1、第1讲基因工程与克隆技术(基础自修课)好题精选做一当十 剑指高考短平快,省时省力跳题海 一、历年高考试题集中研究找规律1(2015全国卷)HIV属于逆转录病毒,是艾滋病的病原体。回答下列问题:(1)用基因工程方法制备HIV的某蛋白(目的蛋白)时,可先提取HIV中的_,以其作为模板,在_的作用下合成_,获取该目的蛋白的基因,构建重组表达载体,随后导入受体细胞。(2)从受体细胞中分离纯化出目的蛋白,该蛋白作为抗原注入机体后,刺激机体产生的可与此蛋白结合的相应分泌蛋白是_,该分泌蛋白可用于检测受试者血清中的HIV,检测的原理是_。(3)已知某种菌导致的肺炎在健康人群中罕见,但是在艾滋病患者中却多发。
2、引起这种现象的根本原因是HIV主要感染和破坏了患者的部分_细胞,降低了患者免疫系统的防卫功能。(4)人的免疫系统有_癌细胞的功能。艾滋病患者由于免疫功能缺陷,易发生恶性肿瘤。解析:(1)HIV的遗传物质是RNA,所以要想获得相应的目的基因,应以HIV的RNA为模板,在逆转录酶的作用下合成cDNA(或DNA)。(2)目的蛋白注入机体后相当于抗原。在抗原的刺激下,机体进行体液免疫,由浆细胞产生相应抗体(分泌蛋白),由于该抗体能与目的蛋白(抗原)发生特异性结合,所以可通过抗体检测出有无目的蛋白,从而确定体内有无HIV。(3)HIV主要攻击人体的T(或T淋巴)细胞,从而降低机体免疫系统的防卫功能。(4
3、)癌细胞在机体中属于抗原,人体的免疫系统能够监控和清除癌细胞。答案:(1)RNA逆转录酶cDNA(或DNA)(2)抗体抗原抗体特异性结合(3)T(或T淋巴)(4)监控和清除2(2015全国卷)已知生物体内有一种蛋白质(P),该蛋白质是一种转运蛋白,由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸,240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸,改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能,而且具有了酶的催化活性。回答下列问题:(1)从上述资料可知,若要改变蛋白质的功能,可以考虑对蛋白质的_进行改造。(2)以P基因序列为基础,获得P1基因的途径有修饰_基因或合成_基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的
4、,中心法则的全部内容包括_的复制,以及遗传信息在不同分子之间的流动,即:_。(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程,其基本途径是从预期蛋白质功能出发,通过_和_,进而确定相对应的脱氧核苷酸序列,据此获得基因,再经表达、纯化获得蛋白质,之后还需要对蛋白质的生物_进行鉴定。解析:(1)从题中所述资料可知,将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸,240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸后,该蛋白质的功能发生了改变,此过程是通过对构成蛋白质的氨基酸的排列顺序进行改造,进而改变了蛋白质的结构,从而改变了蛋白质的功能。(2)在蛋白质工程中,目的基因可以以P基因序列为基础,对生物体内原有P基因进行修饰,也可以通过人工合
5、成法合成新的P1基因。中心法则的内容如下图所示:由图可知,中心法则的全部内容包括:DNA以自身为模板进行的复制,DNA通过转录将遗传信息传递给RNA,最后RNA通过翻译将遗传信息表达成蛋白质;在有些病毒中RNA可自我复制(如烟草花叶病毒等),在某些病毒中能以RNA为模板逆转录合成DNA(如HIV),这是对中心法则的补充。(3)蛋白质工程的基本途径是预期蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列合成DNA表达出蛋白质,经过该过程得到的蛋白质,需要对其生物功能进行鉴定,以保证其发挥正常作用。答案:(1)氨基酸序列(或结构)(其他合理答案也可)(2)PP1DNA和RNA(或遗传物质)DNAR
6、NA、RNADNA、RNA蛋白质(或转录、逆转录、翻译)(3)设计蛋白质的结构推测氨基酸序列功能3(2015江苏高考)胰岛素A、B链分别表达法是生产胰岛素的方法之一。下图1是该方法所用的基因表达载体,图2表示利用大肠杆菌作为工程菌生产人胰岛素的基本流程(融合蛋白A、B分别表示半乳糖苷酶与胰岛素A、B链融合的蛋白)。请回答下列问题:(1)图1基因表达载体中没有标注出来的基本结构是_。(2)图1中启动子是_酶识别和结合的部位,有了它才能启动目的基因的表达;氨苄青霉素抗性基因的作用是_。(3)构建基因表达载体时必需的工具酶有_。(4)半乳糖苷酶与胰岛素A链或B链融合表达,可将胰岛素肽链上蛋白酶的切割
7、位点隐藏在内部,其意义在于_。(5)溴化氰能切断肽链中甲硫氨酸羧基端的肽键,用溴化氰处理相应的融合蛋白能获得完整的A链或B链,且半乳糖苷酶被切成多个肽段,这是因为_。(6)根据图2中胰岛素的结构,请推测每个胰岛素分子中所含游离氨基的数量。你的推测结果是_,理由是_。解析:(1)基因表达载体中应具有启动子、目的基因、终止子、标记基因和复制原点。(2)启动子是转录过程中RNA聚合酶识别和结合的部位,有了它才能启动目的基因的表达。图中的氨苄青霉素抗性基因充当了标记基因,可用含有氨苄青霉素的培养基筛选含有重组质粒的大肠杆菌。(3)构建基因表达载体时,需要用同种限制酶分别切割目的基因和载体,然后用DNA
8、连接酶将目的基因和载体连接。(4)胰岛素肽链上具有蛋白酶的切割位点,会导致胰岛素被菌体内的蛋白酶降解,而通过融合表达将切割位点隐藏在内部可防止胰岛素的A、B链被菌体内的蛋白酶降解。(5)根据溴化氰能切断肽链中甲硫氨酸羧基端的肽键,并结合半乳糖苷酶被切成多个肽段,获得了完整的胰岛素A链、B链这一信息,可以推测半乳糖苷酶中必然含有多个甲硫氨酸,胰岛素A链、B链不含甲硫氨酸。(6)每一条肽链的两个末端分别含有一个氨基和一个羧基,某些氨基酸的R基中也含有氨基,因此含两条肽链的胰岛素中至少含有2个游离的氨基。答案:(1)终止子(2)RNA聚合作为标记基因,将含有重组质粒的大肠杆菌筛选出来(3)限制酶和D
9、NA连接酶(4)防止胰岛素的A、B链被菌体内蛋白酶降解(5)半乳糖苷酶中含多个甲硫氨酸,而胰岛素A、B链中不含甲硫氨酸(6)至少2个两条肽链的一端各有一个游离的氨基,氨基酸R基团中可能还含有游离的氨基4(2014全国卷)某研究者用抗原(A)分别免疫3只同种小鼠(X、Y和Z),每只小鼠免疫5次,每次免疫一周后测定各小鼠血清抗体的效价(能检测出抗原抗体反应的血清最大稀释倍数),结果如图所示。若要制备杂交瘤细胞,需取免疫后小鼠的B淋巴细胞(染色体数目40条),并将该细胞与体外培养的小鼠骨髓瘤细胞(染色体数目60条)按一定比例加入试管中,再加入聚乙二醇诱导细胞融合,经筛选培养及抗体检测,得到不断分泌抗
10、A抗体的杂交瘤细胞。回答下列问题:(1)制备融合所需的B淋巴细胞时,所用免疫小鼠的血清抗体效价需达到16 000以上,则小鼠最少需要经过_次免疫后才能有符合要求的。达到要求后的X、Y、Z这3只免疫小鼠中,最适合用于制备B淋巴细胞的是_小鼠,理由是_。(2)细胞融合实验完成后,融合体系中除含有未融合的细胞和杂交瘤细胞外,可能还有_,体系中出现多种类型细胞的原因是_。(3)杂交瘤细胞中有_个细胞核,染色体数目最多是_条。(4)未融合的B淋巴细胞经多次传代培养后都不能存活,原因是_。解析:(1)由图可知,小鼠至少经过4次免疫后,免疫小鼠的血清抗体效价可达到16 000以上,其中Y小鼠的血清抗体效价最
11、高。(2)由于细胞融合是随机的,且并不是所有细胞都能参与融合,融合体系中含有五种细胞:未融合的B淋巴细胞、未融合的骨髓瘤细胞、杂交瘤细胞、骨髓瘤细胞相互融合形成的细胞、B淋巴细胞相互融合形成的细胞。(3)两个细胞的细胞核融合成一个细胞核标志着融合的完成,杂交瘤细胞中有一个细胞核,染色体数量为两者之和,即100条染色体。(4)未融合的B淋巴细胞不能无限增殖,经多次传代培养后都不能存活。答案:(1)4YY小鼠的血清抗体效价最高(2)B淋巴细胞相互融合形成的细胞、骨髓瘤细胞相互融合形成的细胞细胞融合是随机的,且融合率达不到100%(3)1100(4)(经免疫的B淋巴细胞是高度分化的细胞)不能无限增殖
12、二、最新调研试题重点研究明热点1P5CS是植物合成脯氨酸的关键酶,脯氨酸有助于植物抵御干旱。下面是将P5CS基因转入烟草细胞获得耐旱烟草植株过程的示意图。请回答下列问题:(1)要将P5CS基因成功插入Ti质粒中,Ti质粒的_中应含有Hind、Sal限制酶切割位点。过程需在农杆菌的培养基中添加_才能筛选出含P5CS基因的Ti质粒的农杆菌。(2)检测P5CS基因是否整合到烟草细胞染色体DNA上,采用_技术;转基因是否成功可以直接在个体水平上对转基因植物与非转基因植物的_性进行比较。(3)将转入P5CS基因的烟草细胞培育成完整的植株需要用_技术,愈伤组织经过_发育成完整植株,此过程除营养物质外还必须
13、向培养基中添加_。解析:(1)质粒中的TDNA又称可转移的DNA,可以将携带的目的基因转移到受体植物细胞的染色体中去,所以该基因工程要成功,应将目的基因插入到TDNA中; 因此Ti质粒的TDNA中应含有Hind、Sal限制酶切割位点。由于重组质粒中含有完整的抗四环素基因,因此过程需在农杆菌的培养基中添加四环素才能筛选出含P5CS基因的Ti质粒的农杆菌。(2)检测目的基因(P5CS基因)是否整合到烟草细胞染色体DNA上,应采用DNA分子杂交技术;根据题意,P5CS是植物合成脯氨酸的关键酶,脯氨酸有助于植物抵御干旱,因此转基因是否成功可以直接在个体水平上对转基因植物与非转基因植物的抗旱性进行比较。
14、(3)将转入目的基因(P5CS基因)的烟草细胞培育成完整的植株需要用植物组织培养技术,愈伤组织通过再分化发育成完整植株,此过程除营养物质外还必须向培养基中添加生长素和细胞分裂素。答案:(1)TDNA四环素(2)DNA分子杂交抗旱(或耐旱)(3)植物组织培养再分化(或细胞增殖和分化)植物激素(或生长素和细胞分裂素)2研究表明,HER2是一种原癌基因,它表达的H蛋白在多种恶性肿瘤细胞特别是乳腺癌细胞中过量表达。抗H蛋白单克隆抗体能抑制过量表达H蛋白的乳腺癌细胞的生长,目前已成为有效的生物治疗手段。H蛋白是一种跨膜蛋白,其结构如下图1所示;图2是利用小鼠制备抗H蛋白单克隆抗体过程图(图中的“”表示含
15、有、“”表示没有)。请回答下列问题:(1)选择H蛋白作为单克隆抗体的作用靶点,是因为H蛋白在成年个体的正常组织细胞中_(填“低表达”或“高表达”)。制备免疫小鼠用的H蛋白(抗原)时,应构建_区基因,并转入原核细胞中表达并提纯。(2)将H蛋白注射到小鼠体内,从该小鼠的脾脏中获得相应的_细胞,将其与_细胞进行融合,细胞融合利用的原理是_。与植物原生质体融合过程相比,该过程特有的诱导方法是_。(3)在杂交瘤细胞的体外培养过程中,HAT培养基中是否需要添加动物血清?_(填“需要”或“不需要”)。培养液中添加一定量的抗生素的目的是_;培养箱中充入5%的CO2气体的主要作用是_;为避免培养过程中代谢产物对
16、杂交瘤细胞的毒害,常采取的措施是_。(4)研究发现,细胞内DNA的合成一般有两条途径,主途径是在细胞内由糖和氨基酸合成核苷酸,进而合成DNA,叶酸作为重要的辅酶参与这一合成过程。另一辅助途径是在次黄嘌呤和胸腺嘧啶核苷存在的情况下,经次黄嘌呤磷酸核糖转化酶(HGPRT)和胸腺嘧啶核苷激酶(TK)的催化作用合成DNA。HAT培养基中有三种关键成分:次黄嘌呤(H)、氨基嘌呤(A)和胸腺嘧啶核苷(T),氨基嘌呤是叶酸的拮抗剂。在HAT培养基中能将骨髓瘤细胞淘汰的物质是_。解析:(1)根据题意,H蛋白在多种恶性肿瘤细胞中过量表达,说明在成年个体的正常组织细胞中该基因处于低表达状态。根据题意可知H蛋白是一
17、种跨膜蛋白,由于抗体主要存在于细胞外液中,根据图1中的胞外区暴露在细胞膜的外表可知,若用H蛋白制备抗原需利用其胞外区基因。(2)将H蛋白注射到小鼠体内,此时H蛋白为抗原,图2中的B淋巴细胞能产生抗H蛋白的抗体,故应取经H蛋白免疫的小鼠的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合,细胞融合的原理是细胞膜具有一定的流动性。除了物理法(包括离心、振荡、电激等)、化学法(一般是用聚乙二醇作为诱导剂),动物细胞融合特有的诱导方法是用灭活的病毒处理。(3)在动物细胞培养过程中,培养基中需加入动物血清,它可以为细胞生长、增殖提供营养,还能促进细胞DNA的合成,并且含有细胞增殖所必需的生长因子;添加一定量的抗生素,目的是防止
18、杂菌污染;培养箱中充入5%的CO2气体,主要作用是维持培养液适宜的pH;为避免培养过程中代谢产物对杂交瘤细胞的毒害,应定期更换培养液。(4)根据题意及图示可知,B淋巴细胞含黄嘌呤磷酸核糖转化酶(HGPRT),但骨髓瘤细胞中不含,说明骨髓瘤细胞不能使用DNA合成的辅助途径,只能使用主途径。又因为氨基嘌呤(A)是叶酸的拮抗剂,而叶酸又是参与细胞内DNA合成主途径的重要辅酶,故培养基中的氨基嘌呤可以阻断DNA合成的主途径。就是说在培养基中,有杂交瘤细胞,有骨髓瘤细胞,我们需要把两种细胞分开,其中杂交瘤细胞是具有主途径的,而骨髓瘤细胞没有主途径。在培养基中加入氨基嘌呤就可以抑制骨髓瘤细胞生长,将杂交瘤细胞筛选出来。答案:(1)低表达胞外(2)B淋巴骨髓瘤细胞膜具有一定的流动性用灭活的病毒处理(3)需要防止杂菌污染维持培养液适宜的pH定期更换培养液(4)氨基嘌呤