2018-2019學年高考生物大一輪復習 第十單元 現(xiàn)代生物科技專題 第33講 基因工程學案

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1、 第33講　基因工程 [考綱要求]　1.基因工程的誕生(Ⅰ)。2.基因工程的原理及技術(含PCR技術)(Ⅱ)。3.基因工程的應用(Ⅱ)。4.蛋白質工程(Ⅰ)。5.實驗：DNA的粗提取與鑒定。 考點一　基因工程的操作工具 1．基因工程的概念 (1)供體：提供目的基因。 (2)操作環(huán)境：體外。 (3)操作水平：分子水平。 (4)原理：基因重組。 (5)受體：表達目的基因。 (6)本質：性狀在受體體內的表達。 (7)優(yōu)點：克服遠緣雜交不親和的障礙，定向改造生物的遺傳性狀。 2．DNA重組技術的基本工具 (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

2、分離純化出來的。 ②作用：識別特定的核苷酸序列并切開特定部位的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。 (2)DNA連接酶 ①作用：將限制酶切割下來的DNA片段拼接成DNA分子。 ②類型 常用類型 E·coli DNA連接酶 T4 DNA連接酶 來源 大腸桿菌 T4噬菌體 功能 只縫合黏性末端 縫合黏性末端和平末端 結果 恢復被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵 ③DNA連接酶和限制酶的關系 歸納提升　與DNA相關的五種酶的比較 名稱 作用部位 作用結果 限制酶 磷酸二酯鍵 將DNA切成兩個片段 DNA連接酶

3、磷酸二酯鍵 將兩個DNA片段連接為一個DNA分子 DNA聚合酶 磷酸二酯鍵 將單個脫氧核苷酸依次連接到單鏈末端 DNA (水解)酶 磷酸二酯鍵 將DNA片段水解為單個脫氧核苷酸 解旋酶 堿基對之間的氫鍵 將雙鏈DNA分子局部解旋為單鏈，形成兩條長鏈 (3)載體 ①種類：質粒、λ噬菌體的衍生物、動植物病毒等。 ②質粒的特點 深化拓展　載體上標記基因的作用 載體上的標記基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要轉入的受體細胞沒有抵抗相關抗生素的能力。當含有抗生素抗性基因的載體進入受體細胞后，抗性基因在受體細胞內表達，使受體細胞能夠抵抗相應抗生素，所以在受體細胞的培

4、養(yǎng)體系中加入該種抗生素就可以只保留轉入載體的受體細胞，原理如下圖所示： 1．有關工具酶的判斷 (1)限制酶只能用于切割目的基因(　×　) (2)切割質粒的限制性核酸內切酶均能特異性地識別6個核苷酸序列(　×　) (3)DNA連接酶能將兩堿基間通過氫鍵連接起來(　×　) (4)E·coli DNA連接酶既可連接平末端，又可連接黏性末端(　×　) (5)限制酶也可以識別和切割RNA(　×　) (6)限制性核酸內切酶、DNA連接酶和質粒是基因工程中常用的三種工具酶(　×　) 2．有關載體的判斷 (1)載體質粒通常采用抗生素合成基因作為篩選標記基因(　×　) (2)每個質粒

5、DNA分子上至少含一個限制酶識別位點(　√　) (3)質粒是小型環(huán)狀DNA分子，是基因工程常用的載體(　√　) (4)載體的作用是將攜帶的目的基因導入受體細胞中，使之穩(wěn)定存在并表達(　√　) (5)外源DNA必須位于重組質粒的啟動子和終止子之間才能進行復制(　×　) 下圖中的圖1和圖2分別表示的是EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶的作用示意圖，據(jù)圖分析： (1)請說出EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶識別的堿基序列及切割的位點。 提示　EcoRⅠ限制酶識別的堿基序列是GAATTC，切割位點在G和A之間；SmaⅠ限制酶識別的堿基序列是CCCGGG，切割位點在G和C之間。 (

6、2)以上實例說明限制酶有何特性？ 提示　說明限制酶具有專一性。 命題點一　工具酶的應用分析 1．下圖是表達新基因用的質粒的示意圖，若要將目的基因插入到質粒上的A處，則切割基因時可用的是(　　) A．HindⅢ B．EcoRⅠ C．EcoB D．PstⅠ 答案　C 解析　A處有3處(BamHⅠ、EcoB、ClaⅠ)限制酶的切點，只有使用EcoB限制酶切割時，才能讓目的基因插入到A處且使原有基因失活。 2．用限制酶EcoRⅤ單獨切割某普通質粒，可產生14 kb(1 kb即1 000個堿基對)的長鏈，而同時用限制酶EcoRⅤ、MboⅠ聯(lián)合切割該質粒，可得到三種長度的D

7、NA片段，見下圖(其中*表示EcoRⅤ限制酶切割后的一個黏性末端)。 若用MboⅠ限制酶單獨切割該普通質粒，則產生的DNA片段的長度為(　　) A．2.5和5.5 B．2.5和6 C．5.5和8 D．6和8 答案　D 解析　依圖示可知，該質粒上有1個EcoRⅤ限制酶的切點、2個MboⅠ限制酶的切點，故用限制酶MboⅠ單獨切割該質粒時，將產生長度為6和8的兩種片段。 3．(2016·全國Ⅲ，40)圖(a)中的三個DNA片段上依次表示出了EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三種限制性核酸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、Sau3

8、AⅠ的切點是唯一的)。 根據(jù)基因工程的有關知識，回答下列問題： (1)經BamHⅠ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______________________________________。 (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________________________________________________________________________ _______

9、_________________________________________________________________。 (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__________________。 答案　(1)Sau3AⅠ　兩種酶切割后產生的片段具有相同的黏性末端　(2)甲、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　(3)E·coliDNA連接酶　T4DNA連接酶　T4DNA連接酶 解析　(1)分析圖

10、(a)可知，限制酶Sau3AⅠ與BamHⅠ切割DNA后形成的黏性末端相同，故經這兩種酶切割得到的產物可以用DNA連接酶進行連接。(2)構建基因表達載體時，為保證目的基因能在宿主細胞中成功表達，目的基因應插入在啟動子和終止子之間，據(jù)此可判斷甲、丙均不符合要求，目的基因均不能表達。(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。 限制酶的選擇方法 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部的限制酶，如圖甲

11、不能選擇SmaⅠ。 (3)為避免目的基因和質粒的自身環(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粒，如圖甲也可選擇用PstⅠ和EcoRⅠ兩種限制酶(但要確保質粒上也有這兩種酶的切點)。 命題點二　載體的應用分析 4．質粒是基因工程中最常用的載體，它存在于許多細菌體內。質粒上有標記基因如圖所示，通過標記基因可以推知外源基因(目的基因)是否轉移成功。外源基因插入的位置不同，細菌在培養(yǎng)基上的生長情況不同，如圖表示外源基因插入位置(插入點有a、b、c)，請根據(jù)表中提供細菌的生長情況，推測①②③三種重組后細菌的外源基因插入點，正確的一組是(　　) 細菌在含氨芐青霉素培養(yǎng)基上生長情況

12、 細菌在含四環(huán)素培養(yǎng)基上生長情況 ① 能生長 能生長 ② 能生長 不能生長 ③ 不能生長 能生長 A．①是c；②是b；③是a B．①是a和b；②是a；③是b C．①是a和b；②是b；③是a D．①是c；②是a；③是b 答案　A 解析　第①組中重組后細菌能在含氨芐青霉素和含四環(huán)素培養(yǎng)基上生長，說明抗氨芐青霉素基因和抗四環(huán)素基因沒有被破壞，因此外源基因插入點是c。第②組中重組后細菌能在含氨芐青霉素培養(yǎng)基上生長，說明抗氨芐青霉素基因沒有被破壞；細菌不能在含四環(huán)素培養(yǎng)基上生長，說明抗四環(huán)素基因被破壞，因此外源基因插入點是b。第③組重組后細菌不能在含氨芐青霉素培養(yǎng)基

13、上生長，說明抗氨芐青霉素基因被破壞；細菌能在含四環(huán)素培養(yǎng)基上生長，說明抗四環(huán)素基因沒有被破壞，因此外源基因插入點是a。 5．(2016·全國Ⅰ，40)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BamHⅠ酶切后，與用BamHⅠ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，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?；卮鹣铝袉栴}： (1)質

14、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__________

15、__________________________的細胞也是不能區(qū)分的，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的單菌落，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__________

16、______________________________________________________________。 答案　(1)能自我復制、具有標記基因　(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 解析　(1)質粒作為載體應具備的基本條件有：能自我復制、具有標記基因、含有一個至多個限制酶切割位點等。(2)由題意可知，未被轉化的和僅含環(huán)狀目的基因的細胞中均不含有氨芐青霉素抗性基因，所以在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上均不能生長。質粒

17、載體上含有氨芐青霉素抗性基因和四環(huán)素抗性基因，插入了目的基因的重組質粒中僅含有氨芐青霉素抗性基因，所以含有質粒載體和含有插入了目的基因的重組質粒的細胞均能在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生長，但前者可以在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長而后者不能，所以可用含有四環(huán)素的培養(yǎng)基，篩選出含有插入了目的基因的重組質粒的大腸桿菌單菌落。(3)噬菌體屬于病毒，病毒增殖過程中所需的原料、酶等均來自于受體細胞。 考點二　基因工程的操作過程與應用 1．基因工程的基本操作過程 (1)目的基因的獲取 ①目的基因：主要是指編碼蛋白質的基因。 ②獲取目的基因的方法 a．直接分離法：從自然界已有的物種中分離，如從基因組

18、文庫或cDNA中獲取。 b．人工合成：如果基因比較小，核苷酸序列又已知，可以通過DNA合成儀用化學方法直接人工合成；以RNA為模板，在逆轉錄酶的作用下人工合成。 ③擴增目的基因：利用PCR技術擴增目的基因。 (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 小貼士　啟動子≠起始密碼子，終止子≠終止密碼子 (1)啟動子：一段有特殊結構的DNA片段，位于基因的首端。它是RNA聚合酶識別、結合的部位。 (2)終止子：一段有特殊結構的DNA短片段，位于基因的尾端。

19、作用是使轉錄過程停止。 (3)起始密碼子和終止密碼子位于mRNA上，分別控制翻譯過程的啟動和終止。 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 顯微注射技術 感受態(tài)細胞法 受體細胞 體細胞或受精卵 受精卵 原核細胞 轉化過程 將目的基因插入到Ti質粒的T-DNA上→農桿菌→導入植物細胞→整合到受體細胞染色體的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D

20、NA分子 (4)目的基因的檢測與鑒定 2．基因工程的應用 (1)動物基因工程：用于提高動物生長速度從而提高產品產量；用于改善畜產品品質；用轉基因動物生產藥物；用轉基因動物作器官移植的供體等。 (2)植物基因工程：培育抗蟲轉基因植物、抗病轉基因植物和抗逆轉基因植物；利用轉基因改良植物的品質。 (3)比較基因治療與基因診斷 原理 操作過程 進展 基因治療 基因表達 利用正?；驅胗谢蛉毕莸募毎?，以表達出正常性狀來治療(疾病) 臨床實驗 基因診斷 堿基互補配對 制作特定DNA探針與病人樣品DNA混合，分析雜交帶情況 臨床應用 3.蛋白質工程

21、(1)流程圖 A．轉錄，B.翻譯，C.分子設計，D.多肽鏈，E.預期功能。 (2)結果：改造了現(xiàn)有蛋白質或制造出新的蛋白質。 (3)應用：主要集中應用于對現(xiàn)有蛋白質進行改造，改良生物性狀。 1．有關基因工程原理與操作的判斷 (1)設計擴增目的基因的引物時不必考慮表達載體的序列(　×　) (2)用PCR方法擴增目的基因時不必知道基因的全部序列(　√　) (3)為培育抗除草劑的作物新品種，導入抗除草劑基因時只能以受精卵為受體(　×　) (4)抗蟲基因即使成功地插入植物細胞染色體上也未必能正常表達(　√　) (5)檢測目的基因是否成功表達可用抗原—抗體雜交技術(　√　)

22、(6)應用DNA探針技術，可以檢測轉基因抗凍番茄植株中目的基因的存在及其是否完全表達 (　×　) 2．有關基因工程的應用及蛋白質工程的判斷 (1)將人的干擾素基因重組到質粒后導入大腸桿菌，獲得能產生人干擾素的菌株(　√　) (2)利用乳腺生物反應器能夠獲得一些重要的醫(yī)藥產品，如人的血清白蛋白，這是因為將人的血清白蛋白基因導入了動物的乳腺細胞中(　×　) (3)由大腸桿菌工程菌獲得人的干擾素后可直接應用(　×　) (4)蛋白質工程的目的是改造或合成人類需要的蛋白質(　√　) (5)蛋白質工程是在分子水平上對蛋白質分子直接進行操作，定向改變分子的結構(　×　) 據(jù)圖分析抗蟲棉的

23、培育過程 (1)該基因工程中的目的基因和載體分別是什么？一般情況下，為什么要用同一種限制酶處理目的基因和載體？ 提示　目的基因是Bt毒蛋白基因，載體是Ti質粒。用同一種限制酶處理目的基因和載體，可以獲得相同的黏性末端，便于構建基因表達載體。 (2)該實例中，采用何種方法導入目的基因？為什么目的基因可以整合到染色體的DNA上？ 提示　采用的方法是農桿菌轉化法，由于Ti質粒上的T－DNA可轉移到受體細胞且能整合到受體細胞的染色體DNA上，而目的基因又插入到了T－DNA上，所以目的基因可以整合到受體細胞的染色體DNA上。 (3)該實例中，檢測目的基因是否成功表達的常見方法有哪兩種？

24、提示　抗原—抗體雜交法、用棉葉飼喂棉鈴蟲。 1．基因組文庫與cDNA文庫的比較 文庫類型 cDNA文庫 基因組文庫 構建基因文庫的過程 文庫大小 小 大 基因中啟動子 無 有 基因中內含子 無 有 基因多少 某種生物的部分基因 某種生物的全部基因 物種間的基因交流 可以 部分基因可以 說明 基因文庫的組建過程就包含基因工程的基本操作步驟。從基因文庫中獲取目的基因的優(yōu)點是操作簡便，缺點是工作量大，具有一定的盲目性 2.利用PCR技術擴增目的基因 (1)PCR的含義：是一項在生物體外復制特定DNA片段的

25、核酸合成技術。 (2)目的：短時間內大量擴增目的基因。 (3)原理：DNA雙鏈復制。 (4)前提：有一段已知目的基因的核苷酸序列。 (5)過程 第一步：加熱至90～95 ℃，DNA解鏈為單鏈； 第二步：冷卻至55～60 ℃，引物結合到互補DNA鏈； 第三步：加熱至70～75 ℃，熱穩(wěn)定DNA聚合酶(Taq酶)從引物起始進行互補鏈的合成。 如此重復循環(huán)多次。 3．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

26、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質 (2)聯(lián)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。 命題點一　基因工程操作程序的分析 1．(2017·全國Ⅰ，38)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

27、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__________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (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

28、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“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______________________________________________________________________

29、__。 答案　(1)基因A有內含子，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 解析　(1)從人的基因組文庫中獲得的基因A中含有內含子，而大腸桿菌屬于原核生物，不能切除基因A初始轉錄產物中與內含子對應的RNA序列，故基因A在大腸桿菌中無法表達出蛋白A。(2)由于病毒對宿主細胞的感染具有特異性，噬菌體只能寄生在細菌細胞中，不能感染家蠶細胞，故應選用可感染家蠶的昆蟲病毒作為載體。(3)與真核生物相比，大腸桿菌等原

30、核生物具有繁殖快、容易培養(yǎng)、遺傳物質相對較少等優(yōu)點。(4)檢測基因A是否翻譯出蛋白A，一般用抗原—抗體雜交的方法，即用蛋白A的抗體與從細胞中提取的蛋白質進行雜交，觀察是否出現(xiàn)雜交帶。(5)肺炎雙球菌轉化實驗的實質是S型細菌的DNA進入R型細菌體內，并可在R型細菌體內完成表達，這證明了DNA可以從一種生物個體轉移到另一種生物個體，為基因工程奠定了基礎。 2．2,4－D作為除草劑在農田中大量使用，研究認為它是某種淋巴癌的致病因子。為降低2,4－D的危害，科研人員通過基因工程技術構建了能高效降解2,4－D的基因工程菌。請回答下列問題： (1)在農業(yè)生產上常會使用________濃度2,4－D對麥

31、田進行除草，在殺死雜草的同時卻不會對小麥生長造成損害，原因是_____________________________________________。 (2)從被2,4－D污染的土壤中得到能降解2,4－D的細菌，從該細菌中提取RNA，構建____________文庫，進一步獲得目的基因。 (3)PCR技術擴增目的基因的過程：含目的基因的DNA受熱變性后解旋為單鏈，引物與單鏈相應互補序列結合，然后在________________酶作用下進行延伸，如此重復循環(huán)多次，使目的基因的量呈____________形式擴增。 (4)一個基因表達載體的組成中要有標記基因，標記基因的作用是鑒別受體細胞

32、中__________________。欲知基因工程成功與否，需要進行________水平的檢測，有時還需進行____________水平的鑒定。 答案　(1)高　不同植物對2,4－D的敏感程度不同　(2)cDNA(部分基因)　(3)熱穩(wěn)定DNA聚合酶(或Taq)　指數(shù)　(4)是否含有目的基因　分子　個體生物學(個體) 解析　(1)2,4－D是生長素類似物，利用不同植物對其敏感程度不同，可用其除去麥田雜草。(2)從工程菌中提取RNA構建成的基因文庫是部分基因文庫(cDNA文庫)。(3)PCR技術用熱穩(wěn)定DNA聚合酶(Taq酶)延伸，多次循環(huán)，目的基因的量呈指數(shù)(2n)增長。(4)標記基因的

33、作用是鑒別受體細胞中是否含有目的基因，欲知基因工程成功與否，需要進行分子水平的檢測，有時還需要進行個體生物學水平的鑒定。 命題點二　基因工程與蛋白質的關系的分析 3．(2015·全國Ⅱ，40)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。回答下列問題： (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__

34、______基因或合成________基因，所獲得的基因表達是遵循中心法則的，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(jù)此獲得基因，再經表達、純化獲得蛋白質，之后

35、還需要對蛋白質的生物________進行鑒定。 答案　(1)氨基酸序列(或結構)(其他答案合理也可) (2)P　P1　DNA和RNA(或遺傳物質)　DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白質(或轉錄、反轉錄、翻譯) (3)設計蛋白質的結構　推測氨基酸序列　功能 解析　(1)由題干信息可知，改造蛋白質的功能可以通過改變蛋白質的結構來實現(xiàn)。(2)依據(jù)蛋白質工程的定義及題中信息可知，獲得P1基因的途徑有修飾現(xiàn)有(P)基因或合成新(P1)基因。中心法則的全部內容包括DNA的復制，RNA的復制、轉錄、反轉錄和翻譯。(3)蛋白質工程的基本途徑：從預期蛋白質功能出發(fā)―→設計預期的蛋白質結構―→推

36、測應有的氨基酸序列―→找到相對應的脫氧核苷酸序列。通過蛋白質工程合成的蛋白質還需要進行生物活性的鑒定即功能鑒定，看是否達到人們的需求。 4．(2018·馬鞍山二中模擬)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。如圖是用蛋白質工程設計速效胰島素的生產過程，請據(jù)圖回答有關問題： (1)構建新的蛋白質模型是蛋白質工程的關鍵，圖中構建新的胰島素模型的主要依據(jù)是______________________________________________________________

37、__________。 (2)人工合成的DNA與________結合后，被轉移到________________________中才能得到準確表達。 (3)若要利用大腸桿菌生產速效胰島素，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什么？ ________________________________________________________________________ _______________________________________________________

38、_________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)蛋白質的預期功能　(2)載體　大腸桿菌等受體細胞　(3)蛋白質工程　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 解析　(1)蛋白質工程的目標是根據(jù)人們對蛋白質功能的特定需求，對蛋白質結構進行分子設計，因此，圖中構建新的胰島素模型的依據(jù)是預期胰島素，即速效胰島素的功能。(2)人工合成的目的基因與載體結合后，被導入受體細胞中才能得

39、以表達。(3)利用蛋白質工程生產自然界中原本不存在的蛋白質，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，得到目的基因，改造好的目的基因需通過基因工程將其導入受體細胞獲得工程菌，再利用工程菌進行發(fā)酵，從而獲取大量產品，因此該過程涉及蛋白質工程、基因工程和發(fā)酵工程。(4)由新的蛋白質模型到構建新的基因，其基本設計思路是根據(jù)新的蛋白質中的氨基酸序列，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。 考點三　DNA的粗提取與鑒定 1．實驗原理 2．操作流程 1．DNA和蛋白質在不同

40、NaCl溶液中的溶解度比較 2 mol/LNaCl溶液 0.14 mol/LNaCl溶液 溶解規(guī)律 DNA 溶解 析出 蛋白質 部分發(fā)生鹽析沉淀 溶解 NaCl溶液濃度從2 mol/L降低過程中，溶解度逐漸增大 2.DNA的粗提取與鑒定實驗中的“2、4、4” 加蒸餾水2次 ①加到雞血細胞液中，使血細胞吸水漲破；②加到含DNA的2 mol/L的NaCl溶液中，使NaCl溶液的物質的量濃度稀釋到0.14 mol/L，使DNA析出 用紗布過濾4次 ①過濾血細胞破裂液，得到含細胞核物質的濾液；②過濾用2 mol/L的NaCl溶液充分溶解的DNA，濾去溶液中的雜

41、質；③濾取0.14 mol/L的NaCl溶液中析出的DNA(黏稠物)；④過濾溶有DNA的2 mol/L的NaCl溶液 用NaCl溶液4次 ①加2 mol/L的NaCl溶液，溶解提取的細胞核物質；②用0.14 mol/L的NaCl溶液使DNA析出；③用2 mol/L的NaCl溶液，溶解濾取的DNA黏稠物；④用2 mol/L的NaCl溶液，溶解絲狀物用于鑒定DNA 問題探究 下圖為“DNA粗提取和鑒定”實驗的相關操作，請仔細觀察并分析： (1)操作①和④都是加入蒸餾水，其目的一樣嗎？ 提示　不一樣。①是使雞血細胞吸水漲破釋放出核物質；④是稀釋NaCl溶液使其濃度接近0.14

42、 mol·L－1，去除溶于低濃度NaCl溶液的雜質。 (2)操作②中加入酒精的目的是什么？此時攪拌要注意什么？ 提示　②中加入酒精的目的是析出DNA，去除其中溶于酒精的雜質，這時候攪拌要沿一個方向，輕緩的進行。 (3)操作③中的粘稠物是如何獲取的？加入2 mol/L NaCl的目的是什么？ 提示　黏稠物是經過單層紗布過濾獲得的； 加入2 mol/L NaCl的目的是使DNA再次溶解。 命題點　DNA的粗提取與鑒定實驗應用 1．下列關于DNA粗提取與鑒定實驗的敘述，正確的是(　　) 選項 試劑 操作 作用 A 檸檬酸鈉溶液 與雞血混合 防止血液凝固 B 蒸餾水

43、 與雞血細胞混合 保持細胞形狀 C 蒸餾水 加入到溶解有DNA的NaCl溶液中 析出蛋白質 D 冷卻的酒精 加入到過濾后含DNA的NaCl溶液中 產生特定的顏色反應 答案　A 解析　蒸餾水與雞血細胞混合的目的是使紅細胞吸水漲破，釋放出核物質，B項錯誤；將蒸餾水加入到溶解有DNA的NaCl溶液中，其目的是降低DNA的溶解度，初步析出DNA，C項錯誤；加入冷卻酒精的目的是進一步析出DNA，D項錯誤。 2．實驗中對DNA進行鑒定時，做如下操作： 　　試管 序號　　 A B 1 加2 mol/L的NaCl溶液5 mL 加2 mol/L的NaCl溶液5 m

44、L 2 不加 加入提取的DNA絲狀物并攪拌 3 加4 mL二苯胺，混勻 加4 mL二苯胺，混勻 4 沸水浴5 min 沸水浴5 min 實驗現(xiàn)象 實驗結論 (1)根據(jù)上圖，完成表格空白處的實驗內容。 (2)對于B試管，完成1、2、3的操作后溶液顏色如何變化？ ________________________________________________________________________。 (3)在沸水浴中加熱的目的是____________________________________________________ ___

45、_____，同時說明DNA對高溫有較強的__________。 (4)A試管在實驗中的作用是__________。 (5)B試管中溶液顏色的變化程度主要與________________________________有關。 答案　(1)溶液不變藍色　溶液逐漸變藍色　DNA在沸水浴的情況下遇二苯胺會被染成藍色　(2)溶液顏色基本不變　(3)加快顏色反應速度　耐受性　(4)對照　(5)加入試管中的DNA(絲狀物)的多少 解析　B試管中含DNA絲狀物，A試管中不含，其他條件均完全相同，A、B兩試管形成對照。本實驗強調反應條件是沸水浴加熱5 min，這樣可加快顏色反應的速度，觀察對比兩試管的

46、顏色時要等到冷卻以后。 矯正易錯　強記長句 1．限制酶是一類酶，而不是一種酶。 2．將一個基因從DNA分子上切割下來，需要切兩處，同時產生四個黏性末端或平末端。 3．不同DNA分子用同一種限制酶切割，產生的末端都相同，同一個DNA分子用不同的限制酶切割，產生的末端一般不相同。 4．限制酶切割位點應位于標記基因之外，不能破壞標記基因，以便進行檢測。 5．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控，所以目的基因的插入位點應在啟動子與終止子之間。 6．受體細胞選擇時需注意：要合成糖蛋白、有生物活性的胰島素必須用真核生物酵母菌(需內質網、高爾基體的加工、分泌)；一

47、般不用支原體，原因是它營寄生生活；一定不能用哺乳動物成熟的紅細胞，原因是它無細胞核，不能合成蛋白質。 1.限制酶具有特異性，即一種限制酶只能識別特定的核苷酸序列，并在特定的位點上切割DNA分子。DNA連接酶的作用部位是磷酸二酯鍵。 2．質粒是常用的載體，它是一種小型的雙鏈環(huán)狀DNA分子，具有一個至多個限制酶切割位點及標記基因。 3．基因表達載體包括目的基因、啟動子、終止子、標記基因和復制原點。 4．培育轉基因動物時，受體細胞必須是受精卵；培育轉基因植物時，受體細胞可以是受精卵，也可以是體細胞。 5．目的基因導入植物細胞常用農桿菌轉化法；導入動物細胞常用顯微注射技術，導入微生物細胞

48、常用感受態(tài)細胞法。 6．目的基因到了另一種生物體內能夠成功表達的原理是所有生物共用一套遺傳密碼。 重溫高考　演練模擬 1．(2017·北京，5)為了增加菊花花色類型，研究者從其他植物中克隆出花色基因C(圖1)，擬將其與質粒(圖2)重組，再借助農桿菌導入菊花中。 下列操作與實驗目的不符的是(　　) A．用限制性核酸內切酶EcoRⅠ和連接酶構建重組質粒 B．用含C基因的農桿菌侵染菊花愈傷組織，將C基因導入細胞 C．在培養(yǎng)基中添加卡那霉素，篩選被轉化的菊花細胞 D．用分子雜交方法檢測C基因是否整合到菊花染色體上 答案　C 解析　由于C基因兩端及質粒上均存在限制酶EcoRⅠ的切

49、割位點，因此，可采用限制酶EcoRⅠ和DNA連接酶構建重組質粒，A項正確；用含C基因的農桿菌侵染菊花愈傷組織(即農桿菌轉化法)，可以將C基因導入細胞，B項正確；由于質粒上存在潮霉素抗性基因(標記基因)，因此，可以在培養(yǎng)基中添加潮霉素，篩選被轉化的菊花細胞，C項錯誤；可用分子雜交方法檢測C基因是否整合到菊花染色體上，D項正確。 2．(2017·全國Ⅱ，38)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

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

51、___________________________________________________ ________________________________________________________________________(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(jù)中心法則分析，其可能的原因是______________________________________ _________

52、_______________________________________________________________。 答案　(1)嫩葉中基因表達強烈，相應的mRNA多(或嫩葉組織細胞易破碎)　防止提取的mRNA被RNA酶降解 (2)在逆轉錄酶的作用下，以mRNA為模板按照堿基互補配對原則合成cDNA　(3)質粒載體中有啟動子、終止子，便于目的基因的表達；質粒中有標記基因便于篩選；質粒中含有復制原點等　(4)磷酸二酯鍵　(5)幾丁質酶基因沒有轉錄或轉錄的mRNA沒有翻譯 解析　(1)由于嫩葉組織細胞比老葉組織細胞易破碎，所以適于作為提取幾丁質酶的mRNA的實驗材料。由于植物組織

53、中存在的RNA酶能將RNA分解，所以實驗過程中要添加RNA酶抑制劑以降低RNA酶的活性，保護提取的RNA不被分解。(2)以mRNA為材料獲得cDNA的過程為逆轉錄，即以mRNA為模板、以4種脫氧核糖核苷酸為原料，在逆轉錄酶的催化下，遵循堿基互補配對原則，合成cDNA的過程。(3)由于目的基因無復制原點，也無基因表達所需的啟動子和終止子，所以需與質粒構建重組質粒后再導入受體細胞。(4)DNA連接酶可以催化兩個DNA片段的黏性末端或平末端連接形成磷酸二酯鍵。(5)幾丁質酶基因已經整合到植物的基因組中，但是植株抗真菌病的能力沒有提高，從中心法則角度分析，可能是轉基因植株細胞中幾丁質酶基因沒有轉錄或轉

54、錄的mRNA沒有翻譯導致的。 3．(2017·唐山期末)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(jù)的原理是____________________，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(jù)這一序列合成__________；擴增過程需要加入__________________酶。 (2)啟動子是一段有特殊結構的DNA片段，其作用是________________________________。目的基因能在不同生

55、物體內正常表達原來的蛋白質，說明整個生物界____________________。PCR定點突變技術屬于____________________的范疇。 (3)可利用定點突變的DNA構建基因表達載體。常用____________________法將基因表達載體導入植物細胞，還需用到植物細胞工程中的____________________技術來最終獲得轉基因植物。 答案　(1)DNA雙鏈復制　引物　耐高溫的DNA聚合(或TaqDNA聚合)　(2)RNA聚合酶識別和結合的部位，可驅動基因轉錄出mRNA　共用一套密碼子　蛋白質工程　(3)農桿菌轉化　植物組織培養(yǎng) 解析　(1)PCR依據(jù)的原理

56、是DNA雙鏈復制，在用PCR技術擴增目的基因前要依據(jù)一段已知目的基因的脫氧核苷酸序列合成引物；擴增過程需要加入耐高溫的DNA聚合(或TaqDNA聚合)酶。(2)啟動子是RNA聚合酶識別和結合的部位，可驅動基因轉錄出mRNA；因生物界共用一套遺傳密碼，所以目的基因可以在不同細胞內表達合成相同蛋白質。(3)常用農桿菌轉化法將基因表達載體導入植物細胞，借助于植物組織培養(yǎng)技術，獲得轉基因植物。 4．(2017·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，導致功能異常。回答下列問題： (1)異常血紅蛋白的氨基酸序列改變的根本原因是編碼血

57、紅蛋白基因的________________序列發(fā)生改變。 (2)將正常的血紅蛋白基因導入患者的骨髓造血干細胞中，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，可先提取早期紅細胞中的____________，以其作為模板，在____________酶的作用下反轉錄合成cDNA。cDNA與載體需在限制酶和______________

58、__酶的作用下，構建基因表達載體，導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。 答案　(1)堿基對(或脫氧核苷酸)　(2)不屬于　沒有對現(xiàn)有的蛋白質進行改造(或沒有對基因進行修飾) (3)mRNA(或RNA)　逆轉錄　DNA連接　(4)蛋白質　抗原—抗體 解析　(1)編碼血紅蛋白的基因中因堿基對的替換導致編碼的氨基酸種類改變。(2)蛋白質工程是通過基因修飾或基因合成，實現(xiàn)對現(xiàn)有蛋白質的改造或制造出新的蛋白質。此操作不屬于蛋白質工程。(3

59、)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，在逆轉錄酶的作用下，反轉錄合成cDNA。構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，進行抗原—抗體雜交實驗加以判斷。 1．如圖是利用基因工程技術培育轉基因植物生產可食用疫苗的部分過程示意圖，其中PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、ApaⅠ為四種限制性核酸內切酶。下列說法錯誤的是(　　) A．圖示過程是基因工程的核心步驟 B．表達載體構建時需要用到限制酶SmaⅠ C．抗卡那霉素基因的存在有利于將含有抗原基因的細胞篩選出來 D．除圖示組成外，表達載體中還

60、應該含有啟動子和終止子等結構 答案　B 解析　圖示過程為基因表達載體的構建過程，是基因工程中的核心步驟。構建過程中需要將目的基因完整切割下來，此時要用到限制酶PstⅠ、EcoRⅠ。抗卡那霉素基因是標記基因，目的是便于鑒定和篩選含有目的基因的細胞?；虮磉_載體包括啟動子、目的基因、終止子和標記基因等。 2．下列關于限制酶的敘述中，錯誤的是(　　) A．它能在特定位點切割DNA分子 B．同一種限制酶切割不同的DNA分子產生的黏性末端能夠很好地進行堿基配對 C．它能任意切割DNA，從而產生大量DNA片段 D．每一種限制酶只能識別特定的核苷酸序列 答案　C 解析　限制酶是基因工程的重

61、要工具之一；每種限制酶只能識別特定的核苷酸序列，并在特定的位點上切割DNA分子；同一種限制酶切割不同的DNA分子產生的黏性末端能進行互補配對。 3．(2018·西安鐵一中學月考)將目的基因導入玉米莖尖分生區(qū)細胞和小鼠受精卵，應分別采用的方法是(　　) A．顯微注射技術　農桿菌轉化法 B．基因槍法　花粉管通道法 C．農桿菌轉化法　顯微注射技術 D．基因槍法　顯微注射技術 答案　D 解析　玉米是單子葉植物，對單子葉植物來說，常用的方法是基因槍法；對于動物細胞來說，常用的方法是顯微注射技術。 4．圖1、2分別為“DNA的粗提取與鑒定”實驗中部分操作步驟示意圖，下列敘述不正確的是(　　

62、) A．圖1、2中加入蒸餾水稀釋的目的相同 B．圖1中完成過濾之后保留濾液 C．圖2中完成過濾之后棄去濾液 D．在圖1雞血細胞液中加入少許嫩肉粉有助于去除雜質 答案　A 解析　A項錯，圖1、2 中加入蒸餾水稀釋的目的分別是破碎細胞獲取含DNA的濾液；稀釋NaCl溶液，析出DNA；B項對，圖1 過濾之后保留濾液，因濾液中含DNA；C項對，圖2過濾之后棄去濾液，因DNA已析出；D項對，嫩肉粉中的蛋白酶可對蛋白質進行水解。 5．抗菌肽對治療癌癥有一定的作用，下圖表示抗菌肽合成過程。相關說法正確的是(　　) A．用PCR克隆目的基因不需要DNA解旋酶 B．基因表達載體包含

63、起始密碼和終止密碼 C．用顯微注射法導入基因表達載體 D．篩選菌種時用基因探針檢測相關蛋白質 答案　A 解析　PCR技術中采用的是高溫變性，因此用PCR克隆目的基因不需要DNA解旋酶，A項正確；基因表達載體包含啟動子和終止子，而起始密碼和終止密碼在mRNA上，B項錯誤；將基因表達載體導入酵母菌細胞時應用感受態(tài)細胞法，C項錯誤；篩選菌種時用基因探針檢測相關基因或mRNA，不能用基因探針檢測蛋白質，D項錯誤。 6．(2017·郴州第四次質檢)利用基因工程技術培育馬鈴薯新品種，目前已經取得豐碩成果。請根據(jù)教材所學知識回答下列問題： (1)馬鈴薯易患多種疾病，導致其產量不高。通過導入抗病基

64、因并使其表達可以提高馬鈴薯產量，基因工程中使用最多的抗病基因是____________________和病毒的復制酶基因。 (2)馬鈴薯是雙子葉植物，常用________________(方法)將目的基因導入馬鈴薯受體細胞中。構建好的基因表達載體基本結構包括目的基因、標記基因、________、________、________等五部分。 (3)科學家還培育出抗除草劑的轉基因馬鈴薯，其設計方法：修飾除草劑作用的靶蛋白，使其對除草劑________(填“敏感”或“不敏感”)，或使靶蛋白過量表達，植物吸收除草劑后仍能________。 (4)將目的基因導入受體細胞后，還需對轉基因植物進行__

65、__________________________。 答案　(1)病毒外殼蛋白基因　(2)農桿菌轉化法　啟動子　終止子　復制原點　(3)不敏感　正常代謝　(4)目的基因的檢測與鑒定 解析　(1)在基因工程中，使用最多的抗病基因是病毒外殼蛋白基因和病毒的復制酶基因。(2)常用農桿菌轉化法將目的基因導入馬鈴薯等雙子葉植物的受體細胞中。構建好的基因表達載體的基本結構包括目的基因、標記基因、終止子、啟動子和復制原點等五部分。(3)培育抗除草劑的轉基因馬鈴薯，需通過修飾使除草劑作用的靶蛋白對除草劑不敏感，或使靶蛋白過量表達，使植物吸收除草劑后仍能正常代謝。(4)將目的基因導入受體細胞后，還需對轉基

66、因植物進行目的基因的檢測與鑒定。 7．(2017·沈陽監(jiān)測)歐洲哥廷根小型豬因其器官大小、結構和生理特點等方面與人的器官極為相似，已經成為國際上理想的異種器官移植的研究材料。目前，歐洲哥廷根小型豬作為糖尿病、心臟病、帕金森氏癥等重大人類疾病及新藥研究的動物模型，也得到了全世界醫(yī)藥管理機構的認可。 (1)異種器官移植到人體內會發(fā)生______________，從而使外源器官難以存活。為解決這一難題，必須設法除去醫(yī)用小型豬的________________基因，或抑制該基因的________。 (2)向小型豬轉入外源基因時，其受體細胞通常是__________，導入方法是______________。 (3)要對轉基因成功的醫(yī)用小型豬進行擴大培養(yǎng)，可采用的技術手段是________。 (4)利用基因工程技術，可以獲得乳汁中含有藥用蛋白的動物，這種動物叫______________。為了獲得該動物，需將________基因與________基因的啟動子等調控組件重組在一起，構建基因表達載體。 答案　(1)免疫排斥反應　抗原決定　表達　(2)受精卵　顯微注射技術　(3)克隆(或“核