【串讲课件】第3章 基因工程（期中复习课件）高二生物下学期人教版

这是一份【串讲课件】第3章 基因工程（期中复习课件）高二生物下学期人教版，共87页。PPT课件主要包含了考点扫描，期中考情，提升演练，基因工程，表达的理论基础，重组DNA，RNA，蛋白质，重组与复制的理论基础，关键步骤一等内容，欢迎下载使用。
4大知识回顾·考点解析·考点突破
优质试题训练，助力成绩提升
考点01 重组DNA技术的基本工具
考点1：重组DNA技术的基本工具
质粒、λ噬菌体衍生物 、动植物病毒
是指按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物制品。从技术操作层面看，由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫 重组DNA技术。
赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物制品
定向改造生物性状；克服远缘杂交不亲和障碍
1.基因是控制生物性状的结构与功能单位2.遗传信息传递都遵循中心法则3.生物界几乎共用一套遗传密码
1.DNA的基本组成单位相同(都是四种脱氧核苷酸)2.都遵循碱基互补配对原则3.DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构4.DNA复制的方式相同
怎样培养出具有抗虫性状的抗虫棉呢？
棉花本身不具有“杀虫基因”，而苏云金杆菌有一种“杀虫基因”，它能通过编码产生抗虫蛋白来杀死棉铃虫。
解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？
抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来
抗虫基因与棉花DNA“缝合”
“分子手术刀”—— 限制性内切核酸酶
“分子缝合针”—— DNA连接酶
“分子运输车”—— 基因进入受体细胞的载体
2.限制酶——“分子手术刀”
主要是从原核生物中分离纯化出来的一类酶。
（限制酶不是一种酶，而是一类酶）
识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。
确切来说应该是催化磷酸二酯键断开该过程“特定”体现了酶的专一性限制酶只切割两个核苷酸之间的磷酸二酯键
DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式————__________和_____________.
当限制酶在它的识别序列的中心轴线两侧将DNA分子的两条链分别切开时，产生的是黏性末端
当限制酶在它的识别序列的中心轴线处切开时，产生的是平末端
大多数限制酶的识别序列由___个核苷酸组成，也有少数限制酶的识别序列由___个、___个或__________的核苷酸组成。
限制酶切割图中的哪个的磷酸二酯键？
将一个基因从DNA分子上切割下来，需要切两处，同时产生4个黏性末端或平末端。
切割不同的DNA片段但产生相同的黏性末端的一类限制酶称为同尾酶。
这类酶的特点：①识别的序列不同，但可以切割产生相同的黏性末端，且切割产生的黏性末端可以相互配对；②两个同尾酶切割的DNA片段连接后，一般情况下，不能再被原来的限制酶识别。如BamH Ⅰ和Bgl Ⅱ就是常见的同尾酶。
判断两个末端是否为同一种限制酶切割产生的方法：
将其中一个末端旋转180°，若与另一个完全相同，则说明这两个末端是由同一种限制酶切割产生的。
下图中两个末端是否为同一种限制酶切割产生？
3.DNA连接酶——“分子缝合针”
E.cli DNA连接酶
都能将双链DNA片段“缝合“起来，恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。
4.基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
质粒(常用）、噬菌体、动植物病毒
①将目的基因送入受体细胞②在受体细胞内对目的基因进行大量复制
——供外源DNA片段（目的基因）插入其中
①有一个至多个限制酶切割位点
④对受体细胞无害、易分离
——便于重组DNA分子的筛选
②能在细胞中进行自我复制，或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制。
——避免受体细胞受到损伤
真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。
①来源：来源于许多 等生物，它是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的很小的 （化学本质），故质粒有 个游离的磷酸基团。②氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上称为 ，其作用是 。③复制原点： 。
用于鉴别和筛选含有目的基因的受体细胞
5.DNA分子的粗提取和鉴定
DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精，利用这一原理，可以初步分离DNA与蛋白质。DNA在不同浓度的NaCl溶液中 ，它能溶于2 ml/L的NaCl溶液。在一定温度下，DNA遇 试剂会呈现 ，因此二苯胺试剂可以作为鉴定DNA的试剂。
注意限制酶和DNA连接酶来源、作用对象：限制酶只切割两个核苷酸之间的磷酸二酯键，T4 DNA连接酶缝合黏性末端和平末端（效率较低）。
【典例1】限制酶和DNA连接酶是基因工程的工具酶，以下说法正确的是(　　)A．DNA连接酶能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段上形成磷酸二酯键B．限制酶只能切割双链DNA片段，不能切割烟草花叶病毒的核酸C．T4 DNA连接酶只能连接黏性末端D．限制酶主要从原核生物中分离纯化而来所以也能剪切自身的DNA
DNA连接酶连接的是两个DNA片段
T4 DNA连接酶既能连接黏性末端也能连接平末端
限原核生物DNA分子中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰，所以不能剪切自身的DNA
记运载体的来源、作为运载体具备的条件：真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的
【典例2】下列有关基因工程中载体的说法，正确的是(　　)A．被用作载体的质粒都是未经人工改造的天然质粒B．所有的质粒都可以作为基因工程中的载体C．质粒是一种独立于细菌拟核外的链状DNA分子D．作为载体的质粒DNA分子上应有对重组DNA进行鉴定和选择的标记基因
在基因工程操作中，被用作载体的质粒是在天然质粒的基础上进行过人工改造的
作为基因工程的载体，必须具备一定的条件，而自然界中的质粒不一定具备相应的条件，因此不是所有的质粒都可以作为基因工程中的载体
质粒是一种独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外的环状双链DNA分子
考点02 基因操作基本操作程序
普通棉花（无抗虫特性）
1.目的基因的筛选与获取
2.基因表达载体的构建（核心）
3.将目的基因导入受体细胞
4.目的基因的检测与鉴定
目的基因的筛选与获取
基因表达载体的构建
将目的基因导入受体细胞
目的基因的检测与鉴定
PCR、人工合成、从基因文库中获取
启动子（目的基因上游）、终止子（目的基因下游）
标记基因、复制原点、目的基因
植物细胞：花粉鉴定法、农杆菌转化法
动物细胞：显微注射到受精卵
微生物：钙离子处理感受态
考点2：基因操作基本操作程序
为什么要有“目的基因的检测与鉴定”？
用于改变受体细胞性状和获得预期表达产物的基因，主要是编码蛋白质的基因，也可以是一些具有调控作用的因子。
构建的目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，使目的基因能够表达和发挥作用。
含目的基因的表达载体只有进入受体细胞，并且维持稳定和表达，才能实现一种生物的基因在另一种生物中的转化
目的基因是否能够在受体细胞中稳定维持和表达其遗传特性，只有通过检测与鉴定才能知道
为什么要有“目的基因的筛选与获取”？
为什么要有“基因表达载体的构建”？
为什么要有“将目的基因导入受体细胞”？
第一步：目的基因的筛选与获取
①从相关的已知 的基因中进行筛选是较为有效的方法之一
在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。
2.明确目的基因的方法：
②利用 和序列比对工具进行筛选。
①通过构建基因文库来获取目的基因
基因比较小、核苷酸序列已知
通过DNA合成仪用化学方法直接合成
③利用PCR特异性地快速扩增目的基因
3.获取目的基因的方法
4.利用PCR获取和扩增目的基因
是一项在生物体外_____________________的核酸合成技术。
②原理：_________________。
复制特定DNA片段
引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。使耐高温的DNA聚合酶能够从引物的3’端开始连接脱氧核苷酸
Taq DNA聚合酶:
一般添加Mg2+,激活真核细胞和细菌的DNA聚合酶
耐高温的DNA聚合酶(催化形成磷酸二酯键)
90℃以上，双链DNA解聚为单链
50℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。
72℃左右时，溶液中的4种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下合成新的DNA链。
变性过程双链DNA解聚为单链不需要解旋酶。
mRNA不可以直接扩增，需要将它逆转录成cDNA 再进行扩增。
每次循环后目的基因的量增加一倍,即成____形式扩增(约为2n)
常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物。
n代后，共消耗_____ 个引物；第____代出现完整的目的基因
注意：（1）为避免外源DNA等因素的污染，PCR实验中使用的微量离心管、枪头和蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌处理。（2）该实验所需材料可以直接从公司购买，缓冲液和酶应分装成小份，并在 -20℃储存。使用前，将所需试剂从冰箱拿出，放在冰块上缓慢融化。（3） 在向微量离心管中添加反应组分时，每吸取一种试剂后，移液器上的枪头都必须更换。（4） 在进行操作时，一定要戴好一次性手套。
PCR与体内DNA复制的比较
边解旋，边复制（有冈崎片段）
PCR循环图示与规律：
PCR循环图示与规律1：
PCR循环图示与规律2：
根据查询的下列目的基因序列，尝试设计引物，完成下列问题：1.写出互补链的碱基序列，并注明方向。2.从1-4中选择2个合适的位置设计引物，写出引物的部分序列，并注明方向。3.要保证目的基因能与载体相连接，还要对引物进行什么操作?
要在两种引物的5’端分别加上限制酶的识别序列
5' ATCGA ACCGGT……TCTGA 3'
3' TAGCTCTGGCCA……AGACT5'
5'ATGAA... 3'
4.如果要用PCR扩增以下DNA模板中的基因1，需要的一对引物序列是怎样的?
5'-CTTCGAAATTC-基因1-TCTCCCGATCGG -基因2 -ATCCTTTGCTCT -3'
3'-GAAGCTTTAAG-基因1-AGAGGGCTAGCC-基因2-TAGGAAACGAGA-5’
3'-AGAGGGCTAGCC-5'
5'-CTTCGAAATTC-3'
思考：下图引物的设计是否合理?
第1组:引物I和引物I会因局部发生碱基互补配对而失效。
第2组:引物I自身折叠后会因出现局部碱基互补配对而失效。
思考：设计引物时，应注意哪些要点?
①长度通常为_________ bp，引物过短导致_____________扩增，过长容易形成二级结构。②避免___________ 、_______________ 4个碱基以上的互补;③对引物的修饰发生在______端。(子链的延伸发生在引物的______端)
第二步：基因表达载体的构建
RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动转录。
鉴别或筛选含有重组DNA分子的受体细胞。
DNA复制的起始位点。
能控制表达所需要的特殊性状
2.构建基因表达载体的目的：
3.启动子位于目的基因的上游，它是识别和结合的部位。
鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。（或供重组DNA的鉴定和选择）。
① ; ② 。
使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传给下一代
使目的基因能够表达和发挥作用
5.熟悉基因表达载体构建的过程。
同种限制酶或能产生相同末端的限制酶
启动子、终止子、起始密码子、终止密码子对比
RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA
使转录在所需要的地方停下来
翻译的起始信号(编码氨基酸)
翻译的结束信号(不编码氨基酸)
如图甲中可选择PstⅠ，而不选择SamⅠ。
所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中不选择SmaⅠ。
(1)不破坏目的基因原则：
(2)保留标记基因、启动子、终止子、复制原点原则：
(3)确保出现相同黏性末端原则：
通常选择与切割目的基因相同的限制酶切割质粒，如图中PstⅠ；
为避免目的基因和质粒自身环化和随意连接（或为了保证目的基因和质粒发生定向连接）可选择PstⅠ和EcRⅠ两种不同的限制酶分别切割目的基因和质粒。
第三步：将目的基因导入受体细胞
转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。
将目的基因导入受体细胞的方法
目的基因表达载体提纯→取卵（受精卵）→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物
Ca2＋处理细胞→能吸收周围环境中DNA分子的生理状态细胞→重组的基因表达载体导入细胞中
目的基因插入Ti质粒的T­DNA上→导入植物细胞→整合到受体细胞的染色体DNA中→表达
原核生物作为受体细胞产生的真核生物的蛋白质通常没有生物活性，需要在体外进行再加工。（因为没有内质网、高尔基体对蛋白质进一步加工。）
转化是指目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。
农杆菌是一种在土壤中生活的微生物，能在自然条件下侵染双子叶植物和裸子植物，而对大多数单子叶植物没有侵染能力。
农杆菌细胞内含有 ，当它侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的（可转移的DNA）转移到被侵染的细胞，并且将其整合到该细胞的 上。
将目的基因拼接到 Ti 质粒的 T-DNA上。
(非人工操作)是指含目的基因的 T-DNA 被拼接到受体细胞的染色体DNA上。
(非人工操作)含目的基因的 T-DNA 导入受体细胞。
将含目的基因的Ti质粒重新导入农杆菌。
(1)前提：载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。
(2)过程：含有某抗生素抗性基因的载体导入受体细胞，抗性基因在受体细胞内表达，受体细胞对该抗生素产生抗性，然后在培养基中加入该抗生素。
(3)结果：在培养基上，被抗生素杀死的是没有抗性的受体细胞，未被杀死的具有抗性的受体细胞得以筛选出来。
第四步：目的基因的检测与鉴定：
1.检测与鉴定的目的：
检测和鉴定目的基因进入受体细胞后，是否稳定维持和表达其遗传特性。
2.检测与鉴定的方法：
受体细胞的染色体DNA上是否插入了目的基因
目的基因是否转录出了mRNA
目的基因是否翻译成蛋白质
抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等
3.检查转基因抗虫棉是否培育成功，首先是分子水平的检测，包括通过 等技术检测棉花的染色体DNA上是否插入了Bt基因或检测Bt基因是否转录出了mRNA；从转基因棉花中提取蛋白质，用相应的抗体进行 杂交，检测Bt基因是否翻译成Bt抗虫蛋白等。
其次，还需要进行 水平的鉴定。例如，通过采摘抗虫棉的叶片饲喂棉铃虫来确定Bt基因是否赋予了棉花抗虫特性以及抗性的程度。
【典例1】下列有关体内DNA复制与PCR比较的叙述，错误的是(　　)A．二者子链的延伸方向相同，均为5′端→3′端B．二者均需要解旋酶破坏氢键来实现解旋C．体内DNA复制需要能量，PCR反应也需要能量D．二者遵循的碱基互补配对方式相同
记清楚DNA复制与PCR的不同之处：DNA复制解旋酶作用下，细胞提供能量，部分DNA双链解开。PCR90 ℃以上高温解聚，DNA双链全部解开，不需要解旋酶。
PCR扩增中DNA双链解开不需要解旋酶，在高温条件下氢键断裂
【典例2】下图为利用基因工程培育抗虫植物的示意图。以下相关叙述错误的是(　　)A．②的构建需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶参与B．③侵染植物细胞后，重组Ti质粒上的T-DNA整合到④的染色体DNA分子上C．④的染色体上若含抗虫基因，则⑤就表现出抗虫性状D．⑤只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异
记牢农杆菌转化法的过程：有目的基因但不一定表现出基因控制的性状。
染色体上含有目的基因，但目的基因也可能不能转录或者不能翻译，或者表达的蛋白质不具有生物活性
【典例3】为增加玉米抗旱性，研究者构建含有某微生物抗旱基因E的重组质粒，采用农杆菌转化法转入玉米幼胚组织细胞中，用E蛋白的抗体进行抗原—抗体杂交检测后，进一步筛选出抗旱的转基因玉米。下列相关叙述错误的是(　　)A．提取该微生物的mRNA逆转录为cDNA，通过PCR获得大量目的基因B．重组Ti质粒进入玉米幼胚组织细胞后表达出抗旱性状不可遗传，后代需再次导入重组Ti质粒C．用农杆菌转化法将E基因转入玉米幼胚组织细胞后，可经组织培养获得转基因植株D．用E蛋白的抗体进行抗原—抗体杂交，可在分子水平检测转基因玉米的抗旱性状
记牢农杆菌转化法的过程：两次拼接和两次导入的背景及目的。
重组Ti质粒进入玉米幼胚组织细胞后会将E基因整合到染色体DNA上，并通过细胞增殖遗传给后代，无需再次导入
【典例4】下列关于PCR操作过程的叙述，错误的是(　　)A．PCR实验中使用的微量离心管、枪头、缓冲液以及蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌处理B．琼脂糖溶液中加入的核酸染料利于DNA在300 nm紫外灯下被检测C.将PCR所用的缓冲液和酶从冰箱拿出后，放在高温环境中迅速融化，以减少酶活性的丧失D．在微量离心管中添加反应组分时，每吸取一种试剂后，移液器上的枪头都必须更换
记牢PCR操作过程及注意事项：将PCR所用的缓冲液和酶从冰箱拿出之后，应放在冰块上缓慢融化。
将PCR所用的缓冲液和酶从冰箱拿出之后，应放在冰块上缓慢融化，这样才能不破坏缓冲液中稳定性较差的成分，同时保护酶的活性不被破坏
考点03 基因工程的应用
利用哺乳动物批量生产药物：乳腺生物反应器
利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸、维生素
利用微生物或动植物细胞生产药物
考点3：基因工程的应用
1.基因工程在农、牧业方面的应用
转基因抗虫水稻(绿色植株)对照(被害虫侵害的黄色植株)
用除草剂后的转基因抗除草剂玉米田
(1)转基因抗虫植物：从某些生物中分离出具有 ，将它导入作物中培育出具有抗虫性的作物。(2)转基因抗病植物：将来源于某些病毒、真菌等的   导入植物中，培育出转基因抗病植物。(3)转基因抗除草剂植物：将  某种除草剂的基因导入作物，可以培育出抗除草剂的作物品种。
1.基因工程在农牧业方面的应用
(4)改良植物的品质：将某种必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因 导入植物中，可以提高这种氨基酸的含量。将与植物 花青素代谢相关的基因 导入矮牵牛中，使它呈现出自然界没有的颜色变异，大大提高了它的观赏价值。
(5)提高动物的生长速率：由于  的表达可以使转基因动物生长得更快，因此可将这类基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。
(6)改善畜产品的品质：将导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的中，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分不受影响。
2.基因工程在医药卫生领域的应用
我国生产的重组人干扰素、血小板生成素、促红细胞生成素和粒细胞集落刺激因子等基因工程药物均已投放市场。
细胞因子、抗体、疫苗和激素等
(1)对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物
可大量生产干扰素的大肠杆菌或酵母菌
乳腺生物反应器或乳房生物反应器
乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件
(2)让转基因哺乳动物批量生产药物
培育乳腺生 反应器时要选用乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件与药用蛋白基因重组在一起，目的是让药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达。
3.用转基因动物作为器官移植的供体
培育无免疫排斥的转基因克隆猪器官
抑制抗原决定基因表达或除去抗原决定基因
在器官供体基因组中导入某种调节因子
用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。
基因工程构建基因工程菌
生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。
4.基因工程在食品工业方面的应用
将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉、酵母菌的基因组中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶。
加工转化糖浆需要的淀粉酶，加工烘烤食品用到的脂酶等也都可以通过构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产。
乳腺生物反应器与基因工程菌的比较
【典例1】基因工程自20世纪70年代兴起后，得到飞速的发展，下列相关叙述错误的是(　　)A．利用基因工程技术，可以让哺乳动物批量生产药用蛋白B．基因工程经常以抗生素抗性基因作为目的基因C．转基因抗虫作物的种植，能有效减少化学杀虫剂的施用量D．将病原体的抗原基因转入适当的微生物细胞，可获得用作疫苗的表达产物
分清楚目的基因和标记基因：目的基因能控制表达所需要的特殊性状。标记基因鉴别或筛选含有重组DNA分子的受体细胞。
考点03 基因工程的应用
基因工程经常以抗生素抗性基因作为标记基因
【典例2】下图为获得抗除草剂转基因玉米A的技术路线，下列相关叙述错误的是(　　)注：报告基因是一种编码可被检测的蛋白质或酶的基因。A．采用PCR扩增目的基因时，设计的引物间要避免形成氢键B．为防止酶切产物自身环化，构建表达载体需用两种不同的限制酶C．检测是否转化成功，需要依次利用抗生素抗性基因和报告基因D．利用T-DNA可以将目的基因插入农杆菌的染色体DNA上
记牢农杆菌转化法的原理、过程。
T-DNA可以将目的基因插入受体玉米细胞的染色体DNA上
【典例3】某实验小组将人生长激素基因导入大肠杆菌以制备工程菌，下列相关叙述错误的是(　　)A．人生长激素基因可以下丘脑细胞的mRNA为模板通过逆转录获得B．将人的生长激素基因导入大肠杆菌，需要处理大肠杆菌，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态C．利用基因工程菌制备的生长激素需要与天然产品的功能进行活性比较D．与人细胞分泌的天然生长激素相比，基因工程菌无法对生长激素进行进一步加工和修饰
记牢人产生生长激素的腺体：生长激素是垂体产生的，生长激素基因在垂体细胞中表达，在下丘脑细胞中不表达。
人生长激素基因在垂体细胞中表达，在下丘脑细胞中不表达，因此下丘脑细胞中没有生长激素基因转录出的mRNA
考点4：蛋白质工程的原理及应用
考点04 蛋白质工程的原理及应用
蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系
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
根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质的结构进行设计改造
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。
药物研发改进酶的性能或开发新的工业用酶增加粮食产量、研发新型农药
(1)基因工程的实质及不足：
基因工程是将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使后者可以产生它原本不能产生的蛋白质，进而表现出新性状。
(2)基因工程的不足：
基因工程原则上只能生产自然界中已存在（天然）的蛋白质。
天然蛋白质是生物长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。
基因工程不会导致受体细胞或生物产生“新基因”或“新蛋白质”。
改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质
获得满足人类生产和生活需求的蛋白质
蛋白质发挥功能必须依赖正确的高级结构，而蛋白质的高级结构十分复杂。
是指以蛋白质分子的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，以满足人类生产和生活的需求。
(2)蛋白质工程的基本思路：
蛋白质工程逆中心法则，与天然蛋白质合成的过程相反
①利用蛋白质工程研发 。②实例：如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成 ，在一定条件下，可以延长保存时间。
①蛋白质工程被广泛用于改进 或开发新的工业用酶。②实例：枯草杆菌蛋白酶具有水解蛋白质的作用，因此常被用于洗涤剂工业、丝绸工业等。
科学家正在尝试改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物_________的效率，增加粮食的产量。
【典例1】下图是蛋白质工程的示意图，下列有关叙述正确的是(　　)A．蛋白质工程的顺序是A、B、C、D、E、F、GB．A、B过程是在细胞核内完成的，C过程是在细胞质内完成的C．G过程的完成依赖于改造或合成基因D．C过程可在大肠杆菌中由内质网和高尔基体完成
记牢蛋白质工程流程：细胞学蛋白质工程逆中心法则，与天然蛋白质合成的过程相反。
由图可知，蛋白质工程的基本流程为E、F、G、A、B、C、D
图中A过程表示转录，其主要场所是细胞核，B过程表示翻译，其场所为细胞质中的核糖体
题图可知，要改造蛋白质结构，最终是通过改造或合成基因来实现的；大肠杆菌为原核生物，无内质网和高尔基体
【典例2】T4溶菌酶在温度较高时易失去活性，研究人员对编码T4溶菌酶的基因进行改造，使T4溶菌酶的第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸，该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，提高了T4溶菌酶的耐热性。下列叙述正确的是(　　)A．T4溶菌酶耐热性提高的原因是组成该酶的氨基酸种类和数量发生了改变B．T4溶菌酶的改造属于蛋白质工程的范畴，自然界中的酶都可通过蛋白质工程进行改造C．蛋白质工程与中心法则的流动方向一致，即DNA→mRNA→蛋白质D．若高温使蛋白质分子的空间结构发生改变，蛋白质的功能也会受到影响
T4溶菌酶耐热性提高的原因是组成该酶的氨基酸种类及空间结构发生了改变
T4溶菌酶的改造属于蛋白质工程的范畴，自然界中的酶大多数是蛋白质，少数是RNA，蛋白质工程只能用于改造蛋白质类酶
蛋白质工程与中心法则的流动方向相反
1.（2026·辽宁·三模）CAR-T细胞疗法被《自然》期刊评为2025年值得关注的七大突破性技术。该技术是基于T细胞的基因工程疗法，首先从患者体内收集T细胞，对其进行基因工程改造，使之表达嵌合抗原受体（CAR），再将转基因T细胞体外扩增后重新输回患者体内，使其特异性识别并裂解靶细胞。目前CAR-T疗法在临床上对系统性红斑狼疮和血液恶性肿瘤的治疗均取得了较好的效果，下列叙述正确的是（    ）A．可选择噬菌体作载体将CAR基因导入T细胞，从而得到CAR-T细胞B．CAR-T细胞表面的CAR可呈递抗原给B细胞，促进其分裂、分化为浆细胞C．CAR-T细胞识别肿瘤细胞并使其裂解死亡，体现了免疫系统的自稳功能D．系统性红斑狼疮是免疫系统将自身成分当作外来异物进行攻击而引起的自身免疫病
2.（2026·重庆·模拟预测）N6-甲基腺嘌呤（6mA）是发生在腺嘌呤第六位氮原子上的一种甲基化修饰。研究表明，6mA在植物寄生线虫基因组中广泛存在，并在调控线虫毒力方面发挥重要作用，同时在其体内也发现了相应的6mA去甲基化酶MiNMAD。为探究其应用价值，研究团队在烟草和番茄中分别构建并获得表达根结线虫去甲基化酶双链RNA（MiNMAD-dsRNA）的转基因植株，被线虫取食后能抑制线虫体内MiNMAD基因的翻译过程，结果如下表所示，下列相关叙述错误的是（　　）
注：效应因子是线虫分泌的毒力蛋白，与侵染能力呈正相关。A．可以利用花粉管通道法把外源基因导入烟草细胞B．MiNMAD能特异性识别并去除DNA上的6mA甲基化修饰，从而调控下游基因表达C．宿主植物中表达的MiNMAD-dsRNA，不改变线虫细胞中MiNMAD基因的序列D．线虫中6mA的修饰水平与效应因子基因的表达水平呈正相关
3．（2026·重庆·二模）纳米抗体具有高亲和力、高稳定性、可溶性、低生产成本且能结合多种表位等优势，在疾病的预防、诊断和治疗方面有着广阔的应用前景。利用噬菌体展示技术制备纳米抗体（抗体展示在噬菌体表面）的流程如图所示。下列相关叙述正确的是（    ）
A．同一个体不同细胞中的遗传物质相同，因此过程①可分离B或T淋巴细胞提取总RNAB．过程②逆转录PCR中，利用逆转录酶即可获得编码纳米抗体的基因双链片段C．过程②纳米抗体基因与噬菌体外壳蛋白基因融合插入载体中，利用抗原一抗体特异性结合筛选噬菌体D．过程③可选择转化骨髓瘤细胞，利用骨髓瘤细胞无限增殖的特点生产足够数量的纳米抗体
4.（2026·广东汕头·一模）DMD基因结构改变会造成表达的D蛋白异常从而导致假肥大肌营养不良（DMD）。一对表型正常的夫妇，生育了一个正常的女儿和一个患DMD的儿子。为研究DMD基因结构改变的原因，研究人员通过PCR技术对该家庭成员进行了相应的基因检测，所用的引物和扩增产物的电泳结果如图。假设DMD在男性中发病率为p，下列分析错误的是（　　）
A．推测DMD基因和HS6S12基因位于X染色体上B．DMD形成过程中可能发生了染色体的结构变异C．女儿是否携带DMD致病基因可用引物组合④PCR检出D．女儿婚后生育一个患有DMD疾病子代的概率是（p+1）/4
5.（2026·广东广州·一模）我国科学家首次建立从肌肉组织高效分离含线粒体的胞外囊泡（Ti-mitEVs）的技术体系，并证实Ti-mitEVs进入受体细胞后能促进线粒体增殖和损伤修复。下列叙述错误的是（　　）A．可通过差速离心法分离获得Ti-mitEVsB．Ti-mitEVs进入受体细胞需要载体蛋白的参与C．可用PCR技术检测Ti-mitEVs中是否存在线粒体基因D．此项研究为线粒体损伤相关疾病的治疗提供了新思路
6．（2026·辽宁·模拟预测）T4溶菌酶耐热性差，若将该酶的第3位氨基酸进行改造（如图所示），并使第3位氨基酸和第97位氨基酸之间形成1个二硫键，可以大大提高其耐热性。下列叙述错误的是（    ）
A．根据设计的T4溶菌酶的氨基酸序列可推测出多种脱氧核苷酸序列B．与原基因相比，改造后的基因至少有两个碱基发生了改变C．改造T4溶菌酶可利用基因定点突变技术，对相关基因进行改造D．改造后的T4溶菌酶需要进行功能鉴定才能应用于生产实践
7．（2026·河北承德·一模）葡萄糖异构酶（GI）在工业上应用广泛，科研人员将其第138位甘氨酸（GGU）以脯氨酸（CCU）替代，其最适反应温度提高10～12℃，从而提高了该酶的热稳定性。下列叙述错误的是（　　）A．可通过PCR技术实现GI基因定点突变B．改造后的基因嘧啶碱基比例与改造前相同C．可将改造后的GI基因直接导入大肠杆菌中生产GID．改造后的GI的空间结构可能发生了改变
8.（2026·江西吉安·一模）天然β-淀粉酶（M0）大多耐热性差，不利于工业化应用。科研人员将β-淀粉酶第2位的酪氨酸变为半胱氨酸，该半胱氨酸可与第97位的半胱氨酸之间形成一个二硫键，从而获得了耐高温β-淀粉酶（M1）。下列叙述错误的是（　　）A．上述获得M1的过程属于蛋白质工程范畴B．M0与M1耐热性的差异与两者的空间结构有关C．检测M1活性时应先将M1与底物混合再设置高温环境D．替换氨基酸的过程涉及到对相关基因的改造
9．（2026·福建泉州·一模）黄瓜花叶病毒（CMV）可通过烟蚜传播。为实现烟蚜防治，对CMV进行改造，使其在烟草细胞中合成某种siRNA。该siRNA随烟蚜吸食植物汁液进入烟蚜体内，特异性识别并降解烟蚜的几丁质合成酶基因的mRNA。下列叙述错误的是（    ）A．根据烟蚜的几丁质合成酶基因序列改造CMVB．改造后的CMV应具侵染能力但不会使烟草致病C．该siRNA抑制烟蚜几丁质合成酶基因的转录过程D．改造后的CMV借助烟蚜吸食传播扩大了对烟草的保护范围
10．（2026·四川成都·二模）2015年，屠呦呦因发现青蒿素治疗疟疾的新疗法获得了诺贝尔奖。工业上青蒿素一般从青蒿植株中提取，产量低，价格高。科研人员利用基因工程改造酵母菌，使其高效生产青蒿酸（青蒿素前体），再通过优化代谢途径、发酵条件，极大地提高青蒿酸产量，最终再经化学转化即可合成青蒿素，这一技术将青蒿素生产成本降低80%。下列叙述正确的是（    ）A．需要利用花粉管通道法将青蒿酸合成基因导入酵母菌B．青蒿素属于酵母菌代谢过程中产生的次生代谢物C．发酵结束后，可通过过滤、沉淀等手段从发酵液中获得青蒿酸D．与上述方法相比，利用青蒿细胞工厂化生产获得青蒿素的周期更长