（全國版）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

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()2017·卷T382.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T402016·卷T40,2015·卷T40,2015·卷T40,2014·卷T402013·卷T403.基因工程的應(yīng)用()2017·卷T38,2017·卷T38,2014·卷T404.蛋白質(zhì)工程()2015·卷T40,2013·卷T40考點一| 基因工程的基本工具(對應(yīng)學(xué)生用書第245頁)識記基礎(chǔ)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(yán)格的設(shè)計，并通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，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(chǎn)品。(2)優(yōu)點與雜交育種相比：克服了遠緣雜交不親和的障礙。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(nèi)切酶(簡稱：限制酶)來源：主要是從原核生物中分離純化出來的。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。結(jié)果：產(chǎn)生黏性末端或平末端。已知限制酶EcoR 和Sma 識別的堿基序列和酶切位點分別為GAATTC和CCCGGG，在下圖中寫出這兩種限制酶切割DNA后產(chǎn)生的末端種類。(2)DNA連接酶(3)載體常用載體：質(zhì)粒，其化學(xué)本質(zhì)是獨立于擬核之外的雙鏈環(huán)狀DNA分子。其他載體：噬菌體的衍生物、動植物病毒等。特點及意義：特點意義穩(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的鑒定和選擇教材邊角知識選修3P6“尋根問底”,DNA連接酶和DNA聚合酶的作用相同嗎？試簡要說明。_【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(shù)使用限制酶需注意哪些問題？【提示】獲取目的基因和切割載體時，經(jīng)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(chǎn)生相同的黏性末端或平末端。獲取一個目的基因需限制酶切割兩次，共產(chǎn)生4個黏性末端或平末端。限制酶切割位點的選擇，必須保證標(biāo)記基因的完整性，以便于檢測。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。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。運用考向?qū)毧枷蚩疾榛蚬こ痰幕竟ぞ叩淖饔萌鐖D所示為pBR322質(zhì)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(biāo)記基因，ori為復(fù)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(zhì)粒是基因工程較常用的運載體?；卮鹣铝邢嚓P(guān)問題：(1)制備重組質(zhì)粒，需要限制酶和_酶。如制備重組質(zhì)粒時，使用Pvu 切割該質(zhì)粒，則檢測目的基因是否導(dǎo)入受體細胞，需要在培養(yǎng)基中添加_。(2)該質(zhì)粒中的BamH識別的核苷酸序列及切割位點為，而Sau3A 識別的核苷酸序列只有4個堿基。若BamH 和Sau3A 分別切割DNA所形成的DNA片段能拼接成一條DNA鏈，則Sau3A 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 識別？_。(3)與圖示質(zhì)粒相比，完整的重組質(zhì)粒中還應(yīng)有_等三種特殊的DNA片段。將重組質(zhì)粒導(dǎo)入動、植物細胞的方法分別為_，如受體細胞為大腸桿菌，則該菌經(jīng)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 切割pBR322質(zhì)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(shè)問信息，可推知Sau3A 識別的核苷酸序列及其切割位點為，這樣Sau3A 和BamH 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 識別，但一定能被Sau3A 識別。(3)一個完整的重組質(zhì)粒有標(biāo)記基因、目的基因、啟動子、終止子和復(fù)制原點等特殊片段。將目的基因?qū)胫参锛毎姆椒ㄓ修r(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法和花粉管通道法，而導(dǎo)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(nóng)桿菌轉(zhuǎn)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(chǎn)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(jù)基因工程的有關(guān)知識，回答下列問題：(1)限制性核酸內(nèi)切酶切割DNA分子后產(chǎn)生的片段，其末端類型有_和_。(2)質(zhì)粒運載體用EcoR切割后產(chǎn)生的片段如下：AATTCGGCTTAA為使運載體與目的基因相連，含有目的基因的DNA除可用EcoR切割外，還可用另一種限制性核酸內(nèi)切酶切割，該酶必須具有的特點是_。(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(zhuǎn)錄作用的模板是_，產(chǎn)物是_。若要在體外獲得大量反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，常采用_技術(shù)。(5)基因工程中除質(zhì)粒外，_和_也可作為運載體。(6)若用重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)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_。解析限制性核酸內(nèi)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(dāng)使用除EcoR之外的其他酶進行切割時，應(yīng)該產(chǎn)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(zhuǎn)錄是由RNA形成DNA的過程，獲得大量反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物時常用PCR擴增技術(shù)。基因工程常用的運載體是質(zhì)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)。答案(1)黏性末端平末端(2)切割產(chǎn)生的DNA片段末端與EcoR切割產(chǎn)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(zhì)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(yīng)用 (對應(yīng)學(xué)生用書第246頁)識記基礎(chǔ)梳理1基因工程的基本操作程序(1)目的基因的獲取目的基因：主要指編碼蛋白質(zhì)的基因，也可以是一些具調(diào)控作用的因子。方法(2)基因表達載體的構(gòu)建基因工程的核心目的：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，同時使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用?；虮磉_載體的組成構(gòu)建過程(3)將目的基因?qū)胧荏w細胞生物種類植物動物微生物常用方法農(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微生物細胞或酵母菌轉(zhuǎn)化過程將目的基因插入Ti質(zhì)粒的T­DNA上轉(zhuǎn)入農(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?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驗是否具有抗蟲抗病特性個體水平2PCR技術(shù)(1)原理：DNA雙鏈復(fù)制。(2)條件(3)過程過程說明圖解變性當(dāng)溫度上升到90 以上時，雙鏈DNA解聚為單鏈復(fù)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(jié)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(4)結(jié)果：上述三步反應(yīng)完成后，一個DNA分子就變成了兩個DNA分子，隨著重復(fù)次數(shù)的增多，DNA分子就以2n的形式增加。PCR的反應(yīng)過程都是在PCR擴增儀中完成的。3基因工程的應(yīng)用(1)植物基因工程：培育抗蟲轉(zhuǎn)基因植物、抗病轉(zhuǎn)基因植物、抗逆轉(zhuǎn)基因植物、利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)。(2)動物基因工程：提高動物生長速度、改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)、用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物、用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體。乳腺生物反應(yīng)器：藥用蛋白基因和乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件重組在一起。(3)基因工程藥品：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(zhì)相對較少。成果：生產(chǎn)出細胞因子、抗體、疫苗、激素等。(4)基因治療：方法：基因置換、基因修復(fù)、基因增補、基因失活等。類型：體內(nèi)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(gòu)建的？【提示】基因組文庫的構(gòu)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(gòu)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(xiàn)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(gòu)建基因表達載體黏性末端連接時存在堿基互補配對，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(yīng)器與工程菌生產(chǎn)藥物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(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胞中提取運用考向?qū)毧枷?基因工程的原理及應(yīng)用1(2018·濟寧市高三一模)干旱會影響農(nóng)作物產(chǎn)量，科學(xué)家們對此進行了研究。下圖為用探針檢驗?zāi)骋豢购抵参锘蛐偷脑恚嚓P(guān)基因用R和r表示(1)在利用PCR技術(shù)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(xiàn)象，不發(fā)生B、C現(xiàn)象。據(jù)此推測檢測另一抗旱植物時會發(fā)生_(填“A”“B”或“A或B”)現(xiàn)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DNA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(jīng)檢測，抗旱基因已經(jīng)導(dǎo)入到煙草細胞，但未檢測出抗旱基因轉(zhuǎn)錄出的mRNA，從構(gòu)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(zhuǎn)基因抗旱煙草植株，目前常用的技術(shù)是_，該技術(shù)的基本過程是：將離體的煙草細胞誘導(dǎo)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(shù)在作物新品種的培育方面兩個最主要的應(yīng)用是：突變體的利用和_。解析(1)用PCR技術(shù)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(xiàn)象，不發(fā)生B、C現(xiàn)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(jù)圖分析可發(fā)生A或B現(xiàn)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(jīng)檢測，抗旱基因已經(jīng)導(dǎo)入到煙草細胞，但未檢測出抗旱基因轉(zhuǎn)錄出的mRNA，從構(gòu)建基因表達載體的角度推測，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(shù)可快速繁殖抗旱煙草植株，該技術(shù)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(dǎo)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(shù)在作物新品種的培育方面兩個最主要的應(yīng)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(diào)研)科學(xué)家將擬南芥的抗寒基因(CBFl)，轉(zhuǎn)入香蕉以獲得抗寒的香蕉品種。如圖是某質(zhì)粒載體上的Sac 、Xba 、EcoR 、Hind 四種限制酶的切割位點示意圖。 【導(dǎo)學(xué)號：67110093】據(jù)圖回答問題：(1)在該實驗中為構(gòu)建基因表達載體，用Sac 、Xba 切下CBFl基因后，對質(zhì)粒載體進行切割的限制酶是_，理由是_。(2)連接CBFl基因到該質(zhì)粒載體后，作為基因表達載體的組成還必須有_。將重組質(zhì)粒導(dǎo)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(xué)家將生長健壯、苗齡一致的轉(zhuǎn)基因香蕉(實驗組)與非轉(zhuǎn)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(zhì)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(chǎn)生相同的末端，所以和含目的基因的DNA一樣，質(zhì)粒也應(yīng)使用Sac、Xba 進行切割。(2)基因表達載體的組成包括啟動子、終止子、標(biāo)記基因、目的基因等。香蕉細胞是植物細胞，將目的基因?qū)胫参锛毎Ｓ棉r(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。(3)據(jù)圖分析，質(zhì)粒上的標(biāo)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)根據(jù)題干信息已知目的基因是抗寒基因，所以科學(xué)家將生長健壯、苗齡一致的轉(zhuǎn)基因香蕉(實驗組)與非轉(zhuǎn)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(zhì)品種。答案(1)Sac 、Xba 用相同限制酶切割來源不同的DNA后，可產(chǎn)生相同的末端(2)啟動子和終止子農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)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(dǎo)入大腸桿菌內(nèi)，制備“工程菌”的示意圖。據(jù)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(jù)目標(biāo)蛋白質(zhì)的_序列，推測出相應(yīng)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(xué)方法合成所需基因。(2)利用PCR技術(shù)擴增DNA時，需要在反應(yīng)體系中添加的有機物質(zhì)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_。解析(1)利用逆轉(zhuǎn)錄法合成目的基因的過程是：以mRNA為模板，在逆轉(zhuǎn)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(jù)蛋白質(zhì)工程合成目的基因的過程是：根據(jù)目標(biāo)蛋白質(zhì)的氨基酸序列，推測相應(yīng)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(xué)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(jié)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(zhuǎn)錄DNA聚合酶氨基酸脫氧核苷酸(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(zhuǎn)化率考向2與其他生物工程技術(shù)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(zhuǎn)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_技術(shù)將GFP基因?qū)霕潼毦杉毎?3)利用PCR技術(shù)擴增GFP基因需要_酶，外源的GFP基因能在樹鼩體內(nèi)表達的原因是_。(4)圖示過程與通過體外受精培育轉(zhuǎn)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(jù)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(chǎn)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(gòu)建，將目的基因?qū)雱游锛毎话悴捎蔑@微注射技術(shù)。(3)PCR技術(shù)的原理是DNA的雙鏈復(fù)制，利用PCR技術(shù)擴增GFP基因需要DNA聚合酶，外源的GFP基因能在樹鼩體內(nèi)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(zhuǎn)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(chǎn)物的積累維持培養(yǎng)液的pH(2)基因表達載體的構(gòu)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：抗凍蛋白基因煙草細胞抗凍煙草方案：A基因免疫過的B細胞體外培養(yǎng)單克隆抗體方案：人的生長激素基因牛的受精卵早期胚胎受體母牛轉(zhuǎn)基因牛(1)基因工程的核心步驟是_。農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法中，根據(jù)農(nóng)桿菌的特點，如果將抗凍蛋白基因插入_上，通過農(nóng)桿菌的轉(zhuǎn)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)方案中的轉(zhuǎn)基因?？梢酝ㄟ^分泌乳汁來生產(chǎn)人的生長激素。這需要將人的生長激素基因與_的啟動子等調(diào)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(gòu)建是基因工程的核心步驟。農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法中，將抗凍蛋白基因插入Ti質(zhì)粒的T­DNA上，通過農(nóng)桿菌的轉(zhuǎn)化作用，就可以使目的基因插入植物細胞中染色體DNA上。(2)方案中將A基因?qū)朊庖哌^的B淋巴細胞生產(chǎn)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(diào)控細胞無限增殖，該基因在受體細胞中能夠復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯。(3)方案中將人的生長激素基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件重組在一起，使得轉(zhuǎn)基因?？梢酝ㄟ^分泌乳汁來生產(chǎn)人的生長激素。囊胚中的內(nèi)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(gòu)建Ti質(zhì)粒的T­DNA染色體DNA(2)調(diào)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(zhì)工程(對應(yīng)學(xué)生用書第249頁)識記基礎(chǔ)梳理1蛋白質(zhì)工程(1)概念以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，或制造一種新蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)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(zhuǎn)錄，B.翻譯，C.分子設(shè)計，D.多肽鏈，E.預(yù)期功能。2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?；蚬こ讨兴玫哪承┟感枰ㄟ^蛋白質(zhì)工程進行修飾、改造。運用考向?qū)毧枷蚩疾榈鞍踪|(zhì)的原理及應(yīng)用(2018·邯鄲市高三二模)科學(xué)家通過利用PCR定點突變技術(shù)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(jù)的原理是_，該過程需要加入的酶是_。利用PCR技術(shù)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(jù)這一序列合成_。(2)該技術(shù)不直接改造Rubisco酶，而通過對Rubisco酶基因進行改造，從而實現(xiàn)對Rubisco酶的改造，其原因是_。和傳統(tǒng)基因工程技術(shù)相比較，定點突變最突出的優(yōu)點是_，PCR定點突變技術(shù)屬于_的范疇。(3)可利用定點突變的DNA構(gòu)建基因表達載體。常用_將基因表達載體導(dǎo)入植物細胞，將該細胞經(jīng)植物組織培養(yǎng)技術(shù)培育成幼苗，從細胞水平分析所依據(jù)的原理是_。解析(1)PCR的原理是DNA雙鏈復(fù)制；利用PCR技術(shù)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(jù)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(zhì)空間結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，改造困難。直接改造蛋白質(zhì)不能遺傳，改造了的基因能遺傳，因此蛋白質(zhì)工程技術(shù)不直接改造Rubisco酶，而通過對Rubisco酶基因進行改造，從而實現(xiàn)對Rubisco酶的改造。和傳統(tǒng)基因工程技術(shù)相比較，定點突變技術(shù)最突出的優(yōu)點是能生產(chǎn)出自然界不存在的蛋白質(zhì)，因此PCR定點突變技術(shù)屬于蛋白質(zhì)工程的范疇。(3)將目的基因?qū)胫参锛毎Ｓ棉r(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法；將轉(zhuǎn)基因植物細胞培育成轉(zhuǎn)基因植株還需要采用植物組織培養(yǎng)技術(shù)，原理是植物細胞具有全能性。答案(1)DNA雙鏈復(fù)制耐高溫的DNA聚合酶(或Taq酶)引物(2)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，改造困難；直接改造蛋白質(zhì)不能遺傳，改造了的基因能遺傳能生產(chǎn)出自然界不存在的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)工程(3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法植物細胞的全能性真題驗收| 感悟高考淬煉考能 (對應(yīng)學(xué)生用書第249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_。(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(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RNA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。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)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。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(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_(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(2017·全國卷)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(xiàn)要通過基因工程的方法獲得蛋白乙，若在啟動子的下游直接接上編碼蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCTCAGGAAGGA)，則所構(gòu)建的表達載體轉(zhuǎn)入宿主細胞后不能翻譯出蛋白乙，原因是_。(2)某同學(xué)在用PCR技術(shù)獲取DNA片段B或D的過程中，在PCR反應(yīng)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(xiàn)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(xué)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，培養(yǎng)并定期檢測T淋巴細胞濃度，結(jié)果如圖2。由圖2可知：當(dāng)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_。僅根據(jù)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(TTCGCTTCTCAGGAAGGA)，則基因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(zhuǎn)錄出的mRNA都無起始密碼子AUG，使所構(gòu)建的表達載體轉(zhuǎn)入宿主細胞后不能翻譯出蛋白乙。(2)在PCR技術(shù)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)當(dāng)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。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淋巴細胞增殖促進作用很弱的丙中沒有C片段，據(jù)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(zhuǎn)錄出的mRNA無起始密碼子(2)模板dNTP(3)進行細胞傳代培養(yǎng)維持培養(yǎng)液的pHC4(2016·全國卷)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}： 【導(dǎo)學(xué)號：67110094】(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5(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，圖(b)為某種表達載體的示意圖(載體上的EcoR、Sau3A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 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(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_。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 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)所示表達載體被Sau3A 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 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)EcoliDNA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)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：_。 (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)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19