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1、第51讲 基因工程的应用及蛋白质工程第第1010单元单元素养目标 内容索引010203强基础强基础增分策略增分策略提能力提能力精准突破精准突破练高考练高考衍生训练衍生训练1 1 强基础强基础增分策略增分策略一、基因工程的应用一、基因工程的应用1.基因工程在农牧业方面的应用2.基因工程在医药卫生领域的应用 提醒:乳腺生物反应器与膀胱生物反应器。3.基因工程在食品工业方面的应用 二、蛋白质工程二、蛋白质工程1.蛋白质工程的原理和应用(1)蛋白质工程的概念(2)基本思路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
2、质(3)蛋白质工程的应用2.蛋白质工程与基因工程的区别和联系 旁栏边角(选择性必修3P91“正文”拓展)利用转基因细菌能否直接生产干扰素等化学本质为糖蛋白的药物?为什么?提示:利用转基因细菌不能直接生产糖蛋白类的产品,因为细菌中只有核糖体,没有内质网和高尔基体等其他细胞器。易错辨析(1)将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌,获得能产生人干扰素的菌株。()(2)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。()(3)由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用。()(4)蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质。()(5
3、)蛋白质工程可以合成自然界中不存在的蛋白质。()(6)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。()2 2 提能力提能力精准突破精准突破主主题基因工程的应用及蛋白质工程【考向探究考向探究】考向1 结合基因工程的应用,考查社会责任1.(2022邢台二模)新冠疫苗生产的途径及原理如下图所示,下列相关叙述不正确的是()A.重组蛋白疫苗具有抗原性但不能侵染进入宿主细胞B.感染过腺病毒的人可能由于存在腺病毒抗体,使疫苗作用效果较差C.注射核糖核酸疫苗后,该疫苗能直接刺激机体产生特异性免疫D.传统疫苗生产通常采用动物细胞体外培养病毒使其增殖答案:C解析:注射核糖核酸疫苗后,该疫
4、苗需要先表达出蛋白质,然后才能刺激机体产生特异性免疫,C项错误。2.(2022威海二模)人工基因驱动是以基因编辑技术为核心发展来的,可用于消灭携带疟疾的按蚊。决定野生型按蚊能携带疟原虫的基因组成为aa,科学家合成了使按蚊不能携带疟原虫的基因A。将由“A基因”“Cas9蛋白基因”和“可转录出sgRNA(可识别a基因的RNA序列)的基因”组成的基因驱动器转入野生型按蚊受精卵中,基因驱动器被整合到含a基因的同源染色体(1和1)中的1上,使a基因改造成A基因,随后sgRNA识别并引导Cas9蛋白将1上的a基因切除,切除部位的DNA会以1上同一位点未断裂的DNA为模板完成修复。下列说法错误的是()A.C
5、as9蛋白作用于双链DNA分子中特定部位的磷酸二酯键B.经过人工基因驱动改造的野生型按蚊的基因型为AaC.可利用显微注射将基因驱动器注入野生型按蚊受精卵中D.若人工基因驱动中的目的基因使按蚊只能繁衍雄性后代,则一段时间后按蚊物种将灭绝答案:B解析:由题意可知,Cas9蛋白的作用是将1上的a基因切除,所以Cas9蛋白作用于双链DNA分子中特定部位的磷酸二酯键,A项正确;由题意可知,决定野生型按蚊能携带疟原虫的基因组成为aa,且“基因驱动器被整合到含a基因的同源染色体(1和1)中的1上,使a基因改造成A基因,随后sgRNA识别并引导Cas9蛋白将1上的a基因切除,切除部位的DNA会以1上同一位点未
6、断裂的DNA为模板完成修复”,所以经过人工基因驱动改造的野生型按蚊的基因型为AA,B项错误;通过显微注射法可将基因表达载体导入受体细胞中,所以可利用显微注射将基因驱动器注入野生型按蚊受精卵中,C项正确;若人工基因驱动中的目的基因使按蚊只能繁衍雄性后代,那么一段时间后按蚊中无雌性个体,按蚊物种将灭绝,D项正确。考向2 结合蛋白质工程及其应用,考查生命观念3.(2023届盐田期中)科学家将葡萄糖异构酶的第138位甘氨酸用脯氨酸替代,结果它的最适温度提高了1012。据分析,脯氨酸替代甘氨酸后,由于引入了一个吡咯环侧链,刚好填充于138位甘氨酸附近的空洞,使蛋白质空间结构更具刚性,从而提高了酶的热稳定
7、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.对葡萄糖异构酶的改造需要以基因工程为基础C.蛋白质工程操作过程中,不需要酶和载体作为工具D.经改造后的葡萄糖异构酶热稳定性提高这一性状不可遗传答案:B解析:蛋白质工程和基因工程都要对基因进行操作,根本区别是可产生自然界没有的蛋白质,A项错误;对葡萄糖异构酶的改造需要以基因工程为基础,B项正确;蛋白质工程要通过基因工程实施,故需要酶和载体作为工具,C项错误;由于是对基因进行的改造,遗传物质已经改变,属于可遗传的变异,D项错误。4.干扰素在体外保存非常困难。干扰素由166个氨基酸组成,如果将其分子上第17位的一个半胱氨酸
8、变成丝氨酸,那么在-70的条件下可以保存半年。若利用蛋白质工程的原理和方法生产新型干扰素,下列思路最可行的是()A.用DNA合成仪合成新的干扰素基因B.利用基因定点突变技术改造干扰素基因C.直接改造mRNA,进行密码子的替换D.生产正常干扰素,再进行氨基酸的替换答案:B解析:由题意可知,干扰素分子的改造只需要一个氨基酸的替换,不必合成新基因,A项不符合题意;由分析可知,蛋白质工程的目的是改造蛋白质,但其方法是通过改造或合成基因来实现的,B项符合题意;若直接改造mRNA,可获得改造后的蛋白质,但不能遗传、不能复制,C项不符合题意;干扰素属于糖蛋白,若直接对其进行氨基酸的替换,可能会导致干扰素的结
9、构和功能丧失,D项不符合题意。3 3 练高考练高考衍生训练衍生训练角度 蛋白质工程1.(2021辽宁高考)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的和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,再置于高温环境答案:D解析:由题干可知,在N0的和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
10、,是影响其热稳定性的原因之一,A项正确;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,B项正确;N1为蛋白质,蛋白质的合成需要经过转录和翻译两个过程,C项正确;酶具有高效性,检测N1的活性需先将其置于高温环境,再与底物充分混合,D项错误。2.(2022湖南高考)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
11、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)多肽链mRNA密码子的简并性(2)化学合成法从基因文库中获取DNA双链复制(3)种类组成两种蛋白质的氨基酸的种类、数目和排列顺序不同以及蛋白质的空间结构不同(4)取三支试管,分别放入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素,再分别加入等量的同一动物的新鲜血液,静置一段时间后,观察三支试管中血液凝集情况
