第3节 基因工程的应用 第4节 蛋白质工程的原理和应用 课后训练提升 基础巩固 1.普通玫瑰没有蓝色花，这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因B,而开蓝色花的 矮牵牛中存在序列已知的基因B。现用基因工程技术培育“蓝玫瑰”，下列操作正 确的是() A.提取矮牵牛蓝色花的mRNA,经逆转录获得互补的DNA,再扩增基因B B.利用限制性内切核酸酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因B C,利用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞 D将基因B直接导入大肠杆菌，然后感染并转入玫瑰细胞 答案：A 解析：可以利用RNA经逆转录合成目的基因后再进一步扩增，A项正确。因为 开蓝色花的矮牵牛基因B的序列是已知的，所以该目的基因宜采用化学方法合成 或用聚合酶链式反应(PC)扩增，而不是从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取，从 基因文库中获取目的基因具有很大的盲目性，B项错误。目的基因必须与载体结 合后才能导入受体细胞，且需要DNA连接酶“缝合”，C、D两项错误。 2.我国科学家运用基因工程技术，将苏云金杆菌的B基因导入棉花细胞并成功表 达，培育出了转基因抗虫棉。下列叙述错误的是() A.B1基因的提取和运输都需要专用的工具酶和载体 B.重组DNA分子中增加一个碱基对，不一定导致毒蛋白的毒性丧失 C.抗虫棉的B1基因可通过花粉传递到近缘作物，从而造成基因污染 D.转基因棉花是否具有抗虫特性是通过检测棉花对抗生素的抗性来确定的 答案D 解析：转基因棉花是否具有抗虫特性是通过检测棉花对害虫的抗性来确定的。 3.下图是某转基因抗虫水稻培育流程图。下列有关分析错误的是() 毒蛋白，含毒蛋、含重组。 含毒蛋抗 基因①白基因②质粒的③白基因④，虫 农杆菌一的重组 土壤农 的水稻 Ti质粒 质粒 杆菌 体细胞 稻 A.毒蛋白基因的获得需要限制酶 B.①过程所依据的理论基础之一是DNA分子结构的相似性 C.该基因工程的原理是让毒蛋白基因在宿主细胞中稳定存在 D.④过程依据细胞的全能性原理
第 3 节 基因工程的应用 第 4 节 蛋白质工程的原理和应用 课后· 基础巩固 1.普通玫瑰没有蓝色花,这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因 B,而开蓝色花的 矮牵牛中存在序列已知的基因 B。现用基因工程技术培育“蓝玫瑰”,下列操作正 确的是( ) A.提取矮牵牛蓝色花的 mRNA,经逆转录获得互补的 DNA,再扩增基因 B B.利用限制性内切核酸酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因 B C.利用 DNA 聚合酶将基因 B 与质粒连接后导入玫瑰细胞 D.将基因 B 直接导入大肠杆菌,然后感染并转入玫瑰细胞 答案:A 解析:可以利用 mRNA 经逆转录合成目的基因后再进一步扩增,A 项正确。因为 开蓝色花的矮牵牛基因 B 的序列是已知的,所以该目的基因宜采用化学方法合成 或用聚合酶链式反应(PCR)扩增,而不是从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取,从 基因文库中获取目的基因具有很大的盲目性,B 项错误。目的基因必须与载体结 合后才能导入受体细胞,且需要 DNA 连接酶“缝合”,C、D 两项错误。 2.我国科学家运用基因工程技术,将苏云金杆菌的 Bt 基因导入棉花细胞并成功表 达,培育出了转基因抗虫棉。下列叙述错误的是( ) A.Bt 基因的提取和运输都需要专用的工具酶和载体 B.重组 DNA 分子中增加一个碱基对,不一定导致毒蛋白的毒性丧失 C.抗虫棉的 Bt 基因可通过花粉传递到近缘作物,从而造成基因污染 D.转基因棉花是否具有抗虫特性是通过检测棉花对抗生素的抗性来确定的 答案:D 解析:转基因棉花是否具有抗虫特性是通过检测棉花对害虫的抗性来确定的。 3.下图是某转基因抗虫水稻培育流程图。下列有关分析错误的是( ) A.毒蛋白基因的获得需要限制酶 B.①过程所依据的理论基础之一是 DNA 分子结构的相似性 C.该基因工程的原理是让毒蛋白基因在宿主细胞中稳定存在 D.④过程依据细胞的全能性原理
答案：C 解析：该基因工程的原理是让毒蛋白基因在宿主细胞中稳定和高效地表达。 4.蛋白质工程的基本流程正确的是( ①设计蛋白质结构 ②合成DNA ③预期蛋白质功能④根据氨基酸序列推出 脱氧核苷酸序列 A.①②③④ B.④②①③ C.③①④② D.③④①② 答案C 5.下列关于蛋白质工程的叙述，错误的是( A.实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质结构和功能的关系 B.基因工程是蛋白质工程的关键技术 C.蛋白质工程是对蛋白质分子的直接改造 D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 答案：C 解析：蛋白质工程通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白 质，是对基因的直接改造。 6.下列关于基因工程和蛋白质工程的说法，正确的是( A.蛋白质工程和基因工程的目的都是获得人类需要的蛋白质，所以二者没有区别 B.基因工程是蛋白质工程的基础 C通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍然是天然的蛋白质 D利用蛋白质工程可以在大肠杆菌细胞中得到人胰岛素 答案B 解析：蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进 行设计改造。基因工程是蛋白质工程的基础，因为对蛋白质结构的改造是通过改 造或合成基因来实现的，所以蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质，改造后的蛋 白质不再是天然的蛋白质。利用大肠杆菌生产人胰岛素属于基因工程。 7.干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染和癌症，但体外保 存干扰素相当困难，如果将其分子上的半胱氨酸变为丝氨酸，就可在-70℃下保存 半年。请回答下列问题。 (1)从上述资料可知，若要改变干扰素的功能，可以考虑对干扰素的 进行改造。 (2)对干扰素进行改造，应该直接对 (填“干扰素分子 或干扰素的cDNA)进行操作，原因是 答案：(1)氨基酸序列
答案:C 解析:该基因工程的原理是让毒蛋白基因在宿主细胞中稳定和高效地表达。 4.蛋白质工程的基本流程正确的是( ) ①设计蛋白质结构 ②合成 DNA ③预期蛋白质功能 ④根据氨基酸序列推出 脱氧核苷酸序列 A.①②③④ B.④②①③ C.③①④② D.③④①② 答案:C 5.下列关于蛋白质工程的叙述,错误的是( ) A.实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质结构和功能的关系 B.基因工程是蛋白质工程的关键技术 C.蛋白质工程是对蛋白质分子的直接改造 D.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 答案:C 解析:蛋白质工程通过改造或合成基因,来改造现有蛋白质,或制造一种新的蛋白 质,是对基因的直接改造。 6.下列关于基因工程和蛋白质工程的说法,正确的是( ) A.蛋白质工程和基因工程的目的都是获得人类需要的蛋白质,所以二者没有区别 B.基因工程是蛋白质工程的基础 C.通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍然是天然的蛋白质 D.利用蛋白质工程可以在大肠杆菌细胞中得到人胰岛素 答案:B 解析:蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质的结构进 行设计改造。基因工程是蛋白质工程的基础,因为对蛋白质结构的改造是通过改 造或合成基因来实现的,所以蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质,改造后的蛋 白质不再是天然的蛋白质。利用大肠杆菌生产人胰岛素属于基因工程。 7.干扰素是动物体内合成的一种蛋白质,可以用于治疗病毒感染和癌症,但体外保 存干扰素相当困难,如果将其分子上的半胱氨酸变为丝氨酸,就可在-70 ℃下保存 半年。请回答下列问题。 (1)从上述资料可知,若要改变干扰素的功能,可以考虑对干扰素的 进行改造。 (2)对干扰素进行改造,应该直接对 (填“干扰素分子” 或“干扰素的 cDNA”)进行操作,原因是 。 答案:(1)氨基酸序列
(2)干扰素的cDNA①蛋白质的结构由基因决定，蛋白质不能直接遗传，基因可以 遗传；②对基因进行改造比对蛋白质进行改造要容易 8.胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射入人体后，会堆积在皮下，要经过 较长时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易被分解，治疗效果受到影响。 下图是用蛋白质工程设计的速效胰岛素的生产过程。据图回答下列问题。 生化制备 X射线 与重折叠 胰岛素 晶体衍射 结晶 新的胰岛素 高级结构 在大肠杆菌或其 计算机设 他细胞中表达 计及作图 新的胰岛素基因 人工合成DNA 新的胰岛素模型 (1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依 据是 (2)通过DNA合成形成的新基因应与」 结合后转移到 中才能得到准确表达。 (3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有 和发酵工程。 (4)图中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是 答案()新的胰岛素的预期功能 (2)载体大肠杆菌等受体细胞 (3)蛋白质工程基因工程 (4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利 用DNA合成仪来合成新的胰岛素基因 拓展提高 1.1-抗胰蛋白酶缺乏症是一种单基因遗传病，患者成年后会出现肺气肿及其他疾 病，严重者甚至死亡。利用基因工程技术将控制该酶合成的基因导入羊的受精卵， 最终培育出能在乳腺细胞表达人1-抗胰蛋白酶的转基因羊，从而更容易获得这 种酶。 1-抗胰蛋白酶基因 mr、 载体○ 导人受精卵一转基因羊 绿色荧光 蛋白基因 下列关于该过程的叙述，错误的是( A.载体上绿色荧光蛋白基因的作用是便于筛选含有目的基因的受体细胞
(2)干扰素的 cDNA ①蛋白质的结构由基因决定,蛋白质不能直接遗传,基因可以 遗传;②对基因进行改造比对蛋白质进行改造要容易 8.胰岛素可以用于治疗糖尿病,但是胰岛素被注射入人体后,会堆积在皮下,要经过 较长时间才能进入血液,而进入血液的胰岛素又容易被分解,治疗效果受到影响。 下图是用蛋白质工程设计的速效胰岛素的生产过程。据图回答下列问题。 (1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键,图中构建新的胰岛素模型的主要依 据是 。 (2)通过 DNA 合成形成的新基因应与 结合后转移到 中才能得到准确表达。 (3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素,需用到的生物工程有 、 和发酵工程。 (4)图中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是 。 答案:(1)新的胰岛素的预期功能 (2)载体 大肠杆菌等受体细胞 (3)蛋白质工程 基因工程 (4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列,推测出其基因中的脱氧核苷酸序列,然后利 用 DNA 合成仪来合成新的胰岛素基因 拓展提高 1.α1-抗胰蛋白酶缺乏症是一种单基因遗传病,患者成年后会出现肺气肿及其他疾 病,严重者甚至死亡。利用基因工程技术将控制该酶合成的基因导入羊的受精卵, 最终培育出能在乳腺细胞表达人 α1-抗胰蛋白酶的转基因羊,从而更容易获得这 种酶。 下列关于该过程的叙述,错误的是( ) A.载体上绿色荧光蛋白基因的作用是便于筛选含有目的基因的受体细胞
B.将目的基因与在羊膀胱细胞中特异性表达的基因连接在一起，导入羊受精卵，将 会更加容易得到1-抗胰蛋白酶 C培养出的转基因羊的所有细胞中都含有该目的基因，故该羊有性生殖产生的后 代也都能产生1-抗胰蛋白酶 D.目的基因与载体的重组过程需要DNA连接酶的催化 答案：C 解析：载体上绿色荧光蛋白基因作为标记基因，可用于筛选含目的基因的受体细 胞，A项正确。将目的基因与在羊膀胱细胞中特异性表达的基因连在一起，导入羊 受精卵，制得膀胱生物反应器，获取产品将不受性别和发育时期的限制，B项正 确。转基因羊有性生殖产生的后代会发生性状分离，有的子代不再具有转基因生 物的特性，C项错误。目的基因与载体的重组需要DNA连接酶的催化，D项正 确。 2科研小组利用蛋白质工程将某细胞中的一种转运蛋白X进行改造，并使改造后 的转运蛋白X基因在细胞中正常表达。下列说法正确的是() A.该过程不需要构建基因表达载体 B.该过程需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶 C经改造后的蛋白质不需要再进行功能鉴定 D经改造后的基因在表达过程中不遵循中心法则 答案B 解析：要想改造转运蛋白X,需对控制转运蛋白X合成的基因进行改造，需构建基 因表达载体。基因表达载体的构建需要限制酶和DNA连接酶。经改造后的蛋 白质仍需要再进行功能鉴定。经改造后的基因在表达过程中遵循中心法则。 3.下列关于植物、动物以及微生物在基因工程的应用方面的叙述错误的是 () A.动物、植物、微生物可以生产基因工程药物 B.三类生物技术操作中将目的基因导入受体细胞的方式相同 C.三类生物技术操作的原理相同 D.三类生物技术操作中用到的工具酶相同 答案B 解析：将目的基因导入植物、动物以及微生物细胞的方式不同。 4.下列有关蛋白质工程的说法，错误的是( ) A蛋白质工程不需要构建基因表达载体 B.通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的是自然界没有的蛋白质 C.蛋白质工程需要限制酶和DNA连接酶 D.蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质的
B.将目的基因与在羊膀胱细胞中特异性表达的基因连接在一起,导入羊受精卵,将 会更加容易得到 α1-抗胰蛋白酶 C.培养出的转基因羊的所有细胞中都含有该目的基因,故该羊有性生殖产生的后 代也都能产生 α1-抗胰蛋白酶 D.目的基因与载体的重组过程需要 DNA 连接酶的催化 答案:C 解析:载体上绿色荧光蛋白基因作为标记基因,可用于筛选含目的基因的受体细 胞,A 项正确。将目的基因与在羊膀胱细胞中特异性表达的基因连在一起,导入羊 受精卵,制得膀胱生物反应器,获取产品将不受性别和发育时期的限制,B 项正 确。转基因羊有性生殖产生的后代会发生性状分离,有的子代不再具有转基因生 物的特性,C 项错误。目的基因与载体的重组需要 DNA 连接酶的催化,D 项正 确。 2.科研小组利用蛋白质工程将某细胞中的一种转运蛋白 X 进行改造,并使改造后 的转运蛋白 X 基因在细胞中正常表达。下列说法正确的是( ) A.该过程不需要构建基因表达载体 B.该过程需要限制性内切核酸酶和 DNA 连接酶 C.经改造后的蛋白质不需要再进行功能鉴定 D.经改造后的基因在表达过程中不遵循中心法则 答案:B 解析:要想改造转运蛋白 X,需对控制转运蛋白 X 合成的基因进行改造,需构建基 因表达载体。基因表达载体的构建需要限制酶和 DNA 连接酶。经改造后的蛋 白质仍需要再进行功能鉴定。经改造后的基因在表达过程中遵循中心法则。 3.下列关于植物、动物以及微生物在基因工程的应用方面的叙述,错误的是 ( ) A.动物、植物、微生物可以生产基因工程药物 B.三类生物技术操作中将目的基因导入受体细胞的方式相同 C.三类生物技术操作的原理相同 D.三类生物技术操作中用到的工具酶相同 答案:B 解析:将目的基因导入植物、动物以及微生物细胞的方式不同。 4.下列有关蛋白质工程的说法,错误的是( ) A.蛋白质工程不需要构建基因表达载体 B.通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的是自然界没有的蛋白质 C.蛋白质工程需要限制酶和 DNA 连接酶 D.蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质的
答案：A 解析：蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础， 通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生 产和生活的需求，故需要构建基因表达载体，也需要限制酶和DNA连接酶，A项错 误，B、C两项正确。蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质的，D项正确。 挑战创新 科学家对鼠源杂交瘤抗体进行改造，生产出效果更好的鼠一人嵌合抗体，用于癌症 治疗。下图表示形成鼠一人嵌合抗体的过程，据图回答下列问题。 可变区 恒定区 鼠抗体 可变区 目目 嵌合抗体 恒定区 人抗体 (1)改造鼠源杂交瘤抗体，生产鼠一人嵌合抗体，属于 (生物工程)的范畴。 (2)图示过程是从预期的 出发，设 计 最终必须对」 进行操作，此操作中改变的 是 (3)经过改造的鼠一人嵌合抗体，与鼠源杂交瘤抗体相比较，突出的优点是 (从免疫角度考虑) (4)对科学家来说，上述过程中难度最大的是 答案(1)蛋白质工程 (2)嵌合抗体功能嵌合抗体的结构基因基因的碱基序列 (3)使人体的不良反应减少 (4)设计嵌合抗体的空间结构 解析：(1)通过题图可知，鼠一人嵌合抗体是通过人工设计而形成的具有特定功能 的蛋白质，其生产过程应属于蛋白质工程的范畴。 (2)蛋白质工程的基本思路：预期蛋白质的功能→设计预期的蛋白质结构→推测应 有的氨基酸序列→找到并改变相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。 (3)从免疫的角度考虑，对人体来说鼠源抗体为抗原，若利用人的抗体与之嵌合，则 免疫排斥反应会减轻，对人体的副作用会减少。 (4)由于蛋白质的空间结构比较复杂，不易确定，所以成为蛋白质工程中最大的障 碍
答案:A 解析:蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础, 通过改造或合成基因,来改造现有蛋白质,或制造一种新的蛋白质,以满足人类生 产和生活的需求,故需要构建基因表达载体,也需要限制酶和 DNA 连接酶,A 项错 误,B、C 两项正确。蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质的,D 项正确。 挑战创新 科学家对鼠源杂交瘤抗体进行改造,生产出效果更好的鼠—人嵌合抗体,用于癌症 治疗。下图表示形成鼠—人嵌合抗体的过程,据图回答下列问题。 (1)改造鼠源杂交瘤抗体,生产鼠—人嵌合抗体,属于 (生物工程)的范畴。 (2)图示过程是从预期的 出发,设 计 ,最终必须对 进行操作,此操作中改变的 是 。 (3)经过改造的鼠—人嵌合抗体,与鼠源杂交瘤抗体相比较,突出的优点是 (从免疫角度考虑)。 (4)对科学家来说,上述过程中难度最大的是 。 答案:(1)蛋白质工程 (2)嵌合抗体功能 嵌合抗体的结构 基因 基因的碱基序列 (3)使人体的不良反应减少 (4)设计嵌合抗体的空间结构 解析:(1)通过题图可知,鼠—人嵌合抗体是通过人工设计而形成的具有特定功能 的蛋白质,其生产过程应属于蛋白质工程的范畴。 (2)蛋白质工程的基本思路:预期蛋白质的功能→设计预期的蛋白质结构→推测应 有的氨基酸序列→找到并改变相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。 (3)从免疫的角度考虑,对人体来说鼠源抗体为抗原,若利用人的抗体与之嵌合,则 免疫排斥反应会减轻,对人体的副作用会减少。 (4)由于蛋白质的空间结构比较复杂,不易确定,所以成为蛋白质工程中最大的障 碍