新教材适用2024版高考生物二轮总复习第1部分核心考点突破专题9生物技术与工程第3讲基因工程与生物技

核心考点二 蛋白质工程和生物技术的安全性和伦理问题
1.蛋白质工程
(1)基本思路：预期蛋白质功能→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或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。

(2)蛋白质工程难度很大的原因：蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，而这种高级结构往往十分复杂。

(3)对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成来实现。

2.生物技术的安全性与伦理性
(1)转基因产品的安全性。

①转基因成果⎩⎪⎨⎪⎧ 转基因微生物方面 研究最早、最 广泛和取得实际应用成果最多转基因动物方面转基因植物方面
②理性看待转基因技术
(2)生殖性克隆人的伦理问题。

①治疗性克隆与生殖性克隆 类型
项目
治疗性克隆 生殖性克隆 区别
目的 治疗疾病 用于生育、获得人的复制品 产物 细胞、组织、器官 新个体 联系 都属于无性生殖；遗传信息不变
②中国政府态度：不反对治疗性克隆，反对生殖性克隆。

(3)试管婴儿和设计试管婴儿的比较
①图示过程中①②③是试管婴儿的培育过程，①②④⑤是设计试管婴儿的培育过程。

②后者比前者多了胚胎移植前的“遗传学诊断”或“基因检测”。

③前者主要是解决不孕夫妇的生育问题，后者可用于白血病、贫血症等的治疗。

④相同点：都是体外受精，并进行体外胚胎培养，都要经过胚胎移植，都是有性生殖。

(4)禁止生物武器。

①生物武器的种类：致病菌、病毒、生化毒剂等。

②中国政府的态度：在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器，并反对生物武器
及其技术和设备的扩散。

真题感悟
常考题型一蛋白质工程
典例1 (2022·重庆卷)将人胰岛素A链上1个天冬氨酸替换为甘氨酸，B链末端增加2个精氨酸，可制备出一种人工长效胰岛素。

下列关于该胰岛素的叙述，错误的是( A ) A．进入人体后需经高尔基体加工
B．比人胰岛素多了2个肽键
C．与人胰岛素有相同的靶细胞
D．可通过基因工程方法生产
【解析】胰岛素作用于细胞表面的受体，不需要经高尔基体的加工，A错误；人工长效胰岛素比人胰岛素的B链上多了两个精氨酸，氨基酸与氨基酸之间通过肽键连接，故多2个肽键，B正确；人工胰岛素和人胰岛素作用相同，都是降血糖的作用，故靶细胞相同，C 正确；人工长效胰岛素是对天然蛋白质的改造，需要通过基因工程生产，D正确。

典例 2 (广东卷)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( C )
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
【解析】蛋白质工程的基本途径是从预期蛋白质(目的肽多肽药物)的功能(抗菌性强但溶血性弱)出发→设计预期蛋白质的空间结构→推测应有的氨基酸序列(即C项表述)→合成相应的基因(即A项表述)→构建相应的基因表达载体(即B项表述)→导入受体细胞，相应基因的表达与鉴定(即D项表述)。

从中可看出，首先要做的是依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽，故选C。

典例 3 (2022·湖南卷)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是氨基酸序列多肽链，物质b是 mRNA 。

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，原因是密码子的简并性。

(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从基因文库中获取目的基因、通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成和利用PCR技术扩增。

PCR
技术遵循的基本原理是 DNA半保留复制。

(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种类(填“种类”或“含量”)有关，导致其活性不同的原因是提取的水蛭蛋白的酶解时间和处理的酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏。

(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取3支试管，分别加入等量的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；用酒精消毒，用注射器取同一种动物(如家兔)血液，立即将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，静置相同时间，统计三支试管中血液凝固时间。

【解析】(1)据图可知，物质a是氨基酸序列多肽链，物质b是mRNA。

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，原因是密码子的简并性，即一种氨基酸可能有几个密码子。

(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从基因文库中获取目的基因、通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成和利用PCR技术扩增。

PCR技术遵循的基本原理是DNA双链复制。

(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，据图可知，水解产物中的肽含量随着酶解时间的延长均上升，且差别不大；而水解产物中抗凝血活性有差异，经酶甲处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后相对稳定，经酶乙处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后下降，且酶甲处理后的酶解产物的抗凝血活性最终高于经酶乙处理后的酶解产物的抗凝血活性，差异明显，据此推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的种类有关，导致其活性不同的原因是提取的水蛭蛋白的酶解时间和酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏。

(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，实验设计思路为：取3支试管，分别加入等量的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；用酒精消毒，用注射器取同一种动物(如家兔)血液，立即将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，静置相同时间，统计三支试管中血液凝固时间。

典例4 (2022·天津卷)Ⅰ型糖尿病是因免疫系统将自身胰岛素作为抗原识别而引起的自身免疫病。

小肠黏膜长期少量吸收胰岛素抗原，能诱导免疫系统识别该抗原后应答减弱，从而缓解症状。

科研人员利用Ⅰ型糖尿病模型小鼠进行动物实验，使乳酸菌在小鼠肠道内持续产生人胰岛素抗原，为此构建重组表达载体，技术路线如下。

据图回答：
(1)为使人胰岛素在乳酸菌中高效表达，需改造其编码序列。

下图是改造前后人胰岛素B链编码序列的起始30个核苷酸序列。

据图分析，转录形成的mRNA中，该段序列所对应的片段内存在碱基替换的密码子数有 6 个。

(2)在人胰岛素A、B肽链编码序列间引入一段短肽编码序列，确保等比例表达A、B肽链。

下列有关分析正确的是 ABCD 。

A．引入短肽编码序列不能含终止子序列
B．引入短肽编码序列不能含终止密码子编码序列
C．引入短肽不能改变A链氨基酸序列
D．引入短肽不能改变原人胰岛素抗原性
(3)在重组表达载体中，SacⅠ和XbaⅠ限制酶仅有图示的酶切位点。

用这两种酶充分酶切重组表达载体，可形成 3 种DNA片段。

(4)检测转化的乳酸菌发现，信号肽—重组人胰岛素分布在细胞壁上。

由此推测，信号肽的合成和运输所经历的细胞结构依次是核糖体、细胞质基质、细胞膜、细胞壁。

(5)用转化的乳酸菌饲喂Ⅰ型糖尿病模型小鼠一段时间后，小鼠体内出现人胰岛素抗原，能够特异性识别它的免疫细胞有 AB 。

A．B细胞B．T细胞
C．吞噬细胞D．浆细胞
【解析】(1)从图示可知，改造前后人胰岛素B链编码序列的起始30个核苷酸序列有7个核苷酸发生了替换，则其转录形成的mRNA中，也会有7个核苷酸发生改变，一个密码子由mRNA上三个连续的碱基组成，由此可知，该段序列所对应的片段内存在碱基替换的密码子数有6个。

(2)要确保等比例表达A、B肽链，则需A、B肽链一起合成，即启动子和终止子在人胰岛素A、B链编码序列两端，在其中间加入一段短肽编码序列后，序列中间不能出现终止子，所转录得到的mRNA中间也不能出现终止密码子，同时不能改变肽链的氨基酸
序列和它的功能，综上，答案选ABCD。

(3)在重组表达载体中，SacⅠ和XbaⅠ限制酶切位点分别有2个和1个，当将重组表达载体用SacⅠ和XbaⅠ限制酶充分酶切后，会形成3个缺口，得到3种不同的DNA片段。

(4)乳酸菌属于原核细胞，其细胞壁上的信号肽在核糖体上合成后，到细胞质基质中加工，再将其运输到细胞膜上，进而转移到细胞壁。

(5)人胰岛素抗原能引起小鼠的特异性免疫，在特异性免疫过程中，B细胞和T细胞能特异性识别抗原，而吞噬细胞能识别抗原，但不是特异性识别，浆细胞不能识别抗原。

归纳提升：
蛋白质工程与基因工程的比较
项目蛋白质工程基因工程
区别
过程
预期的蛋白质功能→设计预期的蛋白
质结构→推测应有的氨基酸序列→找到
并改变相应的脱氧核苷酸序列(基因)或
合成新的基因→获得蛋白质
获取目的基因→构建基因表达载体
→将目的基因导入受体细胞→目的
基因的检测与鉴定
实质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，以获得人
类所需的生物类型或生物产品
结果生产自然界中没有的蛋白质生产自然界中已有的蛋白质
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，是对现有蛋白
质的改造或制造新的蛋白质，必须通过改造或合成基因实现
常考题型二生物技术的安全性和伦理问题
典例5 (2023·浙江1月卷)以哺乳动物为研究对象的生物技术已获得了长足
的进步。

对生物技术应用于人类，在安全与伦理方面有不同的观点，下列叙述正确的是( D ) A．试管婴儿技术应全面禁止
B．治疗性克隆不需要监控和审查
C．生殖性克隆不存在伦理道德方面的风险
D．我国不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验
【解析】我国政府一再重申四不原则：不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验，但治疗性克隆可在有效监控和严格审查下实施，A错误；我国政府同样重视治疗性克隆所涉及的伦理问题，主张对治疗性克隆进行有效监控和严格审查，B错误；生殖性克隆人冲击了现有的一些有关婚姻、家庭和两性关系的伦理道德观念，C错误；我国政府一再重申四不原则：不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验，D正确。

故选D。

典例 6 (2019·江苏卷)下列生物技术操作对遗传物质的改造，不会遗传给子代的是( D )
A．将胰岛素基因表达质粒转入大肠杆菌，筛选获得基因工程菌
B．将花青素代谢基因导入植物体细胞，经组培获得花色变异植株
C．将肠乳糖酶基因导入奶牛受精卵，培育出产低乳糖牛乳的奶牛
D．将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后回输患者，进行基因治疗
【解析】将含胰岛素基因表达载体的重组质粒转入大肠杆菌获得的转基因菌，可以通过二分裂将胰岛素基因传给后代，A不符合题意；将花青素代谢基因导入植物体细胞，再经植物组织培养获得的植株所有细胞均含有花青素代谢基因，花青素代谢基因会随该植物传给后代，B不符合题意；将肠乳糖酶基因导入奶牛受精卵，培育出产低乳糖牛乳的奶牛所有细胞均含有肠乳糖酶基因，可以遗传给后代，C不符合题意；该患者进行基因治疗时，只有淋巴细胞含有该腺苷酸脱氨酶基因，性原细胞不含该基因，故不能遗传给后代，D符合题意。

典例7 (重庆卷)生物技术安全性和伦理问题是社会关注的热点。

下列叙述，错误的是( D )
A．应严格选择转基因植物的目的基因，避免产生对人类有害的物质
B．当今社会的普遍观点是禁止克隆人的实验，但不反对治疗性克隆
C．反对设计试管婴儿的原因之一是有人滥用此技术选择性设计婴儿
D．生物武器是用微生物、毒素、干扰素及重组致病菌等来形成杀伤力
【解析】在应用基因工程技术培育转基因植物时，应避免选择可能产生对人类有害物质的目的基因，A项正确；在对克隆技术引发的伦理问题的争论中，普遍的观点是禁止克隆人的实验，但不反对治疗性克隆，B项正确；在对胚胎工程技术引发的伦理问题的争论中，反对设计试管婴儿的原因之一是可能有人滥用此技术选择性设计婴儿，C项正确；生物武器种类包括致病菌、病毒、基因重组的致病菌、生化毒剂等，不包括干扰素，干扰素是动物细胞在受到某些病毒感染后分泌的具有抗病毒功能的宿主特异性糖蛋白，D项错误。

典例8 (江苏卷)下列关于转基因生物安全性的叙述中，错误的是( B ) A．我国已经对转基因食品和转基因农产品强制实施了产品标识制度
B．国际上大多数国家都在转基因食品标签上警示性注明可能的危害
C．开展风险评估、预警跟踪和风险管理是保障转基因生物安全的前提
D．目前对转基因生物安全性的争论主要集中在食用安全性和环境安全性上
【解析】我国为保护消费者的知情权，已经对转基因食品和转基因农产品强制实施了产品标识制度，A项正确；转基因生物是否存在安全问题，尚在争论之中，国家为了维护消费者对转基因产品的选择权和知情权，一般会加贴标注，但不会警示性注明可能的危害，B 项错误；保障转基因生物安全的前提是开展风险评估、预警跟踪和风险管理等，C项正确；目前对转基因生物安全性的争论主要集中在食用安全性和环境安全性上，此外还有生物安全问题，D项正确。

归纳提升：
对克隆的理解
克隆是指无性繁殖系，具体地说，是指从一个共同祖先通过无性繁殖的方法繁殖出来的一群遗传特征相同的DNA分子、细胞或个体。

克隆有广义和狭义之分，广义的克隆有分子、细胞和个体三个水平的克隆；狭义的克隆是指通过细胞核移植产生重组细胞再发育成新个体。

1．分子水平的克隆：即DNA复制，如PCR扩增产生相同的基因，表达载体进入受体细胞或在生物中自我复制得到大量完全相同的基因等。

2．细胞水平的克隆：如通过细胞培养由亲代细胞分裂形成遗传信息相同的很多细胞或某些组织、器官；单克隆抗体的制备，单细胞生物如细菌进行分裂生殖等。

3．个体水平的克隆：是指通过各种生物技术获得基因型完全相同的两个或更多个体。

如通过细胞核移植、胚胎分割等产生新个体。

克隆的生殖方式属于无性生殖。