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第 7 课时 基因工程的应用和蛋白质工程
课标要求 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.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。
考点一 基因工程的应用
1．基因工程在农牧业方面的应用
2．基因工程在医药卫生领域的应用3．基因工程在食品工业方面的应用
1．基因工程应用于提高植物抗逆能力，请思考回答下列转基因抗虫棉的相关问题：
(1)抗虫棉能抗病毒、细菌、真菌吗？为什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(2)从环境保护角度出发，分析转基因抗虫棉与普通棉相比在害虫防治方面的优越性有哪些？
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(3)种植转基因抗虫棉若干年后，害虫会不会对转基因抗虫棉产生抗性？为什么？
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2．为提高动物的生长速度，需将外源生长激素基因导入动物体内，应该选择的受体细胞是
什么？并说明理由。
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1．(2023·河南新乡高三检测)基因工程蓬勃发展，下列有关基因工程的说法正确的是( )
A．基因工程在农牧业上的应用主要目的是培养体型巨大品质优良的动物
B．用基因工程方法培育的抗虫植物也能抗病毒
C．转基因绵羊操作过程中生长激素基因的受体细胞最好采用乳腺细胞
D．在农业方面，蛋白质工程可用于改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用
的效率，增加粮食产量
2．干扰素是治疗癌症的重要药物，它必须从血液中提取，每升人血中只能提取 0.5 μg，所
以价格昂贵。某生物制品公司用如下方法(如图所示)生产干扰素。从图中可以看出，该公司
生产干扰素运用的方法是( )
A．个体间的杂交 B．基因工程
C．蛋白质工程 D．器官移植
归纳总结 乳腺生物反应器与工程菌的比较
比较内容 乳腺生物反应器 工程菌
让外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表 指用基因工程的方法，使外源基因
含义
达，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白 得到高效表达的微生物
基因表达 合成的药物蛋白与天然蛋白相同 细菌合成的药物蛋白可能没有活性
受体细胞 动物受精卵 微生物细胞
目的基因
显微注射法 Ca2＋处理法
导入方式
需要严格灭菌，严格控制工程菌所
不需要严格灭菌，温度等外界条件对其
生产条件 需的温度、pH、营养物质浓度等
影响不大
外界条件
药物提取 从动物乳汁中提取 从微生物细胞或其培养液中提取
考点二 蛋白质工程的原理和应用1．蛋白质工程的概念
2．蛋白质工程与基因工程的异同
项目 蛋白质工程 基因工程
从预期的蛋白质功能出发→设计预期的____
目的基因的筛选与获取→基因表达
______→推测应有的 →找到并改变
过程 载体的构建→将目的基因导入受体
相对应的 (基因)或合成新
细胞→目的基因的检测与鉴定
的基因→获得所需要的蛋白质
定向改造生物的遗传特性，以获得
实质 定向改造或生产人类所需要的蛋白质
人类所需的生物类型或生物产品
结果 可生产________________________ 只能生产____________________
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
3.蛋白质工程的应用
(1)在医药方面
①利用蛋白质工程研发________。
②实例：如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成________，在一定条件下，可以延长保存
时间。
(2)在工业方面
①蛋白质工程被广泛用于改进________________或开发新的工业用酶。
②实例：枯草杆菌蛋白酶具有水解蛋白质的作用，因此常被用于洗涤剂工业、丝绸工业等。
(3)在农业方面
科学家正在尝试改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物__________________的效率，
增加粮食的产量。
基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，这些天然蛋白质是生物在长期进化过程
中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。蛋白质工程的目标是生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质，甚至是自然界不存
在的蛋白质。结合图示回答有关问题：
(1)写出流程图中字母代表的含义：
A．____________；B.____________；C.____________；D.________；E.________。
(2)上图字母中属于中心法则的过程有______，属于蛋白质工程的过程有________。
(3)对天然蛋白质进行改造，你认为应该是直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的
操作来实现？原因是什么？
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3．胰岛素可用于治疗糖尿病，但胰岛素注射后易在皮下堆积，需较长时间才能进入血液，
进入血液后又易被分解，因此治疗效果受到影响。如图是新的速效胰岛素的生产过程，下列
有关叙述错误的是( )
A．新的胰岛素的预期功能是构建新胰岛素模型的主要依据
B．新的胰岛素生产过程中不涉及中心法则
C．若用大肠杆菌生产新的胰岛素，常用Ca2＋处理大肠杆菌
D．新的胰岛素功能的发挥必须依赖于蛋白质正确的高级结构
4．β葡聚糖酶是一种在酒类、饲料等行业中具有重要用途的工业用酶。为提高 β葡聚糖酶的
催化活性，科学家将其第20位、117位和165位赖氨酸突变为丝氨酸。下列有关叙述错误的
是( )
A．改造后的β葡聚糖酶的耐酸碱能力增强
B．改造后的β葡聚糖酶空间结构发生了改变
C．对β葡聚糖酶结构的改造属于蛋白质工程
D．可通过DNA分子测序法检测突变是否成功
归纳总结 判断基因工程和蛋白质工程
(1)如果仅将基因用限制酶从DNA片段中切割下来，没有经过对编码蛋白序列进行修饰、加
工，或仅对其调控序列进行加工，则属于基因工程；如果将目的基因经过了一些实质性的改
造，如对编码蛋白序列进行了碱基替换或增添或缺失某几个碱基，则属于蛋白质工程。(2)如果合成的蛋白质是天然蛋白质，则是基因工程；如果合成的蛋白质和天然蛋白质有差
异，甚至是自然界中所没有的，则为蛋白质工程。
1．(经典高考题)从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的
多肽P1。目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是( )
A．合成编码目的肽的DNA片段
B．构建含目的肽DNA片段的表达载体
C．依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽
D．筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽
2．(2020·山东，25)水稻胚乳中含直链淀粉和支链淀粉，直链淀粉所占比例越小糯性越强。
科研人员将能表达出基因编辑系统的DNA序列转入水稻，实现了对直链淀粉合成酶基因
(Wx基因)启动子序列的定点编辑，从而获得了3个突变品系。
(1)将能表达出基因编辑系统的 DNA 序列插入 Ti 质粒构建重组载体时，所需的酶是
____________________________________________________________，重组载体进入水稻细
胞并在细胞内维持稳定和表达的过程称为________。
(2)根据启动子的作用推测，Wx基因启动子序列的改变影响了_______________________，
从而改变了 Wx基因的转录水平。与野生型水稻相比，3个突变品系中Wx基因控制合成的
直链淀粉合成酶的氨基酸序列__________(填“发生”或“不发生”)改变，原因是
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
。
(3)为检测启动子变化对Wx基因表达的影响，科研人员需要检测Wx基因转录产生的mRNA
(Wx mRNA)的量。检测时分别提取各品系胚乳中的总RNA，经____________过程获得总
cDNA。通过 PCR 技术可在总 cDNA 中专一性的扩增出 Wx 基因的 cDNA，原因是
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
。
(4)各品系Wx mRNA量的检测结果如图所示，据图推测糯性最强的品系为________，原因
是
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
。3．(经典高考题)已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由 305个氨基
酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改
变后的蛋白质(P )不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题：
1
(1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的______________进行改
造。
(2)以P基因序列为基础，获得P 基因的途径有修饰________基因或合成________基因，所
1
获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括_______________________
的复制，以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：_________________________________。
(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过
______________________________________________________和____________________，进
而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要
对蛋白质的生物________进行鉴定。
4．(2022·湖南，22)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________________，物质b是__________。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______________________。
(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的常用方法有_______________、
______________________________________和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原
理是__________________。
(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______(填“种
类 ” 或 “ 含 量 ” ) 有 关 ， 导 致 其 活 性 不 同 的 原 因 是
__________________________________________
_______________________________________________________________________________
。(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。
1．判断关于基因工程的应用的叙述
(1) 为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体( )
(2)由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用( )
(3)用基因工程方法从大肠杆菌和酵母菌细胞内获得的干扰素结构和功能完全相同( )
2．判断关于蛋白质工程的原理及其应用的叙述
(1)蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列( )
(2)基因工程在分子水平对基因进行操作，蛋白质工程在分子水平对蛋白质进行操作( )
(3)蛋白质工程可以改造酶，提高酶的热稳定性( )
3．填空默写
(1)(选择性必修3 P )乳腺生物反应器是指将_____________________________________与乳
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腺中________________________________等调控元件重组在一起，通过________________的
方法导入哺乳动物的______中，由这个受精卵发育成的转基因动物在进入泌乳期后，可以通
过分泌________来生产所需要的药物。
(2)(选择性必修3 P )用转基因动物(猪)做器官移植的供体，方法是将器官供体基因组导入
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________________，以抑制________________________________________，然后再结合克隆
技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。
(3)(选择性必修3 P )蛋白质工程是指以________________________________________作为基
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础，通过________________，来改造现有蛋白质，或制造________________，以满足
________________________的需求。
(4)(选择性必修3 P )基因工程原则上只能生产________________________________。
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(5)(选择性必修3 P )对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过____________来完成。
94(6)(选择性必修 3 P )蛋白质工程的基本思路是从______________出发→设计预期的
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________________→推测应有的______________________________→找到并改变相对应的
________________(基因)或______________→获得________________。
