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第二、三节 基因工程的应用 蛋白质工程
1．如图表示从苏云金芽孢杆菌别离出杀虫晶体蛋白基因(简称Bt基因)及形成转基因抗虫植物的图解。
请答复：
(1)在以下含有ATP和有关的酶的试管中，大量而快捷的获取Bt基因的最正确方案是以下图中的( )
(2)写出b过程表达式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)科学家方案从哺乳动物的乳汁中提取某种抗体，应将控制抗体合成的基因导入该种动物的________________中，导入基因成功表达的标志是__________________。
(4)在我国“863”方案资助下开展Bt抗虫棉育种等研究，这将对________、________和农业可持续开展产生巨大影响。
解析：应用基因工程技术，从苏云金芽孢杆菌中提取杀虫晶体蛋白基因(目的基因)导入棉花细胞中形成转基因抗虫棉，Bt基因的表达使棉花细胞中合成了原毒素，使采食棉花的昆虫中毒死亡。要使某种动物的乳汁中含有某种抗体，目的基因一般导入受精卵中。这样，由此受精卵发育成的哺乳动物的所有体细胞中都含有目的基因。
答案：〔1〕D〔2〕Bt基因mRNA原毒素(晶体蛋白)
(3)受精卵 动物乳汁中含此种抗体 (4)农业害虫防治 环境保护
2．依据基因工程技术有关原理答复以下问题：
(1)限制性内切酶是在基因工程中用来切开DNA的酶，EcoRI是大肠杆菌的R型菌体别离而来的限制性内切酶，它总是在一定的碱基序列中切断DNA。以下的碱基序列表示的是EcoRI的识别序列，请用箭头在以下图中画出EcoRI的作用部位：
(2)获取目的基因途径有生物体内提取或________。
(3)以下图是将人类的生长激素基因导入细菌B细胞内制造“工程菌〞的示意图，所用的载体为质粒A。细菌B内不含质粒A，也不含质粒A上的基因，质粒A导入细菌B后，其上的基因能得到表达。请答复以下问题：
①简述重组质粒的主要过程________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②导入细菌B细胞的目的基因成功表达的标志是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)假设预期到某种酶的功能，要设计相应的基因，以下图示中：
①是____________；②是_______________________________________________。
答案：(1) G↓A A T T C
C T T A A↑G
(2)人工合成
(3)①用特定的限制性内切酶切割质粒，使其出现一个有黏性末端的切口；用同种限制性内切酶切割目的基因，产生相同的黏性末端；将切下的目的基因片段插入到质粒的切口处，再参加适量的DNA连接酶，使质粒与目的基因结合成重组质粒 ②受体细胞通过转录、翻译合成相应的蛋白质，即人的生长激素
(4)①分子设计 ②具有一定氨基酸序列的多肽链
▲科学家通过基因工程方法，将苏云金芽孢杆菌的Bt毒蛋白基因转入普通棉株细胞内，并成功实现了表达，从而培育出了能抗棉铃虫的棉花植株——抗虫棉。其过程大致如下图：
根据题意答复以下问题：
(1)基因工程的操作程序主要包括的四个步骤是__________________、____________________、____________________、______________________。
(2)Ti质粒是农杆菌中的一种质粒，其上有T－DNA，把目的基因插入Ti质粒的T－DNA中是利用T－DNA________________________________________的特点。
(3)将目的基因导入受体细胞的方法有很多种，该题中涉及的是____________________________。
(4)目的基因能否在棉株体内稳定维持和表达其遗传特性的关键是______________________________________，这需要通过检测才能知道，检测采用的方法是________________________________________________________________________。
答案：(1)目的基因的获得 重组载体的构建 重组载体的导入和筛选 目的基因的表达与鉴定
(2)可转移至受体细胞并且整合到受体细胞染色体的DNA上 (3)农杆菌转化法 (4)目的基因是否插入到受体细胞的染色体DNA上 DNA分子杂交技术
3．胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，要经过较长的时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此，治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图答复有关问题：
(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)假设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)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的根本思路是什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)以下关于蛋白质工程的说法，错误的选项是( )
A．蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类需要
B．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构
C．蛋白质工程能产生自然界中不曾存在的新型蛋白质分子
D．蛋白质工程与基因工程密不可分，又称为第二代基因工程
解析：(1)蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质结构进行分子设计，因此，图中构建新的胰岛素模型的依据是胰岛素的预期功能。(2)合成的目的基因应与载体构建基因表达载体后导入受体细胞中才能得以表达。(3)利用蛋白质工程生产自然界原本不存在的蛋白质，需对原有的胰岛素进行改造，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，人工合成新的胰岛素基因，形成目的基因，改造好的目的基因需通过基因工程来生产基因产物，并且在生产过程中要借助工程菌，所以还需要进行发酵，因此该过程涉及蛋白质工程、基因工程和发酵工程。(4)由新的蛋白质模型到构建新的基因，其根本设计思路是根据新的蛋白质中氨基酸的序列，推测出基因中的脱氧核苷酸序列。然后用DNA合成仪直接合成出新的基因。(5)由于基因决定蛋白质，因此，要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造基因来完成，而不是直接对蛋白质分子进行操作。
答案：(1)蛋白质的预期功能 (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合成仪来合成出新的胰岛素基因 (5)B
4．胰岛素是治疗糖尿病的重要药物。如图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，请据图作答。
(1)判断某人患糖尿病的主要方法有________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)能否利用人的皮肤细胞来完成①过程？________________________________________________________________________，
为什么？________________________________________________________________________。
(3)为使过程⑧更易进行，可用________处理D的细胞壁。D细胞一般选用大肠杆菌或枯草杆菌的原因是________________________________________________________________________。
(4)以下图A～D段表示质粒的某片段，假设B表示启动子，为使目的基因直接表达，目的基因C插入的最正确位点是图中的________处(填数字序号)。
(5)根治糖尿病的最正确方法是________。
(6)基因工程其他方面的应用，如被用于培育转胰蛋白酶抑制剂基因的蔬菜，但假设对该蔬菜处理不当，可能给人体带来的负面影响是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)糖尿病患者空腹时的血糖浓度持续高于160～180 mg/dL，且尿液中含有糖。
(2)胰岛素基因的表达只在胰岛B细胞内，人皮肤细胞内虽有胰岛素基因，但不表达。(3)过程⑧是将目的基因导入大肠杆菌中，可用Ca2＋处理受体细胞，使之处于感受态。大肠杆菌、枯草杆菌繁殖速度快，目的基因表达迅速，故作受体细胞。(4)启动子位于基因的首端，以驱动基因转录出mRNA。(5)通过基因治疗可根治糖尿病。(6)转胰蛋白酶抑制剂基因的表达产物胰蛋白酶抑制剂可能会抑制人胰蛋白酶活性，从而影响食物的消化。
答案：(1)空腹时的血糖浓度持续高于160～180 mg/dL，或尿液中有糖 (2)不能 皮肤细胞中的胰岛素基因不表达，不能形成胰岛素mRNA (3)CaCl2(或Ca2＋) 繁殖速度快，目的基因表达迅速 (4)③ (5)基因治疗 (6)胰蛋白酶抑制剂会抑制人的胰蛋白酶的活性，影响食物蛋白的消化
5．(2021·镇江模拟)豇豆对多种害虫具有抗性，根本原因是豇豆体内具有胰蛋白酶抑制剂基因(CpTI基因)。科学家将其转移到水稻体内后，却发现效果不理想，主要原因是CpTI蛋白质的积累量缺乏。经过在体外对CpTI基因进行修饰后，CpTI蛋白质在水稻中的积累量得到了提高。修饰和表达过程如下图：
请根据以上材料，答复以下问题：
(1)CpTI基因是该基因工程中的________基因，“信号肽〞序列及“内质网滞留信号〞序列的根本组成单位是________________，A物质的根本单位是______________，在①过程中，首先要用________酶切开，暴露出________，再用________酶连接。
(2)在该基因工程中，供体细胞来自________，假设受体细胞是水稻的体细胞，应如何进行操作才能获得抗虫水稻__________________。此外，还常用水稻的________作受体细胞。
(3)②过程称为________。
(4)检测修饰后的CpTI基因是否表达的最好方法是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)目的 (四种)脱氧核苷酸 (四种)核糖核苷酸 限制性内切 黏性末端 DNA连接
(2)豇豆 将体细胞进行组织培养 受精卵 (3)转录 (4)让多种害虫食用水稻叶片
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