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2024届高考生物一轮复习教案第十单元生物技术与工程第7课时基因工程的应用和蛋白质工程（苏教版）
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这是一份2024届高考生物一轮复习教案第十单元生物技术与工程第7课时基因工程的应用和蛋白质工程（苏教版），共15页。教案主要包含了易错辨析，填空默写，非选择题等内容，欢迎下载使用。
考点一 基因工程的应用
1．基因工程在农牧业中的应用价值
2．基因工程在食品业中的应用价值
(1)转基因食品已进入商业化生产，其中大豆、玉米和油菜种植面积很大。
(2)植物蛋白质、糖类、脂肪品质的改良以及维生素种类和含量的改良等方面，是主要研究热点。
(3)基因工程在氨基酸、助鲜剂、甜味剂等食品添加剂的生产，以及广泛应用于食品制造业的淀粉酶、纤维素酶、脂肪酶、蛋白酶的生产方面也大显身手。
3．基因工程在医药业中的应用价值
(1)基因工程药物
转基因药物的反应器：科学家将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等重组起来，转入哺乳动物的受精卵中，制成乳腺生物反应器或乳房生物反应器。
辨析 乳腺生物反应器与工程菌的比较
(2)基因治疗
①概念：指利用正常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法。包括基因诊断、基因分离、载体构建、目的基因导入等多项技术。
②途径：体内和体外两种。
考向 基因工程的应用
1．(2023·江苏天一中学高三检测)基因工程蓬勃发展，下列有关基因工程的说法正确的是( )
A．基因工程在农牧业上的应用主要目的是培养体型巨大品质优良的动物
B．用基因工程方法培育的抗虫植物也能抗病毒
C．转基因绵羊操作过程中生长激素基因的受体细胞最好采用乳腺细胞
D．在农业方面，蛋白质工程可用于改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，增加粮食产量
答案 D
解析 基因工程在农牧业上应用的主要目的是提高动物生长速度、改善畜产品品质，而不是为了产生体型巨大的个体，A错误；用基因工程方法培育的抗虫植物只能抗虫，不能抗病毒，B错误；转基因绵羊操作过程中生长激素基因的受体细胞最好采用受精卵细胞，因为受精卵具有全能性，C错误。
2．(多选)为研究拟南芥的AtCIPK基因对烟草抗旱能力的影响，科研人员将该基因转入烟草得到甲、乙、丙三个转基因品种，变量处理后的第7天检测AtCIPK基因和抗干旱基因NtLE5的表达量，结果如下表所示。下列分析错误的是( )
A．丁组与其他实验组在变量处理前都需要提供适宜光照和进行干旱处理
B．基因表达量的分析过程中不存在U—A碱基配对
C．除了检测基因的表达量外，还需进行个体水平的检测
D．AtCIPK基因的表达产物可能促进NtLE5基因的表达，从而提高植物对干旱的适应性
答案 AB
解析 丁组与其他实验组在变量处理前都需要提供适宜的光照并浇水使其正常生长，变量处理时，实验组和对照组停止浇水，A错误；检测基因表达量时先提纯RNA，用逆转录的方法得到DNA，定时定量分析特定基因的含量，用于反映转录的情况，此过程中存在U—A碱基配对，B错误；除了检测基因的表达量，实验还需比较转基因烟草植株与普通烟草植株的生长量，用于检测转基因烟草的抗旱能力，C正确；由图中的数据可以看出，AtCIPK基因的相对表达量与抗干旱基因NtLE5的表达量存在正相关关系，说明AtCIPK基因的表达产物可能促进NtLE5基因的表达，从而提高植物的抗旱能力，D正确。
考点二 蛋白质工程
1．蛋白质工程的概念
2．过程
(1)流程图
A．转录，B.翻译，C.分子设计，D.氨基酸序列，E.预期功能。
(2)首先要获取目的基因和蛋白质的结构数据。
(3)通过基因改造生产目标蛋白质。针对相关基因进行改造，即基因的体外定向突变。大面积的定向突变一般采用基因全合成的方法，而含有单一或少数几个突变位点的基因定向突变则可采用多种策略，如引物定点引入法。
3．蛋白质工程的设计思路与应用
(1)提高蛋白质(酶)的稳定性。
(2)改善酶的催化活性。
(3)消除酶的被抑制特性。
4．蛋白质工程与基因工程的比较
考向 蛋白质工程
3．β-葡聚糖酶是一种在酒类、饲料等行业中具有重要用途的工业用酶。为提高β-葡聚糖酶的催化活性，科学家将其第20位、117位和165位赖氨酸突变为丝氨酸。下列有关叙述错误的是( )
A．改造后的β-葡聚糖酶的耐酸碱能力增强
B．改造后的β-葡聚糖酶空间结构发生了改变
C．对β-葡聚糖酶结构的改造属于蛋白质工程
D．可通过DNA分子测序法检测突变是否成功
答案 A
解析 根据题干信息不能得出改造后的β-葡聚糖酶的耐酸碱能力增强，A错误。
4．下列有关基因工程和蛋白质工程的叙述中，正确的是( )
A．蛋白质工程难度很大是因为对蛋白质的高级结构了解不够
B．基因工程和蛋白质工程都可以生产自然界不存在的蛋白质
C．不同来源的DNA分子能够拼接，其原因是所有生物共用一套密码子
D．基因工程的直接操作对象是基因，蛋白质工程的直接操作对象是蛋白质
答案 A
解析 基因工程生产自然界已有的蛋白质，蛋白质工程生产自然界中不存在的蛋白质，B错误；不同来源的DNA分子能够拼接，其原因是不同来源的DNA分子具有相同的结构及遵循碱基互补配对原则，C错误；蛋白质工程需要进行基因修饰或合成，蛋白质工程的直接操作对象是基因，D错误。
1．(经典高考题)从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是( )
A．合成编码目的肽的DNA片段
B．构建含目的肽DNA片段的表达载体
C．依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽
D．筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽
答案 C
解析 由题意分析可知，多肽P1为抗菌性和溶血性均较强的多肽，要设计出抗菌性强但溶血性弱的多肽，即在P1的基础上设计出自然界原本不存在的蛋白质，用蛋白质工程技术可以实现。蛋白质工程的基本途径是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。故要想在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是依据P1的氨基酸序列设计出多条模拟肽，然后进行改造，从而确定抗菌性强但溶血性弱的多肽的氨基酸序列。
2．(2020·山东，25)水稻胚乳中含直链淀粉和支链淀粉，直链淀粉所占比例越小糯性越强。科研人员将能表达出基因编辑系统的DNA序列转入水稻，实现了对直链淀粉合成酶基因(Wx基因)启动子序列的定点编辑，从而获得了3个突变品系。
(1)将能表达出基因编辑系统的DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时，所需的酶是_______________________________________________________________________，重组载体进入水稻细胞并在细胞内维持稳定和表达的过程称为________。
(2)根据启动子的作用推测，Wx基因启动子序列的改变影响了____________________，
从而改变了 Wx基因的转录水平。与野生型水稻相比，3个突变品系中Wx基因控制合成的直链淀粉合成酶的氨基酸序列__________(填“发生”或“不发生”)改变，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)为检测启动子变化对Wx基因表达的影响，科研人员需要检测Wx基因转录产生的mRNA (Wx mRNA)的量。检测时分别提取各品系胚乳中的总RNA，经_______________过程获得总 cDNA。通过PCR技术可在总cDNA中专一性的扩增出 Wx基因的cDNA，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)各品系Wx mRNA量的检测结果如图所示，据图推测糯性最强的品系为________，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)限制性内切核酸酶和DNA连接酶 转化 (2)RNA聚合酶与启动子的识别和结合 不发生 编码直链淀粉合成酶的碱基序列中不含启动子 (3)逆转录 引物是根据Wx基因的一段已知序列设计合成的(或引物能与Wx基因的cDNA特异性结合) (4)品系3 品系3的Wx mRNA量最少，控制合成的直链淀粉合成酶的量最少，直链淀粉合成量最少，糯性最强
解析 (1)构建基因表达载体需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶，可以对目的基因和载体进行切割和连接，重组载体进入受体细胞内维持稳定和表达的过程称为转化。(2)RNA聚合酶与启动子识别和结合后启动转录，启动子的序列改变会影响与RNA聚合酶的识别和结合，从而改变基因的转录，3个突变品系中改变的是启动子的序列，影响mRNA的转录，而编码直链淀粉合成酶的碱基序列中不含有启动子的序列，所以编码合成的直链淀粉酶的氨基酸序列不发生改变。(3)通过mRNA获得cDNA是逆转录过程。PCR过程中需要模板、原料、酶、引物对等，其中引物是根据已知基因上的一段序列合成的，这样要从总cDNA中专一性的扩增出Wx基因的cDNA，关键是要根据Wx基因的一段已知序列合成出相应的引物。
3．(2022·湖南，22)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______________________。
(2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有____________________、______________________________和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是__________________。
(3)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___________________________________
________________________________________________________________________。
(4)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 (1)氨基酸序列多肽链 mRNA 密码子的简并性 (2)从基因文库中获取目的基因 通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成 DNA半保留复制 (3)种类 提取的水蛭蛋白的酶解时间和处理的酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏 (4)取3支试管，分别加入等量的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并编号1、2、3；用酒精消毒，用注射器取同一种动物(如家兔)血液，立即将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，静置相同时间，统计三支试管中血液凝固时间
解析 (3)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。水解产物中抗凝血活性有差异，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。经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，且差异明显。据此推测两种酶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提取的水蛭蛋白的酶解时间和酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度的破坏。
4．(2022·全国乙卷，38)新冠疫情出现后，病毒核酸检测和疫苗接种在疫情防控中发挥了重要作用。回答下列问题：
(1)新冠病毒是一种RNA病毒，检测新冠病毒RNA(核酸检测)可以采取RT—PCR法。这种方法的基本原理是先以病毒RNA为模板合成cDNA，这一过程需要的酶是______________，再通过PCR技术扩增相应的DNA片段。根据检测结果判断被检测者是否感染新冠病毒。
(2)为了确保新冠病毒核酸检测的准确性，在设计PCR引物时必须依据新冠病毒RNA中的____________________来进行。PCR过程每次循环分为3步，其中温度最低的一步是__________。
(3)某人同时进行了新冠病毒核酸检测和抗体检测(检测体内是否有新冠病毒抗体)，若核酸检测结果为阴性而抗体检测结果为阳性，说明________________________(答出1种情况即可)；若核酸检测和抗体检测结果均为阳性，说明________________________。
(4)常见的病毒疫苗有灭活疫苗、蛋白疫苗和重组疫苗等。已知某种病毒的特异性蛋白S(具有抗原性)的编码序列(目的基因)。为了制备蛋白疫苗，可以通过基因工程技术获得大量蛋白S。基因工程的基本操作流程是________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)逆转录酶(或反转录酶) (2)特异性核苷酸序列 退火 (3)曾感染新冠病毒，已康复 已感染新冠病毒，是患者 (4)获取目的基因→构建基因表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
解析 (1)以病毒RNA为模板合成cDNA是逆转录过程，这一过程需要的酶是逆转录酶(或反转录酶)。获得cDNA后可通过PCR技术扩增相应的DNA片段。根据检测结果判断被检测者是否感染新冠病毒。(2)为确保PCR扩增获得的是特异性序列，从而确保新冠病毒核酸检测的准确性，设计PCR引物时必须依据新冠病毒RNA中的特异性核苷酸序列来进行。PCR过程每次循环分为3步，即变性(90～95 ℃)→退火(55～60 ℃)→延伸(70～75 ℃)，其中温度最低的一步是退火。(3)某人同时进行了新冠病毒核酸检测和抗体检测，若核酸检测结果为阴性而抗体检测结果为阳性，说明他体内没有新冠病毒，但曾感染新冠病毒，已经康复；若核酸检测和抗体检测结果均为阳性，说明他体内已感染新冠病毒，是患者。
一、易错辨析
1．利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品，如人的血清白蛋白，这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中( × )
2．由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用( × )
3．蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质( √ )
4．蛋白质工程可以合成自然界中不存在的蛋白质( √ )
5．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构( × )
二、填空默写
1．(选择性必修3 P103)转基因生物利用转基因工程技术培育的、能稳定遗传外源基因所决定的性状的生物。
2．(选择性必修3 P106)基因治疗的体内途径是将分离出来的带有治疗作用的基因通过载体转入患者体内的某些细胞，直接纠正或弥补缺陷基因的功能。体外途径是采用转基因技术将带有治疗作用的基因导入病毒基因组，再用病毒感染受体细胞，治疗基因整合到受体基因组后，受体细胞经体外培养、增殖后导入患者体内。
3．(选择性必修3 P110)蛋白质工程是以蛋白分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础，对编码该蛋白的基因进行有目的的设计改造，以改造现有蛋白质或制造新的蛋白质。
课时精练
一、单项选择题
1．(2023·江苏徐州高三检测)下列关于基因工程的应用的叙述，正确的是( )
A．将药用蛋白基因注射入牛的乳腺细胞，从牛乳汁中获得所需的药品
B．基因工程改造后的个体与未经改造的同种个体之间已产生生殖隔离
C．利用基因工程生产的甜味剂对人体无害，在食品中可以大量添加
D．基因工程可以改良动植物品种、提高作物和畜产品的产量
答案 D
解析 将药物蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，导入哺乳动物的受精卵中，A错误；基因工程的原理是基因重组，经过基因工程改造后的个体与未经改造的同种个体之间只有一个或少数几个基因不同，一般不会产生生殖隔离，B错误；过量甜味剂对人体会产生危害，不能在食品中大量添加，C错误。
2．(2023·江苏淮安高三期中)下列关于蛋白质工程应用的叙述正确的是( )
A．蛋白质工程离不开基因工程，蛋白质工程是基因工程的延伸
B．蛋白质工程只能改造自然界已有的蛋白质
C．根据设计的蛋白质中的氨基酸序列只能推测出一种脱氧核苷酸序列
D．蛋白质工程可以在生物体外实现其目的
答案 A
解析 蛋白质工程既能改造现有的蛋白质也能制造新的蛋白质，B错误；一种氨基酸可能有不止一种密码子，因此根据肽链的氨基酸序列可能推导出不止一种脱氧核苷酸序列，C错误；蛋白质工程通过改造目的基因来改造蛋白质，目的基因需要在生物体内表达，D错误。
3．下列关于基因工程在食品工业上应用的叙述，错误的是( )
A．加工烘烤食品、制造生物能源所用到的脂酶可以通过基因工程技术大量生产
B．只有将编码牛凝乳酶的基因导入黑曲霉、酵母菌等真核细胞，才能利用基因工程技术生产凝乳酶
C．利用基因工程生产出的加工转化糖浆所需要的淀粉酶，纯度更高，而且成本显著降低
D．能够分解“石油”的超级细菌在代谢上属于异养型
答案 B
解析 将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌细胞，也能利用基因工程技术生产凝乳酶，B错误。
4．几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分，几丁质酶可催化其水解。将几丁质酶基因转入菊花体内，可增强其抗真菌病的能力。下列有关叙述错误的是( )
A．将几丁质酶基因插入Ti质粒的T－DNA上构建表达载体
B．可通过显微注射法将农杆菌导入菊花受体细胞
C．可用PCR等技术检测目的基因是否成功导入
D．可用真菌接种实验检测转基因菊花对真菌的抗性程度
答案 B
解析 Ti质粒的T－DNA可以转移到受体细胞中，并且整合到受体细胞染色体的DNA上，根据这一特点，构建表达载体时，应该将目的基因即几丁质酶基因插入到Ti质粒的T－DNA上，A正确；可通过农杆菌转化法将农杆菌导入菊花受体细胞，显微注射法是用于将目的基因导入动物细胞的方法，B错误；转基因植物接种相应的真菌，观察转基因植物是否出现抗病性状，根据题干信息“几丁质酶基因转入菊花体内，可增强其抗真菌病的能力”，故可用真菌接种实验检测转基因菊花对真菌的抗性程度，D正确。
5．(2023·江苏金沙中学高三期中)葡萄糖异构酶在工业上应用广泛，科学家将其第138位甘氨酸替换为脯氨酸后，其最适温度提高了10 ℃左右。下列相关叙述正确的是( )
A．蛋白质功能是由氨基酸的种类和数量决定
B．改造蛋白质结构可通过改造基因结构实现
C．蛋白质工程不可以定向改变蛋白质的结构
D．酶最适温度提高是因为脯氨酸比甘氨酸更耐热
答案 B
解析 蛋白质的功能是由蛋白质的结构决定的，从根本上来说，是由基因决定的，A错误；改造蛋白质结构可通过改造编码蛋白质的基因结构实现，B正确；蛋白质工程可以获得特定功能的蛋白质，因此可以定向改变蛋白质的结构，C错误；酶最适温度提高是因为酶的空间结构发生改变，D错误。
6．对酶的改造包括理性设计方法和非理性设计方法。理性设计方法是通过定点诱变改变蛋白质中的个别氨基酸，以产生更加理想的酶；非理性设计方法主要通过易错PCR技术实现，该技术是利用低保真的Taq酶和改变PCR的反应条件，降低DNA复制的保真度，从而使扩增产物出现较多点突变的一种体外诱导DNA序列变异的方法。下列叙述错误的是( )
A．通过理性设计以产生更加理想的酶的技术属于蛋白质工程
B．低保真的Taq酶会增加新DNA链合成过程中碱基的错配率
C．利用易错PCR技术扩增产物时需在PCR反应体系中加入足够量的脱氧核苷酸
D．易错PCR技术的扩增过程中55 ℃处理的目的是使DNA分子彻底变性
答案 D
解析 易错PCR扩增时，55 ℃处理的目的是使引物与模板结合，D错误。
7．(2023·河北唐县高三检测)下列关于蛋白质工程的说法正确的是( )
A．蛋白质工程无需构建基因表达载体
B．蛋白质工程需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶
C．对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的
D．蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是相同的
答案 B
解析 蛋白质工程是以基因工程为基础的，蛋白质工程需要限制性内切核酸酶(切割目的基因和载体)和DNA连接酶(连接切割后的目的基因和载体)，构建基因表达载体，A错误，B正确；对蛋白质的改造是通过直接改造相应的基因来实现的，C错误；蛋白质工程是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，找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)，获得所需要的蛋白质，故蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是不完全相同的，D错误。
8．如图表示蛋白质工程的操作过程，下列相关说法不正确的是( )
A．a、b过程分别是转录、翻译
B．蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作
C．蛋白质工程是完全摆脱基因工程技术的一项全新的生物工程技术
D．蛋白质工程中可能构建出一种全新的基因
答案 C
解析 a过程是以DNA的一条链为模板合成mRNA的转录过程，b过程是以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的多肽链的翻译过程，A正确；蛋白质工程是指以蛋白质分子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，以满足人类的生产和生活的需求，因此蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作，B正确；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，C错误；蛋白质工程中，可能根据已经明确的蛋白质结构构建出一种全新的基因，D正确。
二、多项选择题
9．科学家利用基因工程培育出了耐盐的转基因棉花新品系，下列相关叙述正确的是( )
A．不可通过农杆菌转化法将重组质粒导入受体细胞
B．含耐盐基因的棉花细胞可经植物组织培养获得完整植株
C．可用较高浓度的盐水浇灌来鉴定棉花植株的耐盐性
D．如果目的基因的核苷酸序列是全部未知的，可用PCR技术得到大量目的基因
答案 BC
10．动物基因工程前景广阔，最令人兴奋的是利用基因工程技术使哺乳动物成为乳腺生物反应器，以生产所需要的药品，如转基因动物生产人的生长激素。科学家培养转基因动物成为乳腺生物反应器时( )
A．利用基因工程技术
B．不需要乳腺蛋白基因的启动子
C．利用农杆菌转化法将人的生长激素基因导入受精卵中
D．需要进入泌乳期才能成为“批量生产药物的工厂”
答案 AD
解析 科学家培养转基因动物时利用了基因工程技术，A正确；构建重组质粒需要将人的生长激素基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控元件重组在一起，B错误；将重组质粒导入动物受精卵，常通过显微注射法导入哺乳动物的受精卵中，然后将受精卵送入母体内使其生长发育成转基因动物，C错误；由于转入的目的基因在乳腺中可以高效表达，利用乳腺可以分泌蛋白的特性(人的生长激素属于分泌蛋白)，所以在进入泌乳期能大量产生人的生长激素，D正确。
11．甲醇酵母菌是基因工程中常用的受体菌，它可以高效表达外源蛋白，但自身蛋白分泌到培养基的较少。研究人员将人的胶原蛋白基因导入甲醇酵母中并成功表达。下列有关叙述正确的是( )
A．用两种酶切割目的基因和质粒，可防止目的基因反向连接和质粒的自身环化
B．常用显微注射法将胶原蛋白基因导入甲醇酵母中
C．与大肠杆菌相比，甲醇酵母作受体菌所表达出的胶原蛋白与人体产生的胶原蛋白结构更相近
D．与其他酵母菌相比，甲醇酵母作受体菌便于表达出的胶原蛋白的分离与纯化
答案 ACD
解析 常用Ca2＋处理细胞，使其成为感受态细胞，然后再将重组目的基因导入微生物细胞，B错误；与大肠杆菌作受体相比，甲醇酵母为真核生物，表达出的胶原蛋白经过内质网和高尔基体的加工，所以与人体产生的胶原蛋白结构更相近，C正确；与其他酵母菌相比，甲醇酵母可以高效表达外源蛋白，但自身蛋白分泌到培养基的较少，便于目的蛋白的分离和纯化，D正确。
12．干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染和癌症，但体外保存相当困难，如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可以在－70 ℃条件下保存半年，这属于蛋白质工程的范畴。下列相关说法正确的是( )
A．蛋白质工程可以生产自然界不存在的蛋白质
B．蛋白质工程生产干扰素的过程不遵循中心法则
C．对天然干扰素的改造须通过对基因的操作来实现
D．蛋白质空间结构复杂是蛋白质工程实施难度大的重要原因
答案 ACD
三、非选择题
13．为使水稻获得抗除草剂性状，科研人员将除草剂草甘膦抗性基因转入水稻植株，获得抗草甘膦转基因水稻。回答下列问题：
(1)将草甘膦抗性基因作为_____________________，与Ti质粒构建基因表达载体。
(2)用______________处理农杆菌后获得感受态细胞，将其与基因表达载体混合完成____________后，在添加潮霉素的培养基中，经筛选1得到含基因表达载体的农杆菌。
(3)取某品种水稻的幼胚，先进行__________处理，然后接种到培养基中，水稻幼胚细胞发生____________形成愈伤组织。用含基因表达载体的农杆菌侵染该愈伤组织。
(4)利用PCR技术，可以鉴定被侵染的愈伤组织中是否含有草甘膦抗性基因。草甘膦抗性基因的部分序列如下：
5′—ATGGCT……AGGAAC—3′
3′—TACCGA……TCCTTG—5′
根据上述序列应选择引物________(填字母)进行PCR。
A．引物：5′—TACCGA—3′
B．引物：5′—GTTCCT—3′
C．引物：5′—AUGGCU—3′
D．引物：5′—ATGGCT—3′
(5)除了鉴定愈伤组织中是否含有目的基因以外，还可以利用GUS基因表达产物的鉴定进行图中的筛选2，以确定目的基因是否________。两次筛选后得到的转基因愈伤组织经过细胞的__________过程，获得转基因水稻。
答案 (1)目的基因 (2)Ca2＋ 转化 (3)消毒 脱分化 (4)BD (5)表达 再分化
解析 (4)已知草甘膦抗性基因的部分序列，由于PCR技术中，子链合成的方向是从5′－端到3′－端，因此应选择引物B、D进行PCR。
14．科学家将动物体内的能够合成胰岛素的基因与大肠杆菌的DNA分子重组，并且在大肠杆菌体内表达成功。请据图回答下列问题：
(1)图中①DNA是以________________为模板，________形成单链DNA，在酶的作用下合成双链DNA，从而获得了所需要的基因。
(2)图中②代表的是____________________酶，在它的作用下将质粒(__________DNA)切出____________末端。
(3)图中④表示将________________________________________________________。
⑤表示__________随大肠杆菌的繁殖而进行________。
(4)采用蛋白质工程可以对胰岛素进行改造，使之起效时间缩短，保证餐后血糖高峰和血液中胰岛素高峰一致。如果你是科研工作者，请写出研制速效胰岛素的思路：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(5)下列关于蛋白质工程的说法，不正确的是__________________________(填字母)。
A．蛋白质工程能将人抗体某些区段替代鼠单克隆抗体的区段，降低鼠单克隆抗体免疫原性
B．蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性、碱变性等加以改变
C．理论上通过对关键氨基酸的转换与增删是进行蛋白质工程的唯一方法
D．蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要
答案 (1)原胰岛素mRNA 逆转录 (2)特定的限制性内切核酸 小型环状 黏性末端或平
(3)目的基因导入受体细胞 重组DNA 扩增 (4)预期速效胰岛素的功能→设计速效胰岛素应有的高级结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列 (5)C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
表达量品种
AtCIPK基因相对表达量
NtLE5基因的表达量
0天
7天
甲
5.31
1.01
1.81
乙
5.52
1.05
1.83
丙
7.05
1.26
3.08
丁
0
0.98
0.95
项目
蛋白质工程
基因工程
区别
原理
中心法则的逆推、中心法则
基因重组
实质
定向改造或生产人类所需的蛋白质
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(基因的异体表达)
结果
可生产自然界没有的蛋白质
生产自然界已有的蛋白质
联系
(1)蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程，对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现；(2)基因工程所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造
考点一 基因工程的应用
1．基因工程在农牧业中的应用价值
2．基因工程在食品业中的应用价值
(1)转基因食品已进入商业化生产，其中大豆、玉米和油菜种植面积很大。
(2)植物蛋白质、糖类、脂肪品质的改良以及维生素种类和含量的改良等方面，是主要研究热点。
(3)基因工程在氨基酸、助鲜剂、甜味剂等食品添加剂的生产，以及广泛应用于食品制造业的淀粉酶、纤维素酶、脂肪酶、蛋白酶的生产方面也大显身手。
3．基因工程在医药业中的应用价值
(1)基因工程药物
转基因药物的反应器：科学家将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等重组起来，转入哺乳动物的受精卵中，制成乳腺生物反应器或乳房生物反应器。
辨析 乳腺生物反应器与工程菌的比较
(2)基因治疗
①概念：指利用正常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法。包括基因诊断、基因分离、载体构建、目的基因导入等多项技术。
②途径：体内和体外两种。
考向 基因工程的应用
1．(2023·江苏天一中学高三检测)基因工程蓬勃发展，下列有关基因工程的说法正确的是( )
A．基因工程在农牧业上的应用主要目的是培养体型巨大品质优良的动物
B．用基因工程方法培育的抗虫植物也能抗病毒
C．转基因绵羊操作过程中生长激素基因的受体细胞最好采用乳腺细胞
D．在农业方面，蛋白质工程可用于改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，增加粮食产量
答案 D
解析 基因工程在农牧业上应用的主要目的是提高动物生长速度、改善畜产品品质，而不是为了产生体型巨大的个体，A错误；用基因工程方法培育的抗虫植物只能抗虫，不能抗病毒，B错误；转基因绵羊操作过程中生长激素基因的受体细胞最好采用受精卵细胞，因为受精卵具有全能性，C错误。
2．(多选)为研究拟南芥的AtCIPK基因对烟草抗旱能力的影响，科研人员将该基因转入烟草得到甲、乙、丙三个转基因品种，变量处理后的第7天检测AtCIPK基因和抗干旱基因NtLE5的表达量，结果如下表所示。下列分析错误的是( )
A．丁组与其他实验组在变量处理前都需要提供适宜光照和进行干旱处理
B．基因表达量的分析过程中不存在U—A碱基配对
C．除了检测基因的表达量外，还需进行个体水平的检测
D．AtCIPK基因的表达产物可能促进NtLE5基因的表达，从而提高植物对干旱的适应性
答案 AB
解析 丁组与其他实验组在变量处理前都需要提供适宜的光照并浇水使其正常生长，变量处理时，实验组和对照组停止浇水，A错误；检测基因表达量时先提纯RNA，用逆转录的方法得到DNA，定时定量分析特定基因的含量，用于反映转录的情况，此过程中存在U—A碱基配对，B错误；除了检测基因的表达量，实验还需比较转基因烟草植株与普通烟草植株的生长量，用于检测转基因烟草的抗旱能力，C正确；由图中的数据可以看出，AtCIPK基因的相对表达量与抗干旱基因NtLE5的表达量存在正相关关系，说明AtCIPK基因的表达产物可能促进NtLE5基因的表达，从而提高植物的抗旱能力，D正确。
考点二 蛋白质工程
1．蛋白质工程的概念
2．过程
(1)流程图
A．转录，B.翻译，C.分子设计，D.氨基酸序列，E.预期功能。
(2)首先要获取目的基因和蛋白质的结构数据。
(3)通过基因改造生产目标蛋白质。针对相关基因进行改造，即基因的体外定向突变。大面积的定向突变一般采用基因全合成的方法，而含有单一或少数几个突变位点的基因定向突变则可采用多种策略，如引物定点引入法。
3．蛋白质工程的设计思路与应用
(1)提高蛋白质(酶)的稳定性。
(2)改善酶的催化活性。
(3)消除酶的被抑制特性。
4．蛋白质工程与基因工程的比较
考向 蛋白质工程
3．β-葡聚糖酶是一种在酒类、饲料等行业中具有重要用途的工业用酶。为提高β-葡聚糖酶的催化活性，科学家将其第20位、117位和165位赖氨酸突变为丝氨酸。下列有关叙述错误的是( )
A．改造后的β-葡聚糖酶的耐酸碱能力增强
B．改造后的β-葡聚糖酶空间结构发生了改变
C．对β-葡聚糖酶结构的改造属于蛋白质工程
D．可通过DNA分子测序法检测突变是否成功
答案 A
解析 根据题干信息不能得出改造后的β-葡聚糖酶的耐酸碱能力增强，A错误。
4．下列有关基因工程和蛋白质工程的叙述中，正确的是( )
A．蛋白质工程难度很大是因为对蛋白质的高级结构了解不够
B．基因工程和蛋白质工程都可以生产自然界不存在的蛋白质
C．不同来源的DNA分子能够拼接，其原因是所有生物共用一套密码子
D．基因工程的直接操作对象是基因，蛋白质工程的直接操作对象是蛋白质
答案 A
解析 基因工程生产自然界已有的蛋白质，蛋白质工程生产自然界中不存在的蛋白质，B错误；不同来源的DNA分子能够拼接，其原因是不同来源的DNA分子具有相同的结构及遵循碱基互补配对原则，C错误；蛋白质工程需要进行基因修饰或合成，蛋白质工程的直接操作对象是基因，D错误。
1．(经典高考题)从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是( )
A．合成编码目的肽的DNA片段
B．构建含目的肽DNA片段的表达载体
C．依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽
D．筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽
答案 C
解析 由题意分析可知，多肽P1为抗菌性和溶血性均较强的多肽，要设计出抗菌性强但溶血性弱的多肽，即在P1的基础上设计出自然界原本不存在的蛋白质，用蛋白质工程技术可以实现。蛋白质工程的基本途径是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。故要想在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是依据P1的氨基酸序列设计出多条模拟肽，然后进行改造，从而确定抗菌性强但溶血性弱的多肽的氨基酸序列。
2．(2020·山东，25)水稻胚乳中含直链淀粉和支链淀粉，直链淀粉所占比例越小糯性越强。科研人员将能表达出基因编辑系统的DNA序列转入水稻，实现了对直链淀粉合成酶基因(Wx基因)启动子序列的定点编辑，从而获得了3个突变品系。
(1)将能表达出基因编辑系统的DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时，所需的酶是_______________________________________________________________________，重组载体进入水稻细胞并在细胞内维持稳定和表达的过程称为________。
(2)根据启动子的作用推测，Wx基因启动子序列的改变影响了____________________，
从而改变了 Wx基因的转录水平。与野生型水稻相比，3个突变品系中Wx基因控制合成的直链淀粉合成酶的氨基酸序列__________(填“发生”或“不发生”)改变，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)为检测启动子变化对Wx基因表达的影响，科研人员需要检测Wx基因转录产生的mRNA (Wx mRNA)的量。检测时分别提取各品系胚乳中的总RNA，经_______________过程获得总 cDNA。通过PCR技术可在总cDNA中专一性的扩增出 Wx基因的cDNA，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)各品系Wx mRNA量的检测结果如图所示，据图推测糯性最强的品系为________，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)限制性内切核酸酶和DNA连接酶 转化 (2)RNA聚合酶与启动子的识别和结合 不发生 编码直链淀粉合成酶的碱基序列中不含启动子 (3)逆转录 引物是根据Wx基因的一段已知序列设计合成的(或引物能与Wx基因的cDNA特异性结合) (4)品系3 品系3的Wx mRNA量最少，控制合成的直链淀粉合成酶的量最少，直链淀粉合成量最少，糯性最强
解析 (1)构建基因表达载体需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶，可以对目的基因和载体进行切割和连接，重组载体进入受体细胞内维持稳定和表达的过程称为转化。(2)RNA聚合酶与启动子识别和结合后启动转录，启动子的序列改变会影响与RNA聚合酶的识别和结合，从而改变基因的转录，3个突变品系中改变的是启动子的序列，影响mRNA的转录，而编码直链淀粉合成酶的碱基序列中不含有启动子的序列，所以编码合成的直链淀粉酶的氨基酸序列不发生改变。(3)通过mRNA获得cDNA是逆转录过程。PCR过程中需要模板、原料、酶、引物对等，其中引物是根据已知基因上的一段序列合成的，这样要从总cDNA中专一性的扩增出Wx基因的cDNA，关键是要根据Wx基因的一段已知序列合成出相应的引物。
3．(2022·湖南，22)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______________________。
(2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有____________________、______________________________和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是__________________。
(3)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___________________________________
________________________________________________________________________。
(4)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 (1)氨基酸序列多肽链 mRNA 密码子的简并性 (2)从基因文库中获取目的基因 通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成 DNA半保留复制 (3)种类 提取的水蛭蛋白的酶解时间和处理的酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏 (4)取3支试管，分别加入等量的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并编号1、2、3；用酒精消毒，用注射器取同一种动物(如家兔)血液，立即将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，静置相同时间，统计三支试管中血液凝固时间
解析 (3)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。水解产物中抗凝血活性有差异，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。经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，且差异明显。据此推测两种酶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提取的水蛭蛋白的酶解时间和酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度的破坏。
4．(2022·全国乙卷，38)新冠疫情出现后，病毒核酸检测和疫苗接种在疫情防控中发挥了重要作用。回答下列问题：
(1)新冠病毒是一种RNA病毒，检测新冠病毒RNA(核酸检测)可以采取RT—PCR法。这种方法的基本原理是先以病毒RNA为模板合成cDNA，这一过程需要的酶是______________，再通过PCR技术扩增相应的DNA片段。根据检测结果判断被检测者是否感染新冠病毒。
(2)为了确保新冠病毒核酸检测的准确性，在设计PCR引物时必须依据新冠病毒RNA中的____________________来进行。PCR过程每次循环分为3步，其中温度最低的一步是__________。
(3)某人同时进行了新冠病毒核酸检测和抗体检测(检测体内是否有新冠病毒抗体)，若核酸检测结果为阴性而抗体检测结果为阳性，说明________________________(答出1种情况即可)；若核酸检测和抗体检测结果均为阳性，说明________________________。
(4)常见的病毒疫苗有灭活疫苗、蛋白疫苗和重组疫苗等。已知某种病毒的特异性蛋白S(具有抗原性)的编码序列(目的基因)。为了制备蛋白疫苗，可以通过基因工程技术获得大量蛋白S。基因工程的基本操作流程是________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)逆转录酶(或反转录酶) (2)特异性核苷酸序列 退火 (3)曾感染新冠病毒，已康复 已感染新冠病毒，是患者 (4)获取目的基因→构建基因表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
解析 (1)以病毒RNA为模板合成cDNA是逆转录过程，这一过程需要的酶是逆转录酶(或反转录酶)。获得cDNA后可通过PCR技术扩增相应的DNA片段。根据检测结果判断被检测者是否感染新冠病毒。(2)为确保PCR扩增获得的是特异性序列，从而确保新冠病毒核酸检测的准确性，设计PCR引物时必须依据新冠病毒RNA中的特异性核苷酸序列来进行。PCR过程每次循环分为3步，即变性(90～95 ℃)→退火(55～60 ℃)→延伸(70～75 ℃)，其中温度最低的一步是退火。(3)某人同时进行了新冠病毒核酸检测和抗体检测，若核酸检测结果为阴性而抗体检测结果为阳性，说明他体内没有新冠病毒，但曾感染新冠病毒，已经康复；若核酸检测和抗体检测结果均为阳性，说明他体内已感染新冠病毒，是患者。
一、易错辨析
1．利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品，如人的血清白蛋白，这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中( × )
2．由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用( × )
3．蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质( √ )
4．蛋白质工程可以合成自然界中不存在的蛋白质( √ )
5．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构( × )
二、填空默写
1．(选择性必修3 P103)转基因生物利用转基因工程技术培育的、能稳定遗传外源基因所决定的性状的生物。
2．(选择性必修3 P106)基因治疗的体内途径是将分离出来的带有治疗作用的基因通过载体转入患者体内的某些细胞，直接纠正或弥补缺陷基因的功能。体外途径是采用转基因技术将带有治疗作用的基因导入病毒基因组，再用病毒感染受体细胞，治疗基因整合到受体基因组后，受体细胞经体外培养、增殖后导入患者体内。
3．(选择性必修3 P110)蛋白质工程是以蛋白分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础，对编码该蛋白的基因进行有目的的设计改造，以改造现有蛋白质或制造新的蛋白质。
课时精练
一、单项选择题
1．(2023·江苏徐州高三检测)下列关于基因工程的应用的叙述，正确的是( )
A．将药用蛋白基因注射入牛的乳腺细胞，从牛乳汁中获得所需的药品
B．基因工程改造后的个体与未经改造的同种个体之间已产生生殖隔离
C．利用基因工程生产的甜味剂对人体无害，在食品中可以大量添加
D．基因工程可以改良动植物品种、提高作物和畜产品的产量
答案 D
解析 将药物蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，导入哺乳动物的受精卵中，A错误；基因工程的原理是基因重组，经过基因工程改造后的个体与未经改造的同种个体之间只有一个或少数几个基因不同，一般不会产生生殖隔离，B错误；过量甜味剂对人体会产生危害，不能在食品中大量添加，C错误。
2．(2023·江苏淮安高三期中)下列关于蛋白质工程应用的叙述正确的是( )
A．蛋白质工程离不开基因工程，蛋白质工程是基因工程的延伸
B．蛋白质工程只能改造自然界已有的蛋白质
C．根据设计的蛋白质中的氨基酸序列只能推测出一种脱氧核苷酸序列
D．蛋白质工程可以在生物体外实现其目的
答案 A
解析 蛋白质工程既能改造现有的蛋白质也能制造新的蛋白质，B错误；一种氨基酸可能有不止一种密码子，因此根据肽链的氨基酸序列可能推导出不止一种脱氧核苷酸序列，C错误；蛋白质工程通过改造目的基因来改造蛋白质，目的基因需要在生物体内表达，D错误。
3．下列关于基因工程在食品工业上应用的叙述，错误的是( )
A．加工烘烤食品、制造生物能源所用到的脂酶可以通过基因工程技术大量生产
B．只有将编码牛凝乳酶的基因导入黑曲霉、酵母菌等真核细胞，才能利用基因工程技术生产凝乳酶
C．利用基因工程生产出的加工转化糖浆所需要的淀粉酶，纯度更高，而且成本显著降低
D．能够分解“石油”的超级细菌在代谢上属于异养型
答案 B
解析 将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌细胞，也能利用基因工程技术生产凝乳酶，B错误。
4．几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分，几丁质酶可催化其水解。将几丁质酶基因转入菊花体内，可增强其抗真菌病的能力。下列有关叙述错误的是( )
A．将几丁质酶基因插入Ti质粒的T－DNA上构建表达载体
B．可通过显微注射法将农杆菌导入菊花受体细胞
C．可用PCR等技术检测目的基因是否成功导入
D．可用真菌接种实验检测转基因菊花对真菌的抗性程度
答案 B
解析 Ti质粒的T－DNA可以转移到受体细胞中，并且整合到受体细胞染色体的DNA上，根据这一特点，构建表达载体时，应该将目的基因即几丁质酶基因插入到Ti质粒的T－DNA上，A正确；可通过农杆菌转化法将农杆菌导入菊花受体细胞，显微注射法是用于将目的基因导入动物细胞的方法，B错误；转基因植物接种相应的真菌，观察转基因植物是否出现抗病性状，根据题干信息“几丁质酶基因转入菊花体内，可增强其抗真菌病的能力”，故可用真菌接种实验检测转基因菊花对真菌的抗性程度，D正确。
5．(2023·江苏金沙中学高三期中)葡萄糖异构酶在工业上应用广泛，科学家将其第138位甘氨酸替换为脯氨酸后，其最适温度提高了10 ℃左右。下列相关叙述正确的是( )
A．蛋白质功能是由氨基酸的种类和数量决定
B．改造蛋白质结构可通过改造基因结构实现
C．蛋白质工程不可以定向改变蛋白质的结构
D．酶最适温度提高是因为脯氨酸比甘氨酸更耐热
答案 B
解析 蛋白质的功能是由蛋白质的结构决定的，从根本上来说，是由基因决定的，A错误；改造蛋白质结构可通过改造编码蛋白质的基因结构实现，B正确；蛋白质工程可以获得特定功能的蛋白质，因此可以定向改变蛋白质的结构，C错误；酶最适温度提高是因为酶的空间结构发生改变，D错误。
6．对酶的改造包括理性设计方法和非理性设计方法。理性设计方法是通过定点诱变改变蛋白质中的个别氨基酸，以产生更加理想的酶；非理性设计方法主要通过易错PCR技术实现，该技术是利用低保真的Taq酶和改变PCR的反应条件，降低DNA复制的保真度，从而使扩增产物出现较多点突变的一种体外诱导DNA序列变异的方法。下列叙述错误的是( )
A．通过理性设计以产生更加理想的酶的技术属于蛋白质工程
B．低保真的Taq酶会增加新DNA链合成过程中碱基的错配率
C．利用易错PCR技术扩增产物时需在PCR反应体系中加入足够量的脱氧核苷酸
D．易错PCR技术的扩增过程中55 ℃处理的目的是使DNA分子彻底变性
答案 D
解析 易错PCR扩增时，55 ℃处理的目的是使引物与模板结合，D错误。
7．(2023·河北唐县高三检测)下列关于蛋白质工程的说法正确的是( )
A．蛋白质工程无需构建基因表达载体
B．蛋白质工程需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶
C．对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的
D．蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是相同的
答案 B
解析 蛋白质工程是以基因工程为基础的，蛋白质工程需要限制性内切核酸酶(切割目的基因和载体)和DNA连接酶(连接切割后的目的基因和载体)，构建基因表达载体，A错误，B正确；对蛋白质的改造是通过直接改造相应的基因来实现的，C错误；蛋白质工程是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，找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)，获得所需要的蛋白质，故蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是不完全相同的，D错误。
8．如图表示蛋白质工程的操作过程，下列相关说法不正确的是( )
A．a、b过程分别是转录、翻译
B．蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作
C．蛋白质工程是完全摆脱基因工程技术的一项全新的生物工程技术
D．蛋白质工程中可能构建出一种全新的基因
答案 C
解析 a过程是以DNA的一条链为模板合成mRNA的转录过程，b过程是以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的多肽链的翻译过程，A正确；蛋白质工程是指以蛋白质分子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，以满足人类的生产和生活的需求，因此蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作，B正确；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，C错误；蛋白质工程中，可能根据已经明确的蛋白质结构构建出一种全新的基因，D正确。
二、多项选择题
9．科学家利用基因工程培育出了耐盐的转基因棉花新品系，下列相关叙述正确的是( )
A．不可通过农杆菌转化法将重组质粒导入受体细胞
B．含耐盐基因的棉花细胞可经植物组织培养获得完整植株
C．可用较高浓度的盐水浇灌来鉴定棉花植株的耐盐性
D．如果目的基因的核苷酸序列是全部未知的，可用PCR技术得到大量目的基因
答案 BC
10．动物基因工程前景广阔，最令人兴奋的是利用基因工程技术使哺乳动物成为乳腺生物反应器，以生产所需要的药品，如转基因动物生产人的生长激素。科学家培养转基因动物成为乳腺生物反应器时( )
A．利用基因工程技术
B．不需要乳腺蛋白基因的启动子
C．利用农杆菌转化法将人的生长激素基因导入受精卵中
D．需要进入泌乳期才能成为“批量生产药物的工厂”
答案 AD
解析 科学家培养转基因动物时利用了基因工程技术，A正确；构建重组质粒需要将人的生长激素基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控元件重组在一起，B错误；将重组质粒导入动物受精卵，常通过显微注射法导入哺乳动物的受精卵中，然后将受精卵送入母体内使其生长发育成转基因动物，C错误；由于转入的目的基因在乳腺中可以高效表达，利用乳腺可以分泌蛋白的特性(人的生长激素属于分泌蛋白)，所以在进入泌乳期能大量产生人的生长激素，D正确。
11．甲醇酵母菌是基因工程中常用的受体菌，它可以高效表达外源蛋白，但自身蛋白分泌到培养基的较少。研究人员将人的胶原蛋白基因导入甲醇酵母中并成功表达。下列有关叙述正确的是( )
A．用两种酶切割目的基因和质粒，可防止目的基因反向连接和质粒的自身环化
B．常用显微注射法将胶原蛋白基因导入甲醇酵母中
C．与大肠杆菌相比，甲醇酵母作受体菌所表达出的胶原蛋白与人体产生的胶原蛋白结构更相近
D．与其他酵母菌相比，甲醇酵母作受体菌便于表达出的胶原蛋白的分离与纯化
答案 ACD
解析 常用Ca2＋处理细胞，使其成为感受态细胞，然后再将重组目的基因导入微生物细胞，B错误；与大肠杆菌作受体相比，甲醇酵母为真核生物，表达出的胶原蛋白经过内质网和高尔基体的加工，所以与人体产生的胶原蛋白结构更相近，C正确；与其他酵母菌相比，甲醇酵母可以高效表达外源蛋白，但自身蛋白分泌到培养基的较少，便于目的蛋白的分离和纯化，D正确。
12．干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染和癌症，但体外保存相当困难，如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可以在－70 ℃条件下保存半年，这属于蛋白质工程的范畴。下列相关说法正确的是( )
A．蛋白质工程可以生产自然界不存在的蛋白质
B．蛋白质工程生产干扰素的过程不遵循中心法则
C．对天然干扰素的改造须通过对基因的操作来实现
D．蛋白质空间结构复杂是蛋白质工程实施难度大的重要原因
答案 ACD
三、非选择题
13．为使水稻获得抗除草剂性状，科研人员将除草剂草甘膦抗性基因转入水稻植株，获得抗草甘膦转基因水稻。回答下列问题：
(1)将草甘膦抗性基因作为_____________________，与Ti质粒构建基因表达载体。
(2)用______________处理农杆菌后获得感受态细胞，将其与基因表达载体混合完成____________后，在添加潮霉素的培养基中，经筛选1得到含基因表达载体的农杆菌。
(3)取某品种水稻的幼胚，先进行__________处理，然后接种到培养基中，水稻幼胚细胞发生____________形成愈伤组织。用含基因表达载体的农杆菌侵染该愈伤组织。
(4)利用PCR技术，可以鉴定被侵染的愈伤组织中是否含有草甘膦抗性基因。草甘膦抗性基因的部分序列如下：
5′—ATGGCT……AGGAAC—3′
3′—TACCGA……TCCTTG—5′
根据上述序列应选择引物________(填字母)进行PCR。
A．引物：5′—TACCGA—3′
B．引物：5′—GTTCCT—3′
C．引物：5′—AUGGCU—3′
D．引物：5′—ATGGCT—3′
(5)除了鉴定愈伤组织中是否含有目的基因以外，还可以利用GUS基因表达产物的鉴定进行图中的筛选2，以确定目的基因是否________。两次筛选后得到的转基因愈伤组织经过细胞的__________过程，获得转基因水稻。
答案 (1)目的基因 (2)Ca2＋ 转化 (3)消毒 脱分化 (4)BD (5)表达 再分化
解析 (4)已知草甘膦抗性基因的部分序列，由于PCR技术中，子链合成的方向是从5′－端到3′－端，因此应选择引物B、D进行PCR。
14．科学家将动物体内的能够合成胰岛素的基因与大肠杆菌的DNA分子重组，并且在大肠杆菌体内表达成功。请据图回答下列问题：
(1)图中①DNA是以________________为模板，________形成单链DNA，在酶的作用下合成双链DNA，从而获得了所需要的基因。
(2)图中②代表的是____________________酶，在它的作用下将质粒(__________DNA)切出____________末端。
(3)图中④表示将________________________________________________________。
⑤表示__________随大肠杆菌的繁殖而进行________。
(4)采用蛋白质工程可以对胰岛素进行改造，使之起效时间缩短，保证餐后血糖高峰和血液中胰岛素高峰一致。如果你是科研工作者，请写出研制速效胰岛素的思路：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(5)下列关于蛋白质工程的说法，不正确的是__________________________(填字母)。
A．蛋白质工程能将人抗体某些区段替代鼠单克隆抗体的区段，降低鼠单克隆抗体免疫原性
B．蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性、碱变性等加以改变
C．理论上通过对关键氨基酸的转换与增删是进行蛋白质工程的唯一方法
D．蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要
答案 (1)原胰岛素mRNA 逆转录 (2)特定的限制性内切核酸 小型环状 黏性末端或平
(3)目的基因导入受体细胞 重组DNA 扩增 (4)预期速效胰岛素的功能→设计速效胰岛素应有的高级结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列 (5)C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
表达量品种
AtCIPK基因相对表达量
NtLE5基因的表达量
0天
7天
甲
5.31
1.01
1.81
乙
5.52
1.05
1.83
丙
7.05
1.26
3.08
丁
0
0.98
0.95
项目
蛋白质工程
基因工程
区别
原理
中心法则的逆推、中心法则
基因重组
实质
定向改造或生产人类所需的蛋白质
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(基因的异体表达)
结果
可生产自然界没有的蛋白质
生产自然界已有的蛋白质
联系
(1)蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程，对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现；(2)基因工程所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造
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