第3章 基因工程-【查漏补缺】高考生物一轮复习教材必背细节与旁栏思考梳理（新教材）（答案版）

第3章基因工程第1节重组DNA技术的基本工具1.P70从社会中来：番木瓜容易受番木瓜环斑病毒的侵袭。当番木瓜被这种病毒感染后，产量会大大下降。科学家通过精心设计，用“分子工具”培育出了转基因番木瓜，它可以抵御番木瓜环斑病毒。

DNA双螺旋的直径只有2nm，对如此微小的分子进行操作,是一项非常精细的工作，更需要专门的“分子工具”。那么，科学家究竟用到了哪些“分子工具”?这些“分子工具”各具有什么特征呢?提示：科学家用到了限制酶、DNA连接酶、载体等“分子工具”。限制酶能识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并将DNA双链切断，形成具有黏性末端或平末端的片段。DNA连接酶催化磷酸二酯键的形成，即催化一个DNA片段3'端的羟基与另ー个DNA片段5'端的磷酸基团上的羟基连接起来形成酯键。载体上可以插入外源基因，它能携带该基因进入受体细胞，并在受体细胞中进行自我复制，或者整合到受体DNA上，随着受体DNA同步复制。载体一般还带有标记基因，以便进行重组DNA分子的筛选。（P70）2.P71旁栏思考题：你能根据所掌握的知识，推测限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么吗?提示：原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，所以它在长期的进化过程中形成了套完善的防御机制。限制酶就是它的一种防御性工具。当外源DNA入侵时，它会利用限制酶来切割外源DNA，使之失效，以保证自身的安全。（P71）3.P72旁栏思考题：DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗?为什么?提示：不是一回事。虽然DNA连接酶和DNA聚合酶都是催化磷酸二酯键形成的酶，但两者存在显著的区别。DNA聚合酶只能催化单个核苷酸加到已有的核酸片段3'末端的羟基上，形成磷酸二酯键；而DNA连接酶是催化两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，不是催化单个核苷酸与DNA片段之间形成磷酸二酯键。DNA聚合酶以一条DNA链为模板，催化形成与模板链互补的DNA链；而DNA连接酶催化具有互补黏性末端或平末端的DNA片段连接起来，它不需要模板。此外，两者虽然都是蛋白质，但它们的组成和性质各不相同。（P72）4.P73思考·讨论：重组DNA分子请你根据图3-3中的相关信息找到两条片段上EcoR

I的识别序列和切割位点。然后，用剪刀进行“切割”。待切割位点全部切开后，将从下面那条DNA链上切下的片段重组到上面那条DNA链的切口处，并用透明胶条将切口粘连起来。讨论（1）剪刀和透明胶条分别代表哪种“分子工具”？

提示：剪刀代表限制酶；透明胶条代表DNA连接酶。

（2）你制作的黏性末端的碱基能不能互补配对?如果不能，可能是什么原因造成的?提示：根据学生实际操作的情况进行指导。如果制作的黏性末端的碱基不能互补配对可能是剪切位点或连接位点选得不对，也可能是其他原因。（3）你插入的DNA片段能称得上一个基因吗?提示：不能，因为基因的长度一般在100个碱基对以上。5.P73到社会中去：随着生物技术的飞速发展，生产和销售“分子工具的公司大量涌现。感兴趣的话，你可以登录这些公司的网站，查询和了解相关产品的特点、价格和使用说明等。有些这样的公司已成功上市，你还可以通过分析公司的股票价格走势，大致了解公司的经营状况以及投资者目前对该行业的认可程度。提示：在调查中需要了解企业的生产技术、产品的种类和产量、销售渠道和销售情况等，这样才有可能对企业的经营状况进行正确的判断。（P73）6.P74练习与应用一、概念检测1.DNA连接酶是重组DNA技术常用的一种工具酶。下列相关叙述正确的是(C)

A.能连接DNA分子双链碱基对之间的氢键B.能将单个脱氧核苷酸加到DNA片段的末端，形成磷酸二酯健

C.能连接用同种限制酶切开的两条DNA片段，重新形成磷酸二酯键

D.只能连接双链DNA片段互补的帖性末端，不能连接双链DNA片段的平末端

2.在重组DNA技术中，将外源基因送入受体细胞的载体可以是(A)

A.大肠杆菌的质粒B.切割DNA分子的酶C.DNA片段的黏性末端D.用来识别特定基因的DNA探针二、拓展应用1.想一想。为什么限制酶不切制细菌本身的DNA分子?提示：迄今为止，在基因工程操作中使用的限制酶绝大部分都是从细菌或霉菌中提取出来的，它们可以识别DNA上特定的碱基序列并使特定部位的磷酸二酯键断开。微生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，可以将外源入侵的DNA降解。细菌中限制酶之所以不切割自身的DNA，是因为含有某种限制酶的细胞的DNA分子或者不具备这种限制酶的识别序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到了限制酶所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。这样，尽管细菌中含有某种限制酶，也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA入侵。（P74）3.有2个不同来源的DNA片段A和B.

A片段用限制酶SpeI进行切制，B片段分别用限制酶HindIII.

XbaI。EcoRV和XhoI进行切制。各限制酶的识别序列和切制位点如下。(1)哪种限制酶切制B片段产生的DNA能与限制酶SpeI切制A片段产生的DNA片连接?为什么?

提示：XbaⅠ。因为XbaⅠ与SpeⅠ切割产生了相同的黏性末端。

(2)不同的限制酶切制可能产生相同的末端，这在基因工程操作中有什么意义?提示：识别DNA分子中不同核苷酸序列，但能切割产生相同黏性末端的限制酶被称为同尾酶。同尾酶使构建载体时，切割位点的选择范围扩大。例如，我们选择了用某种限制酶切割载体，如果目的基因的核苷酸序列中恰好含有该限制酶的识别序列，那么用该限制酶切割含有目的基因的DNA片段时，目的基因就很可能被切断；这时可以考虑用合适的同尾酶(目的基因的核苷酸序列中不能有它的识别序列)来获取目的基因。7.P75探究与实践：DNA的粗提取及鉴定结果分析与评价

（1）你提取出白色丝状物或沉淀物了吗?用二苯胺试剂鉴定的结果如何?提示：观察提取的DNA的颜色，

如果不是白色丝状物，说明DNA中的杂质较多。二苯胺试剂鉴定呈现蓝色说明实验基本成功:如果不呈现基色，可明能原因有所提取的DNA含量低或者在实验操作过程中出现了失误等。（2）你能分析出粗提取的DNA中可能含有哪些杂质吗?

提示：本实验租提取的DNA可能仍然含有核蛋白、多糖等杂质。

（3）与其他同学提取的DNA进行比较，看看实验结果有何不同，分析产生差异的原因。

提示：本实验可以采取分组的方式进行。可以选取不同的实验材料:也可以在阅资科了解其他提取DNA的方法，对同种材料采用不同的方法。最后从多方面比较实验结果，如DNA的纯度、DNA的颜色、二苯胺试剂显色的深浅等，看看哪种实验材料、哪种方法提取效果更好。

8.P75进一步探究：本实验只是对DNA进行了粗提取，请查阅资料，了解实验室提取纯度较高的DNA的一一种方法，并与本实验中所使用的方法进行比较，总结两种方法的异同。提示：实验室提取纯度较高的DNA的方法有不少。例如，可以先加人质量分数为25%的SDS溶液，使蛋白质变性与DNA分开;再加人氯仿-异丙醇混合液(体积比为24:1)，通过离心将蛋白质及其他杂质除去，取上清液;可重复上述操作几次，直至上清液变成透明的黏稠液体。此外由于苯酚可以迅速使蛋白质变性，抑制核酸酶的活性，因此还可以先用苯酚处理，再离心分层，这时DNA溶于上层水相，蛋白质变性后存在于酷层中，用吸管、微量移液器等实验用具就可以将两者分开。教师可以根据学校的条件让学生自己设计实验方案，比较实验结果。第2节基因工程的基本操作程序1.P76从社会中来：1997年，我国政府首次批准商业化种植转基因抗虫棉。到2015年，我国已有成转基因抗虫棉新品种100多个，减少农药用量40万吨，增收节支社会经济效益450亿元。你知道转基因抗虫棉抗虫的机制是什么吗?培育转基因抗虫棉一般需要哪些步骤?提示：参见本节正文中的内容。2.P79旁栏思考题：用PCR技术可以扩增mRNA吗?提示：mRNA不可以直接扩增，需要将它逆转录成cDNA再进行扩增。由mRNA逆转录形成cDNA的过程是：第一步，逆转录酶以RNA为模板合成一条与DNA链，形成RNA-DNA杂交分子。第二步，核酸酶H降解RNA-DNA杂交分子中的使之变成单链DNA。第三步，以单链DNA为模板，在DNA聚合酶的作用下合成另DNA链，形成双链DNA分子(图3-1)。3.P80旁栏思考题：将生物的所有DNA直接导入受体细胞不是更简便吗?如果这么做，效果会怎样?提示：有人采用总DNA注射法进行遗传转化，即将一个生物的总DNA提取出来，花粉管通道法导入受体植物，没有进行基因表达载体的构建。这种方法针对性差，完全靠运气也无法确定哪些基因导入了受体植物。（P80）4.P83到社会中去：转基因抗虫棉在世界范围内被广泛种植，有效控制了棉铃虫的种群数量，显著减少了农药的用量。面对棉铃虫的危害，有了抗虫棉是否就可以一劳永逸、高枕无忧呢?根据棉铃虫对传统农药产生抗性的发展历史，科研人员推测棉铃虫存在对Bt抗虫蛋白产生抗性的可能。请你查阅资料，了解以下问题。

（1）在实际种植过程中，棉铃虫是否对转Bt基因的抗虫棉产生了严重的抗性?证据是什么?提示：这是一个开放性的问题，需要学生查找资料来回答。随着田间监测数据的更科研论文发表，每年学生获得的证据是不一样的。例如，科研人员对长江流域种植的抗虫棉进行了监测，2011年的数据显示，大部分转基因抗虫棉品种的抗虫性属于中抗及高抗水平；2013年的数据表明，如果棉田周围存在大量天然庇护所，靶标害虫棉铃虫、红铃虫等基因的抗虫棉产生明显抗性。在我国、澳大利亚、印度等国的多个实验室中，通过毒抗性筛选，已经培育出多个高抗水平的转基因抗虫棉品种。教师要注意引导学生搜集的证据，如科研论文、权威的官方报道等。（2）科研工作者在没有发现棉铃虫出现抗性之前，就应该想办法应对。他们想出的延缓棉铃虫对Bt抗虫蛋白产生抗性的措施有哪些?这些措施的原理是什么?有效吗?提示：科研人员想出的延缓棉铃虫对Bt抗虫蛋白产生抗性的措施有很多，主要可以分为几个方面。①基因策略。该策略是在分子水平上提高转基因抗虫棉的抗虫性和抗虫持久性，包括在棉花中转入多个杀虫基因、构建组织特异性表达的启动子、提高杀虫基因的表达量等。例如，最早种植的抗虫棉中只转入了一种Bt基因，抗性比较单一；现在经常将两种或两种以上的Bt基因(如CrylAa和CryIAc基因)同时转入棉花细胞，这样既可以提高杀虫活性，又可以延缓害虫抗性的产生和发展，还可以通过不同基因间的互补作用扩大抗虫范围。②田间策略。这是在种植时采取的措施，如提供庇护所、与其他作物轮作或套种等。例如，在澳大利亚和美国等地普遍采取的措施是在转基因棉田中，总面积的4%种植不使用任何杀虫剂的非转基因棉花，或在转基因棉田周围种植20%~30%面积的可使用化学杀虫剂的非转基因棉花；在印度，一些地区要求，在转基因棉田周围至少种植5行或者20%面积的非转基因棉花。我国除新疆棉区及大型农场需设计专门的庇护所外，其他棉区如长江、黄河流域棉区多采用多种作物混作的耕作制度(如将转基因抗虫棉与番茄、向日葵、高粱、玉米、辣椒等棉铃虫寄主作物混作)，这些作物可以构成天然的庇护所，一般无须种植非转基因棉花作为庇护所。这样做的原理是为少部分害虫提供一个正常的取食环境，始终保持一定的敏感目标害虫种群。这样，即使目标害虫对转基因抗虫棉产生了抗性，但是因为其与敏感目标害虫交配，后代抗性基因会发生分离，所以抗性目标害虫的种群也不至于迅速增加。③国家宏观调控策略。该策略包括实施分区种植管理、加强抗性监测、进行严格的安全性评价等。2.P83练习与应用一、概念检测1.研究人员将一种海鱼的抗冻蛋白基因afp整合到土壤农杆菌的Ti质粒上，然后用它侵染番茄细胞，获得了抗冻的番茄品种。判断下列相关表述是否正确。

(1)afp基因是培育抗冻番茄用到的目的基因。()

(2)构建含有afp基因的Ti质粒需要限制酶、DNA连接酶和核酸酶。()

(3)只要检测出番茄细胞中含有afp基因，就代表抗冻番茄培育成功。()

(1)√(2)×(3)×

2.利用PCR既可以快速扩增特定基因，也可以检测基因的表达。下列有关PCR的叙述错误的是(D)

A.

PCR用的DNA聚合酶是一种耐高温酶B.变性过程中双链DNA的解开不需要解旋酶

C.复性过程中引物与模板链的结合遵循碱基互补配对原则

D.延伸过程中需要DNA聚合酶、ATP和4种核糖核苷酸

二、拓展应用

1.研究人员在研究转基因烟草中外源卡那霉素抗性基因的遗传稳定性时，发现44株转基因烟草中有4株该基因的遗传不符合孟德尔遗传规律，在它们的自交后代中出现了较多的没有卡那霉素抗性的植株。请查找相关资料，尝试对这个问题作出解释。提示：外源基因插入基因组中可能为单位点插入，或者同一染色体多位点插入，或者不同染色体多位点插入。大多数情况下，插入的位点难以做到定点插入；插入的拷贝数也是随机的。因此，外源基因在转基因植物中的遗传是很复杂的。例如，科研人员在对转GUS基因(β-葡糖醛酸糖苷酶基因)的烟草进行基因表达分析时，发现部分转基因植株的染色体DNA中整合了多个拷贝的基因，从而导致GUS基因失活。除此之外，外源基因丢失、基因重排等也都可能影响外源基因的稳定性。2.八氢番茄红素合酶(其基因用psy表示)和胡萝卜素脱饱和酶(其基因用crtl表示)参与β-胡萝卜素的合成。pmi为磷酸甘露醇异构酶基因，它编码的蛋白质可使细胞在特殊培养基上生长。科学家将psy和crtl基因转入水稻，使水稻胚乳中富含β-胡萝卜素，由此生产出的大米称为“黄金大米”。请根据以上信息回答下列问题。(1)科学家在培育“黄金大米”时，将crtl和psy基因导人含pmi基因的质粒中，构建了质粒pSYN12424。该项研究的目的基因是_________________________标记基因是_______，质粒pSYN12424的作用是___________________。

提示：ctrl基因和psy基因；Pmi基因；将目的基因送入水稻细胞。

(2)在构建质粒载体时，目

的基因序列中能否含有用到的限制酶的识别序列?为什么?

提示：不能。如果目的基因序列中含有用到的限制酶的识别序列，限制酶可能将它切断。

(3)请查找相关资料，了解科学家为什么要培育“黄金大米”以及当前关于“是否要推广*黄金大米””的各种争论。你还可以提出自己的看法，并与同学交流讨论。提示：维生素A在人体内具有非常重要的生理功能，对视力、骨骼生长、免疫功能等都有调节作用。但是，人体不能合成维生素A，需要从食物中摄取。维生素A缺乏症是南亚地区常见的由营养不良导致的疾病，该地区的居民一般以籼稻作为主食。β-胡萝ト素是维生素A的前体，在人体内它可以转化为维生素A。因此，科学家将两个参与β-胡萝ト素合成的酶的基因转入了籼稻中，使其胚乳中富含β-胡萝ト素，期望让人们通过日常食用主食就能补充足够量的维生素A，从而降低维生素A缺乏症的患病率。关于“是否要推广“黄金大米””的争论主要围绕其安全性、有效性等方面展开。在学生交流讨论的过程中，教师要注意引导他们理性地表明观点和参与讨论。3.P85探究·实践：DNA片段的扩增及电泳鉴定结果分析与评价

（1）你是否成功扩增出DNA片段?判|断的依据是什么?

提示：可以通过在紫外灯下直接观察DNA条带的分布及粗细程度来评价扩增的结果。

（2）你进行电泳鉴定的结果是几条条带?如果不止一+

条条带，请分析产|生这个结果的可能原因。提示：如果扩增不成功，可能的原因有：漏加了PCR的反应成分，各反应成分的用量不当，PCR程序设置不当等。如果扩增结果不止一条条带，可能的原因有：引物设计不合理，它们与非目的序列有同源性或容易聚合形成二聚体；退火温度过低；DNA聚合酶的质量不好等。第3节基因工程的应用1.P87从社会中来：胰岛素是治疗糖尿病的特效药物。传统生产胰岛素的方法是从猪、牛等动物的胰腺中提取。曾经生产供一位糖尿病病人使用一年的胰岛素，需要上千头牛，生产的成本非常高。1978年，科学家将编码人胰岛素的基因导入大肠杆菌细胞中，使大肠杆菌表达重组人胰岛素。我国拥有自主知识产权的基因工程药物--重组人胰

岛素已经研制成功并得到广泛应用。除了生产胰岛素，基因工程还有哪些应用呢?提示：可以让学生结合学过的知识和自己的生活经历，如使用过用转基因技术生产的产品来进行说明。（P87）2.P91异想天开：假如某位心脏病病人换上经过改造的猪心脏后，过上了健康人的生活。在生活中，他会遭到歧视吗?对此你怎么看?提示：生命和健康是人最宝贵的东西，如果一个病人换上了经过改造的猪心脏后重获了健康，我们不仅不能歧视他，还应该从他身上看到现代生物技术在维持人体健康、治疗疾病等方面的应用价值。（P91）3.P92到社会中去：转基因技术自诞生以来，发展迅速，研发对象已涵盖至少35科、200多种的植物，涉及大豆、玉米和棉花等重要作物，以及牧草、花卉和林木等。请调查:

（1）目前我国批准发放了哪些转基因作物的生产应用安全证书和进口安全证书?

提示：截至2019年年底，我国批准发放过转基因耐储藏番茄、转基因抗虫棉、改变花色的转基因矮牵牛、转基因抗病辣椒、转基因抗病番木瓜、转基因抗虫水稻、转植酸酶基因玉米以及转基因耐除草剂大豆的生产应用安全证书。批准了转基因棉花、大豆、玉米、油菜、甜菜和番木瓜的进口安全证书，但我国进口的基本上是转基因棉花的纤维，其他进口转基因作物的用途仅限于用作加工原料；我国没有批准任何一种转基因粮食作物种子进口到我国境内商业化种植。

（2）你或你的亲朋好友在日常生活中使用的生物产品，哪些在生产过程中用到了转基因技术?提示：根据实际情况回答。（P92）4.P92练习与应用一、概念检测1.将大肠杆菌的质粒连接上人生长激素的基因后，重新导入大肠杆菌的细胞内，再通过发酵工程就能大量生产人生长激素。下列叙述，正确的是(C)

A.转录生长激素基因需要解旋酶和DNA连接酶B.发酵产生的生长激素属于大肠杆菌的初生代谢物

C.大肠杆菌获得的能产生人生长澈素的变异可以遗传D.大肠杆菌质粒标记基因中腺嘌呤和尿嘧啶的含量相等

2.下列不属于基因工程应用的是(A)

A.培育青霉菌并从中提取青霉素B.利用乳腺生物反应器生产药物

C.制造一种能分解石油的“超级细菌"D.制造一种能产生干扰索的基因工程菌

二、拓展应用

1.除草剂的有效成分草甘膦能够专一地抑制EPSP合酶的活性，从而使植物体内多种代谢途径受到影响而导致植物死亡。草甘膦没有选择性，它在除掉杂草的同时也会使作物受损。解决这个问题的方法之一.就是培

育抗草甘膦的作物。

(1)下面是探究“转人外源EPSP合酶基因能否使矮牵牛抗草甘腾”的流程，请补充完整。①用_______________等处理目的基因和Ti质粒，构建重组Ti质粒;

②将重组Ti质粒转人农杆菌中;

③利用含有重组Ti质粒的农杆菌侵染_______________细胞，再通过培育得到转基因植株;

④用草甘膦同时喷洒转基因植株和对照组植株。结果:对照组植株死亡，转基因植株存活，但也受到了影响。

结论:____________________________________________________________

提示：①限制酶和DNA连接酶；③矮牵牛；④转基因矮牵牛对草甘膦产生了一定的抗性。

(2)请思考并回答下列问题。

①在该实验中，对照组是怎样设计的?

提示：对照组为非转基因矮牵牛。②如果增加转入的外源EPSP合酶基因的数量，转基因矮牵牛对草甘膦的抗性是否会增加?请你给出进-一步探究的思路。

提示：理论上增加转入的外源EPSP合酶基因的数量，矮牵牛体内EPSP合酶的表达水平会升高，它对草甘膦的抗性会增强。探究思路：将不同拷贝数的EPSP合酶基因分别转入矮牵牛细胞中，培育转基因植株，比较它们对草甘膦抗性的差异。

2.下图是某同学画的两幅基因工程卡通图。一幅是一头能进行光合作用的奶牛，一幅是一株能同时结出多种蔬荥和水果的植物。你能像这位同学-样，展开想象的翅膀，用图画、文字或用音乐创作等，来畅想基因工程的未来吗?略。第4节蛋白质工程的原理和应用1.P93从社会中来：你见过用细菌画画吗?右图是用发出不同颜色荧光的细茵“画”的美妙图案。这些细茵能够发出荧光，是因为在它们的体内导入了荧光蛋白的基因。

最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋白，科学家通过改造它，获得了黄色荧光蛋白等。这些荧光蛋白在细胞内生命活动的检测、肿瘤的示踪研究等领域有着重要应用。那么，科学家是怎样对蛋白质分子进行设计和改造的呢?提示：科学家解析了多管水母绿色荧光蛋白的晶体结构，并利用计算机进行辅助设计。在此基础上再采用定点突变的技术将绿色荧光蛋白发光基团正下方的第203位的苏氨酸替换为酪氨酸，从而获得了一种新的绿色荧光蛋白的衍生物一一黄色荧光蛋白。（P93）2.P93旁栏思考题：你知道人类蛋白质组计划吗?它与蛋白质工程有什么关系?我国科学家承担了什么任务?提示：人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科学领域重大的国际合作科研项目。2001年，国际人类蛋白质组组织宣布成立。2003年，该组织正式提出启动两项重大国际合作项目：一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是由美国科学家牵头执行的“人类血浆蛋白质组计划”；由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。“人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类组织器官的蛋白质组计划，由我国贺福初院土牵头，这是中国科学家第一次领衔重大国际科研协作计划。它的目标是通过对肝脏蛋白质高通量、规模化的研究，解析肝脏蛋白质在生理、病理过程中的功能意义，为重大肝病的预防、诊断、治疗和新药的研发提供重要的科学依据。2010年，该计划“两谱、两图、三库”的目标初步实现。我国科学家完成了人类肝脏蛋白质组表达谱和修饰谱，绘制了蛋白质相互作用连锁图和定位图。“三库”则是建立符合国际标准的肝脏标本库、发展规模化抗体制备技术并建立肝脏蛋白质抗体库和建立完整的肝脏蛋白质组数据库。人类蛋白质组计划取得的成果有力推动了蛋白质工程的发展，为它提供了重要的理论支持。2014年6月，中国人类蛋白质组计划启动。（P93）3.P94思考·讨论：（1）怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列?请把相应的碱基序列写出来。

提示：每种氨基酸都有对应的密码子，只要査一下密码子表，就可以将题中的氨基酸序列的编码序列査出来。但是由于题中的氨基酸序列中有几个氨基酸是由多个密码子编码的，因此其碱基排列组合起来就比较复杂，至少可以排列出32种，可以让学生根据学过的排列组合的知识自己排列一下。首先应该根据密码子推出mRNA序列为GCU(或C，或A，或G)UGGAAA(或GGAA(或G)UUU(或C)，再根据碱基互补配对原则推出脱氧核苷酸序列为CGA(或G，或T或C)ACTT(或C)CTT(或C)AAA(或G)。（2）确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因?提示：确定目的基因的碱基序列后，可以人工合提示：成目的基因或从基因文库中获取目的基因。对基因的改造经常会用到基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等。4.P94异想天开：能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入合适的宿主细胞中，让宿主细胞生产人类所需要的蛋白质食品呢?提示：理论上讲可以，但目前还没有真正成功的例子。利用改造后的动物细胞、微生物细胞等可以生产人类需要的蛋白质，但这些蛋白质往往都是自然界中已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来的、自然界中不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对大多数蛋白质的高级结构和蛋白质在生物体内如何行使功能了解得还不够，很难设计出一个全新的而又具有功能的蛋白质。即使设计并获得了一个全新的蛋白质，它的生理生化特性、用它生产的蛋白质食品的安全性等都需要长期深入的研究。5.P96到社会中去：酶制剂在食品工业、医药工业等方面都有广泛的应用。现在，酶制剂的生产已经形成一个市场可观的新兴产业。蛋白质工程的应用又为酶制剂产业的发展提供了强大助力。请查阅资料，了解我国酶制剂产业发展的现状和趋势，分析蛋白质工程在酶制剂产业中的作用。提示：酶用作工业催化剂，比无机催化剂具有更大的优越性，主要体现在以下几个方面：由于酶促反应能在常温、常压和中性pH条件下进行，因此可以节省大量的能源和设备投资；生产过程中不会造成严重的污染，符合环境保护的要求；生产过程简单、效率高，产品质量好，生产成本低。因此,酶制剂在工业领域得到了广泛的应用。近年来，通过引进国外先进设备、优良菌种以及开发新型酶制剂，我国酶制剂产业保持了较快的增长态势，品种越来越丰富，产品的市场竞争力也在不断提升。2016年，我国工业酶制剂年产量达120万吨，年增长率保持在10%左右。在全球范围内，我国酶制剂的市场份额已占到了30%左右，我国进入酶制剂生产大国的行列。在酶制剂产业中，蛋白质工程被广泛用于开发酶的新品种或改进酶的性能，如提高酶的热稳定性，增加某些被用作去污剂的酶的去污效率等。（P96）6.P96练习与应用一、概念检测1.蛋白质工程可以说是基因工程的延伸。判断下列相关表述是否正确。

(1)基因工程需要在分子水平对基因进行操作，蛋白质工程不需要对基因进行操作。(

)(2)蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有()

(3)蛋白质工程可以改造酶，提高酶的热稳定性。()

(1)x(2)x(3)√

2.蛋白质工程是在深人了解蛋白质分子的结构与功能关系的基础上进行的，它最终要达到的目的是(D)

A.分析蛋白质的三维结构B.研究蛋白质的氨基酸组成

C.获取编码蛋白质的基因序列信息D.改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，满足人类的需求

3.水蛭素是一种蛋白质，可用于预防和治疗血栓。研究人员发现，用赖氨酸替换水蛭素第47位的天冬酰胺可以提高它的抗凝血活性。在这项替换研究中，目前可行的直接操作对象是(A)A.基因B.氨基酸C.多肽链D.蛋白质

二、拓展应用

T4溶菌酶是一种重要的工业用酶，但是它在温度较高时容易失去活性。为了提高T4溶菌酶的耐热性，科学家首先对影响T4溶菌酶耐热性的一些重要结构进行了研究。然后以此为依据对相关基因进行改造，使T4溶菌酶的第3位异亮氨酸变为半胱氨酸。于是，在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，T4溶菌酶的耐热性得到了提高。这项工作属于什么工程的范畴?在该实例中引起T4溶菌酶空间结构发生改变的根本原因是什么?如果要将该研究成果应用到生产实践，还需要做哪些方面的工作?提示：这项工作属于蛋白质工程的范畴。引起T4溶菌酶空间结构发生改变的根本原因是基因的碱基序列发生了变化。如果要将改造后的T4溶菌酶应用于生产实践，还有很多工作需要做。例如由于改造后酶的空间结构发生了变化，因此它的一些基本特性需要重新明确，包括它能耐受的温度范围、催化反应的最适温度、酶活力的大小等；需要建立规模化生产该酶的技术体系，评估生产成本等。6.P98复习与提高1.某动物体内含有研究者感兴趣的日的基因，研究者欲将该基因导人大肠杆菌的质粒中保存。该质粒含有氨苄青霉素抗性基因(AmpR).LacZ基因及-些酶切位点，其结构和简单的操作步骤如下图所示。请根据以上信息回答下列问题。

(1)在第②步中，应怎样选择限制酶?

提示：应选择用相同的限制酶或切割能产生相同末端的限制酶切割质粒和含有目的基因的DNA片段。并且注意限制酶的切割位点不能位于目的基因的内部，以防破坏目的基因，限制酶也不能破坏质粒的启动子、终止子、标记基因、复制原点等结构。

(2)在第③步中，为了使质粒DNA与目的基因能连接，还需要在混合物中加入哪种物质?提示：加入DNA连接酶。选用含有AmpR和LacZ基因的质粒进行实验有哪些优势?

提示：该质粒便于进行双重筛选。标记基因AmpR基因可用于检测质粒是否导