學生用書P350
1.基因工程的應用
2.蛋白質工程
3.蛋白質工程與基因工程的比較
基礎自測
1.外源生長激素基因的表達可以使轉基因動物生長得更快。（ √ ）
2.干擾素是一種具有干擾病毒復制作用的糖蛋白，在臨床上被廣泛應用。（ √ ）
3.利用乳腺生物反應器能夠獲得一些重要的醫(yī)藥產品，如人的血清白蛋白，這是因為將人的血清白蛋白基因導入了動物的乳腺細胞中。（ × ）
提示 培養(yǎng)動物乳腺生物反應器時，應將目的基因導入受精卵而非導入乳腺細胞中。
4.用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的菌類一般稱為基因工程菌。（ √ ）
5.蛋白質工程中，要對蛋白質結構進行設計改造，必須通過改造或合成基因來完成，而不直接改造蛋白質。（ √ ）
深度思考
1.某些轉基因藥物只在雌性動物的乳腺細胞表達的原因是什么？
提示 將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達的基因的啟動子等調控元件重組在一起，通過顯微注射的方法導入哺乳動物的受精卵中，讓藥用蛋白基因只在乳腺細胞中選擇性表達。
2.為什么蛋白質工程的操作對象是基因而不是蛋白質？
提示 因為任何一種天然蛋白質都是由基因編碼的，基因是遺傳信息結構與功能的基本單位，改造了基因就可以通過基因的信息傳遞進而改造蛋白質。如果直接對蛋白質進行改造，即使改造成功，被改造的蛋白質也無法遺傳。
學生用書P351
命題點1 結合實例考查基因工程的應用
1.[2022廣東，12分]“綠水逶迤去，青山相向開?！贝罅Πl(fā)展低碳經濟已成為全社會的共識?；谀承┧缶奶厥獯x能力，有研究者以某些工業(yè)廢氣（含CO2等一碳溫室氣體，多來自高污染排放企業(yè)）為原料，通過厭氧發(fā)酵生產丙酮，構建一種生產高附加值化工產品的新技術。
回答下列問題：
（1）研究者針對每個需要擴增的酶基因（如圖）設計一對 引物 ，利用PCR技術，在優(yōu)化反應條件后擴增得到目標酶基因。
（2）研究者構建了一種表達載體pMTL80k，用于在梭菌中建立多基因組合表達庫，經篩選后提高丙酮的合成量。該載體包括了啟動子、終止子及抗生素抗性基因等，其中抗生素抗性基因的作用是 作為標記基因，篩選含有目的基因的受體細胞 ，終止子的作用是 終止轉錄，使轉錄在所需要的地方停下來 。
（3）培養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)重組梭菌大量表達上述酶蛋白時，出現(xiàn)了生長遲緩的現(xiàn)象，推測其原因可能是 二氧化碳等氣體用于大量合成丙酮，而不是用于重組梭菌的生長 ，此外丙酮的積累會傷害細胞，需要進一步優(yōu)化菌株和工藝才能擴大應用規(guī)模。
（4）這種生產高附加值化工產品的新技術，實現(xiàn)了 廢物的資源化 ，體現(xiàn)了循環(huán)經濟的特點。從“碳中和”的角度看，該技術的優(yōu)勢在于 不僅不排放二氧化碳，還可以消耗工業(yè)廢氣中的二氧化碳 ，具有廣泛的應用前景和良好的社會效益。
解析 （1）利用PCR技術擴增目標酶基因的前提是根據(jù)目標酶基因兩端的堿基序列設計一對引物。（2）基因表達載體中，抗生素抗性基因作為標記基因，可用于鑒別受體細胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來。終止子相當于一盞紅色信號燈，可使轉錄在所需要的地方停下來。（3）重組梭菌可大量表達題述酶蛋白，在這些酶蛋白的作用下，二氧化碳等氣體用于大量合成丙酮，而不是用于重組梭菌的生長，所以重組梭菌大量表達題述酶蛋白會導致其生長遲緩。（4）根據(jù)題意可知，這種生產高附加值化工產品的新技術，以高污染排放企業(yè)排出的二氧化碳等一碳溫室氣體為原料生產丙酮，實現(xiàn)了廢物的資源化，體現(xiàn)了循環(huán)經濟的特點。從“碳中和”的角度看，利用該技術生產丙酮的過程中不僅不排放二氧化碳，還可以消耗工業(yè)廢氣中的二氧化碳，有利于減緩溫室效應，并實現(xiàn)較高的經濟效益，具有廣泛的應用前景和良好的社會效益。
命題點2 蛋白質工程的原理和應用分析
2.[2022湖南改編，13分]水蛭是我國的傳統(tǒng)中藥材，主要藥理成分水蛭素為水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。擬通過蛋白質工程改造水蛭素結構，提高其抗凝血活性。回答下列問題：
（1）蛋白質工程流程如圖所示，物質a是 多肽鏈 ，物質b是 mRNA 。在生產過程中，物質b可能不同，合成的蛋白質空間構象卻相同，原因是 密碼子的簡并 。
（2）蛋白質工程是基因工程的延伸，基因工程中獲取目的基因常用PCR 技術擴增。PCR 技術遵循的基本原理是 DNA半保留復制 。
（3）將提取的水蛭蛋白經甲、乙兩種蛋白酶水解后，分析水解產物中的肽含量及其抗凝血活性，結果如圖所示。推測兩種處理后酶解產物的抗凝血活性差異主要與肽的 種類 （填“種類”或“含量”）有關，其活性不同的原因是 酶處理后形成的肽中氨基酸的種類、數(shù)目和排列順序不同 。
（4）若要比較蛋白質工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解產物和天然水蛭素的抗凝血活性差異，簡要寫出實驗設計思路： 取四支試管，分別加入等量的生理鹽水、蛋白質工程改造后的水蛭素、水蛭蛋白酶解產物和天然水蛭素，再向四支試管中各加入等量的新鮮血液，觀察四支試管中血液的凝血情況 。
解析 （1）蛋白質工程的流程一般為預期蛋白質功能→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到并改變對應的脫氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質。密碼子的簡并指的是同一種氨基酸可以由幾種不同的密碼子決定。（3）由題圖可知，將提取的水蛭蛋白經甲、乙兩種蛋白酶水解后，水解產物中的肽含量差別不大，但抗凝血活性差別較大，推測兩種處理后酶解產物的抗凝血活性差異主要與肽的種類有關。兩種處理后酶解產物中氨基酸的種類、數(shù)目和排列順序不同，從而導致兩種處理后抗凝血活性有差異。
1.[2023湖南]鹽堿脅迫下植物應激反應產生的H2O2對細胞有毒害作用。禾本科農作物AT1蛋白通過調節(jié)細胞膜上PIP2s蛋白磷酸化水平，影響H2O2的跨膜轉運，如圖所示。下列敘述錯誤的是（ B ）
A.細胞膜上PIP2s蛋白高磷酸化水平是其提高H2O2外排能力所必需的
B.PIP2s蛋白磷酸化被抑制，促進H2O2外排，從而減輕其對細胞的毒害
C.敲除AT1基因或降低其表達可提高禾本科農作物的耐鹽堿能力
D.從特殊物種中發(fā)掘逆境脅迫相關基因是改良農作物抗逆性的有效途徑
解析 分析題圖可知，AT1蛋白存在時，AT1蛋白可與Gβ結合，抑制PIP2s蛋白磷酸化，H2O2外排能力弱；AT1蛋白缺陷時，AT1蛋白不能與Gβ結合，PIP2s蛋白被磷酸化，H2O2外排能力強。因此，細胞膜上PIP2s蛋白保持高磷酸化水平是其提高H2O2外排能力所必需的，A正確。PIP2s蛋白磷酸化被抑制時，會抑制H2O2外排，從而增強其對細胞的毒害，B錯誤。敲除AT1基因或降低其表達可使PIP2s蛋白保持高磷酸化水平，H2O2外排能力較強，可提高禾本科農作物的耐鹽堿能力，C正確?；蚬こ淌侵赴凑杖藗兊脑竿?，通過轉基因等技術，賦予生物新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品?？梢詮奶厥馕锓N中發(fā)掘逆境脅迫相關基因，通過基因工程技術改良農作物的抗逆性，D正確。
2.[2022江蘇]采用基因工程技術調控植物激素代謝，可實現(xiàn)作物改良。下列相關敘述不合理的是（ B ）
A.用特異啟動子誘導表達iaaM（生長素合成基因）可獲得無子果實
B.大量表達ipt（細胞分裂素合成關鍵基因）可抑制芽的分化
C.提高ga2x（氧化赤霉素的酶基因）的表達水平可獲得矮化品種
D.在果實中表達acs（乙烯合成關鍵酶基因）的反義基因可延遲果實成熟
解析 生長素可促進果實發(fā)育，用特異啟動子誘導表達iaaM（生長素合成基因）可獲得無子果實，A不符合題意；大量表達ipt（細胞分裂素合成關鍵基因）可使細胞分裂素含量升高，細胞分裂素含量升高，有利于芽的分化，B符合題意；赤霉素能促進細胞伸長，從而引起植株增高，提高ga2x（氧化赤霉素的酶基因）的表達水平可促進赤霉素被氧化分解，使赤霉素含量降低，從而獲得矮化品種，C不符合題意；乙烯有催熟作用，在果實中表達acs（乙烯合成關鍵酶基因）的反義基因可抑制乙烯的合成，果實成熟會延遲，D不符合題意。
3.[2021遼寧]腈水合酶（N0）廣泛應用于環(huán)境保護和醫(yī)藥原料生產等領域，但不耐高溫。利用蛋白質工程技術在N0的α和β亞基之間加入一段連接肽，可獲得熱穩(wěn)定的融合型腈水合酶（N1）。下列有關敘述錯誤的是（ D ）
A.N1與N0氨基酸序列的差異是影響其熱穩(wěn)定性的原因之一
B.加入連接肽需要通過改造基因實現(xiàn)
C.獲得N1的過程需要進行轉錄和翻譯
D.檢測N1的活性時先將N1與底物充分混合，再置于高溫環(huán)境
解析 據(jù)題意可知，利用蛋白質工程技術在N0的α和β亞基之間加入一段連接肽，可獲得熱穩(wěn)定的融合型腈水合酶（N1），故N1與N0氨基酸序列的差異是影響其熱穩(wěn)定性的原因之一，A正確；改造蛋白質的結構需要通過改造基因來實現(xiàn)，B正確；利用蛋白質工程技術獲得N1的過程涉及轉錄和翻譯，C正確；檢測N1的活性時，應先將N1置于高溫環(huán)境中，再將其與底物充分混合，D錯誤。
4.[2023全國甲節(jié)選，11分]接種疫苗是預防傳染病的一項重要措施，乙肝疫苗的使用可有效阻止乙肝病毒的傳播，降低乙型肝炎發(fā)病率。乙肝病毒是一種DNA病毒。重組乙肝疫苗的主要成分是利用基因工程技術獲得的乙肝病毒表面抗原（一種病毒蛋白）?；卮鹣铝袉栴}。
（1）接種上述重組乙肝疫苗不會在人體中產生乙肝病毒，原因是 重組乙肝疫苗的主要成分是乙肝病毒表面抗原，由于不含乙肝病毒的遺傳物質，接種該疫苗不會在人體中產生乙肝病毒 。
（2）制備重組乙肝疫苗時，需要利用重組表達載體將乙肝病毒表面抗原基因（目的基因）導入酵母細胞中表達。重組表達載體中通常含有抗生素抗性基因，抗生素抗性基因的作用是 鑒別受體細胞（酵母菌）中是否含有目的基因（乙肝病毒表面抗原基因），從而將含有目的基因的受體細胞篩選出來 。能識別載體中的啟動子并驅動目的基因轉錄的酶是 RNA聚合酶 。
（4）若要通過實驗檢測目的基因在酵母細胞中是否表達出目的蛋白，請簡要寫出實驗思路。
從轉基因酵母菌中提取蛋白質，用相應的抗體進行抗原—抗體雜交，觀察是否有雜交帶出現(xiàn)。
解析 （1）重組乙肝疫苗的主要成分是乙肝病毒表面抗原，由于不含乙肝病毒的遺傳物質，故接種該疫苗不會在人體中產生乙肝病毒。（2）抗生素抗性基因為標記基因，其作用是鑒別受體細胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的受體細胞篩選出來。啟動子是一段有特殊序列結構的DNA片段，位于基因的上游，它是RNA聚合酶識別和結合的部位，有了它才能驅動基因轉錄出mRNA，最終獲得所需要的蛋白質。（4）若要通過實驗檢測目的基因在酵母細胞中是否表達出目的蛋白，應從轉基因生物中提取蛋白質，用相應的抗體進行抗原—抗體雜交，若有雜交帶出現(xiàn)，表明目的基因已表達出目的蛋白。
5.[2023浙江6月，14分]賴氨酸是人體不能合成的必需氨基酸，而人類主要食物中的賴氨酸含量很低，利用生物技術可提高食物中賴氨酸含量?；卮鹣铝袉栴}：
（1）植物細胞合成的賴氨酸達到一定濃度時，能抑制合成過程中兩種關鍵酶的活性，導致賴氨酸含量維持在一定濃度水平，這種調節(jié)方式屬于 負反饋調節(jié) 。根據(jù)這種調節(jié)方式，在培養(yǎng)基中添加 一定濃度的賴氨酸類似物 ，用于篩選經人工誘變的植物懸浮細胞，可得到抗賴氨酸類似物的細胞突變體，通過培養(yǎng)獲得再生植株。
（2）隨著轉基因技術與動物細胞工程結合和發(fā)展，2011年我國首次利用轉基因和體細胞核移植技術成功培育了高產賴氨酸轉基因克隆奶牛。其基本流程為：
①構建乳腺專一表達載體。隨著測序技術的發(fā)展，為獲取富含賴氨酸的酪蛋白基因（目的基因），可通過檢索 生物信息數(shù)據(jù)庫/遺傳序列數(shù)據(jù)庫 獲取其編碼序列，用化學合成法制備得到。再將獲得的目的基因與含有乳腺特異性啟動子的相應載體連接，構建出乳腺專一表達載體。
②表達載體轉入牛胚胎成纖維細胞（BEF）。將表達載體包裹到磷脂等構成的脂質體內，與BEF膜發(fā)生 融合 ，表達載體最終進入細胞核，發(fā)生轉化。
③核移植。將轉基因的BEF作為核供體細胞，從牛卵巢獲取卵母細胞，經體外培養(yǎng)及去核后作為 受體細胞 。將兩種細胞進行電融合，電融合的作用除了促進細胞融合，同時起到了 激活 重組細胞發(fā)育的作用。
④重組細胞的體外培養(yǎng)及胚胎移植。重組細胞體外培養(yǎng)至 桑葚胚或囊胚 ，植入代孕母牛子宮角，直至小牛出生。
⑤檢測。DNA水平檢測：利用PCR技術，以非轉基因牛耳組織細胞作為陰性對照，以 轉基因牛耳組織細胞 為陽性對照，檢測到轉基因牛耳組織細胞中存在目的基因。RNA水平檢測：從非轉基因牛乳汁中的脫落細胞、轉基因牛乳汁中的脫落細胞和轉基因牛耳組織細胞，提取總RNA，對總RNA進行 DNA酶 處理，以去除DNA污染，再經逆轉錄形成cDNA，并以此為 PCR擴增的模板 ，利用特定引物擴增目的基因片段。結果顯示目的基因在轉基因牛乳汁中的脫落細胞內表達，而不在牛耳組織細胞內表達，原因是什么？
構建的表達載體含乳腺特異性啟動子，使目的基因僅在乳腺細胞中表達。
解析 （1）通過抑制或減弱一開始的變化，維持物質含量穩(wěn)定，這種調節(jié)方式屬于負反饋調節(jié)。人為添加一定濃度的賴氨酸類似物，使不抗賴氨酸類似物的細胞死亡，而抗賴氨酸類似物的細胞突變體能夠存活。（2）①可通過檢索生物信息數(shù)據(jù)庫（或遺傳序列數(shù)據(jù)庫）獲取目的基因的編碼序列。②脂質體由磷脂等構成，脂質體可以與牛胚胎成纖維細胞的細胞膜發(fā)生融合，從而使表達載體進入細胞，最終進入細胞核，發(fā)生轉化。③卵母細胞去核后作為受體細胞。經核移植的重組細胞需利用電刺激進行激活。④將重組細胞體外培養(yǎng)至桑葚胚或囊胚后，可移植至代孕母牛子宮角。⑤DNA水平檢測的目的是檢測轉基因牛中是否含有目的基因。分析可知，可以轉基因牛耳組織細胞作為陽性對照。進行RNA水平檢測時，需利用DNA酶處理總RNA，以去除DNA污染。RNA經逆轉錄形成的cDNA可作為PCR擴增的模板，通過PCR技術可獲取大量的目的基因片段。目的基因只在轉基因牛乳腺細胞中表達的原因是在構建基因表達載體時，將目的基因與含有乳腺特異性啟動子的相應載體連接，構建出了乳腺專一表達載體，該表達載體中的特異性啟動子使目的基因僅在乳腺細胞中表達，而不會在其他細胞中表達。
學生用書·練習幫P533
一、選擇題
1.[2024重慶聯(lián)考]蛋白質工程是基因工程的延伸，下列關于蛋白質工程的敘述，錯誤的是（ A ）
A.通過蛋白質工程改造后的蛋白質的性狀不可以遺傳
B.蛋白質工程和基因工程都需要構建基因表達載體
C.蛋白質工程需要限制酶、DNA連接酶和載體等工具
D.蛋白質工程經常要建立蛋白質高級結構的三維模型
解析 蛋白質工程是通過對基因進行修飾改造或重新合成，從而改造蛋白質進而改造性狀，其本質是通過基因控制性狀，故可遺傳，A錯誤；蛋白質工程通過對基因進行修飾改造或重新合成，然后進行基因表達，同基因工程一樣，都需要構建基因表達載體，B正確；蛋白質工程需要限制酶、DNA連接酶和載體等工具，C正確；蛋白質工程先要根據(jù)預期的蛋白質功能設計建立蛋白質高級結構的三維模型，D正確。
2.[2023東莞模擬]干擾素是一種具有干擾病毒復制作用的糖蛋白，可以用于治療癌癥，但體外保存相當困難。如圖是利用蛋白質工程設計生產干擾素的流程圖，據(jù)圖分析下列敘述錯誤的是（ D ）
A.圖中構建新的干擾素模型的主要依據(jù)是新的干擾素的預期功能
B.圖中新的干擾素基因必須插入質粒上的啟動子和終止子之間才能表達
C.圖中改造干擾素結構的實質是改造干擾素基因的結構
D.圖中各過程并沒有涉及基因工程技術
解析 構建新的干擾素模型的主要依據(jù)是新的干擾素的預期功能，A正確；新的干擾素基因必須插入質粒上的啟動子和終止子之間才能表達，B正確；改造干擾素結構的實質是對干擾素基因的結構進行改造，C正確；題圖中從“人工合成DNA”到“在受體細胞中表達”的過程運用了基因工程技術，D錯誤。
3.[2024湖北聯(lián)考]科學家利用基因工程培育出了能產生乙肝病毒蛋白質的西紅柿，被稱為“西紅柿乙肝疫苗”。具體操作：將乙肝抗原基因M導入農桿菌，然后利用農桿菌將基因M導入西紅柿細胞。實驗顯示小白鼠連續(xù)五周吃這樣的西紅柿，體內產生了抗乙肝病毒的抗體，下列敘述錯誤的是（ B ）
A.實驗過程中用PCR技術對基因M進行擴增，需要兩種引物
B.含基因M的重組Ti質粒必須插入到西紅柿細胞的染色體DNA上
C.即使基因M在西紅柿中成功表達，也要進行個體生物學水平的鑒定
D.“西紅柿乙肝疫苗”成本相對較低
解析 構建基因表達載體前需要對基因M進行擴增，運用PCR技術擴增基因M時，需要兩種引物結合基因M的兩條鏈從而合成相應子鏈，A正確；含基因M的T－DNA插入到西紅柿染色體DNA上，才能穩(wěn)定存在和表達，而不是整個Ti質粒必須插入到西紅柿細胞的染色體DNA上，B錯誤；即使基因M在西紅柿中成功表達，也必須進行個體生物學水平的鑒定，來確定實際效果，C正確；西紅柿種植容易，成本低，D正確。
二、非選擇題
4.[2023豫北名校聯(lián)考，15分]α1－抗胰蛋白酶缺乏癥是一種單基因遺傳病，患者會出現(xiàn)肺氣腫及其他疾病，嚴重者甚至死亡，可采用注射α1－抗胰蛋白酶的方法來緩解患者的癥狀?？蒲袌F隊決定結合如圖所示流程，運用蛋白質工程設計、制造出全新的α1－抗胰蛋白酶，同時結合基因工程和胚胎工程進行擴大生產。
回答下列問題：
（1）①～③過程屬于蛋白質工程，僅從③過程看，由氨基酸序列獲得的核酸序列 不是 （填“是”或“不是”）唯一的，原因是 密碼子的簡并（或一種氨基酸可對應多種密碼子） 。
（2）基因工程的核心是構建基因表達載體，基因表達載體除含目的基因外，還必須有啟動子、 終止子、標記基因 （填兩種）等?？捎?顯微注射 技術將基因表達載體導入受精卵中。
（3）⑧過程中，卵母細胞要在體外人工培養(yǎng)成熟后才能與 獲能 的精子受精。為提高培育成功率，進行⑨過程之前，要對提供卵母細胞的雌性動物和受體動物進行 同期發(fā)情 處理。
（4）欲通過乳腺生物反應器生產預期α1－抗胰蛋白酶，則構建基因表達載體時所用的啟動子應為 乳腺蛋白基因的啟動子 ，且在⑧過程之前，要除去含 Y （填“X”或“Y”）染色體的精子。
解析 （1）因為密碼子的簡并，所以由氨基酸序列得到的mRNA的堿基序列不是唯一的，再通過逆轉錄得到的核酸序列也不是唯一的。（2）基因表達載體上一般有啟動子、終止子、標記基因（如抗生素抗性基因）、目的基因等。將目的基因導入受體細胞可以采用農桿菌轉化法（導入植物細胞）、Ca2＋處理法（導入微生物細胞）、顯微注射法（導入動物細胞）等。（3）采集的卵母細胞要在體外經人工培養(yǎng)成熟后才能與獲能的精子受精。進行胚胎移植前，需要使供體動物和受體動物生殖器官的生理變化相同，以保證胚胎能夠移植成功，因此進行⑨過程之前，需要對受體動物和提供卵母細胞的雌性動物進行同期發(fā)情處理。（4）利用乳腺生物反應器生產藥物時，需要讓目的基因在乳腺細胞中表達，因此啟動子應該用乳腺蛋白基因的啟動子。由于只有雌性動物才可以表達出乳腺蛋白，所以在體外受精之前可除去含Y染色體的精子，使受精卵的性染色體組成為XX。
5.[2023宿遷檢測，9分]一種天然蛋白t-PA能高效降解因纖維蛋白凝聚而成的血栓，但是心?；颊咦⑸浯髣┝康膖-PA會誘發(fā)顱內出血。研究證實，將t-PA蛋白第84位的半胱氨酸換成絲氨酸，能顯著降低其誘發(fā)出血的副作用。據(jù)此，先對天然t-PA基因的堿基序列進行改造，再采取傳統(tǒng)的基因工程方法表達該改造后的基因，可制造出性能優(yōu)異的改良t-PA蛋白。如圖1表示相關的目的基因、載體及限制酶識別序列和切割位點，pCLY11為質粒，請回答下列問題：
圖1
（1）通過改造t-PA基因制造出性能優(yōu)異的改良t-PA蛋白的過程稱為 蛋白質 工程。
（2）若改造后的t-PA基因的黏性末端如圖1所示，則需要選用限制酶 Xma Ⅰ和Bgl Ⅱ 切割質粒pCLY11，保證質粒與t-PA改良基因高效連接。再用DNA連接酶催化形成 磷酸二酯 鍵，構建重組質粒。
（3）以大腸桿菌作為受體細胞，在含新霉素的培養(yǎng)基中形成菌落的受體細胞并非都是目的菌株，原因是 導入未連接目的基因的質粒（或pCLY11或空質?；蚱胀ㄙ|粒）的大腸桿菌也可以在這種培養(yǎng)基上生長 。成功獲取能生產改良t-PA蛋白的工程菌株后，利用 液體 （填“固體”或“液體”）培養(yǎng)基在發(fā)酵罐中進行大量生產。
（4）除了用工程菌株，還可以用圖2所示方法從轉基因牛乳汁中獲得改良t-PA蛋白：
圖2
過程②常用的方法是 顯微注射法 ；在過程④前需要取囊胚的 滋養(yǎng)層 細胞做DNA分析進行性別鑒定。
解析 （1）對天然的t-PA基因進行改造，以制造出性能優(yōu)異的改良t-PA蛋白的技術稱為蛋白質工程。（2）根據(jù)堿基互補配對原則，t-PA基因的左端黏性末端為CCGG-，可用Xma Ⅰ酶切得到，t-PA基因的右端黏性末端為GATC-，可用Bgl Ⅱ酶切得到，質粒需要用相同的酶進行酶切以得到與目的基因相同的黏性末端，因此需選用限制酶Xma Ⅰ和Bgl Ⅱ切割質粒pCLY11。通過DNA連接酶連接DNA片段之間的磷酸二酯鍵，構建重組質粒。（3）導入未連接目的基因的質粒的大腸桿菌也可以在含新霉素的培養(yǎng)基中生長，因此在含新霉素的培養(yǎng)基中形成菌落的受體細胞并非都是目的菌株（含有目的基因的大腸桿菌）。液體培養(yǎng)基常用于擴大培養(yǎng)，因此利用液體培養(yǎng)基在發(fā)酵罐中進行大量生產。（4）過程②表示將目的基因導入受體細胞，導入動物細胞常用顯微注射法。囊胚期細胞逐漸分化，內細胞團將來發(fā)育成胎兒的各種組織，滋養(yǎng)層細胞將發(fā)育成胎膜和胎盤，做DNA分析進行性別鑒定時常取囊胚的滋養(yǎng)層細胞。
6.[2023南京調研，13分]人胰島素基因表達的最初產物是一條肽鏈構成的前胰島素原，經圖1所示過程形成具生物活性的胰島素。此后科學家又提出了利用基因工程改造大腸桿菌生產人胰島素的兩種方法：AB法是根據(jù)胰島素A、B兩條肽鏈的氨基酸序列人工合成兩種DNA片段，利用工程菌分別合成兩條肽鏈后將其混合自然形成胰島素；BCA法是利用胰島B細胞中的mRNA得到胰島素基因，表達出胰島素原后再用特定酶切掉C肽段。這兩種方法使用同一種質粒作為載體。請據(jù)圖分析并回答下列問題：
（1）在人體胰島B細胞內，圖1中前胰島素原形成具生物活性的胰島素過程中參與的細胞器有 內質網(wǎng)、高爾基體和線粒體 。
（2）由于密碼子的 簡并 ，AB法中人工合成的兩種DNA片段均有多種可能的序列。 AB和BCA （填“AB”“BCA”或“AB和BCA”）法獲取的目的基因中不含人胰島素基因啟動子。
（3）圖2是利用基因工程生產人胰島素過程中使用的質粒及目的基因的部分結構。為使目的基因與載體正確連接，在設計PCR引物時可添加限制酶 Xh Ⅰ和Mun Ⅰ 的識別序列。通過上述方法獲得人的胰島素基因后，需要通過PCR技術進行擴增，已知胰島素基因左端①處的堿基序列為－CCTTTCAGCTCA－，則其中一種引物設計的序列是
5' －CTCGAGCCTTTCAGCTCA－ 3'。
（4）β-半乳糖苷酶可以分解無色的X-gal產生藍色物質使菌落呈現(xiàn)藍色，否則菌落為白色。經Ca2＋處理的大腸桿菌與重組質?；旌吓囵B(yǎng)一段時間后，采用 稀釋涂布平板 法將大腸桿菌接種到添加了 氨芐青霉素和X-gal 的培養(yǎng)基上篩選出 白 色的菌落，即工程菌種。
解析 （1）胰島素屬于分泌蛋白，前胰島素原形成具生物活性的胰島素過程中參與的細胞器有內質網(wǎng)、高爾基體和線粒體。（2）由于密碼子的簡并，一種氨基酸可對應幾種密碼子，則相應的DNA片段就會有多種可能序列。結合題干信息可知，AB法是根據(jù)胰島素A、B兩條肽鏈的氨基酸序列人工合成兩種DNA片段，利用工程菌分別合成兩條肽鏈后將其混合自然形成胰島素；結合題干信息可知，BCA法是從人體胰島B細胞中獲取mRNA，啟動子在非編碼區(qū)，不被轉錄和翻譯，因此，以肽鏈或mRNA為模板合成的DNA分子都不具有啟動子，即AB和BCA法獲取的目的基因中均不含人胰島素基因啟動子。（3）分析圖2，Sal Ⅰ 和Nhe Ⅰ 限制酶會破壞目的基因，EcR Ⅰ 會破壞標記基因，所以在設計PCR引物時可添加限制酶Xh Ⅰ和Mun Ⅰ的識別序列。已知胰島素基因左端①處的堿基序列為
－CCTTTCAGCTCA－，在設計PCR引物時需要添加限制酶Xh Ⅰ和Mun Ⅰ 的識別序列，根據(jù)兩種酶在質粒上的位置可知，Xh Ⅰ的識別序列需要添加在目的基因左側，Mun Ⅰ的識別序列需要添加在目的基因右側，由于DNA合成時新鏈的延伸方向是5'→3'，即其中一種引物與模板鏈3'端（①處互補的位置）堿基互補配對，同時該引物序列需要包含Xh Ⅰ的識別序列，所以其中一種引物設計的序列是5'－CTCGAGCCTTTCAGCTCA－3'。（4）常見的微生物接種方法有稀釋涂布平板法和平板劃線法，其中稀釋涂布平板法可使獲得的菌落均勻分布。由于重組質粒中含有氨芐青霉素抗性基因，成功導入重組質粒的大腸桿菌可以在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上存活下來，而未導入的則會死亡。將目的基因導入微生物細胞常用的方法是Ca2＋處理法。目的基因的插入位置破壞了LacZ基因的結構，不能產生β-半乳糖苷酶，底物X-gal不會被分解，所以篩選導入重組質粒的大腸桿菌時，在添加了氨芐青霉素和X-gal的培養(yǎng)基上應選擇白色的菌落。課標要求
核心考點
五年考情
核心素養(yǎng)對接
1.舉例說明基因工程在農牧、食品及醫(yī)藥等行業(yè)的廣泛應用改善了人類的生活品質；
2.概述人們根據(jù)基因工程原理，進行蛋白質設計和改造，可以獲得性狀和功能更符合人類需求的蛋白質；
3.舉例說明依據(jù)人類需要對原有蛋白質結構進行基因改造、生產目標蛋白的過程
基因工程的應用與蛋白質工程
2023：海南T20、北京T21、湖南T8、全國甲T38、浙江6月T23；
2022：廣東T22、江蘇T6、河北T24、浙江1月T29（二）（1）（2）、山東T25、湖南T22；
2021：海南T25、浙江6月T20、北京T16（1）（2）、遼寧T14、河北T24；
2020：天津T16、全國ⅢT38；
2019：海南T31
1.科學思維——歸納與概括：蛋白質工程的原理及其與基因工程的關系。
2.科學探究——實驗方案設計：針對人類某一需求，設計獲得某一轉基因產品的方案并就其中的某些問題展開探究
命題分析預測
1.高考對本部分的考查常結合具體實例，考查基因工程的應用、蛋白質工程等相關知識，多以非選擇題形式呈現(xiàn)；
2.預計2025年高考仍可能延續(xù)往年的考查形式及特點，并結合科研實踐或科學實踐情境，分層設置問題，綜合考查相關知識
項目
蛋白質工程
基因工程
區(qū)
別
起點
預期的蛋白質功能
目的基因
實質
人工控制下的[11] 基因突變
基因重組
結果
生產自然界中沒有的蛋白質
生產自然界中已有的蛋白質
聯(lián)系
蛋白質工程是在基因工程的基礎上延伸出來的第二代基因工程

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