2019版高考生物一輪復(fù)習(xí) 現(xiàn)代生物科技專題 第1講 基因工程學(xué)案 蘇教版

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1、 第1講　基因工程 考綱要求 全國卷五年考情 1.基因工程的誕生(Ⅰ) 無考題 2.基因工程的原理及技術(shù)(含PCR技術(shù))(Ⅱ) 2017·卷ⅠT38，2017·卷ⅡT38，2017·卷ⅢT38，2016·卷ⅠT40，2016·卷ⅢT40，2015·卷ⅠT40 3.基因工程的應(yīng)用(Ⅱ) 2014·卷ⅡT40，2013·卷ⅠT40 4.蛋白質(zhì)工程(Ⅰ) 2015·卷ⅠT40，2015·卷ⅡT40，2013·卷ⅠT40 考點一| 基因工程的基本工具 (對應(yīng)學(xué)生用書第241頁) [識記—基礎(chǔ)梳理] 1．基因工程的概念及優(yōu)點 (1)概念：是指在體外通過人工“剪

2、切”和“拼接”等方法，對生物的基因進行改造和重新組合，然后導(dǎo)入受體細胞，并使重組基因在受體細胞中表達，產(chǎn)生人類需要的基因產(chǎn)物的技術(shù)。 (2)遺傳原理：基因重組。 (3)優(yōu)點： ①與雜交育種相比：克服了遠緣雜交不親和的障礙。 ②與誘變育種相比：能定向改造生物的遺傳性狀。 2．基因工程的基本工具 (1)限制性核酸內(nèi)切酶 ①來源：主要從原核生物中分離純化而來。 ②作用：識別特定的核苷酸序列并切開相應(yīng)兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵。 ③結(jié)果：產(chǎn)生黏性末端或平末端。 (2)DNA連接酶 常用類型 E-coli DNA連接酶 T4DNA連接酶 來源 大腸桿菌 T4噬菌體 功能

3、 連接黏性末端 連接黏性末端和平末端 結(jié)果 恢復(fù)被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵 (3)載體 ②其他載體：λ噬菌體衍生物、動植物病毒等。 [理解—深化探究] 1．限制酶 (1)識別序列的特點：呈現(xiàn)堿基互補對稱，無論是奇數(shù)個堿基還是偶數(shù)個堿基，都可以找到一條中心軸線，如，以中心線為軸，兩側(cè)堿基互補對稱；以為軸，兩側(cè)堿基互補對稱。 (2)切割后末端的種類 2．限制酶和DNA連接酶的關(guān)系 (1)限制酶和DNA連接酶的作用部位都是磷酸二酯鍵。 (2)限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在該酶的識別序列或識別序列已經(jīng)被修飾。 (3)DNA連

4、接酶起作用時，不需要模板。 3．載體 (1)條件與目的 條件 目的 穩(wěn)定并能復(fù)制 目的基因穩(wěn)定存在且數(shù)量可擴大 有一個至多個限制酶切割位點 可攜帶多個或多種外源基因 具有特殊的標(biāo)記基因 便于重組DNA的鑒定和選擇 (2)作用 ①作為運載工具，將目的基因轉(zhuǎn)移到宿主細胞內(nèi)。 ②利用它在宿主細胞內(nèi)對目的基因進行大量復(fù)制。 [運用—考向?qū)歖 1．下表是幾種限制酶識別序列及其切割位點，圖1、圖2中標(biāo)注了相關(guān)限制酶的酶切位點，其中切割位點相同的酶不重復(fù)標(biāo)注。請回答下列問題： 限制酶 BamHⅠ BclⅠ Sau3AⅠ HindⅢ 識別序列及切割位點 ↓ GG

5、ATCC CCTAGG ↑ ↓TGATCA ACTAGT ↑ ↓ GATC CTAG ↑ ↓ AAGCTT TTCGAA ↑ 圖1　　　　　　　　　圖2 (1)用圖中質(zhì)粒和目的基因構(gòu)建重組質(zhì)粒，應(yīng)選用________兩種限制酶切割，酶切后的載體和目的基因片段，通過________酶作用后獲得重組質(zhì)粒。為了擴增重組質(zhì)粒，需將其轉(zhuǎn)入處于________態(tài)的大腸桿菌。 (2)為了篩選出轉(zhuǎn)入了重組質(zhì)粒的大腸桿菌，應(yīng)在篩選平板培養(yǎng)基中添加________，平板上長出的菌落，常用PCR鑒定，所用的引物組成為圖2中________。 (3)若BamHⅠ酶切的DNA末端與

6、BclⅠ酶切的DNA末端連接，連接部位的6個堿基對序列為________，對于該部位，這兩種酶________(填“都能”、“都不能”或“只有一種能”)切開。 (4)若用Sau3AⅠ切圖1質(zhì)粒最多可能獲得________種大小不同的DNA片段。 [解析]　(1)選擇的限制酶應(yīng)在目的基因兩端且在質(zhì)粒中存在識別位點，故可以用來切割的限制酶為BclⅠ、HindⅢ、BamHⅠ和Sau3AⅠ，但由于BamHⅠ和Sau3AⅠ可能使質(zhì)粒中的啟動子丟失或破壞抗性基因，所以應(yīng)選用BclⅠ、HindⅢ兩種限制酶切割。酶切后的載體和目的基因片段，通過DNA連接酶作用后獲得重組質(zhì)粒。為了擴增重組質(zhì)粒，需將其轉(zhuǎn)入感

7、受態(tài)的大腸桿菌中，使其增殖。(2)根據(jù)質(zhì)粒上抗性基因，為了篩選出轉(zhuǎn)入了重組質(zhì)粒的大腸桿菌，應(yīng)在篩選平板培養(yǎng)基中添加四環(huán)素。平板上長出的菌落，常用PCR鑒定，目的基因DNA受熱變性后解鏈為單鏈，引物需要與單鏈兩端相應(yīng)互補序列結(jié)合，故所用引物組成是圖2中的引物甲和引物丙。(3)若BamHⅠ酶切的DNA末端和BclⅠ酶切的DNA末端連接，連接部位的6個堿基對序列為，由于兩種酶均不能識別該部位的堿基對序列，所用兩種酶都不能切開該部位。(4)根據(jù)BclⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ的酶切位點，Sau3AⅠ在質(zhì)粒上有三個酶切位點，完全酶切可得到記為A、B、C三種片段，若部分位點被切開，可得到AB、AC、BC

8、、ABC四種片段，所以用Sau3AⅠ切質(zhì)粒最多可能獲得7種大小不同的DNA片段。 [答案]　(1)BclⅠ和HindⅢ　DNA連接　感受 (2)四環(huán)素　引物甲和引物丙 (3)　都不能　(4)7 2．(2018·德州模擬)下面為大腸桿菌及質(zhì)粒載體的結(jié)構(gòu)模式圖，據(jù)圖回答下列問題： (1)a代表的物質(zhì)和質(zhì)粒的化學(xué)本質(zhì)都是____________________，二者還具有其他共同點，如①____________，②____________(寫出兩條即可)。 (2)若質(zhì)粒DNA分子的切割末端為，則與之連接的目的基因切割末端應(yīng)為________；可使用________把質(zhì)粒和目的基因連接

9、在一起。 (3)氨芐青霉素抗性基因在質(zhì)粒DNA上稱為________________，其作用是______________________________________________________________。 (4)下列常在基因工程中用作載體的是(　　) A．蘇云金芽孢桿菌抗蟲基因 B．土壤農(nóng)桿菌環(huán)狀RNA分子 C．大腸桿菌的質(zhì)粒 D．動物細胞的染色體 [解析]　(1)a代表的物質(zhì)是擬核DNA分子，質(zhì)粒是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單、獨立于細菌擬核之外的小型環(huán)狀DNA分子，兩者都能自我復(fù)制，并蘊含遺傳信息。(2)質(zhì)粒DNA分子的切割末端能夠與目的基因切割末端發(fā)生堿基互補配對，

10、可使用DNA連接酶將它們連接在一起。(3)質(zhì)粒DNA分子上的氨芐青霉素抗性基因可以作為標(biāo)記基因，便于對重組DNA進行鑒定和篩選。(4)作為載體必須具備的條件：①在宿主細胞中能保存下來并能大量復(fù)制；②有多個限制性核酸內(nèi)切酶切點；③有一定的標(biāo)記基因，便于篩選。常用的載體有質(zhì)粒、λ噬菌體的衍生物、動植物病毒等。蘇云金芽孢桿菌抗蟲基因一般作為目的基因；土壤農(nóng)桿菌環(huán)狀RNA分子不容易在宿主細胞內(nèi)保存；動物細胞染色體的主要成分是DNA和蛋白質(zhì)，不能被限制性核酸內(nèi)切酶切割，因此不能用作載體。 [答案]　(1)DNA　能夠自我復(fù)制 　具有遺傳特性 (2)　DNA連接酶　(3)標(biāo)記基因　供重組DNA的鑒定和

11、選擇　(4)C [技法總結(jié)] 確定選擇限制酶種類的方法 1．根據(jù)目的基因兩端的限制酶切點確定限制酶的種類 (1)應(yīng)選擇切點位于目的基因兩端的限制酶，如圖甲可選擇PstⅠ。 (2)不能選擇切點位于目的基因內(nèi)部的限制酶，如圖甲不能選擇SmaⅠ。 (3)為避免目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化和隨意連接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，如圖甲也可選擇用PstⅠ和EcoRⅠ兩種限制酶(但要確保質(zhì)粒上也有這兩種酶的切點)。 2．根據(jù)質(zhì)粒的特點確定限制酶的種類 (1)所選限制酶要與切割目的基因的限制酶相一致，以確保具有相同的黏性末端

12、。 (2)質(zhì)粒作為載體必須具備標(biāo)記基因等，所以所選擇的限制酶盡量不要破壞這些結(jié)構(gòu)，如圖乙中限制酶SmaⅠ會破壞標(biāo)記基因；如果所選酶的切點不止一個，則切割重組后可能丟失某些片段，若丟失的片段含復(fù)制起點區(qū)，則切割重組后的片段進入受體細胞后不能自主復(fù)制。 考點二| 基因工程的操作程序及應(yīng)用 (對應(yīng)學(xué)生用書第243頁) [識記—基礎(chǔ)梳理] 1．基因工程的基本操作程序 (1)目的基因的獲取方法 ①從基因文庫中獲取。 ②利用PCR技術(shù)擴增。 ③通過化學(xué)方法人工合成。 (2)基因表達載體的構(gòu)建 ①目的 a．使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代。 b．使目的基因能夠表

13、達和發(fā)揮作用。 ②組成及作用(連線) 　　　　　　　 Ⅰ.目的基因　　　　 Ⅱ.啟動子 b．轉(zhuǎn)錄的終點 Ⅲ.終止子 c．鑒別受體細胞中是否含有目的基因 Ⅳ.標(biāo)記基因 d．能夠控制特定性狀 [答案]?、瘛猟?、颉猘?、蟆猙?、簟猚 (3)將目的基因?qū)胧荏w細胞(連線) 　　　　 　 [答案]　①—b?、凇猘、c、e?、邸猟 (4)目的基因的檢測與鑒定 方法 檢測或鑒定目的 水平 DNA分子雜交技術(shù) 檢測目的基因的有無 分子水平 分子雜交技術(shù) 目的基因是否轉(zhuǎn)錄 抗原－抗體雜交 目的基因是否翻譯 抗蟲或

14、抗病接種實驗 是否具有抗蟲抗病特性 個體水平 2.乳腺生物反應(yīng)器與工程菌生產(chǎn)藥物的比較 (1)含義 ①乳腺生物反應(yīng)器是指使外源基因在哺乳動物的乳腺中特異表達，利用動物的乳腺組織生產(chǎn)藥物蛋白。 ②工程菌是指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的菌類細胞株系。 (2)兩者區(qū)別 比較項目 乳腺生物反應(yīng)器 工程菌 基因結(jié)構(gòu) 動物基因的結(jié)構(gòu)與人類基因的結(jié)構(gòu)基本相同 細菌和酵母菌等生物基因的結(jié)構(gòu)與人類基因的結(jié)構(gòu)有較大差異 基因表達 合成的藥物蛋白與天然蛋白質(zhì)相同 細菌細胞內(nèi)沒有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細胞器，產(chǎn)生的藥物蛋白可能沒有活性 受體細胞 動物的受精卵 微生物細胞

15、 導(dǎo)入目的基因的方式 顯微注射法 感受態(tài)細胞法 生產(chǎn)條件 不需嚴格滅菌，溫度等外界條件對其影響不大 需嚴格滅菌，嚴格控制工程菌所需的溫度、pH、營養(yǎng)物質(zhì)濃度等外界條件 藥物提取 從動物乳汁中提取 從微生物細胞中提取 [理解—深化探究] 1．目的基因的獲取途徑 (1)從基因文庫中獲?。喊ɑ蚪M文庫和cDNA文庫等。 (2)人工合成目的基因的常用方法 ①化學(xué)合成法：已知核苷酸序列的較小基因，直接利用DNA合成儀用化學(xué)方法合成，不需要模板。 ②反轉(zhuǎn)錄法：以RNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶作用下人工合成。 (3)通過PCR技術(shù)擴增目的基因 利用DNA復(fù)制的原理在體外特異性的

16、復(fù)制某DNA片段以獲得大量的目的基因。 2．基因表達載體的構(gòu)建方法 3．將目的基因?qū)胧荏w細胞 生物種類 植物細胞 動物細胞 微生物細胞 常用方法 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 顯微注射法 感受態(tài)細胞法 受體細胞 體細胞 受精卵 原核細胞 轉(zhuǎn)化過程 將目的基因插入到Ti質(zhì)粒的T-DNA上→農(nóng)桿菌→導(dǎo)入植物細胞→整合到受體細胞的DNA上→表達 將含有目的基因的表達載體提純→取卵(受精卵)→顯微注射→受精卵發(fā)育→獲得具有新性狀的動物 Ca2＋處理細胞→感受態(tài)細胞→重組表達載體與感受態(tài)細胞混合→感受態(tài)細胞吸收DNA分子 4.目的基因的檢測與鑒定 [運用—考向?qū)歖

17、1．(2018·湖北武漢2月調(diào)研)如圖是獲得轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的技術(shù)流程示意圖。請回答： (1)A→B利用的技術(shù)稱為________，其中②過程需要熱穩(wěn)定的________酶才能完成。 (2)圖中將目的基因?qū)朊藁毎枰?jīng)過C過程，該過程為構(gòu)建______________，其目的是使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在且可以遺傳給下一代，并能表達。 (3)上述流程示意圖中，將目的基因?qū)朊藁毎捎玫姆椒ㄊ莀_____________法，該方法一般________(填“適宜”或“不適宜”)用于將目的基因?qū)雴巫尤~植物。 (4)從F→G的過程利用的主要技術(shù)為____________，欲確定抗蟲

18、基因在G體內(nèi)是否表達，在個體水平上需要做________實驗。如果抗蟲基因?qū)氤晒?，且與某條染色體的DNA整合起來，該轉(zhuǎn)基因抗蟲棉可視為雜合子，將該轉(zhuǎn)基因抗蟲棉自交一代，預(yù)計后代中抗蟲植株占________。 [解析]　(1)A→B是PCR技術(shù)中的操作，②過程是PCR技術(shù)中的延伸過程，需要耐熱的DNA聚合酶參與。(2)過程C是構(gòu)建基因表達載體。(3)圖中顯示，將目的基因?qū)朊藁毎姆椒ㄊ寝r(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，該方法不適于將目的基因?qū)雴巫尤~植物，這是因為農(nóng)桿菌對大多數(shù)單子葉植物沒有感染力。(4)F→G過程是將棉花體細胞培育形成新的個體，需要采用植物組織培養(yǎng)技術(shù)；檢測抗蟲基因在轉(zhuǎn)基因植株體內(nèi)是否表達

19、，在個體水平上需要做抗蟲接種實驗；假設(shè)抗蟲基因為A，則該雜合子基因型可以表示為A0，A0自交，后代中抗蟲植株A_和非抗蟲植株00分別占3/4、1/4。 [答案]　(1)PCR　Taq DNA聚合　(2)基因表達載體 (3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化　不適宜　(4)植物組織培養(yǎng)　抗蟲接種　3/4 2．(2014·全國卷Ⅱ)植物甲具有極強的耐旱性，其耐旱性與某個基因有關(guān)。若從該植物中獲得該耐旱基因，并將其轉(zhuǎn)移到耐旱性低的植物乙中，有可能提高后者的耐旱性。 回答下列問題： (1)理論上，基因組文庫含有生物的________基因；而cDNA文庫中含有生物的________基因。 (2)若要從植物甲中獲得耐

20、旱基因，可首先建立該植物的基因組文庫，再從中________出所需的耐旱基因。 (3)將耐旱基因?qū)朕r(nóng)桿菌，并通過農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將其導(dǎo)入植物________的體細胞中，經(jīng)過一系列的過程得到再生植株。要確認該耐旱基因是否在再生植株中正確表達，應(yīng)檢測此再生植株中該基因的________，如果檢測結(jié)果呈陽性，再在田間試驗中檢測植株的________是否得到提高。 (4)假如用得到的二倍體轉(zhuǎn)基因耐旱植株自交，子代中耐旱與不耐旱植株的數(shù)量比為3∶1時，則可推測該耐旱基因整合到了__________________(填“同源染色體的一條上”或“同源染色體的兩條上”)。 [解析]　(1)基因組文庫含有生

21、物的全部基因，而cDNA文庫中含有生物的部分基因。(2)植物甲具有極強的耐旱性，其耐旱性與某個基因有關(guān)，若要從植物甲中獲得耐旱基因，可首先建立該植物的基因組文庫，包含該生物的所有基因，然后再從中篩選出所需的耐旱基因。(3)若從植物甲中獲得該耐旱基因，并將其轉(zhuǎn)移到耐旱性低的植物乙中，通常采用的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。將耐旱基因?qū)胫参镆业捏w細胞后，經(jīng)過植物組織培養(yǎng)得到再生植株。要確認該耐旱基因是否在再生植株中正確表達，應(yīng)檢測該耐旱基因是否合成了相應(yīng)的蛋白質(zhì)，即檢測此再生植株中該基因的表達產(chǎn)物，如果檢測結(jié)果呈陽性，說明已經(jīng)合成了相應(yīng)的蛋白質(zhì)，這時再進行個體生物學(xué)檢測，即在田間試驗中檢測植株的耐旱性是否

22、得到提高。(4)假如用得到的二倍體轉(zhuǎn)基因耐旱植株自交，子代中耐旱和不耐旱植株的數(shù)量比為3∶1，符合基因的分離定律，說明得到的二倍體轉(zhuǎn)基因耐旱植株為雜合子，因此可推測該耐旱基因只整合到了同源染色體的一條上。 [答案]　(1)全部　部分　(2)篩選　(3)乙　表達產(chǎn)物　耐旱性　(4)同源染色體的一條上 [規(guī)律總結(jié)] 基因工程的相關(guān)知識小結(jié) 1．目的基因的插入位點不是隨意的，基因表達需要啟動子與終止子的調(diào)控，目的基因應(yīng)插入啟動子與終止子之間的部位。 2．基因工程操作過程中只有第三步(將目的基因?qū)胧荏w細胞)沒有堿基互補配對現(xiàn)象

23、。 3．農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法原理：農(nóng)桿菌易感染雙子葉植物和裸子植物，并將其Ti質(zhì)粒上的T—DNA轉(zhuǎn)移并整合到受體細胞染色體DNA上。 考點三| 蛋白質(zhì)工程及其與基因工程的關(guān)系 (對應(yīng)學(xué)生用書第244頁) [識記—基礎(chǔ)梳理] 1．蛋白質(zhì)工程 (1)緣由：基因工程原則上只能產(chǎn)生自然界已存在的蛋白質(zhì)。 (2)基礎(chǔ)：蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系。 (3)手段：基因修飾或基因合成。 (4)目的：合成滿足人類生產(chǎn)和生活需求的蛋白質(zhì)。 (5)流程圖 寫出流程圖中字母代表的含義： A．轉(zhuǎn)錄，B.翻譯，C.分子設(shè)計，D.多肽鏈，E.預(yù)期功能。 (6)結(jié)果：改造了現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造

24、出新的蛋白質(zhì)。 (7)應(yīng)用：主要集中應(yīng)用于對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，改良生物性狀。 [理解—深化探究] 蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較 1．區(qū)別 項目 蛋白質(zhì)工程 基因工程 過程 預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列 獲取目的基因→基因表達載體的構(gòu)建→將目的基因?qū)胧荏w細胞→目的基因的檢測與鑒定 實質(zhì) 定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì) 定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需的生物類型和生物產(chǎn)品 結(jié)果 可生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì) 只能生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì) 2.聯(lián)系 (1)蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代基

25、因工程。 (2)基因工程中所利用的某些酶需要通過蛋白質(zhì)工程進行修飾、改造。 [運用—考向?qū)歖 1．(2018·黑龍江大慶一中期末)鐮刀型細胞貧血癥是一種單基因遺傳病，患者的血紅蛋白分子β-肽鏈第6位氨基酸谷氨酸被纈氨酸代替，導(dǎo)致功能異常?；卮鹣铝袉栴}： (1)異常血紅蛋白的氨基酸序列改變的根本原因是編碼血紅蛋白基因的________序列發(fā)生改變。 (2)將正常的血紅蛋白基因?qū)牖颊叩墓撬柙煅杉毎?，可以合成正常的血紅蛋白達到治療的目的。此操作________(填“屬于”或“不屬于”)蛋白質(zhì)工程，理由是該操作_____________________________________

26、______________ ______________________________________________________________。 (3)用基因工程方法制備血紅蛋白時，可先提取早期紅細胞中的________，以其作為模板，在________酶的作用下反轉(zhuǎn)錄合成cDNA。cDNA與載體需在限制酶和________酶的作用下，構(gòu)建基因表達載體，導(dǎo)入受體菌后進行表達。 (4)檢測受體菌是否已合成血紅蛋白，可從受體菌中提取________，用相應(yīng)的抗體進行________雜交，若出現(xiàn)雜交帶，則表明該受體菌已合成血紅蛋白。 [解析]　(1)編碼血紅蛋白的基因中因堿基對的

27、替換導(dǎo)致編碼的氨基酸種類改變。(2)蛋白質(zhì)工程通過基因修飾或基因合成，實現(xiàn)對現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新蛋白質(zhì)。(3)因血紅蛋白基因只在早期紅細胞中表達，所以可從其中提取mRNA，以mRNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，反轉(zhuǎn)錄合成cDNA。構(gòu)建基因表達載體需要限制酶和DNA連接酶。(4)目的基因是否表達可以通過從受體菌中提取蛋白質(zhì)，進行抗原—抗體雜交實驗加以判斷。 [答案]　(1)堿基對(或脫氧核苷酸) (2)不屬于　沒有對現(xiàn)有的蛋白質(zhì)進行改造(或沒有對基因進行修飾) (3)mRNA(或RNA)　逆轉(zhuǎn)錄　DNA連接 (4)蛋白質(zhì)　抗原—抗體 2．胰島素可以用于治療糖尿病，但是胰島素被注射到

28、人體后，會堆積在皮下，并要經(jīng)過較長的時間才能進入血液中，而進入血液的胰島素又容易被分解，因此，治療效果受到影響。如圖是用蛋白質(zhì)工程設(shè)計速效胰島素的生產(chǎn)過程，請據(jù)圖回答有關(guān)問題： (1)構(gòu)建新的蛋白質(zhì)模型是蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵，圖中構(gòu)建新的胰島素模型的主要依據(jù)是__________________。 (2)人工合成的DNA與________結(jié)合后，被轉(zhuǎn)移到________中才能得到準(zhǔn)確表達。 (3)若要利用大腸桿菌生產(chǎn)速效胰島素，需用到的生物工程有____________、________和發(fā)酵工程。 (4)圖解中從新的胰島素模型到新的胰島素基因的基本思路是 _____________

29、_________________________________________________ ______________________________________________________________。 (5)下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法錯誤的是 (　　) A．蛋白質(zhì)工程能定向改造蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，使之更加符合人類的需要 B．蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對蛋白質(zhì)分子直接進行操作，定向改變其結(jié)構(gòu) C．蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生自然界中不存在的新型蛋白質(zhì)分子 D．蛋白質(zhì)工程與基因工程密不可分，又稱為第二代基因工程 [解析]　(1)蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)是根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求

30、，對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進行分子設(shè)計，因此，圖中構(gòu)建新的胰島素模型的依據(jù)是預(yù)期胰島素(即速效胰島素)的功能。(2)人工合成的目的基因與載體結(jié)合后，被導(dǎo)入受體細胞中才能得以表達。(3)利用蛋白質(zhì)工程生產(chǎn)自然界原本不存在的蛋白質(zhì)，需對原有的胰島素進行改造，根據(jù)新的胰島素中氨基酸的序列推測出其基因中的脫氧核苷酸序列，人工合成新的胰島素基因，形成目的基因，改造好的目的基因需通過基因工程來生產(chǎn)基因產(chǎn)物，并且在生產(chǎn)過程中要借助工程菌，所以還需要進行發(fā)酵，因此該過程涉及蛋白質(zhì)工程、基因工程和發(fā)酵工程。(4)由新的蛋白質(zhì)模型到構(gòu)建新的基因，其基本設(shè)計思路是根據(jù)新的蛋白質(zhì)中的氨基酸序列，推測出基因中的脫氧核苷酸序列，然后

31、用DNA合成儀直接合成出新的基因。(5)由于基因決定蛋白質(zhì)，因此，要對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計改造，最終還必須通過改造基因來完成，而不是直接對蛋白質(zhì)分子進行操作。 [答案]　(1)蛋白質(zhì)的預(yù)期功能　(2)載體　大腸桿菌等受體細胞　(3)蛋白質(zhì)工程　基因工程　(4)根據(jù)新的胰島素中氨基酸的序列，推測出其脫氧核苷酸序列，然后利用DNA合成儀來合成出新的胰島素基因　(5)B [技法總結(jié)] 蛋白質(zhì)工程中通過對基因操作來實現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)改造的原因 1．改造后的基因可以遺傳給下一代，被改造的蛋白質(zhì)無法遺傳 2．對基因進行改造比對蛋白質(zhì)進行直接改造要容易操作，難度要小得多。 真題驗收| 感悟高考

32、　淬煉考能 (對應(yīng)學(xué)生用書第245頁) 1．(2017·全國卷Ⅰ)真核生物基因中通常有內(nèi)含子，而原核生物基因中沒有，原核生物沒有真核生物所具有的切除內(nèi)含子對應(yīng)的RNA序列的機制。已知在人體中基因A(有內(nèi)含子)可以表達出某種特定蛋白(簡稱蛋白A)。回答下列問題： (1)某同學(xué)從人的基因組文庫中獲得了基因A，以大腸桿菌作為受體細胞卻未得到蛋白A，其原因是____________________________________________ ______________________________________________________________ _________

33、_____________________________________________________。 (2)若用家蠶作為表達基因A的受體，在噬菌體和昆蟲病毒兩種載體中，不選用________作為載體，其原因是_____________________________________ ______________________________________________________________。 (3)若要高效地獲得蛋白A，可選用大腸桿菌作為受體。因為與家蠶相比，大腸桿菌具有________(答出兩點即可)等優(yōu)點。 (4)若要檢測基因A是否翻譯出蛋白A，可用的檢測物

34、質(zhì)是________(填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗體”)。 (5)艾弗里等人的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗為證明DNA是遺傳物質(zhì)做出了重要貢獻，也可以說是基因工程的先導(dǎo)，如果說他們的工作為基因工程理論的建立提供了啟示，那么，這一啟示是________________________________________ ______________________________________________________________。 [解析]　(1)人是真核生物，從人的基因組文庫中獲得的基因A有內(nèi)含子，而受體細胞大腸桿菌是原核生物，原核生物基因中沒有內(nèi)含子，相應(yīng)的就沒有切除內(nèi)含子對應(yīng)的R

35、NA序列的機制，故無法表達出蛋白A。 (2)噬菌體是專一性侵染細菌的病毒，以細菌為宿主細胞，而昆蟲病毒侵染的是昆蟲，以昆蟲為宿主細胞。家蠶屬于昆蟲，故應(yīng)選用昆蟲病毒作為載體。 (3)與家蠶相比，大腸桿菌具有繁殖快、容易培養(yǎng)等優(yōu)點，故要高效地獲得蛋白A，可選用大腸桿菌作為受體。 (4)檢測基因A是否翻譯出蛋白A，可用抗原—抗體雜交法。 (5)艾弗里等人的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗中，S型細菌的DNA可以使R型細菌發(fā)生轉(zhuǎn)化，說明可調(diào)控多糖莢膜產(chǎn)生的基因整合到了R型細菌的DNA分子中并成功得以表達。也就是說DNA可以從一種生物個體轉(zhuǎn)移到另一種生物個體并進行表達，這就為基因工程理論的建立提供了啟示。

36、 [答案]　(1)基因A有內(nèi)含子，在大腸桿菌中，其初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中與內(nèi)含子對應(yīng)的RNA序列不能被切除，無法表達出蛋白A (2)噬菌體　噬菌體的宿主是細菌，而不是家蠶　(3)繁殖快、容易培養(yǎng)　(4)蛋白A的抗體　(5)DNA可以從一種生物個體轉(zhuǎn)移到另一種生物個體 2．(2017·全國卷Ⅱ)幾丁質(zhì)是許多真菌細胞壁的重要成分，幾丁質(zhì)酶可催化幾丁質(zhì)水解。通過基因工程將幾丁質(zhì)酶基因轉(zhuǎn)入植物體內(nèi)，可增強其抗真菌病的能力?；卮鹣铝袉栴}： (1)在進行基因工程操作時，若要從植物體中提取幾丁質(zhì)酶的mRNA，常選用嫩葉而不選用老葉作為實驗材料，原因是____________________。提取RNA時，提取

37、液中需添加RNA酶抑制劑，其目的是__________________________ ______________________________________。 (2)以mRNA為材料可以獲得cDNA，其原理是______________________ ______________________________________________________________ ______________________________________。 (3)若要使目的基因在受體細胞中表達，需要通過質(zhì)粒載體而不能直接將目的基因?qū)胧荏w細胞，原因是______________

38、___________________________ ______________________________________________________________ (答出兩點即可)。 (4)當(dāng)幾丁質(zhì)酶基因和質(zhì)粒載體連接時，DNA連接酶催化形成的化學(xué)鍵是______________________________________________________________ ______________________________________________________________。 (5)若獲得的轉(zhuǎn)基因植株(幾丁質(zhì)酶基因已經(jīng)整合到植物的基因組中)抗

39、真菌病的能力沒有提高，根據(jù)中心法則分析，其可能的原因是__________________ ______________________________________________________________。 [解析]　(1)與老葉相比，嫩葉組織細胞易破碎，容易提取到幾丁質(zhì)酶的mRNA。提取RNA時，提取液中添加RNA酶抑制劑可防止RNA被RNA酶催化降解。 (2)以mRNA為模板，按照堿基互補配對原則，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，通過逆轉(zhuǎn)錄(反轉(zhuǎn)錄)可以獲得cDNA。 (3)因該目的基因是通過逆轉(zhuǎn)錄形成的，無表達所需的啟動子，也無在受體細胞內(nèi)進行復(fù)制所需的復(fù)制原點等，所以在受體細胞

40、內(nèi)不能穩(wěn)定存在和表達，也不能遺傳下去。 (4)構(gòu)建基因表達載體時，DNA連接酶能催化目的基因和質(zhì)粒載體這兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵。 (5)轉(zhuǎn)基因植株的基因組中含有幾丁質(zhì)酶基因，但該植株抗真菌的能力并沒有提高，可能是由于轉(zhuǎn)錄或翻譯異常，即幾丁質(zhì)酶基因未能正常表達。 [答案]　(1)嫩葉組織細胞易破碎　防止RNA降解　(2)在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，以mRNA為模板按照堿基互補配對的原則可以合成cDNA　(3)目的基因無復(fù)制原點；目的基因無表達所需啟動子　(4)磷酸二酯鍵 (5)目的基因的轉(zhuǎn)錄或翻譯異常 3．(2016·全國卷Ⅰ)某一質(zhì)粒載體如圖所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr

41、中會導(dǎo)致相應(yīng)的基因失活(Ampr表示氨芐青霉素抗性基因，Tetr表示四環(huán)素抗性基因)。有人將此質(zhì)粒載體用BamH Ⅰ酶切后，與用BamH Ⅰ酶切獲得的目的基因混合，加入DNA連接酶進行連接反應(yīng)，用得到的混合物直接轉(zhuǎn)化大腸桿菌。結(jié)果大腸桿菌有的未被轉(zhuǎn)化，有的被轉(zhuǎn)化。被轉(zhuǎn)化的大腸桿菌有三種，分別是含有環(huán)狀目的基因、含有質(zhì)粒載體、含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌。回答下列問題： (1)質(zhì)粒載體作為基因工程的工具，應(yīng)具備的基本條件有________(答出兩點即可)，而作為基因表達載體，除滿足上述基本條件外，還需具有啟動子和終止子。 (2)如果用含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基進行篩選，在上述四種大

42、腸桿菌細胞中，未被轉(zhuǎn)化的和僅含環(huán)狀目的基因的細胞是不能區(qū)分的，其原因是________________________；并且________________和________________的細胞也是不能區(qū)分的，其原因是________。在上述篩選的基礎(chǔ)上，若要篩選含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌單菌落，還需使用含有________的固體培養(yǎng)基。 (3)基因工程中，某些噬菌體經(jīng)改造后可以作為載體，其DNA復(fù)制所需的原料來自于________。 [解析]　(1)質(zhì)粒作為載體，應(yīng)具備的基本條件有：有一個至多個限制酶切割位點，供外源DNA片段(基因)插入其中；在受體細胞中能自我復(fù)制，或能整

43、合到染色體DNA上，隨染色體DNA進行同步復(fù)制；有特殊的標(biāo)記基因，供重組DNA的鑒定和選擇；等等。(2)在培養(yǎng)基中加入氨芐青霉素進行篩選，其中未被轉(zhuǎn)化的大腸桿菌和僅含環(huán)狀目的基因的大腸桿菌，因不含氨芐青霉素抗性基因而都不能在此培養(yǎng)基上存活，二者不能區(qū)分。含有質(zhì)粒載體的大腸桿菌和含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌中都含有氨芐青霉素抗性基因，都能在此培養(yǎng)基上存活，二者也不能區(qū)分。若要將含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌進一步篩選出來，還需要使用含有四環(huán)素的固體培養(yǎng)基。(3)某些噬菌體經(jīng)改造后作為載體，導(dǎo)入受體細胞后，其DNA復(fù)制所需的原料來自于受體細胞。 [答案]　(1)能自我復(fù)制、具有

44、標(biāo)記基因(答出兩點即可) (2)二者均不含有氨芐青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基上均不生長　含有質(zhì)粒載體　含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒(或答含有重組質(zhì)粒)　二者均含有氨芐青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基上均能生長　四環(huán)素　(3)受體細胞 4．(2016·全國卷Ⅲ)圖(a)中的三個DNA片段上依次表示出了EcoR Ⅰ、BamH Ⅰ和Sau3A Ⅰ三種限制性內(nèi)切酶的識別序列與切割位點，圖(b)為某種表達載體的示意圖(載體上的EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切點是唯一的)。 圖(a) 圖(b) 根據(jù)基因工程的有關(guān)知識，回答下列問題： (1)經(jīng)BamH Ⅰ酶切后得到的目的基因可以與上述表達載體被__

45、______酶切后的產(chǎn)物連接，理由是________________________________________________ ______________________________________________________________。 (2)若某人利用圖(b)所示的表達載體獲得了甲、乙、丙三種含有目的基因的重組子，如圖(c)所示。這三種重組子中，不能在宿主細胞中表達目的基因產(chǎn)物的有________，不能表達的原因是_____________________________________ _____________________________________

46、_________________________。 圖(c) (3)DNA連接酶是將兩個DNA片段連接起來的酶，常見的有________________和________________，其中既能連接黏性末端又能連接平末端的是________________。 [解析]　(1)由題圖可知，BamH Ⅰ和Sau3A Ⅰ兩種限制性內(nèi)切酶的共同識別序列是，二者切割可以形成相同的黏性末端，因此經(jīng)BamH Ⅰ酶切得到的目的基因可以與圖(b)所示表達載體被Sau3A Ⅰ酶切后的產(chǎn)物連接。(2)在基因表達載體中，啟動子應(yīng)位于目的基因的首端，終止子應(yīng)位于目的基因的尾端，這樣基因才能順利地轉(zhuǎn)錄，再完

47、成翻譯過程，即順利表達。圖中甲所示的目的基因插入在啟動子的上游，丙所示目的基因插入在終止子的下游，二者的目的基因均不能被轉(zhuǎn)錄，因此目的基因不能表達。(3)常見的DNA連接酶有E.coliDNA連接酶和T4DNA連接酶，其中T4DNA連接酶既能連接黏性末端又能連接平末端。 [答案]　(1)Sau3A Ⅰ　兩種酶切割后產(chǎn)生的片段具有相同的黏性末端　(2)甲和丙　甲中目的基因插入在啟動子的上游，丙中目的基因插入在終止子的下游，二者的目的基因均不能被轉(zhuǎn)錄(其他合理答案可酌情給分) (3)E.coliDNA連接酶　T4DNA連接酶　T4DNA連接酶(其他合理答案可酌情給分) 5．(2015·全國卷

48、Ⅱ)已知生物體內(nèi)有一種蛋白質(zhì)(P)，該蛋白質(zhì)是一種轉(zhuǎn)運蛋白，由305個氨基酸組成。如果將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸，240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸，改變后的蛋白質(zhì)(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性?；卮鹣铝袉栴}： (1)從上述資料可知，若要改變蛋白質(zhì)的功能，可以考慮對蛋白質(zhì)的________進行改造。 (2)以P基因序列為基礎(chǔ)，獲得P1基因的途徑有修飾________基因或合成________基因。所獲得的基因表達時是遵循中心法則的，中心法則的全部內(nèi)容包括________________的復(fù)制，以及遺傳信息在不同分子之間的流動，即：__________________

49、____________________________________________。 (3)蛋白質(zhì)工程也被稱為第二代基因工程，其基本途徑是從預(yù)期蛋白質(zhì)功能出發(fā)，通過____________________和____________________，進而確定相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列，據(jù)此獲得基因，再經(jīng)表達、純化獲得蛋白質(zhì)，之后還需要對蛋白質(zhì)的生物________進行鑒定。 [解析]　(1)從題中所述資料可知，將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸，240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸后，該蛋白質(zhì)的功能發(fā)生了改變，此過程是通過對構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸的排列順序進行改造，進而改變了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而改

50、變了蛋白質(zhì)的功能。 (2)在蛋白質(zhì)工程中，目的基因可以以P基因序列為基礎(chǔ)，對生物體內(nèi)原有P基因進行修飾，也可以通過人工合成法合成新的P1基因。 中心法則的內(nèi)容如下圖所示： 由圖可知，中心法則的全部內(nèi)容包括：DNA以自身為模板進行的復(fù)制，DNA通過轉(zhuǎn)錄將遺傳信息傳遞給RNA，最后RNA通過翻譯將遺傳信息表達成蛋白質(zhì)；在某些病毒中RNA可自我復(fù)制(如煙草花葉病毒等)，在某些病毒中能以RNA為模板逆轉(zhuǎn)錄合成DNA(如HIV)，這是對中心法則的補充。 (3)蛋白質(zhì)工程的基本途徑是預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→合成DNA→表達出蛋白質(zhì)，經(jīng)過該過程得到的蛋白質(zhì)，需

51、要對其生物功能進行鑒定，以保證其發(fā)揮正常作用。 [答案]　(1)氨基酸序列(或結(jié)構(gòu)) (2)P　P1　DNA和RNA(或遺傳物質(zhì))　DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白質(zhì)(或轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄、翻譯) (3)設(shè)計蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)　推測氨基酸序列　功能 1．限制酶具有特異性：一種限制酶只能識別特定的堿基序列，并在特定的位點上進行切割。 2．DNA連接酶的作用部位是磷酸二酯鍵。 3．質(zhì)粒是常用的載體，它是一種小型的環(huán)狀DNA分子，具有一個至多個限制酶切割位點及標(biāo)記基因。 4．目的基因的獲取有從基因文庫中獲取和人工合成兩類方法。 5．基因表達載體包括目的基因、啟動子、終止子和標(biāo)記基因。 6．目的基因?qū)胫参锛毎Ｓ棉r(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法；導(dǎo)入動物細胞常用顯微注射法，導(dǎo)入微生物細胞常用感受態(tài)細胞法。 17