2024年高考生物一輪復(fù)習(xí)講義（學(xué)生）：第10單元第7課時(shí)基因工程的應(yīng)用和蛋白質(zhì)工程

第7課時(shí)基因工程的應(yīng)用和蛋白質(zhì)工程課標(biāo)要求1.舉例說(shuō)明基因工程在農(nóng)牧、食品及醫(yī)藥等行業(yè)的廣泛應(yīng)用改善了人類的生活品質(zhì)。2.舉例說(shuō)明依據(jù)人類需要對(duì)原有蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行基因改造、生產(chǎn)目標(biāo)蛋白的過(guò)程?？键c(diǎn)一基因工程的應(yīng)用1．基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用2．基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用3．基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用1．基因工程應(yīng)用于提高植物抗逆能力，請(qǐng)思考回答下列轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的相關(guān)問(wèn)題：(1)抗蟲(chóng)棉能抗病毒、細(xì)菌、真菌嗎？為什么？_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(2)從環(huán)境保護(hù)角度出發(fā)，分析轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉與普通棉相比在害蟲(chóng)防治方面的優(yōu)越性有哪些？______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(3)種植轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉若干年后，害蟲(chóng)會(huì)不會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉產(chǎn)生抗性？為什么？_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2．為提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速度，需將外源生長(zhǎng)激素基因?qū)雱?dòng)物體內(nèi)，應(yīng)該選擇的受體細(xì)胞是什么？并說(shuō)明理由。_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．(2023·河南新鄉(xiāng)高三檢測(cè))基因工程蓬勃發(fā)展，下列有關(guān)基因工程的說(shuō)法正確的是()A．基因工程在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用主要目的是培養(yǎng)體型巨大品質(zhì)優(yōu)良的動(dòng)物B．用基因工程方法培育的抗蟲(chóng)植物也能抗病毒C．轉(zhuǎn)基因綿羊操作過(guò)程中生長(zhǎng)激素基因的受體細(xì)胞最好采用乳腺細(xì)胞D．在農(nóng)業(yè)方面，蛋白質(zhì)工程可用于改造某些參與調(diào)控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，增加糧食產(chǎn)量2．干擾素是治療癌癥的重要藥物，它必須從血液中提取，每升人血中只能提取0.5μg，所以價(jià)格昂貴。某生物制品公司用如下方法(如圖所示)生產(chǎn)干擾素。從圖中可以看出，該公司生產(chǎn)干擾素運(yùn)用的方法是()A．個(gè)體間的雜交 B．基因工程C．蛋白質(zhì)工程 D．器官移植歸納總結(jié)乳腺生物反應(yīng)器與工程菌的比較比較內(nèi)容乳腺生物反應(yīng)器工程菌含義讓外源基因在哺乳動(dòng)物的乳腺中特異表達(dá)，利用動(dòng)物的乳腺組織生產(chǎn)藥物蛋白指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達(dá)的微生物基因表達(dá)合成的藥物蛋白與天然蛋白相同細(xì)菌合成的藥物蛋白可能沒(méi)有活性受體細(xì)胞動(dòng)物受精卵微生物細(xì)胞目的基因?qū)敕绞斤@微注射法Ca2＋處理法生產(chǎn)條件不需要嚴(yán)格滅菌，溫度等外界條件對(duì)其影響不大需要嚴(yán)格滅菌，嚴(yán)格控制工程菌所需的溫度、pH、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度等外界條件藥物提取從動(dòng)物乳汁中提取從微生物細(xì)胞或其培養(yǎng)液中提取考點(diǎn)二蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用1．蛋白質(zhì)工程的概念2．蛋白質(zhì)工程與基因工程的異同項(xiàng)目蛋白質(zhì)工程基因工程過(guò)程從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設(shè)計(jì)預(yù)期的__________→推測(cè)應(yīng)有的→找到并改變相對(duì)應(yīng)的(基因)或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質(zhì)目的基因的篩選與獲取→基因表達(dá)載體的構(gòu)建→將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞→目的基因的檢測(cè)與鑒定實(shí)質(zhì)定向改造或生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需的生物類型或生物產(chǎn)品結(jié)果可生產(chǎn)________________________只能生產(chǎn)____________________聯(lián)系蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來(lái)的第二代基因工程3.蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用(1)在醫(yī)藥方面①利用蛋白質(zhì)工程研發(fā)________。②實(shí)例：如果將干擾素分子上的一個(gè)半胱氨酸變成________，在一定條件下，可以延長(zhǎng)保存時(shí)間。(2)在工業(yè)方面①蛋白質(zhì)工程被廣泛用于改進(jìn)________________或開(kāi)發(fā)新的工業(yè)用酶。②實(shí)例：枯草桿菌蛋白酶具有水解蛋白質(zhì)的作用，因此常被用于洗滌劑工業(yè)、絲綢工業(yè)等。(3)在農(nóng)業(yè)方面科學(xué)家正在嘗試改造某些參與調(diào)控光合作用的酶，以提高植物__________________的效率，增加糧食的產(chǎn)量?；蚬こ淘谠瓌t上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)，這些天然蛋白質(zhì)是生物在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成的，它們的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要，卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)是生產(chǎn)出符合人類生產(chǎn)和生活需要的蛋白質(zhì)，甚至是自然界不存在的蛋白質(zhì)。結(jié)合圖示回答有關(guān)問(wèn)題：(1)寫(xiě)出流程圖中字母代表的含義：A．____________；B.____________；C.____________；D.________；E.________。(2)上圖字母中屬于中心法則的過(guò)程有______，屬于蛋白質(zhì)工程的過(guò)程有________。(3)對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該是直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)？原因是什么？______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________3．胰島素可用于治療糖尿病，但胰島素注射后易在皮下堆積，需較長(zhǎng)時(shí)間才能進(jìn)入血液，進(jìn)入血液后又易被分解，因此治療效果受到影響。如圖是新的速效胰島素的生產(chǎn)過(guò)程，下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()A．新的胰島素的預(yù)期功能是構(gòu)建新胰島素模型的主要依據(jù)B．新的胰島素生產(chǎn)過(guò)程中不涉及中心法則C．若用大腸桿菌生產(chǎn)新的胰島素，常用Ca2＋處理大腸桿菌D．新的胰島素功能的發(fā)揮必須依賴于蛋白質(zhì)正確的高級(jí)結(jié)構(gòu)4．β-葡聚糖酶是一種在酒類、飼料等行業(yè)中具有重要用途的工業(yè)用酶。為提高β-葡聚糖酶的催化活性，科學(xué)家將其第20位、117位和165位賴氨酸突變?yōu)榻z氨酸。下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()A．改造后的β-葡聚糖酶的耐酸堿能力增強(qiáng)B．改造后的β-葡聚糖酶空間結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變C．對(duì)β-葡聚糖酶結(jié)構(gòu)的改造屬于蛋白質(zhì)工程D．可通過(guò)DNA分子測(cè)序法檢測(cè)突變是否成功歸納總結(jié)判斷基因工程和蛋白質(zhì)工程(1)如果僅將基因用限制酶從DNA片段中切割下來(lái)，沒(méi)有經(jīng)過(guò)對(duì)編碼蛋白序列進(jìn)行修飾、加工，或僅對(duì)其調(diào)控序列進(jìn)行加工，則屬于基因工程；如果將目的基因經(jīng)過(guò)了一些實(shí)質(zhì)性的改造，如對(duì)編碼蛋白序列進(jìn)行了堿基替換或增添或缺失某幾個(gè)堿基，則屬于蛋白質(zhì)工程。(2)如果合成的蛋白質(zhì)是天然蛋白質(zhì)，則是基因工程；如果合成的蛋白質(zhì)和天然蛋白質(zhì)有差異，甚至是自然界中所沒(méi)有的，則為蛋白質(zhì)工程。1．(經(jīng)典高考題)從某海洋動(dòng)物中獲得一基因，其表達(dá)產(chǎn)物為一種抗菌性和溶血性均較強(qiáng)的多肽P1。目前在P1的基礎(chǔ)上研發(fā)抗菌性強(qiáng)但溶血性弱的多肽藥物，首先要做的是()A．合成編碼目的肽的DNA片段B．構(gòu)建含目的肽DNA片段的表達(dá)載體C．依據(jù)P1氨基酸序列設(shè)計(jì)多條模擬肽D．篩選出具有優(yōu)良活性的模擬肽作為目的肽2．(2020·山東，25)水稻胚乳中含直鏈淀粉和支鏈淀粉，直鏈淀粉所占比例越小糯性越強(qiáng)。科研人員將能表達(dá)出基因編輯系統(tǒng)的DNA序列轉(zhuǎn)入水稻，實(shí)現(xiàn)了對(duì)直鏈淀粉合成酶基因(Wx基因)啟動(dòng)子序列的定點(diǎn)編輯，從而獲得了3個(gè)突變品系。(1)將能表達(dá)出基因編輯系統(tǒng)的DNA序列插入Ti質(zhì)粒構(gòu)建重組載體時(shí)，所需的酶是____________________________________________________________，重組載體進(jìn)入水稻細(xì)胞并在細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過(guò)程稱為_(kāi)_______。(2)根據(jù)啟動(dòng)子的作用推測(cè)，Wx基因啟動(dòng)子序列的改變影響了_______________________，從而改變了Wx基因的轉(zhuǎn)錄水平。與野生型水稻相比，3個(gè)突變品系中Wx基因控制合成的直鏈淀粉合成酶的氨基酸序列__________(填“發(fā)生”或“不發(fā)生”)改變，原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)為檢測(cè)啟動(dòng)子變化對(duì)Wx基因表達(dá)的影響，科研人員需要檢測(cè)Wx基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mRNA(WxmRNA)的量。檢測(cè)時(shí)分別提取各品系胚乳中的總RNA，經(jīng)____________過(guò)程獲得總cDNA。通過(guò)PCR技術(shù)可在總cDNA中專一性的擴(kuò)增出Wx基因的cDNA，原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)各品系WxmRNA量的檢測(cè)結(jié)果如圖所示，據(jù)圖推測(cè)糯性最強(qiáng)的品系為_(kāi)_______，原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。3．(經(jīng)典高考題)已知生物體內(nèi)有一種蛋白質(zhì)(P)，該蛋白質(zhì)是一種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，由305個(gè)氨基酸組成。如果將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸，240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸，改變后的蛋白質(zhì)(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)從上述資料可知，若要改變蛋白質(zhì)的功能，可以考慮對(duì)蛋白質(zhì)的______________進(jìn)行改造。(2)以P基因序列為基礎(chǔ)，獲得P1基因的途徑有修飾________基因或合成________基因，所獲得的基因表達(dá)時(shí)是遵循中心法則的，中心法則的全部?jī)?nèi)容包括_______________________的復(fù)制，以及遺傳信息在不同分子之間的流動(dòng)，即：_________________________________。(3)蛋白質(zhì)工程也被稱為第二代基因工程，其基本途徑是從預(yù)期蛋白質(zhì)功能出發(fā)，通過(guò)______________________________________________________和____________________，進(jìn)而確定相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列，據(jù)此獲得基因，再經(jīng)表達(dá)、純化獲得蛋白質(zhì)，之后還需要對(duì)蛋白質(zhì)的生物________進(jìn)行鑒定。4．(2022·湖南，22)水蛭是我國(guó)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(guò)蛋白質(zhì)工程改造水蛭素結(jié)構(gòu)，提高其抗凝血活性?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)蛋白質(zhì)工程流程如圖所示，物質(zhì)a是________________，物質(zhì)b是__________。在生產(chǎn)過(guò)程中，物質(zhì)b可能不同，合成的蛋白質(zhì)空間構(gòu)象卻相同，原因是______________________。(2)蛋白質(zhì)工程是基因工程的延伸，基因工程中獲取目的基因的常用方法有_______________、______________________________________和利用PCR技術(shù)擴(kuò)增。PCR技術(shù)遵循的基本原理是__________________。(3)將提取的水蛭蛋白經(jīng)甲、乙兩種蛋白酶水解后，分析水解產(chǎn)物中的肽含量及其抗凝血活性，結(jié)果如圖所示。推測(cè)兩種處理后酶解產(chǎn)物的抗凝血活性差異主要與肽的______(填“種類”或“含量”)有關(guān)，導(dǎo)致其活性不同的原因是_________________________________________________________________________________________________________________________。(4)若要比較蛋白質(zhì)工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解產(chǎn)物和天然水蛭素的抗凝血活性差異，簡(jiǎn)要寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路。1．判斷關(guān)于基因工程的應(yīng)用的敘述(1)為培育抗除草劑的作物新品種，導(dǎo)入抗除草劑基因時(shí)只能以受精卵為受體()(2)由大腸桿菌工程菌獲得人的干擾素后可直接應(yīng)用()(3)用基因工程方法從大腸桿菌和酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得的干擾素結(jié)構(gòu)和功能完全相同()2．判斷關(guān)于蛋白質(zhì)工程的原理及其應(yīng)用的敘述(1)蛋白質(zhì)工程需要改變蛋白質(zhì)分子的所有氨基酸序列()(2)基因工程在分子水平對(duì)基因進(jìn)行操作，蛋白質(zhì)工程在分子水平對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行操作()(3)蛋白質(zhì)工程可以改造酶，提高酶的熱穩(wěn)定性()3．填空默寫(xiě)(1)(選擇性必修3P90)乳腺生物反應(yīng)器是指將_____________________________________與乳腺中______________________