(人版)2019年高考生物二轮练习金榜资料：3第二章基因工程的应用、蛋白质工程

第二讲基因工程的应用蛋白质工程一、基因工程的应用1.转基因生物原理方法结果优点举例基因工程技术将_________导入特定受体细胞获得能够将新性状稳定遗传给后代的基因工程生物打破常规育种难以突破的_________的界限转基因大豆、谷物、马铃薯、番茄和木瓜等外源基因物种之间2.动、植物基因工程的应用类型意义举例动物基因工程应用提高_____能力提高动物对疾病的抗性抗猪瘟病毒的转基因猪和抗口蹄疫病毒的转基因兔提高_________为提高产品产量奠定了基础转基因鲑鱼改善_________在某些方面转基因动物的产品品质明显改善转基因牛生产无乳糖的牛奶生产_________能大量生产药用蛋白生物“反应器”抗病产品产量产品品质药用蛋白类型意义举例植物基因工程应用提高植物的______________提高对CO2的固定效率、增强对光能的吸收和转化效率转基因水稻延长果实的_______延长了储藏期转基因葡萄提高植物______________的产率对消除白色污染有重大意义转基因拟南芥提高植物的抗性提高植物对逆境的适应能力转基因烟草光合作用效率储藏期次生代谢产物二、转基因生物的安全性与生物武器1.关注转基因生物的安全性(1)食用安全问题：长期食用某种转基因食品是否会导致_____________在人体内积累。(2)环境安全问题：①转基因植物的扩散对___________有无影响。②导入的目的基因是否会_________到其他物种体内而导致自然界的混乱。某种“毒素”生物多样性扩散漂移③若大面积种植转基因植物，其___________、___________等是否会对生态与环境造成大规模的负面效应等。2.转基因生物安全性的保障措施(1)保障公众对所购食品是否来源于转基因生物拥有_______。(2)国家应建立相应的___________机制。残体分解物根际分泌物知情权评估及预警3.生物武器的危害性(1)所用微生物种类：将下列生物武器的种类与相应实例连线：(2)被用作生物武器的方法：①将_________插入不致病的微生物体内。②将_________________的基因插入致病细菌或病毒中。③用于研制针对某一特定种群的生物武器。致病基因抗普通疫苗或药物三、蛋白质工程1.蛋白质工程概念技术改造对象方法目的关键技术物理化学、生物化学等_____计算机辅助设计、基因定点诱变、重组DNA技术_________天然蛋白质，甚至创造_____________的蛋白质基因工程基因定向改造自然界不存在2.类型(1)大改：设计并制造出自然界中___________________。(2)中改：在蛋白质分子中替代______________________________。(3)小改：改造蛋白质分子中_________________________________。不存在的全新蛋白质某一个肽段或一个特定的结构域某活性部位的1个或几个氨基酸残基3.基本过程4.应用(1)改造酶的结构，提高酶的_________。(2)生物工程制药。(3)疾病_____。结构预测与设计蛋白质纯化热稳定性诊断1.要获得转基因植物，可选用植物的体细胞作受体细胞，然后通过组织培养技术获得；如果要获得转基因动物，可选用动物的体细胞作受体细胞，然后通过动物细胞培养技术获得。()【分析】植物的整个细胞具有全能性，而动物的细胞全能性受到了限制，故转基因动物多通过转移目的基因到动物的受精卵中。2.通过转基因方式获得的抗虫棉具有永久抗虫的能力。()【分析】抗虫棉的存在导致昆虫抗虫基因发生改变，昆虫抗性增加，抗虫棉不再抗虫，抗性降低。××3.用限制性核酸内切酶切割得到的人胰岛素基因，导入大肠杆菌细胞后能得到有效的表达。()【分析】不能得到有效的表达。因为人胰岛素基因是真核细胞内的基因，其结构和原核细胞内的基因不同，所需要的启动子原核生物中没有；另外它的表达还需要特定的细胞器高尔基体、内质网等，而大肠杆菌中缺少这些细胞器。4.(2011四川T5D)应用DNA探针技术可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及表达。()【分析】DNA探针技术不能检测基因是否完全表达，目的基因的完全表达应该检测表达产物蛋白质。××5.蛋白质工程是指通过对蛋白质的氨基酸或蛋白质的空间结构进行操作，来改造蛋白质的技术。()【分析】蛋白质工程是指通过基因修饰或基因合成，先改造控制蛋白质合成的基因，通过改造基因间接改造蛋白质。6.(2010江苏T18B)转抗虫基因的植物不会导致昆虫群体抗性基因频率增加。()【分析】由于植物与害虫间是相互选择的，转抗虫基因的植物可使昆虫群体抗性基因频率增加。××7.某些基因足以使植物体内某些代谢途径发生变化，导致转基因农作物营养成分改变。()【分析】这种情况在转基因植物体内可能存在，从而影响到转基因植物的安全性。√考点一基因工程的应用

1.比较转基因动、植物(1)区别：比较项目转基因植物转基因动物受体细胞受精卵或体细胞一般为受精卵目的基因常用的导入方法土壤农杆菌转化法显微注射法获得个体常用方式植物组织培养胚胎移植目的获得具有抗逆性、抗病虫害的植物获得生长速度快、有抗病能力的动物(2)联系：①培育的流程和技术环节基本一致；所用的工具和操作原理基本相同；②都能加快育种的进程，缩短时间，克服远源杂交不亲和障碍；③都能获得一些具有优良性状的个体。2.基因治疗与基因诊断原理操作过程进展基因治疗基因表达利用正常基因导入有基因缺陷的细胞中，以表达出正常性状来治疗临床实验基因诊断碱基互补配对制作特定DNA探针与病人样品DNA混合分析杂交带情况临床应用【高考警示】(1)并非所有个体都可作为乳腺生物反应器：操作成功的应该是雌性个体，个体本身的繁殖速度较高，泌乳量、蛋白含量等都是应该考虑的因素。(2)基因治疗后，缺陷基因没有改变：基因治疗是把正常基因导入受体细胞中，以表达正常产物从而治疗疾病，原来细胞中存在缺陷的基因没有清除或改变。【典例1】据报道，美国佛罗里达大学的亨利·丹尼尔教授利用基因工程，研制出转基因莴苣，可用其中的有效药物成分制造胰岛素胶囊来治疗糖尿病。如图所示是获得转基因莴苣的技术流程，请据图回答下列问题：(1)①过程需要的酶有

。(2)为了便于筛选，质粒A上应具有

。(3)接受重组质粒的受体细胞可能有三种情况：如果受体细胞是土壤农杆菌，则导入它是为了

，以便于得到大量的含目的基因的土壤农杆菌。然后用土壤农杆菌侵染受体细胞C2，受体细胞C2可以是

或其他细胞，然后应用组织培养技术，经

和

过程，形成转基因莴苣。(4)这种药物是从转基因莴苣中提取制得的，也必须制成粉末状，装入胶囊后才能使用，因为服用剂量必须仔细加以控制，如果服用的量太大，可能导致患者出现

症状。【解析】基因表达载体的构建要用到限制性核酸内切酶和DNA连接酶，且切割载体和目的基因用同一种限制性核酸内切酶；载体上抗生素抗性标记基因的作用是便于筛选和选择；在基因工程中，受体细胞有三种类型，有植物细胞、动物细胞、微生物细胞，导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法；人体内的激素具有高效性。答案：(1)同一种限制性核酸内切酶和DNA连接酶(2)抗生素抗性标记基因(3)重组质粒的筛选与扩增受精卵(答成体细胞或具体的植物细胞或受精卵都可以)脱分化再分化(4)低血糖【互动探究】(1)B由哪几部分组成？提示：复制原点、目的基因和抗生素抗性标记基因。(2)图示中可能涉及到哪些生物技术？提示：转基因技术、植物组织培养。考点二转基因生物的安全性

理性看待转基因生物(1)转基因生物的优缺点分析：优点：①解决粮食短缺问题；②减少农药使用，减少环境污染；③增加食物营养，提高附加值；④增加食物种类，提升食物品质；⑤提高生产效率，带动相关产业发展。缺点：①可能产生新病毒或新过敏原；②可能产生抗除草剂的杂草；③可能使疾病的传播跨越物种障碍；④可能会损害生物多样性；⑤可能干扰生态系统的多样性。(2)对待转基因生物的正确态度是趋利避害，不能因噎废食。【思维拓展】由转基因联系到的知识(1)联系基因工程的基本工具：基因工程中必用的基本工具包括限制性核酸内切酶、DNA连接酶和载体。(2)联系基因工程的操作程序：转基因技术的操作步骤包括目的基因的获取、基因表达载体的构建、目的基因的导入和基因的检测与鉴定。(3)联系生态系统：转基因生物可能会损害生物多样性，也可能干扰生态系统的多样性。【典例2】对番茄的研究发现，害虫损伤番茄的叶片后，叶上的细胞壁能释放一种类激素因子，这种物质通过细胞组织扩散到茎和其他叶片上，启动了蛋白酶抑制剂的基因，开始高效合成蛋白酶抑制剂，并在茎叶中迅速积累，以对付害虫的再次侵袭。蛋白酶抑制剂对害虫的消化酶有抑制作用，因此害虫取食后，就会因无法消化食物而被杀死。人们尝试着将蛋白酶抑制剂基因导入玉米体内，让玉米获得与番茄相似的抗虫性状，以对付异常猖獗的玉米螟。试分析以下问题：(1)将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米细胞内时，最常采用的方法是

。(2)将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米体内，使玉米形成新的性状，这种变异属于

。(3)能抗玉米螟的抗虫玉米的生态效果显著，有人认为抗虫玉米就是无虫玉米，不必防治害虫，你是否赞成这种说法？说明理由：

。(4)有人对食用这种转基因玉米的安全性感到担忧。你认为这种担忧有必要吗？试以学过的知识进行简要的分析说明：

。【解析】本题考查对转基因生物安全性的理解。具体分析如下：(1)将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是农杆菌转化法，除此之外，还有基因枪法和花粉管通道法等。(2)将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入到玉米体内，属于基因工程范畴，它的原理是基因重组。(3)抗玉米螟的抗虫玉米只是用基因工程转入特定的基因，并不是对任何害虫均有作用，另外随着变异和选择的进行，玉米螟变异个体会越来越适应环境，故也要防治害虫。(4)对于转基因生物的安全性问题，是一个开放性的题目，给出支持自己观点的论据即可。答案：(1)农杆菌转化法(2)基因重组(3)不赞成。因为该种转基因玉米能抵抗玉米螟，但并不能抵抗所有的害虫(4)①有必要。这种转基因玉米果实中可能含有蛋白酶抑制剂，食用后可能抑制人体消化酶的活性，使人无法对食物进行消化而患病②没必要。因为人与害虫消化酶的结构存在差异，玉米的蛋白酶抑制剂对害虫的消化酶有抑制作用，但对人可能无影响③没必要。人类食用的通常是煮熟后的玉米食品，玉米蛋白酶抑制剂在高温下已被破坏，因此不会对人的消化造成影响(答案合理即可)考点三蛋白质工程与基因工程

比较蛋白质工程基因工程区别过程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→找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)目的基因的获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定目的定向改造或生产人类所需的蛋白质定向改造生物的遗传特性，获得人类所需的生物类型或生物产品结果可生产自然界没有的蛋白质原则上只能生产自然界已存在的蛋白质比较蛋白质工程基因工程联系(1)蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程(2)基因工程能为蛋白质工程提供理论及技术支持，蛋白质工程可对基因工程中所需的某些酶进行修饰、改造，使之更符合需要【高考警示】(1)蛋白质工程中的生物性状可以稳定遗传，原因是控制新性状的遗传物质被改变并可以稳定遗传。(2)蛋白质工程与DNA分子重组技术是分不开的，常用到基因工程工具酶，如限制性核酸内切酶和DNA连接酶。【典例3】(2013·常州模拟)科学家为提高玉米中的赖氨酸含量，计划将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中的第104位的氨基酸由天冬氨酸变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍。下列对蛋白质的改造，操作正确的是(

)A.直接通过分子水平改造蛋白质B.直接改造相应的mRNAC.对相应的基因进行操作D.重新合成新的基因【解析】选C。蛋白质工程的目的是对蛋白质进行改造，从而使蛋白质功能可以满足人们的需求。而蛋白质功能与其高级结构密切相关，蛋白质高级结构又非常复杂，所以直接对蛋白质改造非常困难，而蛋白质是由基因控制合成的，对基因进行操作却容易得多。另外，改造后的基因可以遗传，如果对蛋白质直接改造，即使成功也不能遗传。【变式训练】蛋白质工程中需要进行直接操作的对象是(

)A.氨基酸结构 B.蛋白质空间结构C.肽链结构 D.基因结构【解析】选D。蛋白质工程是指以蛋白质分子结构规律及其与生物功能的关系为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产或生活需要。因此，归根到底，还是要对基因进行改造。1.利用基因工程培育抗虫作物的直接优点是(

)A.减少虫害的发生 B.害虫不会产生抗性C.减少农药的用量 D.作物不会染病【解析】选A。利用基因工程培育的抗虫作物，对害虫具有一定的抗性，减少了虫害的发生；减少了农药的用量属于间接优点；种植抗虫作物较长时间后，害虫可能会出现抗性；抗虫作物只能减少虫害，对细菌、病毒等造成的病害不起作用。2.下列关于蛋白质工程的说法，正确的是(

)A.蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作B.蛋白质工程能生产出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子C.对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的D.蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是相同的【解析】选B。蛋白质工程是第二代基因工程，是对基因的改造从而改变蛋白质的结构，整个过程是中心法则的逆转，与天然蛋白质合成的过程不同，并能够生产出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子。3.与常规武器相比，生物武器具有的特点是(

)①传染性强②污染面积广，不易被发现③有一定的潜伏期④像核武器一样破坏建筑物⑤自然条件下的大雪、低温、干燥、日晒等不影响生物武器的杀伤力A.①②③ B.②③④⑤C.①②③④⑤ D.①②③④【解析】选A。所谓生物武器是指用来杀伤人员、牲畜和毁坏农作物的致病性微生物及其毒素，它的杀伤破坏作用靠的是生物与生物之间的克制。生物武器的施放装置包括炮弹、炸弹、火箭弹、导弹弹头和布撒器、喷雾器、气溶胶发生器等。用生物杀死有生力量和毁坏植物的武器统称为生物武器。生物武器的特点主要有致命性、传染性强、生物专一性、面积效应大、危害时间长、难以发现等。4.近年来基因工程的发展非常迅猛，科学家可以用DNA探针和外源基因导入的方法进行遗传病的诊断和治疗，下列做法中不正确的是(

)A.用DNA探针检测镰刀型细胞贫血症B.用DNA探针检测病毒性肝炎C.用导入外源基因的方法治疗半乳糖血症D.用基因替换的方法治疗21三体综合征【解析】选D。镰刀型细胞贫血症是由于基因突变引起的疾病，用β-珠蛋白的DNA探针可以检测到；用DNA探针也可以很方便地检测出人体内是否存在相关病毒；半乳糖血症是由于基因突变导致体内缺少半乳糖苷转移酶，理论上将正常的半乳糖苷转移酶基因导入半乳糖血症患者的体内，就可以治疗这种疾病；21三体综合征是由于患者多了一条21号染色体，属于染色体异常遗传病，不能用基因替换的方法治疗。5.(多选)关于现代生物工程技术应用的安全性，下列说法正确的是(

)A.对待生物武器的态度应明确而坚定，即坚决禁止生物武器B.中国对于克隆的态度是不反对治疗性克隆，可以有限制地进行克隆人的实验C.对转基因植物外源DNA要进行认真选择，避免产生对人体有害的或过敏的蛋白质D.一旦发现转基因生物出现了安全性问题，要马上停止实验，并销毁重组生物【解析】选A、C、D。中国对于克隆的态度是不反对治疗性克隆，禁止进行克隆人的实验。6.日本某大学人谷明教授等把菠菜的基因植入猪的受精卵内，成功地培育出了不饱和脂肪酸含量高的猪。在对这种猪的脂肪组织进行分析后发现，它们体内的不饱和脂肪酸含量要比一般的猪高大约20%。植入猪受精卵的菠菜基因控制菠菜根部的一种酶(FAD2)，这种酶能够将饱和脂肪酸转换为不饱和脂肪酸。(1)高不饱和脂肪酸猪的诞生，运用了

_______工程。(2)菠菜基因之所以能够植入猪细胞内，并大量复制的物质基础是

。(3)具有菠菜基因的猪，体内不饱和脂肪酸要比一般猪高大约20%，说明

。(4)从进化的角度看，菠菜和猪具有

。(5)猪DNA分子被“嫁接”上菠菜基因，并不影响猪体内其他基因的表达，说明

。(6)检测和鉴定目的基因已经导入受体时，DNA探针上DNA碱基序列为ATTAGGCA，则检测出的目的基因序列为

。(7)将菠菜基因导入猪的受精卵的方法是

，倘若受体细胞是大肠杆菌，则将目的基因导入前要对大肠杆菌做的处理是

。【解析】菠菜的基因植入猪的受精卵内成功地培育出了不饱和脂肪酸含量高的猪，利用了基因工程；菠菜基因之所以能够植入猪细胞内并大量复制的物质基础是由脱氧核苷酸组成的双链DNA结构相同，在复制时都遵循碱基互补配对原则，由此表明它们有共同的原始祖先；菠菜基因导入动物受精卵的方法是显微注射法，若受体细胞是大肠杆菌，则用Ca2+处理细胞，使细胞处于感受态。答案：(1)基因(2)由脱氧核苷酸组成的双链DNA结构相同，在复制时都遵循碱基互补配对原则(3)菠菜基因已在猪体内成功表达(4)共同的原始祖先(5)基因是遗传物质结构和功能的基本单位(6)ATTAGGCATAATCCGT(7)显微注射法用Ca2+处理细胞，使细胞处于感受态7.(2012·江苏高考)下列关于人类基因组计划的叙述，合理的是(

)A.该计划的实施将有助于人类对自身疾病的诊治和预防B.该计划是人类从细胞水平研究自身遗传物质的系统工程C.该计划的目的是测定人类一个染