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1、2023届新高考生物冲刺精品复习基因工程的应用和蛋白质工程课标要求1.举例说明基因工程在农牧、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质。2.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。考点一基因工程的应用考点二 蛋白质工程的原理和应用重温高考真题演练考点一基因工程的应用夯实必备知识1.基因工程在农牧业方面的应用转基因抗虫植物，农牧业方面)转基因抗病植物转基因抗除草剂植物从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，将它导入作物中培育出具有抗虫性的作物将来源于某些病毒、真菌等的强病基因导入植物中,培育出转基因抗病植物将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可以培育出抗除草剂
2、的作物品种0牧业方面)，将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J .必 种氨基酸的含量二改而良口植科物,将与植物花青素代谢相关的基因导人矮牵牛中，使它呈现出自然界没有的颜色变异，大大提高了、它的观赏价值由于外源生长激素基因的表达可提高动物的以使转基因动物生长得更快，将生长速率这类基因导入动物体内，以提高动物的生长速率将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组,改善畜产 使获得的转基因牛分泌的雪土中,品的品质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微生物或动对微生物或动植物的细胞进行植物的细胞基因改造，使它们能够生产药物生产药物医药卫生领域科学家将药用蛋白
3、基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等哺乳动物批调控元件重组在一起，通过显量生产药物微注射的方法导入哺乳动物M受精卵中，制成乳腺生物反应器或乳房生物反应器在器官供体的基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，然后再结合克隆技术,培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆器官3.基因工程在食品工业方面的应用食品工业方面利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等科学家将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，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，加工烘烤食品要用到的脂酶等也都可以通过构建堇国工 程 菌，然后用发酵技术大量生产乳腺生
4、物反应器与工程菌的比较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辨析目的基因导入方式显微注射法C22+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中#NA连接酶可
5、催化脱氧核甘酸链间形成氢键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2,为研究拟南芥的4C/PK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A/C/PK基因和抗干旱基因MLE5的表达量，结果如下表所示。下列分析错误的是表达量品种4C/PK基因相对表达量N也E5基因的表达量。天7天甲5.311.011.81乙5.521.051.83丙7.051.263.08T00.980.950 r 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存在U A 碱基配对C
6、.除了检测基因的表达量外，还需进行个体水平的检测D.A/C/PK基因的表达产物可能促进N 5基因的表达，从而提高植物对干旱的适应性解 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R N A,用逆转录的方法得到D N A,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UA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，4C/PK基因的相对表达量与抗干旱基因NEE5的表达量存在正相关关系
7、，说明4C/PK基因的表达产物可能促进NEE5基因的表达，从而提高植物的抗旱能力，D正确。表达量品种4C/PK基因相对表达量MLE5基因的表达量0天7天甲5.311.011.81乙5.521.051.83丙7.051.263.08T00.980.95返回考点二蛋白质工程的原理和应用夯实必备知识L蛋白质工程的概念蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系K _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _；_ _ _ _ _ _ _ _Z绿白质工基改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质,以满足人类生产和生活的需求 一改造或合成基因、-J2,蛋白质工程与基因工程的异同项目蛋白质工程基因工程从预期的蛋白质
8、功能出发一设计预期的蛋白.质结构一 推 测 应 有 的；氨基酸序列f找到并改变相对应的脱氧核昔酸序列（基因）或合成新的基因一获得所需要的蛋白质目的基因的筛选与获取一基因表达载体的构建一将目的基因导入受体细胞一目的基因的检测与鉴定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。改造后的基因可以遗传给下一
9、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，这一性状可遗传加寸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
10、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5f的胰岛素生产过程中不涉及中心法则生化制j 备与重折叠/胰岛素结晶）X 射线晶体衍射 新 的 捕 岛 素）（高，结构、大肠杆菌或其 计算机设他细胞中表达!计及作图（新 的 胰&素 基 因卜 人 工 合 成。我人（新 的 胰&素 基 因 C若用大肠杆菌生产新的胰
11、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；生化制备与重折叠J许嘉 大肠杆菌或其)x射线晶体衍射计算机设他细胞中表达 计及作图(新的胰&素基因卜 人工合成新的胰2素基因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。返回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
12、肽的D N A 片段B.构建含目的肽D N A 片段的表达载体。衣据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。a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一设计预期的蛋白质结构一推测应有的氨基酸序列一找到并改变相对应的脱氧核甘酸序列（基因）或合成新的基因一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
13、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（限基因）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，所需的酶是邛 艮制性内切核酸酶和DNA连 接 酶，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装化D G解 析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。34(2)根
14、据启动子的作用推测，Wx基因启动子序列的改变影响了 RNA聚合酶与启动子的识别和结合,从而改变了做基因的转录水平。与野生型水稻相比，3个突变品系中心基因控制合成的直链淀粉合成酶的氨基酸序列不发生(填“发生”或“不发生”)改变，原因是编码直链淀粉合成_酶的碱基序列中不含启动子。D G解 析R N A 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R N A 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m R N A 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)为检测启动子变化对
15、肽基因表达的影响，科研人员需要检测映基因转录产生的m R N A (Wx mRNA)的量。检测时分别提取各品系胚乳中的总R N A,经逆转录 过程获得总c D N A。通过PCR技术可在总c D N A 中专一性的扩增出依基因的c D N A,原因是一引物是根据散基因的一段已知序列设计合成的(或引物能与以基因的cDNA特异性结合)。D G通过m R N A 获得cDNA是逆转录过程。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中专一性的扩增出脓基因的c D N A,关键是要根据以基因的一段已知序列合成出相应的引物。(4)各 品 系 敞 m
16、RNA量的检测结果如图所示，据图推测糯性最强的品系为品系3,原因是品系3的皿xmRNA量最少，控制合成的直链淀粉合成一酶的量最少，直链淀粉合成量最少，糯性最强。5050，11O(可女皿长)*D G解 析据题中信息可知，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 脓 mRNA量最少，这样合成的直链淀粉合成酶的量最(超要)卿WHEND G3.（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
17、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：重组表达载体人胰岛素B链 A链jE 4 T-.I）寄三 口 1：三：1编码序列于替换改 造 后 的 人I鬻胰 岛 素 编 码 小序列信 号 肽 编?码 序 列 竽Sac I Sac I短肽编码序列重组人胰岛素编码序列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个核昔酸序列。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6 个。第一个核甘酸改造前单链 TTTGTfG flAACCAACACCEGSECI改造后单链砧AACCAACAITBTGGGEIC
18、AOGGELTCAOD 解 析据图分析，人胰岛素B链编码序列的起始30个核甘酸序列改造后，第6、15、16、18、21、24、30位的核甘酸与改造前不同，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。第一个核甘酸改造前单链改造后单链MWWc而 s nIYT 同 AEBBT 即 AGWTOSTD。g(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_ A B C D _(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 链氨基酸序列人 胰 岛 素B链 A链
19、编码序列改造后的人胰岛素编码序列frJrTTTrrTYl替换部分碱基短肽编码序列 口 重组表达载体启动子(Lot信号肽编w码 序 列 专/F5仅I构建minmt重组人胰岛素编码序列D.引入短肽不能改变原人胰岛素抗原性?)(4解 析在人胰岛素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，人 胰 岛 素B链 A链编码序列皿替换1改造后的人 里2|胰岛素编码皿皿 由 序列短肽编码序列 口 重组表达载体终止于编肽列号序信码/启动子，SocP Sacl 超 加1重组人胰岛素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转录过程，引起构成胰岛
20、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，D。g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。人 胰 岛 素 B链 A链编 码 序 列 干 替 换 改造后的人胰岛素编码部分碱基序列短肽编码序列o重组表达载体_号信 号 肽 编?*码 序 列 竽Sac#3 c l 构 XA I重组人胰岛素编码序列D。g 在 重 组 表
21、 达 载 体 中，Sac I和XAGI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，人胰岛素B链编 码 序 列 替改造后的人?胰岛素编码皿血序列短肽编码序列可 形 成3种DNA片 段o重组表达载体宫 邑 信 号 肽 编 车换 1码 序 列 室分 LX Z .H L X J里 金、SacT Sac I ba 1口J 毒组人胰岛素编码序列D。g解 析在重组表达载体中，Sac I 和Xbo I 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。人胰岛素B链 A链编码序列干替换巨囚
22、改造后的人?2胰岛素编码而皿嫩4W团-序列短肽编码序列 口 J重组表达载体与信号肽 编 岑I轲列辛Sac靛I 构髀I-arm 口 2 0 0 0 4重组人胰岛素编码序列D。g4.（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（P J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：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氨基一 酸 序 列（或结构）进行改造。以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰 匕基因或合成 立 基因，所获得的基因表
23、达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括DNA和RNA（或遗传物质）的复制,以及遗传信息在不同分子之间的流动,即：DNARNA、RNADNA、RNA蛋白质（或转录、逆转录、翻译）。12 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，通过设计蛋白质的结构 和推测氨基酸序列，进而确定相对应的脱氧核昔酸序列，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.功能一进行鉴定。12 3。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（X）2.由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可
24、直接应用（X）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（X）二、填空默写1.（选择性必修3 PQ乳腺生物反应器是指将药用蛋亘基因与乳腺中挂导表达.的基因的启动壬等调控元件重组在一起，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中,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要的药物。2.（选择性必修3 P R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苴因壬，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗_.原法定基因,然后再结
25、合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。3 .（选择性必修3 P 9 3）蛋白质工程是指以甯白质分子的结构规律及其与牛物,功 能的关系作为基础,通过一改造或合成基因,来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类午产和牛活的需求。4 .（选择性必修3 PQ3）基因工程原则上只能生产自一然界只已存在的蛋白质5 .（选择性必修3 P 9 4）对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造或合成基因来完成。6 .（选择性必修3 P”）蛋白质工程的基本思路是从预期的蛋白质功能出发、设计预期的蛋白质.结构一推测应有的氨基酸序列一找到并改变相对应的脱氧核昔酸序列（基因）或合成新的基因一获得所需要的蛋白质。返回