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()無考題2.基因工程的原理及技術(shù)(含PCR技術(shù))()2017卷T38，2017卷T38，2017卷T38，2016卷T40，2016卷T40，2015卷T403.基因工程的應(yīng)用()2014卷T40，2013卷T404.蛋白質(zhì)工程()2015卷T40，2015卷T40，2013卷T40考點(diǎn)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(diǎn)(1)概念：是指在體外通過人工“剪切”和“拼接”等方法，對生物的基因進(jìn)行改造和重新組合，然后導(dǎo)入受體細(xì)胞，并使重組基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，產(chǎn)生人類需要的基因產(chǎn)物的技術(shù)。(2)

2、遺傳原理：基因重組。(3)優(yōu)點(diǎn)：與雜交育種相比：克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。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)切酶來源：主要從原核生物中分離純化而來。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。結(jié)果：產(chǎn)生黏性末端或平末端。(2)DNA連接酶常用類型Ecoli DNA連接酶T4DNA連接酶來源大腸桿菌T4噬菌體功能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)載體其他載體：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(diǎn)：呈現(xiàn)堿基互補(bǔ)對稱，無論是奇數(shù)個堿基還是偶數(shù)個堿基，

3、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(bǔ)對稱；以為軸，兩側(cè)堿基互補(bǔ)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(kuò)大有一個至多個限制酶切割位點(diǎn)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)作用作為運(yùn)載工具，將目的基因轉(zhuǎn)移到宿主細(xì)胞內(nèi)。利用它在宿主細(xì)胞內(nèi)對目的基因進(jìn)行大量復(fù)制。運(yùn)用考向?qū)?下表是幾種限

4、制酶識別序列及其切割位點(diǎn)，圖1、圖2中標(biāo)注了相關(guān)限制酶的酶切位點(diǎn)，其中切割位點(diǎn)相同的酶不重復(fù)標(biāo)注。請回答下列問題：限制酶BamHBclSau3AHind識別序列及切割位點(diǎn)GGATCCCCTAGGTGATCAACTAGTGATCCTAGAAGCTTTTCGAA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(kuò)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BamH酶切的DNA末端與B

5、cl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Sau3A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(diǎn)，故可以用來切割的限制酶為Bcl、Hind、BamH和Sau3A，但由于BamH和Sau3A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Bcl、Hind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(kuò)增重組質(zhì)粒，需將其轉(zhuǎn)入感受態(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

6、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(bǔ)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BamH酶切的DNA末端和Bcl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)Bcl、BamH和Sau3A的酶切位點(diǎn)，Sau3A在質(zhì)粒上有三個酶切位點(diǎn)，完全酶切可得到記為A、B、C三種片段，若部分位點(diǎn)被切開，可得到AB、AC、BC、ABC四種片段，所以用Sau3A切質(zhì)粒最多可能獲得7種大小不同的DNA片段。答案(1)B

7、cl和HindDNA連接感受(2)四環(huán)素引物甲和引物丙(3)都不能(4)72(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(diǎn)，如_，_(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(xì)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、

8、獨(dú)立于細(xì)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(yùn)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(bǔ)配對，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(jìn)行鑒定和篩選。(4)作為載體必須具備的條件：在宿主細(xì)胞中能保存下來并能大量復(fù)制；有多個限制性核酸內(nèi)切酶切點(diǎn)；有一定的標(biāo)記基因，便于篩選。常用的載體有質(zhì)粒、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(xì)胞內(nèi)保存；動物細(xì)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，

9、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(diǎn)確定限制酶的種類(1)應(yīng)選擇切點(diǎn)位于目的基因兩端的限制酶，如圖甲可選擇Pst。(2)不能選擇切點(diǎn)位于目的基因內(nèi)部的限制酶，如圖甲不能選擇Sma。(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Pst和EcoR兩種限制酶(但要確保質(zhì)粒上也有這兩種酶的切點(diǎn))。2根據(jù)質(zhì)粒的特點(diǎn)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

10、性末端。(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Sma會破壞標(biāo)記基因；如果所選酶的切點(diǎn)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(diǎn)區(qū)，則切割重組后的片段進(jìn)入受體細(xì)胞后不能自主復(fù)制?？键c(diǎn)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從基因文庫中獲取。利用PCR技術(shù)擴(kuò)增。通過化學(xué)方法人工合成。(2)基因表達(dá)載體的構(gòu)建目的a使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代。b使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。組成及作用(連線) .目的基因.啟動子 b轉(zhuǎn)錄的終點(diǎn).

11、終止子 c鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因.標(biāo)記基因d能夠控制特定性狀答案dabc(3)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞(連線) 答案ba、c、ed(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抗病接種實(shí)驗(yàn)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(dá)，利用動物的乳腺組織生產(chǎn)藥物蛋白。工程菌是指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達(dá)的菌類細(xì)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

12、人類基因的結(jié)構(gòu)基本相同細(xì)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(dá)合成的藥物蛋白與天然蛋白質(zhì)相同細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)沒有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細(xì)胞器，產(chǎn)生的藥物蛋白可能沒有活性受體細(xì)胞動物的受精卵微生物細(xì)胞導(dǎo)入目的基因的方式顯微注射法感受態(tài)細(xì)胞法生產(chǎn)條件不需嚴(yán)格滅菌，溫度等外界條件對其影響不大需嚴(yán)格滅菌，嚴(yán)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(xì)胞中提取理解深化探究1目的基因的獲取途徑(1)從基因文庫中獲取：包括基因組文庫和cDNA文庫等。(2)人工合成目的基因的常用方法化學(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，

13、不需要模板。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(kuò)增目的基因利用DNA復(fù)制的原理在體外特異性的復(fù)制某DNA片段以獲得大量的目的基因。2基因表達(dá)載體的構(gòu)建方法3將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞生物種類植物細(xì)胞動物細(xì)胞微生物細(xì)胞常用方法農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法顯微注射法感受態(tài)細(xì)胞法受體細(xì)胞體細(xì)胞受精卵原核細(xì)胞轉(zhuǎn)化過程將目的基因插入到Ti質(zhì)粒的TDNA上農(nóng)桿菌導(dǎo)入植物細(xì)胞整合到受體細(xì)胞的DNA上表達(dá)將含有目的基因的表達(dá)載體提純?nèi)÷?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(xì)胞感受態(tài)細(xì)胞重組表達(dá)載體與感受態(tài)細(xì)胞混合感受態(tài)細(xì)胞吸收DNA分子4.目的基因的檢測與鑒定運(yùn)用考向?qū)?/p>

14、練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)AB利用的技術(shù)稱為_，其中過程需要熱穩(wěn)定的_酶才能完成。(2)圖中將目的基因?qū)朊藁?xì)胞需要經(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(xì)胞中穩(wěn)定存在且可以遺傳給下一代，并能表達(dá)。(3)上述流程示意圖中，將目的基因?qū)朊藁?xì)胞所采用的方法是_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FG的過程利用的主要技術(shù)為_，欲確定抗蟲基因在G體內(nèi)是否表達(dá)，在個體水平上需要做_實(shí)驗(yàn)。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

15、棉自交一代，預(yù)計后代中抗蟲植株占_。解析(1)AB是PCR技術(shù)中的操作，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(dá)載體。(3)圖中顯示，將目的基因?qū)朊藁?xì)胞的方法是農(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?yàn)檗r(nóng)桿菌對大多數(shù)單子葉植物沒有感染力。(4)FG過程是將棉花體細(xì)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(dá)，在個體水平上需要做抗蟲接種實(shí)驗(yàn)；假設(shè)抗蟲基因?yàn)锳，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)PCRTaq DNA聚合(2

16、)基因表達(dá)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3/42(2014全國卷)植物甲具有極強(qiáng)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(xì)胞中，經(jīng)過一系列的過程得到再生植株。要確認(rèn)該耐旱基因是否在再生植株中正確表達(dá)，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

17、間試驗(yàn)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31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(qiáng)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(xì)胞后，經(jīng)過植物組織培養(yǎng)得到再生植株。

18、要確認(rèn)該耐旱基因是否在再生植株中正確表達(dá)，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(dá)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(jìn)行個體生物學(xué)檢測，即在田間試驗(yàn)中檢測植株的耐旱性是否得到提高。(4)假如用得到的二倍體轉(zhuǎn)基因耐旱植株自交，子代中耐旱和不耐旱植株的數(shù)量比為31，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(dá)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(diǎn)不是隨意的，基因表達(dá)需要啟動子與終止子的調(diào)控

19、，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(xì)胞)沒有堿基互補(bǔ)配對現(xiàn)象。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TDNA轉(zhuǎn)移并整合到受體細(xì)胞染色體DNA上?？键c(diǎn)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，

20、E.預(yù)期功能。(6)結(jié)果：改造了現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造出新的蛋白質(zhì)。(7)應(yīng)用：主要集中應(yīng)用于對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)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(dá)載體的構(gòu)建將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測與鑒定實(shí)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因工程。(2)基因工程中所利用的某些酶需要通

21、過蛋白質(zhì)工程進(jìn)行修飾、改造。運(yùn)用考向?qū)?(2018黑龍江大慶一中期末)鐮刀型細(xì)胞貧血癥是一種單基因遺傳病，患者的血紅蛋白分子肽鏈第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?xì)胞中，可以合成正常的血紅蛋白達(dá)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_。(3)用基因工程方法制備血紅蛋白時，可先提取早期紅細(xì)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(dá)載體，導(dǎo)入受體

22、菌后進(jìn)行表達(dá)。(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(jìn)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(shí)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(xì)胞中表達(dá)，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(dá)載體需要限制酶和DNA連接酶。(4)目的基因是否表達(dá)可以通過從受體菌中提取蛋白質(zhì)，進(jìn)行抗原抗體雜交實(shí)驗(yàn)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(jìn)

23、行改造(或沒有對基因進(jìn)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人體后，會堆積在皮下，并要經(jīng)過較長的時間才能進(jìn)入血液中，而進(jìn)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(dá)。(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_。(5)

24、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(jìn)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，對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)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(xì)胞中才能得以表達(dá)。(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(jìn)行改造，根據(jù)新的胰島素中氨基酸的序列推測出其基

25、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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(xì)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

26、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(shí)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(jìn)行改造比對蛋白質(zhì)進(jìn)行直接改造要容易操作，難度要小得多。真題驗(yàn)收| 感悟高考淬煉考能(對應(yīng)學(xué)生用書第245頁)1(2017全國卷)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(jī)制。已知在人體中基因A(有內(nèi)含子)可以表達(dá)出某種特定蛋白(簡稱蛋白A)?；卮鹣铝袉栴}：(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(xì)胞卻未得到蛋白A，

27、其原因是_。(2)若用家蠶作為表達(dá)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?yàn)榕c家蠶相比，大腸桿菌具有_(答出兩點(diǎn)即可)等優(yōu)點(diǎn)。(4)若要檢測基因A是否翻譯出蛋白A，可用的檢測物質(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(shí)驗(yàn)為證明DNA是遺傳物質(zhì)做出了重要貢獻(xiàn)，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(xì)胞大腸桿菌是原核生物，原核生物基因中沒有內(nèi)含子，

28、相應(yīng)的就沒有切除內(nèi)含子對應(yīng)的RNA序列的機(jī)制，故無法表達(dá)出蛋白A。(2)噬菌體是專一性侵染細(xì)菌的病毒，以細(xì)菌為宿主細(xì)胞，而昆蟲病毒侵染的是昆蟲，以昆蟲為宿主細(xì)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(diǎn)，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(shí)驗(yàn)中，S型細(xì)菌的DNA可以使R型細(xì)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(xì)菌的DNA分子中并成功得以表達(dá)。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(jìn)行表達(dá)，這就為基因工程理論的建立提

29、供了啟示。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(dá)出蛋白A(2)噬菌體噬菌體的宿主是細(xì)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)幾丁質(zhì)是許多真菌細(xì)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(qiáng)其抗真菌病的能力?；卮鹣铝袉栴}：(1)在進(jìn)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(shí)驗(yàn)材料，原因是_。提取RNA時，提取液中需添加RNA酶抑制劑，其目的是_。(2)以mRNA為材料可

30、以獲得cDNA，其原理是_。(3)若要使目的基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，需要通過質(zhì)粒載體而不能直接將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，原因是_(答出兩點(diǎn)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(xì)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(bǔ)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

31、基因是通過逆轉(zhuǎn)錄形成的，無表達(dá)所需的啟動子，也無在受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行復(fù)制所需的復(fù)制原點(diǎn)等，所以在受體細(xì)胞內(nèi)不能穩(wěn)定存在和表達(dá)，也不能遺傳下去。(4)構(gòu)建基因表達(dá)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(dá)。答案(1)嫩葉組織細(xì)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(bǔ)配對的原則可以合成cDNA(3)目的基因無復(fù)制原點(diǎn)；目的基因無表達(dá)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

32、卷)某一質(zhì)粒載體如圖所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr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 酶切后，與用BamH 酶切獲得的目的基因混合，加入DNA連接酶進(jìn)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?；卮鹣铝袉栴}：(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(diǎn)即可)，而作為基因表達(dá)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

33、的培養(yǎng)基進(jìn)行篩選，在上述四種大腸桿菌細(xì)胞中，未被轉(zhuǎn)化的和僅含環(huán)狀目的基因的細(xì)胞是不能區(qū)分的，其原因是_；并且_和_的細(xì)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(diǎn)，供外源DNA片段(基因)插入其中；在受體細(xì)胞中能自我復(fù)制，或能整合到染色體DNA上，隨染色體DNA進(jìn)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(jìn)行

34、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(jìn)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(xì)胞后，其DNA復(fù)制所需的原料來自于受體細(xì)胞。答案(1)能自我復(fù)制、具有標(biāo)記基因(答出兩點(diǎn)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)

35、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(xì)胞4(2016全國卷)圖(a)中的三個DNA片段上依次表示出了EcoR 、BamH 和Sau3A 三種限制性內(nèi)切酶的識別序列與切割位點(diǎn)，圖(b)為某種表達(dá)載體的示意圖(載體上的EcoR、Sau3A的切點(diǎn)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 酶切后得到的目的基因可以與上述表達(dá)載體被_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(dá)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(xì)胞中表達(dá)目的基因產(chǎn)物的有_，不能表達(dá)的原因是_。圖(

36、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 和Sau3A 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 酶切得到的目的基因可以與圖(b)所示表達(dá)載體被Sau3A 酶切后的產(chǎn)物連接。(2)在基因表達(dá)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，再完成翻譯過程，即順利表達(dá)。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(dá)。(3)常見的DNA連接酶有E

37、.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 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)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(yùn)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

38、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(jìn)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(dá)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：_。 (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(jìn)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(dá)、純化獲得蛋白質(zhì)，之后還需要對蛋白質(zhì)的生物_進(jìn)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，

39、此過程是通過對構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸的排列順序進(jìn)行改造，進(jìn)而改變了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而改變了蛋白質(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(jìn)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(jìn)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(dá)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(bǔ)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

40、序列合成DNA表達(dá)出蛋白質(zhì)，經(jīng)過該過程得到的蛋白質(zhì)，需要對其生物功能進(jìn)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)PP1DNA和RNA(或遺傳物質(zhì))DNARNA、RNADNA、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(diǎn)上進(jìn)行切割。2DNA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(diǎn)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(dá)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?xì)胞常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法；導(dǎo)入動物細(xì)胞常用顯微注射法，導(dǎo)入微生物細(xì)胞常用感受態(tài)細(xì)胞法。17