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备考2024届高考生物一轮复习讲义第十一章生物技术与工程课时7基因工程的应用与蛋白质工程
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这是一份备考2024届高考生物一轮复习讲义第十一章生物技术与工程课时7基因工程的应用与蛋白质工程，共5页。
1.基因工程的应用
2.蛋白质工程
3.蛋白质工程与基因工程的比较
基础自测
1.外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快。（ √ ）
2.干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛应用。（ √ ）
3.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。（× ）
提示 培养动物乳腺生物反应器时，应将目的基因导入受精卵而非导入乳腺细胞中。
4.用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类一般称为基因工程菌。（ √ ）
5.蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改造，必须通过改造或合成基因来完成，而不直接改造蛋白质。（ √ ）
深度思考
1.某些转基因药物只在雌性动物的乳腺细胞表达的原因是什么？
提示 将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子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，让药用蛋白基因只在乳腺细胞中选择性表达。
2.为什么蛋白质工程的操作对象是基因而不是蛋白质？
提示 因为任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，基因是遗传信息结构与功能的基本单位，改造了基因就可以通过基因的信息传递进而改造蛋白质。如果直接对蛋白质进行改造，即使改造成功，被改造的蛋白质也无法遗传。
研透高考 明确方向
命题点1 结合实例考查基因工程的应用
1.[2022广东，12分]“绿水逶迤去，青山相向开。”大力发展低碳经济已成为全社会的共识。基于某些梭菌的特殊代谢能力，有研究者以某些工业废气（含CO2等一碳温室气体，多来自高污染排放企业）为原料，通过厌氧发酵生产丙酮，构建一种生产高附加值化工产品的新技术。
回答下列问题：
（1）研究者针对每个需要扩增的酶基因（如图）设计一对 引物 ，利用PCR技术，在优化反应条件后扩增得到目标酶基因。
（2）研究者构建了一种表达载体pMTL80k，用于在梭菌中建立多基因组合表达库，经筛选后提高丙酮的合成量。该载体包括了启动子、终止子及抗生素抗性基因等，其中抗生素抗性基因的作用是 作为标记基因，筛选含有目的基因的受体细胞 ，终止子的作用是 终止转录，使转录在所需要的地方停下来 。
（3）培养过程中发现重组梭菌大量表达上述酶蛋白时，出现了生长迟缓的现象，推测其原因可能是 二氧化碳等气体用于大量合成丙酮，而不是用于重组梭菌的生长 ，此外丙酮的积累会伤害细胞，需要进一步优化菌株和工艺才能扩大应用规模。
（4）这种生产高附加值化工产品的新技术，实现了 废物的资源化 ，体现了循环经济的特点。从“碳中和”的角度看，该技术的优势在于 不仅不排放二氧化碳，还可以消耗工业废气中的二氧化碳 ，具有广泛的应用前景和良好的社会效益。
解析 （1）利用PCR技术扩增目标酶基因的前提是根据目标酶基因两端的碱基序列设计一对引物。（2）基因表达载体中，抗生素抗性基因作为标记基因，可用于鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。终止子相当于一盏红色信号灯，可使转录在所需要的地方停下来。（3）重组梭菌可大量表达题述酶蛋白，在这些酶蛋白的作用下，二氧化碳等气体用于大量合成丙酮，而不是用于重组梭菌的生长，所以重组梭菌大量表达题述酶蛋白会导致其生长迟缓。（4）根据题意可知，这种生产高附加值化工产品的新技术，以高污染排放企业排出的二氧化碳等一碳温室气体为原料生产丙酮，实现了废物的资源化，体现了循环经济的特点。从“碳中和”的角度看，利用该技术生产丙酮的过程中不仅不排放二氧化碳，还可以消耗工业废气中的二氧化碳，有利于减缓温室效应，并实现较高的经济效益，具有广泛的应用前景和良好的社会效益。
命题点2 蛋白质工程的原理和应用分析
2.[2022湖南改编，13分]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 多肽链 ，物质b是 mRNA 。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 密码子的简并 。
（2）蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因常用PCR 技术扩增。PCR 技术遵循的基本原理是 DNA半保留复制 。
（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 种类 （填“种类”或“含量”）有关，其活性不同的原因是 酶处理后形成的肽中氨基酸的种类、数目和排列顺序不同 。
（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： 取四支试管，分别加入等量的生理盐水、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，再向四支试管中各加入等量的新鲜血液，观察四支试管中血液的凝血情况 。
解析 （1）蛋白质工程的流程一般为预期蛋白质功能→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。密码子的简并指的是同一种氨基酸可以由几种不同的密码子决定。（3）由题图可知，将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，水解产物中的肽含量差别不大，但抗凝血活性差别较大，推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的种类有关。两种处理后酶解产物中氨基酸的种类、数目和排列顺序不同，从而导致两种处理后抗凝血活性有差异。课标要求
核心考点
五年考情
核心素养对接
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.概述人们根据基因工程原理，进行蛋白质设计和改造，可以获得性状和功能更符合人类需求的蛋白质；
3.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
基因工程的应用与蛋白质工程
2023：海南T20、北京T21、湖南T8、全国甲T38、浙江6月T23；
2022：广东T22、江苏T6、河北T24、浙江1月T29（二）（1）（2）、山东T25、湖南T22；
2021：海南T25、浙江6月T20、北京T16（1）（2）、辽宁T14、河北T24；
2020：天津T16、全国ⅢT38；
2019：海南T31
1.科学思维——归纳与概括：蛋白质工程的原理及其与基因工程的关系。
2.科学探究——实验方案设计：针对人类某一需求，设计获得某一转基因产品的方案并就其中的某些问题展开探究
命题分析预测
1.高考对本部分的考查常结合具体实例，考查基因工程的应用、蛋白质工程等相关知识，多以非选择题形式呈现；
2.预计2025年高考仍可能延续往年的考查形式及特点，并结合科研实践或科学实践情境，分层设置问题，综合考查相关知识
项目
蛋白质工程
基因工程
区
别
起点
预期的蛋白质功能
目的基因
实质
人工控制下的[11] 基因突变
基因重组
结果
生产自然界中没有的蛋白质
生产自然界中已有的蛋白质
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
1.基因工程的应用
2.蛋白质工程
3.蛋白质工程与基因工程的比较
基础自测
1.外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快。（ √ ）
2.干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛应用。（ √ ）
3.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。（× ）
提示 培养动物乳腺生物反应器时，应将目的基因导入受精卵而非导入乳腺细胞中。
4.用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类一般称为基因工程菌。（ √ ）
5.蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改造，必须通过改造或合成基因来完成，而不直接改造蛋白质。（ √ ）
深度思考
1.某些转基因药物只在雌性动物的乳腺细胞表达的原因是什么？
提示 将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子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，让药用蛋白基因只在乳腺细胞中选择性表达。
2.为什么蛋白质工程的操作对象是基因而不是蛋白质？
提示 因为任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，基因是遗传信息结构与功能的基本单位，改造了基因就可以通过基因的信息传递进而改造蛋白质。如果直接对蛋白质进行改造，即使改造成功，被改造的蛋白质也无法遗传。
研透高考 明确方向
命题点1 结合实例考查基因工程的应用
1.[2022广东，12分]“绿水逶迤去，青山相向开。”大力发展低碳经济已成为全社会的共识。基于某些梭菌的特殊代谢能力，有研究者以某些工业废气（含CO2等一碳温室气体，多来自高污染排放企业）为原料，通过厌氧发酵生产丙酮，构建一种生产高附加值化工产品的新技术。
回答下列问题：
（1）研究者针对每个需要扩增的酶基因（如图）设计一对 引物 ，利用PCR技术，在优化反应条件后扩增得到目标酶基因。
（2）研究者构建了一种表达载体pMTL80k，用于在梭菌中建立多基因组合表达库，经筛选后提高丙酮的合成量。该载体包括了启动子、终止子及抗生素抗性基因等，其中抗生素抗性基因的作用是 作为标记基因，筛选含有目的基因的受体细胞 ，终止子的作用是 终止转录，使转录在所需要的地方停下来 。
（3）培养过程中发现重组梭菌大量表达上述酶蛋白时，出现了生长迟缓的现象，推测其原因可能是 二氧化碳等气体用于大量合成丙酮，而不是用于重组梭菌的生长 ，此外丙酮的积累会伤害细胞，需要进一步优化菌株和工艺才能扩大应用规模。
（4）这种生产高附加值化工产品的新技术，实现了 废物的资源化 ，体现了循环经济的特点。从“碳中和”的角度看，该技术的优势在于 不仅不排放二氧化碳，还可以消耗工业废气中的二氧化碳 ，具有广泛的应用前景和良好的社会效益。
解析 （1）利用PCR技术扩增目标酶基因的前提是根据目标酶基因两端的碱基序列设计一对引物。（2）基因表达载体中，抗生素抗性基因作为标记基因，可用于鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。终止子相当于一盏红色信号灯，可使转录在所需要的地方停下来。（3）重组梭菌可大量表达题述酶蛋白，在这些酶蛋白的作用下，二氧化碳等气体用于大量合成丙酮，而不是用于重组梭菌的生长，所以重组梭菌大量表达题述酶蛋白会导致其生长迟缓。（4）根据题意可知，这种生产高附加值化工产品的新技术，以高污染排放企业排出的二氧化碳等一碳温室气体为原料生产丙酮，实现了废物的资源化，体现了循环经济的特点。从“碳中和”的角度看，利用该技术生产丙酮的过程中不仅不排放二氧化碳，还可以消耗工业废气中的二氧化碳，有利于减缓温室效应，并实现较高的经济效益，具有广泛的应用前景和良好的社会效益。
命题点2 蛋白质工程的原理和应用分析
2.[2022湖南改编，13分]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 多肽链 ，物质b是 mRNA 。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 密码子的简并 。
（2）蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因常用PCR 技术扩增。PCR 技术遵循的基本原理是 DNA半保留复制 。
（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 种类 （填“种类”或“含量”）有关，其活性不同的原因是 酶处理后形成的肽中氨基酸的种类、数目和排列顺序不同 。
（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： 取四支试管，分别加入等量的生理盐水、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，再向四支试管中各加入等量的新鲜血液，观察四支试管中血液的凝血情况 。
解析 （1）蛋白质工程的流程一般为预期蛋白质功能→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。密码子的简并指的是同一种氨基酸可以由几种不同的密码子决定。（3）由题图可知，将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，水解产物中的肽含量差别不大，但抗凝血活性差别较大，推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的种类有关。两种处理后酶解产物中氨基酸的种类、数目和排列顺序不同，从而导致两种处理后抗凝血活性有差异。课标要求
核心考点
五年考情
核心素养对接
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.概述人们根据基因工程原理，进行蛋白质设计和改造，可以获得性状和功能更符合人类需求的蛋白质；
3.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
基因工程的应用与蛋白质工程
2023：海南T20、北京T21、湖南T8、全国甲T38、浙江6月T23；
2022：广东T22、江苏T6、河北T24、浙江1月T29（二）（1）（2）、山东T25、湖南T22；
2021：海南T25、浙江6月T20、北京T16（1）（2）、辽宁T14、河北T24；
2020：天津T16、全国ⅢT38；
2019：海南T31
1.科学思维——归纳与概括：蛋白质工程的原理及其与基因工程的关系。
2.科学探究——实验方案设计：针对人类某一需求，设计获得某一转基因产品的方案并就其中的某些问题展开探究
命题分析预测
1.高考对本部分的考查常结合具体实例，考查基因工程的应用、蛋白质工程等相关知识，多以非选择题形式呈现；
2.预计2025年高考仍可能延续往年的考查形式及特点，并结合科研实践或科学实践情境，分层设置问题，综合考查相关知识
项目
蛋白质工程
基因工程
区
别
起点
预期的蛋白质功能
目的基因
实质
人工控制下的[11] 基因突变
基因重组
结果
生产自然界中没有的蛋白质
生产自然界中已有的蛋白质
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
相关学案
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