（全國版）2019版高考生物一輪復習 現代生物科技專題 第1講 基因工程學案

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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) 2017·卷ⅠT38 2.基因工程的原理及技術(含PCR技術)(Ⅱ) 2017·卷ⅠT38,2017·卷ⅡT38,2017·卷ⅢT38,2016·卷ⅢT40 2016·卷ⅠT40,2015·卷ⅠT40,2015·卷ⅡT40,2014·卷ⅡT40 2013·卷ⅠT40 3.基因工程的應用(Ⅱ) 2017·卷ⅠT38,2017·卷ⅡT38,2014·卷ⅡT40 4.蛋白質工程(Ⅰ) 2015·卷ⅡT40,2013·卷ⅠT40 考點一| 基因工程的基本工具 (對應學生用書第245頁) [識記—

2、基礎梳理] 1．基因工程的概念及優(yōu)點 (1)概念：按照人們的愿望，進行嚴格的設計，并通過體外DNA重組和轉基因等技術，賦予生物以新的遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品。 (2)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：定向改造生物的遺傳性狀。 2．基因工程的基本工具 (1)限制性核酸內切酶(簡稱：限制酶) ①來源：主要是從原核生物中分離純化出來的。 ②作用：識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并切開特定兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵。 ③結果：產生黏性末端或平末端。 已知限制酶EcoR Ⅰ和Sma

3、Ⅰ識別的堿基序列和酶切位點分別為G↓AATTC和CCC↓GGG，在下圖中寫出這兩種限制酶切割DNA后產生的末端種類。 (2)DNA連接酶 (3)載體 ①常用載體：質粒，其化學本質是獨立于擬核之外的雙鏈環(huán)狀DNA分子。 ②其他載體：λ噬菌體的衍生物、動植物病毒等。 ③特點及意義： 特　點 意　義 穩(wěn)定并能復制 目的基因穩(wěn)定存在且數量可擴大 有一至多個限制酶切割位點 可攜帶多個或多種外源基因 具有特殊的標記基因 便于重組DNA的鑒定和選擇 [教材邊角知識]　選修3　P6“尋根問底”,DNA連接酶和DNA聚合酶的作用相同嗎？試簡要說明。 _____

4、____________________________________________________________ 【提示】　不相同。DNA連接酶連接的是兩個DNA片段，而DNA聚合酶連接的是單個的脫氧核苷酸。 [理解—深化探究] 1．基因工程技術使用限制酶需注意哪些問題？ 【提示】?、佾@取目的基因和切割載體時，經常使用同一種限制酶(也可使用能切出相同末端的不同限制酶)，目的是產生相同的黏性末端或平末端。②獲取一個目的基因需限制酶切割兩次，共產生4個黏性末端或平末端。③限制酶切割位點的選擇，必須保證標記基因的完整性，以便于檢測。④為避免目的基因和質粒的自身環(huán)化和隨意連接，也

5、可使用不同的限制酶切割目的基因和質粒。 2．限制酶和DNA連接酶的關系 (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被修飾。 (3)DNA連接酶起作用時，不需要模板。 [運用—考向對練] 考向　考查基因工程的基本工具的作用 如圖所示為pBR322質粒，其中ampr(氨芐青霉素抗性基因)和tetr(四環(huán)素抗性基因)為標記基因，ori為復制原點，其他均為限制酶及其識別位點，并且每種限制酶都只有一個。pBR322質粒是基因工程較常用的運載體?；卮鹣铝邢嚓P問題： (1)制備重組

6、質粒，需要限制酶和_____酶。如制備重組質粒時，使用Pvu Ⅰ切割該質粒，則檢測目的基因是否導入受體細胞，需要在培養(yǎng)基中添加_______。 (2)該質粒中的BamHⅠ識別的核苷酸序列及切割位點為，而Sau3A Ⅰ識別的核苷酸序列只有4個堿基。若BamH Ⅰ和Sau3A Ⅰ分別切割DNA所形成的DNA片段能拼接成一條DNA鏈，則Sau3A Ⅰ識別的核苷酸序列及切割位點為________。該拼接在一起的DNA片段，能否被BamH Ⅰ識別？________。 (3)與圖示質粒相比，完整的重組質粒中還應有________________________等三種特殊的DNA片段。將重組質粒導入

7、動、植物細胞的方法分別為________，如受體細胞為大腸桿菌，則該菌經鈣離子處理后，將具備________________的特性。 [解析]　(1)基因工程所用的工具酶是限制酶和DNA連接酶。使用Pvu Ⅰ切割pBR322質粒會破壞ampr(氨芐青霉素抗性基因)，而tetr(四環(huán)素抗性基因)，不受破壞所以可用含有四環(huán)素的培養(yǎng)基來篩選具有目的基因的細胞。 (2)綜合設問信息，可推知Sau3A Ⅰ識別的核苷酸序列及其切割位點為，這樣Sau3A Ⅰ和BamH Ⅰ切割DNA時才能形成相同的黏性末端，進而能被拼接成一條DNA鏈。重新拼接點的核苷酸序列不一定是GGATCC，因此不一定能被BamH

8、 Ⅰ識別，但一定能被Sau3A Ⅰ識別。 (3)一個完整的重組質粒有標記基因、目的基因、啟動子、終止子和復制原點等特殊片段。將目的基因導入植物細胞的方法有農桿菌轉化法、基因槍法和花粉管通道法，而導入動物細胞的方法有顯微注射法。鈣離子處理后的大腸桿菌，將處于感受態(tài)，該狀態(tài)的細胞具有將外界DNA吸入細胞的特性。 [答案]　(1)DNA連接　四環(huán)素　(2)　不一定能　(3)啟動子、終止子和目的基因　顯微注射法，農桿菌轉化法、基因槍法、花粉管通道法(后者答出一個即可)　將外界DNA吸入細胞 比較項目 限制酶 DNA連接酶 DNA聚合酶 解旋酶 作用底物 DNA分子 DNA分

9、子片段 脫氧核苷酸 DNA分子 作用部位 磷酸二酯鍵 磷酸二酯鍵 磷酸二酯鍵 堿基對間的氫鍵 形成產物 有黏性末端 或平末端的 DNA片段 形成重組 DNA分子 新的DNA分子 形成單鏈DNA 　根據基因工程的有關知識，回答下列問題： (1)限制性核酸內切酶切割DNA分子后產生的片段，其末端類型有________和________。 (2)質粒運載體用EcoRⅠ切割后產生的片段如下： AATTC……G 　　　　　　G……CTTAA 為使運載體與目的基因相連，含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ切割外，還可用另一種限制性核酸內切酶切割，該酶必須

10、具有的特點是__________。 (3)按其來源不同，基因工程中所使用的DNA連接酶有兩類，即________DNA連接酶和________DNA連接酶。 (4)反轉錄作用的模板是________，產物是________。若要在體外獲得大量反轉錄產物，常采用________技術。 (5)基因工程中除質粒外，________和________也可作為運載體。 (6)若用重組質粒轉化大腸桿菌，一般情況下，不能直接用未處理的大腸桿菌作為受體細胞，原因是_____________________________________________ __________________

11、______________________________________________。 [解析]　限制性核酸內切酶切割DNA分子形成的末端通常有兩種，即黏性末端和平末端。為使運載體和目的基因連接，二者必須具有相同的黏性末端，因而當使用除EcoRⅠ之外的其他酶進行切割時，應該產生相同的黏性末端。DNA連接酶的來源有兩個：一是大腸桿菌，二是T4噬菌體。反轉錄是由RNA形成DNA的過程，獲得大量反轉錄產物時常用PCR擴增技術。基因工程常用的運載體是質粒，除此以外，噬菌體和動植物病毒也可作為運載體。如果用大腸桿菌作受體細胞，必須用鈣離子處理，使其處于感受態(tài)(此狀態(tài)吸收外源DNA的能力增強)

12、。 [答案]　(1)黏性末端　平末端　(2)切割產生的DNA片段末端與EcoRⅠ切割產生的相同　(3)大腸桿菌　T4　(4)mRNA(或RNA)　cDNA(或DNA)　PCR　(5)噬菌體　動植物病毒　(6)未處理的大腸桿菌吸收質粒(外源DNA)的能力極弱 考點二| 基因工程的基本操作程序及應用 (對應學生用書第246頁) [識記—基礎梳理] 1．基因工程的基本操作程序 (1)目的基因的獲取 ①目的基因：主要指編碼蛋白質的基因，也可以是一些具調控作用的因子。 ②方法 (2)基因表達載體的構建——基因工程的核心 ①目的：使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺

13、傳給下一代，同時使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。 ②基因表達載體的組成 ③構建過程 (3)將目的基因導入受體細胞 生物種類 植物 動物 微生物 常用方法 農桿菌轉化法 顯微注射法 感受態(tài)細胞法 受體細胞 體細胞 受精卵 微生物細胞或酵母菌 轉化過程 將目的基因插入Ti質粒的T-DNA上→轉入農桿菌→導入植物細胞→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DNA分子與感受態(tài)細胞混合→感受態(tài)細胞吸收DNA分子 (4)目的基因

14、的檢測與鑒定 方法 檢測或鑒定目的 水平 DNA分子雜交技術 檢測目的基因的有無 分子水平 分子雜交技術 目的基因是否轉錄 抗原－抗體雜交 目的基因是否翻譯 抗蟲或抗病接種實驗 是否具有抗蟲抗病特性 個體水平 2．PCR技術 (1)原理：DNA雙鏈復制。 (2)條件 (3)過程 過程 說明 圖解 變性 當溫度上升到90 ℃以上時，雙鏈DNA解聚為單鏈 復性 溫度下降到50 ℃左右，兩種引物通過堿基互補配對與兩條單鏈DNA結合 延伸 72 ℃左右時，Taq DNA聚合酶有最大活性，可使DNA新鏈由5′端向3′端延伸

15、(4)結果：上述三步反應完成后，一個DNA分子就變成了兩個DNA分子，隨著重復次數的增多，DNA分子就以2n的形式增加。PCR的反應過程都是在PCR擴增儀中完成的。 3．基因工程的應用 (1)植物基因工程： 培育抗蟲轉基因植物、抗病轉基因植物、抗逆轉基因植物、利用轉基因改良植物的品質。 (2)動物基因工程： ①提高動物生長速度、改善畜產品的品質、用轉基因動物生產藥物、用轉基因動物作器官移植的供體。 ②乳腺生物反應器：藥用蛋白基因和乳腺蛋白基因的啟動子等調控組件重組在一起。 (3)基因工程藥品： ①受體細胞：多為原核細胞。原因是其繁殖快，多為單細胞，遺傳物質相對

16、較少。 ②成果：生產出細胞因子、抗體、疫苗、激素等。 (4)基因治療： ①方法：基因置換、基因修復、基因增補、基因失活等。 ②類型：體內基因治療和體外基因治療。 [理解—深化探究] 1．基因組文庫和部分基因文庫是如何構建的？ 【提示】　基因組文庫的構建過程為：某種生物全部DNA許多DNA片段受體菌群體。 部分基因文庫的構建過程為：某種生物發(fā)育的某個時期的mRNAcDNA受體菌群體。 2．簡述基因工程操作四步曲中哪些步驟存在堿基互補配對現象？ 【提示】　第一步用PCR或人工合成法獲取目的基因時存在堿基互補配對，第二步構建基因表達載體黏性末端連接時存在堿基互補配對

17、，第四步目的基因的檢測與鑒定步驟中分子雜交及基因表達時存在堿基互補配對。 3．辨析乳腺生物反應器與工程菌生產藥物 比較項目 乳腺生物反應器 工程菌 基因結構 動物基因的結構與人類基因的結構基本相同 細菌和酵母菌等生物基因的結構與人類基因的結構有較大差異 基因表達 合成的藥物蛋白與天然蛋白質相同 細菌細胞內沒有內質網、高爾基體等細胞器，產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 導入目的 基因的方式 顯微注射法 感受態(tài)細胞法 生產條件 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)物質濃度等外

18、界條件 藥物提取 從動物乳汁中提取 從微生物細胞中提取 [運用—考向對練] 考向1　基因工程的原理及應用 1．(2018·濟寧市高三一模)干旱會影響農作物產量，科學家們對此進行了研究。下圖為用探針檢驗某一抗旱植物基因型的原理，相關基因用R和r表示 (1)在利用PCR技術擴增R或r基因的過程中，利用________可尋找抗旱基因的位置并進行擴增。 (2)若被檢植株發(fā)生A現象，不發(fā)生B、C現象。據此推測檢測另一抗旱植物時會發(fā)生________(填“A”“B”或“A或B”)現象。 (3)用從基因文庫中獲取目的基因的方法獲取抗旱基因時需要用到限制酶，限制酶能夠識別雙鏈DN

19、A分子中的某種特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的____________斷開。 (4)經檢測，抗旱基因已經導入到煙草細胞，但未檢測出抗旱基因轉錄出的mRNA，從構建基因表達載體的角度推測，最可能的原因是_______________ _______________________________________________________________。 (5)要快速繁殖轉基因抗旱煙草植株，目前常用的技術是____________，該技術的基本過程是：將離體的煙草細胞誘導脫分化形成________，然后再分化出根和芽并發(fā)育成小植株。該技術在作物新品種的

20、培育方面兩個最主要的應用是：突變體的利用和____________________________________________。 [解析]　(1)用PCR技術擴增R或r基因時，需要用引物尋找抗旱基因的位置。 (2)被檢植物發(fā)生A現象，不發(fā)生B、C現象，即r探針沒有形成雜交環(huán)，所以被檢植物的基因型為RR。因此另一抗旱植物的基因型為RR或Rr，據圖分析可發(fā)生A或B現象。 (3)限制酶能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷裂。 (4)經檢測，抗旱基因已經導入到煙草細胞，但未檢測出抗旱基因轉錄出的mRNA，從構建基因表達載

21、體的角度推測，最可能的原因是基因表達載體上目的基因首端未加入啟動子。 (5)植物組織培養(yǎng)技術可快速繁殖抗旱煙草植株，該技術包括脫分化和再分化兩個基本過程，其中先將離體的煙草細胞誘導脫分化形成愈傷組織，然后再分化出根和芽并發(fā)育成小植株。該技術在作物新品種的培育方面兩個最主要的應用是：突變體的利用和單倍體育種。 [答案]　(1)引物　(2)A或B　(3)磷酸二酯鍵　(4)基因表達載體上目的基因首端未加入啟動子　(5)植物組織培養(yǎng)　愈傷組織　單倍體育種 2．(2018·昆明市高三摸底調研)科學家將擬南芥的抗寒基因(CBFl)，轉入香蕉以獲得抗寒的香蕉品種。如圖是某質粒載體上的Sac Ⅰ、X

22、ba Ⅰ、EcoR Ⅰ、Hind Ⅲ四種限制酶的切割位點示意圖。 【導學號：67110093】 據圖回答問題： (1)在該實驗中為構建基因表達載體，用Sac Ⅰ、Xba Ⅰ切下CBFl基因后，對質粒載體進行切割的限制酶是________，理由是____________________。 (2)連接CBFl基因到該質粒載體后，作為基因表達載體的組成還必須有________________。將重組質粒導入香蕉細胞最常用的方法是__________。 (3)為了鑒別受體細胞中是否含有CBFl基因，可用含________的培養(yǎng)基進行篩選。 (4)科學家將生長健壯、苗齡一致的轉基

23、因香蕉(實驗組)與非轉基因香蕉(對照組)進行________處理，鑒定兩組之間的抗寒性差異，如果________________， 則說明獲得了抗寒的香蕉優(yōu)質品種。 [解析]　(1)在基因工程中，用相同限制酶切割來源不同的DNA后，可產生相同的末端，所以和含目的基因的DNA一樣，質粒也應使用SacⅠ、Xba Ⅰ進行切割。 (2)基因表達載體的組成包括啟動子、終止子、標記基因、目的基因等。香蕉細胞是植物細胞，將目的基因導入植物細胞常用農桿菌轉化法。(3)據圖分析，質粒上的標記基因是氨芐青霉素抗性基因，所以為了鑒別受體細胞中是否含有CBFl基因，可用含氨芐青霉素的培養(yǎng)基進行篩選。(4)

24、根據題干信息已知目的基因是抗寒基因，所以科學家將生長健壯、苗齡一致的轉基因香蕉(實驗組)與非轉基因香蕉(對照組)進行低溫處理，鑒定兩組之間的抗寒性差異，如果實驗組的抗寒能力明顯高于對照組，則說明獲得了抗寒的香蕉優(yōu)質品種。 [答案]　(1)Sac Ⅰ、Xba Ⅰ　用相同限制酶切割來源不同的DNA后，可產生相同的末端 (2)啟動子和終止子　農桿菌轉化法 (3)氨芐青霉素 (4)低溫　實驗組的抗寒能力明顯高于對照組 　下圖是將某細菌的基因A導入大腸桿菌內，制備“工程菌”的示意圖。 據圖回答： (1)獲得A有兩條途徑：一是以A的mRNA為模板，在________酶的催

25、化下，合成互補的單鏈DNA，然后在__________的作用下合成雙鏈DNA，從而獲得所需基因；二是根據目標蛋白質的________序列，推測出相應的mRNA序列，然后按照堿基互補配對原則，推測其DNA的________序列，再通過化學方法合成所需基因。 (2)利用PCR技術擴增DNA時，需要在反應體系中添加的有機物質有________、________、4種脫氧核糖核苷三磷酸和耐熱性的DNA聚合酶，擴增過程可以在PCR擴增儀中完成。 (3)由A和載體B拼接形成的C通常稱為________。 (4)在基因工程中，常用Ca2＋處理D，其目的是_____________________

26、___。 [解析]　(1)利用逆轉錄法合成目的基因的過程是：以mRNA為模板，在逆轉錄酶的催化作用下合成單鏈DNA，然后在DNA聚合酶作用下，合成雙鏈DNA分子；根據蛋白質工程合成目的基因的過程是：根據目標蛋白質的氨基酸序列，推測相應的mRNA序列，然后按照堿基互補配對原則，推測DNA中脫氧核苷酸的排列順序，通過化學方法合成。(2)PCR過程中需要酶、底物、模板、引物和能量等條件。(3)目的基因和運載體結合，形成重組DNA(基因表達載體)。(4)在利用大腸桿菌做受體細胞時，需要先用Ca2＋處理，使之成為感受態(tài)細胞，有利于其吸收重組DNA分子。 [答案]　(1)逆轉錄　DNA聚合酶　氨基

27、酸　脫氧核苷酸 (2)引物　模板DNA(重組載體或基因表達載體) (3)重組DNA (4)提高受體細胞的轉化率 考向2　與其他生物工程技術的綜合考查 3．(2018·濰坊市高三一模)如圖表示中國科研人員對樹鼩精原干細胞進行遺傳修飾后，通過自然交配獲得世界首只轉基因樹鼩的過程。請回答下列問題： (1)培養(yǎng)精原干細胞時，定期更換培養(yǎng)液的目的是防止______________對自身細胞代謝造成障礙，通入二氧化碳的作用是_________________________。 (2)圖中涉及的基因工程的核心步驟是__________________，通常采用________技

28、術將GFP基因導入樹鼩精原干細胞。 (3)利用PCR技術擴增GFP基因需要________酶，外源的GFP基因能在樹鼩體內表達的原因是__________________________。 (4)圖示過程與通過體外受精培育轉基因動物相比，避免了將受精卵移入________中繼續(xù)培養(yǎng)的麻煩，同時也克服了胚胎發(fā)育到________時期進行胚胎移植的難題。 [解析]　(1)根據動物細胞培養(yǎng)過程中的條件可知，定期更換培養(yǎng)液的目的是防止細胞代謝產物的積累對自身細胞代謝造成障礙，通入二氧化碳的作用是維持培養(yǎng)液的pH。 (2)基因工程的核心步驟是基因表達載體的構建，將目的基因導入動物細胞一般

29、采用顯微注射技術。 (3)PCR技術的原理是DNA的雙鏈復制，利用PCR技術擴增GFP基因需要DNA聚合酶，外源的GFP基因能在樹鼩體內表達的原因是所有生物共用一套遺傳密碼。 (4)圖示過程與通過體外受精培育轉基因動物相比，避免了將受精卵移入發(fā)育培養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)的麻煩，同時也克服了胚胎發(fā)育到囊胚、桑椹胚時期進行胚胎移植的難題。 [答案]　(1)細胞代謝產物的積累　維持培養(yǎng)液的pH　(2)基因表達載體的構建　顯微注射　(3)DNA聚合　所有生物共用一套遺傳密碼　(4)發(fā)育培養(yǎng)液　囊胚、桑椹胚 　下列方案為人們獲得生物新品種的過程，請回答下列問題： 方案Ⅰ：抗凍蛋白基因煙草細

30、胞―→抗凍煙草 方案Ⅱ：A基因免疫過的B細胞―→體外培養(yǎng)―→單克隆抗體 方案Ⅲ：人的生長激素基因牛的受精卵―→早期胚胎受體母牛―→轉基因牛 (1)基因工程的核心步驟是____________。農桿菌轉化法中，根據農桿菌的特點，如果將抗凍蛋白基因插入____________上，通過農桿菌的轉化作用，就可以使目的基因進入植物細胞，并將其插入植物細胞中____________上。 (2)推測方案Ⅱ中A基因所起的作用是____________，請寫出該方案獲得的細胞中遺傳信息傳遞時所遵循的法則____________。 (3)方案Ⅲ中的轉基因?？梢酝ㄟ^分泌乳汁來生產人的生長激素。這

31、需要將人的生長激素基因與____________的啟動子等調控組件重組在一起。該方案中的早期胚胎在移植入受體母牛子宮之前，必須進行性別鑒定，一般是取處于____________時期的____________細胞進行檢測。 [解析]　(1)基因表達載體的構建是基因工程的核心步驟。農桿菌轉化法中，將抗凍蛋白基因插入Ti質粒的T-DNA上，通過農桿菌的轉化作用，就可以使目的基因插入植物細胞中染色體DNA上。(2)方案Ⅱ中將A基因導入免疫過的B淋巴細胞生產單克隆抗體，說明A基因使得細胞無限增殖，即A基因能夠調控細胞無限增殖，該基因在受體細胞中能夠復制、轉錄和翻譯。(3)方案Ⅲ中將人的生長激素基因與

32、乳腺蛋白基因的啟動子等調控組件重組在一起，使得轉基因?？梢酝ㄟ^分泌乳汁來生產人的生長激素。囊胚中的內細胞團將來發(fā)育成胎兒的各種組織，滋養(yǎng)層細胞發(fā)育成胎盤和胎膜，將早期胚胎移植入受體母牛子宮之前，一般取處于囊胚時期的滋養(yǎng)層細胞進行性別檢測。 [答案]　(1)基因表達載體的構建　Ti質粒的T-DNA　染色體DNA (2)調控細胞無限增殖 (3)乳腺蛋白基因　囊胚　滋養(yǎng)層 考點三| 蛋白質工程 (對應學生用書第249頁) [識記—基礎梳理] 1．蛋白質工程 (1)概念 以蛋白質分子的結構規(guī)律及其生物功能的關系作為基礎，通過基因修飾或基因合成，對現有蛋白質進行改造，或制

33、造一種新蛋白質，以滿足人類的生產和生活的需求。 (2)流程圖 寫出流程圖中字母代表的含義： A．轉錄，B.翻譯，C.分子設計，D.多肽鏈，E.預期功能。 2．蛋白質工程與基因工程的比較 (1)區(qū)別 項目 蛋白質工程 基因工程 過程 預期蛋白質功能→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到相對應的脫氧核苷酸序列 獲取目的基因→基因表達載體的構建→將目的基因導入受體細胞→目的基因的檢測與鑒定 實質 定向改造或生產人類所需的蛋白質 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品 結果 可生產自然界沒有的蛋白質 只能生產自然界已有的蛋白

34、質 (2)聯系 ①蛋白質工程是在基因工程的基礎上，延伸出來的第二代基因工程。 ②基因工程中所利用的某些酶需要通過蛋白質工程進行修飾、改造。 [運用—考向對練] 考向　考查蛋白質的原理及應用 (2018·邯鄲市高三二模)科學家通過利用PCR定點突變技術改造Rubisco酶基因，提高了光合作用過程中Rubisco酶對CO2的親和力，從而顯著提高了植物的光合作用速率，請回答下列問題： (1)PCR過程所依據的原理是________，該過程需要加入的酶是________。利用PCR技術擴增目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根據這一序列合成________。

35、 (2)該技術不直接改造Rubisco酶，而通過對Rubisco酶基因進行改造，從而實現對Rubisco酶的改造，其原因是 ________________________________________________________________ _______________________________________________________________。 和傳統(tǒng)基因工程技術相比較，定點突變最突出的優(yōu)點是 _______________________________________________________________， PCR定點突

36、變技術屬于____________的范疇。 (3)可利用定點突變的DNA構建基因表達載體。常用________將基因表達載體導入植物細胞，將該細胞經植物組織培養(yǎng)技術培育成幼苗，從細胞水平分析所依據的原理是_______________________________________________。 [解析]　(1)PCR的原理是DNA雙鏈復制；利用PCR技術擴增目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根據這一序列合成引物；擴增過程是在較高溫度下進行的，因此需要加入耐高溫的DNA聚合酶(或Taq酶)。 (2)蛋白質空間結構較為復雜，改造困難。直接改造蛋白質不能遺傳，改

37、造了的基因能遺傳，因此蛋白質工程技術不直接改造Rubisco酶，而通過對Rubisco酶基因進行改造，從而實現對Rubisco酶的改造。和傳統(tǒng)基因工程技術相比較，定點突變技術最突出的優(yōu)點是能生產出自然界不存在的蛋白質，因此PCR定點突變技術屬于蛋白質工程的范疇。 (3)將目的基因導入植物細胞常用農桿菌轉化法；將轉基因植物細胞培育成轉基因植株還需要采用植物組織培養(yǎng)技術，原理是植物細胞具有全能性。 [答案]　(1)DNA雙鏈復制　耐高溫的DNA聚合酶(或Taq酶)　引物　(2)蛋白質空間結構較為復雜，改造困難；直接改造蛋白質不能遺傳，改造了的基因能遺傳　能生產出自然界不存在的蛋白質　蛋白質

38、工程　(3)農桿菌轉化法　植物細胞的全能性 真題驗收| 感悟高考　淬煉考能 (對應學生用書第249頁) 1．(2017·全國卷Ⅰ)真核生物基因中通常有內含子，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含子對應的RNA序列的機制。已知在人體中基因A(有內含子)可以表達出某種特定蛋白(簡稱蛋白A)?；卮鹣铝袉栴}： (1)某同學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____________________________________________ _______________________________________

39、________________________。 (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，可用的檢測物質是____________(填“蛋白A的基因”或

40、“蛋白A的抗體”)。 (5)艾弗里等人的肺炎雙球菌轉化實驗為證明DNA是遺傳物質做出了重要貢獻，也可以說是基因工程的先導，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含子，相應的就沒有切除內含子對應的RNA序列的機制，故無法表達出蛋白A。

41、 (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化實驗中，S型細菌的DNA可以使R型細菌發(fā)生轉化，說明可調控多糖莢膜產生的基因整合到了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。 [答案]　(1)基因A有內含

42、子，在大腸桿菌中，其初始轉錄產物中與內含子對應的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移到另一種生物個體 2．(2017·全國卷Ⅱ)幾丁質是許多真菌細胞壁的重要成分，幾丁質酶可催化幾丁質水解。通過基因工程將幾丁質酶基因轉入植物體內，可增強其抗真菌病的能力。回答下列問題： (1)在進行基因工程操作時，若要從植物體中提取幾丁質酶的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，提取液中需添加RNA酶抑制劑，其目

43、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，需要通過質粒載體而不能直接將目的基因導入受體細胞，原因是___________________________________

44、______ ___________________________________________________(答出兩點即可)。 (4)當幾丁質酶基因和質粒載體連接時，DNA連接酶催化形成的化學鍵是________________________________________________________________。 (5)若獲得的轉基因植株(幾丁質酶基因已經整合到植物的基因組中)抗真菌病的能力沒有提高，根據中心法則分析，其可能的原因是_________________ ______________________________________________

45、__________________。 [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，在逆轉錄酶的作用下，通過逆轉錄(反轉錄)可以獲得cDNA。 (3)因該目的基因是通過逆轉錄形成的，無表達所需的啟動子，也無在受體細胞內進行復制所需的復制原點等，所以在受體細胞內不能穩(wěn)定存在和表達，也不能遺傳下去。 (4)構建基因表達載體時，DNA連接酶能催化目的基因和質粒載體這兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵。 (5)轉基因植株的基因組中含

46、有幾丁質酶基因，但該植株抗真菌的能力并沒有提高，可能是由于轉錄或翻譯異常，即幾丁質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)目的基因的轉錄或翻譯異常 3．(2017·全國卷Ⅲ)編碼蛋白甲的DNA序列(序列甲)由A、B、C、D、E五個片段組成，編碼蛋白乙和丙的序列由序列甲的部分片段組成，如圖1所示。 圖1 圖2 回答下列問題： (1)現要通過基因工程的方法獲得蛋白乙，若在啟動子的下游

47、直接接上編碼蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCT……CAGGAAGGA)，則所構建的表達載體轉入宿主細胞后不能翻譯出蛋白乙，原因是__________________________。 (2)某同學在用PCR技術獲取DNA片段B或D的過程中，在PCR反應體系中加入了DNA聚合酶、引物等，還加入了序列甲作為________，加入了________作為合成DNA的原料。 (3)現通過基因工程方法獲得了甲、乙、丙三種蛋白，要鑒定這三種蛋白是否具有刺激T淋巴細胞增殖的作用，某同學做了如下實驗：將一定量的含T淋巴細胞的培養(yǎng)液平均分成四組，其中三組分別加入等量的蛋白甲、乙、丙，另一組作為對照，培

48、養(yǎng)并定期檢測T淋巴細胞濃度，結果如圖2。 ①由圖2可知：當細胞濃度達到a時，添加蛋白乙的培養(yǎng)液中T淋巴細胞濃度不再增加，此時若要使T淋巴細胞繼續(xù)增殖，可采用的方法是__________________。細胞培養(yǎng)過程中，培養(yǎng)箱中通常要維持一定的CO2濃度，CO2的作用是__________________。 ②僅根據圖1、圖2可知，上述甲、乙、丙三種蛋白中，若缺少________(填“A”“B”“C”“D”或“E”)片段所編碼的肽段，則會降低其刺激T淋巴細胞增殖的效果。 [解析]　(1)若在啟動子的下游直接接上編碼蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCT……CAGGAAGGA)，則基因

49、表達載體中編碼乙的DNA序列起始端無ATG，無論以DNA的哪條鏈為模板，轉錄出的mRNA都無起始密碼子AUG，使所構建的表達載體轉入宿主細胞后不能翻譯出蛋白乙。 (2)在PCR技術中，除了引物和耐高溫的DNA聚合酶外，還需要序列甲(DNA片段)作為模板，dNTP(脫氧核糖核苷三磷酸)作為原料。 (3)①當細胞濃度達到a時，添加蛋白乙的培養(yǎng)液中T淋巴細胞濃度不再增加，可能是由于發(fā)生了接觸抑制，可用胰蛋白酶處理貼壁生長的細胞，制成細胞懸液分瓶繼續(xù)傳代培養(yǎng)。動物細胞培養(yǎng)中，CO2的作用是維持培養(yǎng)液的pH。 ②對照分析圖1和圖2可知，能刺激T淋巴細胞增殖的甲和乙中都含有C片段，而對T淋巴細

50、胞增殖促進作用很弱的丙中沒有C片段，據此可知，若缺少C片段所編碼的肽段，則會降低其刺激T淋巴細胞增殖的效果。 [答案]　(1)編碼乙的DNA序列起始端無ATG，轉錄出的mRNA無起始密碼子　(2)模板　dNTP　(3)①進行細胞傳代培養(yǎng)　維持培養(yǎng)液的pH?、贑 4．(2016·全國卷Ⅰ)某一質粒載體如圖所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中會導致相應的基因失活(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，用得到的混合物直接轉化大腸桿菌。結果大腸桿菌有的未被轉化

51、，有的被轉化。被轉化的大腸桿菌有三種，分別是含有環(huán)狀目的基因、含有質粒載體、含有插入了目的基因的重組質粒的大腸桿菌。回答下列問題： 【導學號：67110094】 (1)質粒載體作為基因工程的工具，應具備的基本條件有______________(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，在上述四種大腸桿菌細胞中，未被轉化的和僅含環(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

52、的，其原因是______________________________________。 在上述篩選的基礎上，若要篩選含有插入了目的基因的重組質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，某些噬菌體經改造后可以作為載體，其DNA復制所需的原料來自于________。 [解析]　(1)質粒作為載體，應具備的基本條件有：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制，或能整合到染色體DNA上，隨染色體DNA進行同步復制；有特殊的標記基因，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，

53、其中未被轉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。含有質粒載體的大腸桿菌和含有插入了目的基因的重組質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)某些噬菌體經改造后作為載體，導入受體細胞后，其DNA復制所需的原料來自于受體細胞。 [答案]　(1)能自我復制、具有標記基因(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　含有質粒載體　含有插入了目的基因的重組質

54、粒(或答含有重組質粒)　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 5．(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) 根據基因工程的有關知識，回答下列問題： (1)經BamH Ⅰ酶切后得到的目的基因可以與上述表達載體被________酶切后的產物連接，理由是____________________________________________

55、_ ________________________________________________________________。 (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物的有________，不能表達的原因是___________________________________ ________________________________________________________________。 圖(c) (3)DNA連接酶是將兩個DNA片段連接起來的

56、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酶切后的產物連接。(2)在基因表達載體中，啟動子應位于目的基因的首端，終止子應位于目的基因的尾端，這樣基因才能順利地轉錄，再完成翻譯過程，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錄，因此目的基

57、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) 6．(2015·全國卷Ⅱ)已知生物體內有一種蛋白質(P)，該蛋白質是一種轉運蛋白，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

58、谷氨酰胺變成苯丙氨酸，改變后的蛋白質(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，若要改變蛋白質的功能，可以考慮對蛋白質的________進行改造。 (2)以P基因序列為基礎，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，中心法則的全部內容包括________的復制，以及遺傳信息在不同分子之間的流動，即：______ _______________________________________________________________。 (3)蛋白質工程也被稱為第二

59、代基因工程，其基本途徑是從預期蛋白質功能出發(fā)，通過__________________和__________________，進而確定相對應的脫氧核苷酸序列，據此獲得基因，再經表達、純化獲得蛋白質，之后還需要對蛋白質的生物________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，該蛋白質的功能發(fā)生了改變，此過程是通過對構成蛋白質的氨基酸的排列順序進行改造，進而改變了蛋白質的結構，從而改變了蛋白質的功能。 (2)在蛋白質工程中，目的基因可以以P基因序列為基礎，對生物體內原有P基因進行修飾，也可以通過人工合成法合

60、成新的P1基因。 中心法則的內容如下圖所示： 由圖可知，中心法則的全部內容包括：DNA以自身為模板進行的復制，DNA通過轉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；在某些病毒中RNA可自我復制(如煙草花葉病毒等)，在某些病毒中能以RNA為模板逆轉錄合成DNA(如HIV)，這是對中心法則的補充。 (3)蛋白質工程的基本途徑是預期蛋白質功能→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→合成DNA→表達出蛋白質，經過該過程得到的蛋白質，需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(或結構) (2)P　P1　DNA和RNA(或遺傳物質)　DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白質(或轉錄、逆轉錄、翻譯) (3)設計蛋白質的結構　推測氨基酸序列　功能 19