文档介绍：该【高考生物一轮复习讲义（全国版） 第10单元 第2课时 基因工程的应用和蛋白质工程 】是由【1520377****】上传分享，文档一共【15】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【高考生物一轮复习讲义（全国版） 第10单元 第2课时 基因工程的应用和蛋白质工程 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。第2课时 基因工程的应用和蛋白质工程
目标要求 。。
考点一 基因工程的应用
表现方面
具体内容
植物基因工程
①抗虫转基因植物；
②抗病转基因植物；
③抗逆转基因植物；
④利用转基因改良植物品质和利用植物生产药物
动物基因工程
①提高动物生长速度从而提高产品产量；
②用于改善畜产品的品质；
③用转基因动物生产药物，如乳腺生物反应器；
④用转基因动物作器官移植的供体
基因工程药物
控制药品合成的相应基因
基因治疗
①体外基因治疗；②体内基因治疗
特别提醒 (1)青霉素是青霉菌产生的，不是通过基因工程产生的。
(2)动物基因工程主要是为了改善畜产品的品质，而不是为了产生体型巨大的个体。
(3)原核生物的基因(如抗虫基因)可以作为真核生物(棉花)的目的基因。
(4)Bt毒蛋白基因产生的Bt毒蛋白只在某些昆虫肠道的碱性环境中才能表现出毒性，而人和牲畜的胃液呈酸性，肠道细胞也无特异性受体，因此，Bt毒蛋白不会对人畜产生危害。
归纳总结 (1)动物反应器
①外源基因：药用蛋白基因。
②表达条件：药用蛋白基因＋乳腺蛋白基因的启动子等。
③受体生物——牛、山羊等动物。
④种类：乳腺生物反应器和膀胱反应器。
(2)工程菌
①概念：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系。
②外源基因：控制合成抗体、疫苗、激素等的基因。
③受体细胞：微生物细胞。
④特点：细菌内没有内质网、高尔基体等，产生的药物可能没有活性。
⑤药物提取：从微生物细胞中提取。
(3)体外基因治疗与体内基因治疗的比较
方法
比较
体外基因治疗
体内基因治疗
不同点
途径
从患者体内获取某种细胞→体外完成基因转移→筛选、细胞扩增→输入体内
直接向患者体内组织细胞中转移基因
特点
操作复杂，但效果可靠
方法较简单，但效果难以控制
相同点
都是将外源基因导入靶细胞，以纠正缺陷基因，目前两种方法都处于临床试验阶段
考向 基因工程的应用
1．下列有关基因工程及其应用的相关叙述，不正确的是( )
A．基因工程育种能够定向改造生物性状
B．DNA连接酶可催化脱氧核苷酸链间形成氢键
C．可利用转基因细菌降解有毒有害的化合物
D．能够使植物体表达动物蛋白的育种方法是基因工程育种
答案 B
2．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( )
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
乙
丙
丁
0
B．基因表达量的分析过程中存在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 A
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，用反转录的方法得到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正确；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 蛋白质工程的原理和应用
1．概念
2．流程图
A．转录、、、、。
3．蛋白质工程与基因工程的异同
项目
蛋白质工程
基因工程
过程
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
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
→获得所需要的蛋白质
实质
定向改造或生产人类所需要的蛋白质
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
结果
可生产自然界中不存在的蛋白质
只能生产自然界中已存在的蛋白质
联系
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
思考 蛋白质工程为什么通过对基因操作来实现对天然蛋白质的改造？
提示 (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，被改造的蛋白质无法遗传。
考向 蛋白质工程的原理和应用
3．纤维素酶广泛应用于医药、食品发酵、造纸、废水处理等领域。研究人员利用蛋白质工程将细菌纤维素酶的第137、179、194位相应氨基酸替换为赖氨酸后，纤维素酶热稳定性得到了提高。下列有关该技术，说法错误的是( )
A．经改造后的纤维素酶热稳定性提高，这一性状可遗传
B．对纤维素酶的改造是通过直接改造mRNA实现的
C．改造纤维素酶也需要构建基因表达载体
D．改造后的纤维素酶和原纤维素酶不是同一种酶
答案 B
解析 蛋白质工程是对基因进行修饰改造或重新合成，然后进行表达，改造后的蛋白质的性状能遗传给子代，A正确；对纤维素酶的改造需要以基因工程为基础，是通过修改基因或创造合成新基因来实现的，B错误；蛋白质工程是对基因进行修饰改造或重新合成，然后进行表达，需要构建基因表达载体，C正确。
4．胰岛素可用于治疗糖尿病，但胰岛素注射后易在皮下堆积，需较长时间才能进入血液，进入血液后又易被分解，因此治疗效果受到影响。下图是新的速效胰岛素的生产过程，有关叙述错误的是( )
A．新的胰岛素的预期功能是构建新胰岛素模型的主要依据
B．新的胰岛素生产过程中不涉及中心法则
C．若用大肠杆菌生产新的胰岛素，常用Ca2＋处理大肠杆菌
D．新的胰岛素功能的发挥必须依赖于蛋白质正确的高级结构
答案 B
解析 新的胰岛素生产过程中涉及中心法则，B错误；若要利用大肠杆菌生产新的胰岛素，常用Ca2＋处理法提高导入的成功率，C正确；根据结构与功能相适应的原理分析，新的胰岛素功能的发挥必须依赖于蛋白质正确的高级结构，D正确。
重温高考 真题演练
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)限制性核酸内切酶和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)反(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核酸内切酶和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是反转录过程。PCR过程中需要模板、原料、酶、引物等，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。(4)据题中信息可知，水稻胚乳中直链淀粉所占比例越小，糯性越强，题图中品系3中的Wx mRNA量最少，这样合成的直链淀粉合成酶的量最少，则合成的直链淀粉所占比例最小，糯性最强。
3．(2020·天津，16节选)1型糖尿病是因免疫系统将自身胰岛素作为抗原识别而引起的自身免疫病
。小肠黏膜长期少量吸收胰岛素抗原，能诱导免疫系统识别该抗原后应答减弱，从而缓解症状。科研人员利用1型糖尿病模型小鼠进行动物实验，使乳酸菌在小鼠肠道内持续产生人胰岛素抗原，为此构建重组表达载体，技术路线如下。
据图回答：
(1)为使人胰岛素在乳酸菌中高效表达，需改造其编码序列。下图是改造前后人胰岛素B链编码序列的起始30个核苷酸序列。据图分析，转录形成的mRNA中，该段序列所对应的片段内存在碱基替换的密码子数有______个。
(2)在人胰岛素A、B肽链编码序列间引入一段短肽编码序列，确保等比例表达A、B肽链。下列有关分析正确的是________(多选)。
A．引入短肽编码序列不能含终止子序列
B．引入短肽编码序列不能含终止密码子编码序列
C．引入短肽不能改变A链氨基酸序列
D．引入短肽不能改变原人胰岛素抗原性
(3)在重组表达载体中，SacⅠ和XbaⅠ限制酶仅有图示的酶切位点。用这两种酶充分酶切重组表达载体，可形成________种DNA片段。
答案 (1)6 (2)ABCD (3)3
解析 (1)据图分析，人胰岛素B链编码序列的起始30个核苷酸序列改造后，第6、15、16、18、21、24、30位的核苷酸与改造前不同，则转录产生的密码子中第2、5、6、7、8、10个密码子发生了碱基的替换。(2)在人胰岛素A、B肽链编码序列间引入一段短肽编码序列，以确保等比例表达A、B肽链。若引入的短肽编码序列含有终止子序列，则会使控制合成胰岛素的基因在表达时提前终止转录过程，引起构成胰岛素的肽链变短；若引入的短肽编码序列含有终止密码子编码序列，则会使控制合成胰岛素的基因在表达时提前终止翻译过程，引起构成胰岛素的肽链变短；引入的短肽编码序列应当位于A链和B链之间，不能改变A、B链的氨基酸序列，也不能改变原人胰岛素抗原性，新产生的胰岛素具备原有的抗原性才能在被小肠黏膜吸收后，诱导免疫系统识别该抗原后应答减弱，从而缓解症状，因此A、B、C、D四个选项均正确。(3)在重组表达载体中，SacⅠ和XbaⅠ限制酶的酶切位点共有3个，则用这两种限制酶充分酶切后，能够将环状的重组表达载体切成
3种不同长度的链状DNA片段。
4．(经典高考题)已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中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(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题：
(1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的________________进行改造。
(2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰________基因或合成________基因，所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括______________________的复制，以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：______________________________________。
(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过_______________________________________和____________________，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物________进行鉴定。
答案 (1)氨基酸序列(或结构) (2)P P1 DNA和RNA(或遗传物质) DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录、翻译) (3)设计蛋白质的结构 推测氨基酸序列 功能
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. (选修3 P17)植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力，以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。
2. (选修3 P17)转基因抗虫植物是从某些生物中分离出具有杀虫活性的基因，将其导入作物中培育出具有抗虫性的作物。
3．(选修3 P17)抗虫转基因植物用于杀虫的基因主要是Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等。
4．(选修3 P21)乳腺生物反应器是指将药用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，通过显微注射等方法导入哺乳动物的受精卵，由这个受精卵发育成的转基因动物在进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需的药物。
5．(选修3 P21)用转基因动物做器官移植的供体方法是将器官供体基因组导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。
6．(选修3 P26)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→找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。
7．(选修3 P26)基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。
8．(选修3 P26)对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过基因来完成。
9．(选修3 P27)蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础，通过基因修饰或基因合成，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。
课时精练
一、选择题
1．农杆菌含有一个大型的Ti质粒，在侵染植物细胞的过程中，其中的T－DNA片段转入植物的基因组。若想用基因工程手段获取抗旱植株，以下分析不合理的是( )
A．若用Ti质粒作为抗旱基因的载体，目的基因的插入位置应该在T－DNA片段内，且要保证复制原点和用于转移T－DNA的基因片段不被破坏
B．将重组Ti质粒导入农杆菌中时，可以用钙离子处理细菌
C．用含有重组Ti质粒的农杆菌侵染植物细胞后，可通过植物组织培养技术得到具有抗旱基因的植物
D．若能在植物细胞中检测到抗旱基因，则说明该基因工程项目获得成功
答案 D
2．下列有关基因工程应用的叙述，错误的是( )
A．植物基因工程技术主要用于提高植物的生长速率
B．利用转基因技术生产的药物已经有很多种，如抗体、疫苗、激素等
C．基因治疗是治疗遗传病最有效的手段，治疗后产生的变异一般是不可遗传的
D．利用植物基因工程提高农作物抗虫能力时所用的杀虫基因可以是Bt抗虫蛋白基因
答案 A
3．下列有关利用乳腺生物反应器与微生物生产药物的叙述，错误的是( )
A．前者可在乳汁中提取药物，后者可在细胞中提取
B．两者都是基因工程在医药卫生领域的应用
C．前者合成的蛋白质可加工成熟，后者合成的蛋白质一般不能加工成熟
D．动物和微生物的基因结构与人体的基因结构均相同
答案 D
4．(2022·北京高三一模)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．可通过显微注射技术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，显微注射技术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．(2022·黑龙江哈师大附中)阅读如下资料，判断下列各项描述不合理的是( )
资料甲：科学家将牛生长激素基因导入小鼠受精卵中，得到了体型巨大的“超级小鼠”。
资料乙：T4溶菌酶在温度较高时易失去活性，科学家对编码T4溶菌酶的基因进行改造，使其表达的T4溶菌酶的第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸，在该半胱氨酸与第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。
A．甲属于基因工程，乙属于蛋白质工程
B．甲中将目的基因导入小鼠细胞中常用显微注射技术
C．乙中通过对基因改造实现了对蛋白质的改造
D．从资料乙可看出，T4溶菌酶是一种直接利用氨基酸制造出来的新蛋白质
答案 D
解析 甲中的“超级小鼠”的培育，与导入的牛生长激素基因有关，属于基因工程，资料乙显示：科学家将编码T4溶菌酶的基因进行了改造，这属于蛋白质工程，A正确；甲中小鼠的受精卵属于动物细胞，将目的基因导入动物细胞中常用显微注射技术，B正确；乙中通过对编码