因:①蛋白质具有十分复杂的空间结构,基因的结构相对简单,容易改造;②改造后的基因可以遗传给下一代,而被改造的蛋白质无法遗传。(2)蛋白质工程和基因工程利用的基因以及得到的蛋白质相同吗?分别体现在哪些方面?提示:不相同。①利用的基因不同:蛋白质工程利用的基因是天然基因改造后的基因或合成的新基因;基因工程利用的基因是天然基因。②得到的蛋白质不同:蛋白质工程可以得到自然界没有的新的蛋白质;基因工程得到的是自然界原有的蛋白质。
1.已知生物体内有一种转运蛋白(X),由305个氨基酸组成。如果将X中158位的丝氨酸变成亮氨酸,240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸,改变后的蛋白质(X1)不但保留X的功能,而且具有了酶的催化活性。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.可以通过对X蛋白基因进行修饰或人工合成获得X1蛋白基因C.蛋白质工程操作过程中,不需要酶和载体作为工具D.细胞内合成X1蛋白与合成X蛋白的过程中,遗传信息的流向是相反的
解析:蛋白质工程和基因工程的根本区别是能否产生自然界没有的蛋白质;可以通过对X蛋白基因进行修饰或人工合成获得X1蛋白基因;蛋白质工程操作过程中,将新获得的基因导入受体生物时,同样需要酶和载体作为工具;细胞内合成X1蛋白与合成X蛋白的过程中,遗传信息的流向是相同的,都是由DNA到mRNA再到蛋白质。
2.(2023·四川南充三模)胰岛素是治疗糖尿病的药,但天然胰岛素在人体内的寿命只有几个小时。重症患者每天需要多次注射药物,增加了痛苦。通过蛋白质工程改变蛋白质的空间结构,以延长蛋白质的半衰期,可得到长效胰岛素,还可以增强其稳定性。下图是通过蛋白质工程获得长效胰岛素的过程。请分析回答下列问题。(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键,图中构建新蛋白质模型的主要依据是  　。
蛋白质(或胰岛素)的预期功能
解析:(1)图中构建新蛋白质模型的主要依据是胰岛素的预期功能。
解析:(2)人工合成的新胰岛素基因必须与相应的载体结合,并导入大肠杆菌等受体细胞内,才能准确表达,进而获得目的蛋白质(新的胰岛素)。
(2)通过人工合成DNA形成的新基因应与　　　结合后,转移到　　　　 　　　　中,才能准确表达。 
解析:(3)若要利用大肠杆菌生产长效胰岛素,需先根据新的胰岛素的功能设计其结构,然后人工合成新的胰岛素基因,并将新的胰岛素基因导入受体细胞,然后通过培养受体细胞获得新的胰岛素,因此该过程涉及的生物工程包括基因工程、蛋白质工程和发酵工程。
(3)若要利用大肠杆菌生产上述长效胰岛素,需要用到的生物工程有　 和发酵工程。