1、第37讲基因工程新高考复习目标1生命观念：运用结构与功能观，理解基因工程原理、技术和应用。2科学思维：从基因工程诞生的历程中，体会科学发展的曲折性和必然性。3社会责任：关注各国为保证转基因食物安全性实施的监控和预防措施，运用相关知识宣传转基因食品的安全性评价。4科学探究：理清DNA的粗提取与鉴定的原理及操作流程。授课提示：对应学生用书第267页 考点一基因工程的基本工具 1基因工程的概念(1)供体：提供目的基因。(2)操作环境：体外。(3)操作水平：分子水平。(4)原理：基因重组。(5)受体：表达目的基因。(6)本质：性状在受体体内的表达。(7)优点：克服远缘杂交不亲和的障碍，定向改造生物的遗
2、传性状。2基因工程的操作工具(1)限制酶(2)DNA连接酶作用：将限制酶切割下来的DNA片段拼接成DNA分子。类型常用类型Ecoli DNA连接酶T4 DNA连接酶来源大肠杆菌T4噬菌体功能只缝合黏性末端缝合黏性末端和平末端结果恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键DNA连接酶和限制酶的关系(3)载体其他载体：噬菌体衍生物、动植物病毒等。载体的作用：携带外源DNA片段进入受体细胞。教材选修3 P6 “寻根问底”：DNA连接酶和DNA聚合酶的作用相同吗？试简要说明。提示：不相同。DNA连接酶连接的是两个DNA片段，而DNA聚合酶连接的是单个的脱氧核苷酸。1切割质粒的限制性核酸内切酶均能特异
3、性地识别6个核苷酸序列。()2载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因。()3DNA连接酶能将两碱基间通过氢键连接起来。()4限制性核酸内切酶、DNA连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具酶。()5Ecoli DNA连接酶既可连接平末端，又可连接黏性末端。()6用于载体的质粒DNA分子上至少含一个限制酶识别位点。()7载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中，使之稳定存在并表达。()1.明辨限制酶的特点与使用特点(1)限制酶具有特异性，即一种限制酶只能识别特定的核苷酸序列，并在特定的位点上进行切割；限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物DNA分子中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。
4、(2)在获取目的基因和切割载体时通常用同一种限制酶，以获得相同的黏性末端。但如果用两种不同限制酶切割后形成的黏性末端相同，在DNA连接酶的作用下目的基因与载体也可以连接起来。(3)为了防止载体或目的基因的黏性末端自己连接，即所谓“环化”，可用不同的限制酶分别处理含目的基因的DNA和载体，使目的基因两侧及载体上各自具有两个不同的黏性末端。2与DNA相关的五种酶的比较名称作用部位作用结果限制酶磷酸二酯键将DNA切成两个片段DNA连接酶磷酸二酯键将两个DNA片段连接为一个DNA分子DNA聚合酶磷酸二酯键将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端DNA (水解)酶磷酸二酯键将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸解旋
5、酶碱基对之间的氢键将双链DNA分子局部解旋为单链，形成两条长链3.明晰基因工程中的载体(1)应具备的条件能在受体细胞中复制并稳定保存，可使目的基因稳定存在且可扩大数量。具有一个至多个限制酶切点，可供外源DNA片段插入。具有标记基因，可供重组DNA的鉴定和选择。 (2)与膜载体的区别：基因工程中的载体是DNA分子，能将目的基因导入受体细胞内，并利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制；膜载体是蛋白质，与细胞膜的通透性有关。据图思考相关问题：设计意图：考查生命观念与科学思维(1)已知限制酶EcoR和Sma识别的碱基序列和酶切位点分别为GAATTC和CCCGGG，在图中画出两种限制酶切割DNA后产生
6、的末端。提示： (2)EcoR限制酶和Sma限制酶识别的碱基序列不同，切割位点不同，说明限制酶具有怎样的特性？提示：专一性。(3)限制酶不切割自身DNA，请说出一种推测。提示：自身DNA不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。(4)图3中和过程分别是什么酶？作用部位是什么？提示：是限制酶，是DNA连接酶，二者的作用部位都是磷酸二酯键。命题点11用Xho 和Sal 两种限制性核酸内切酶分别处理同一DNA片段，酶切位点及酶切产物分离结果如图。以下叙述不正确的是()A图中两种酶识别的核苷酸序列不同B图中酶切产物可用于构建重组DNAC泳道中是用Sal 处理得到的酶切产物D图中被酶切的DNA片段是单链
7、DNA解析：限制酶识别特定的脱氧核苷酸序列，不同的限制酶能识别不同的核苷酸序列，由电泳图可知Xho 和Sal 两种酶分别切割时，识别的序列不同，A正确；同种限制酶切割出的DNA片段，具有相同的黏性末端，再用DNA连接酶进行连接，可以构成重组DNA，B正确；Sal 将DNA片段切成4段，Xho 将DNA片段切成3段，根据电泳结果可知泳道为Sal ，泳道为Xho ，C正确；限制酶切割双链DNA，酶切后的DNA片段仍然是双链DNA，D错误。答案：D2(2016高考全国卷)如图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcoR、BamH和Sau3A三种限制性内切酶的识别序列与切割位点，图(b)为某种表达载
8、体的示意图(载体上的EcoR、Sau3A的切点是唯一的)。根据基因工程的有关知识，回答下列问题：(1)经BamH酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被_酶切后的产物连接，理由是_。(2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子，如图(c)所示。这三种重组子中，不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有_，不能表达的原因是_。(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶，常见的有_和_，其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是_。解析：(1)由题图可知，BamH和Sau3A两种限制性内切酶的共同识别序列是，二者切割可以形成相同的黏性末端，因此经BamH酶切得到的目的
9、基因可以与图(b)所示表达载体被Sau3A酶切后的产物连接。(2)在基因表达载体中，启动子应位于目的基因的首端，终止子应位于目的基因的尾端，这样目的基因才能顺利地转录，再完成翻译过程，即顺利表达。图中甲所示的目的基因插入在启动子的上游，丙所示目的基因插入在终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录，因此目的基因不能表达。(3)常见的DNA连接酶有EcoliDNA 连接酶和T4DNA连接酶，其中T4DNA连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端。答案：(1)Sau3A两种酶切割后产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启动子的上游，丙中目的基因插入在终止子的下游，二者的目的基因均不能
10、被转录(3)Ecoli DNA连接酶T4DNA连接酶T4DNA连接酶命题点23质粒是基因工程中最常用的载体，有关质粒的说法正确的是()A质粒不仅存在于细菌中，某些病毒也具有B细菌的基因只存在于质粒上C质粒为小型环状DNA分子，存在于拟核(或细胞核)外的细胞质基质中D质粒是基因工程中的重要工具酶之一解析：病毒的成分是核酸和蛋白质，没有质粒，故A错；细菌的基因主要存在于拟核中，少量存在于质粒中，故B错；质粒是小型的环状DNA分子，存在于拟核(或细胞核)外，故C正确；质粒在基因工程中起运载体的作用，故D错。答案：C4(2016高考全国卷)某一质粒载体如图所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中会导
11、致相应的基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tetr表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用BamH 酶切后，与用BamH 酶切获得的目的基因混合，加入DNA连接酶进行连接反应，用得到的混合物直接转化大肠杆菌。结果大肠杆菌有的未被转化，有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种，分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题：(1)质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有_(答出两点即可)，而作为基因表达载体，除满足上述基本条件外，还需具有启动子和终止子。(2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被转化的和仅含环状目
12、的基因的细胞是不能区分的，其原因是_；并且_和_的细胞也是不能区分的，其原因是_。在上述筛选的基础上，若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落，还需使用含有_的固体培养基。(3)基因工程中，某些噬菌体经改造后可以作为载体，其DNA复制所需的原料来自_。解析：(1)质粒作为载体，应具备的基本条件：有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段(基因)插入其中；在受体细胞中能自我复制，或能整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制；有特殊的标记基因，供重组DNA的鉴定和选择等等。(2)在培养基中加入氨苄青霉素进行筛选，其中未被转化的大肠杆菌和仅含环状目的基因的大肠杆菌，因不含氨苄青
13、霉素抗性基因而都不能在此培养基上存活，二者不能区分。含有质粒载体的大肠杆菌和含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌中都含有氨苄青霉素抗性基因，都能在此培养基上存活，二者也不能区分。若要将含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌进一步筛选出来，还需要使用含有四环素的固体培养基。(3)某些噬菌体经改造后作为载体，导入受体细胞后，其DNA复制所需的原料来自受体细胞。答案：(1)能自我复制、具有标记基因(答出两点即可)(2)二者均不含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均不生长含有质粒载体含有插入了目的基因的重组质粒(或答含有重组质粒)二者均含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长四环素(3)受体细胞
14、选择限制酶的技巧(1)根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择Pst。不能选择切点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择Sma。为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选择用Pst和EcoR两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。(2)根据质粒的特点确定限制酶的种类所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致，以确保具有相同的黏性末端。质粒作为载体必须具备标记基因等，所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中限制酶Sma会破坏标记基因。 考点二基因工程的操作过程与应用1基本操作程序
15、2基因工程的应用(1)动物基因工程：用于提高动物生长速度从而提高产品产量；用于改善畜产品品质；用转基因动物生产药物；用转基因动物作器官移植的供体等。(2)植物基因工程：培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和抗逆转基因植物；利用转基因改良植物的品质。(3)比较基因治疗与基因诊断原理操作过程进展基因治疗基因表达利用正常基因导入有基因缺陷的细胞中，以表达出正常性状来治疗(疾病)临床试验基因诊断碱基互补配对制作特定DNA探针与病人样品DNA混合，分析杂交带情况临床应用1教材选修3 P8“求异思维”：你能推测出mRNA反转录形成cDNA的过程大致分为哪些步骤吗？提示：第1步：mRNA在反转录酶的作用下形成
16、RNADNA杂交分子，第2步：在核酸酶的作用下将RNADNA杂交分子中的RNA水解掉，形成DNA单链，第3步：以DNA单链为模板，在DNA聚合酶的作用下形成双链的DNA。2教材选修3 P10“生物技术资料卡”：cDNA文库的基因中为什么不含有启动子和内含子？提示：cDNA文库是以某一发育时期细胞中的mRNA为模板反转录形成的，mRNA中不含有启动子和内含子对应的碱基序列。1用PCR方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列。()2PCR体系中一定要添加从受体细胞中提取的DNA聚合酶。()3外源DNA必须位于重组质粒的启动子和终止子之间才能进行复制。()4目的基因导入双子叶植物一般采用农杆菌转化法
17、。()5为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体。()6检测目的基因是否导入受体细胞可用抗原抗体杂交技术。() 1.几种获取目的基因方法的比较(1)基因组文库与cDNA文库的比较文库类型cDNA文库基因组文库构建基因文库的过程续表文库类型cDNA文库基因组文库文库大小小大基因中启动子无有基因中内含子无有基因多少某种生物的部分基因某种生物的全部基因物种间的基因交流可以部分基因可以说明基因文库的构建过程包含基因工程的基本操作步骤。从基因文库中获取目的基因的优点是操作简便，缺点是工作量大，具有一定的盲目性(2)利用PCR技术扩增目的基因PCR的含义：是一项在生物体外复制特定D
18、NA片段的核酸合成技术。目的：短时间内大量扩增目的基因。原理：DNA双链复制。前提：有一段已知目的基因的核苷酸序列。过程第1步：加热至9095 ，DNA解链为单链；第2步：冷却至5560 ，引物结合到互补DNA链；第3步：加热至7075 ，热稳定DNA聚合酶(Taq酶)从引物起始进行互补链的合成。如此重复循环多次。2基因表达载体的构建(1)构建的目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。(2)构建过程(3)易错点：启动子起始密码子，终止子终止密码子3将目的基因导入受体细胞生物种类植物动物微生物常用方法农杆菌转化法显微注射技术感受态细胞法受体
19、细胞体细胞或受精卵受精卵原核细胞转化过程将目的基因插入到Ti质粒的TDNA上农杆菌导入植物细胞整合到受体细胞染色体的DNA上表达将含有目的基因的表达载体提纯取卵(受精卵)显微注射受精卵发育获得具有新性状的动物Ca2处理细胞感受态细胞重组表达载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子4.目的基因的检测与鉴定5体外基因治疗与体内基因治疗的区别方法比较体外基因治疗体内基因治疗不同点途径从患者体内获得某种细胞体外完成基因转移筛选、细胞扩增输入体内直接向患者体内组织细胞中转移基因特点操作复杂，但效果可靠方法较简单，但效果难以控制相同点都是将外源基因导入靶细胞，以纠正缺陷基因，目前两种方法都处于临床试验
20、阶段据图分析抗虫棉的培育过程：设计意图：考查科学思维与科学探究(1)该基因工程中的目的基因和载体分别是什么？一般情况下，为什么要用同一种限制酶处理目的基因和载体？提示：目的基因是Bt毒蛋白基因，载体是Ti质粒。用同一种限制酶处理目的基因和载体，可以获得相同的黏性末端，便于构建基因表达载体。(2)该实例中，采用了何种方法导入目的基因？为什么目的基因可以整合到染色体的DNA上？提示：采用的方法是农杆菌转化法，由于Ti质粒上的TDNA可转移到受体细胞且能整合到受体细胞的染色体DNA上，而目的基因又插入到了TDNA上，所以目的基因可以整合到受体细胞的染色体DNA上。(3)该实例中，检测目的基因是否成功
21、表达的常见方法有哪两种？提示：抗原抗体杂交法、用棉叶饲喂棉铃虫。命题点11(2020新高考北京卷)为了对重金属污染的土壤进行生物修复，研究者将从杨树中克隆的重金属转运蛋白(HMA3)基因与外源高效启动子连接，导入杨树基因组中(如图)。为检测获得的转基因杨树苗中是否含有导入的HMA3基因，同时避免内源HMA3基因的干扰，在进行PCR扩增时，应选择的引物组合是()ABC D解析：图示中克隆的重金属转运蛋白(HMA3)基因与外源高效启动子连接，导入杨树基因组中，若要检测获得的转基因杨树苗中是否含有导入的HMA3基因和高效启动子，需要检测是否含有高效启动子序列和HMA3基因序列，应选择的引物组合是，即
22、B正确，A、C、D错误。答案：B2新冠病毒是一种单链RNA病毒，常用“荧光RTPCR技术”进行检测，方法是取检测者的mRNA逆转录出cDNA，并大量扩增，同时，用荧光标记的新冠病毒核酸探针来检测PCR产物中是否含有新冠病毒的cDNA。请回答下列问题：(1)“荧光RTPCR技术”所用的试剂盒中通常都应该含有：_、_、荧光标记的核酸探针、引物、dNTP、缓冲体系等。(2)如果要同时扩增两种基因，则试剂盒中的引物应该有_种。下图为新冠病毒的“ORFlab基因”对应的cDNA片段结构示意图，则与之对应的引物结合的部位应该是图中的_(子链延伸方向为其自身的53，用图中数字作答)。若已知该基因的引物，能否
23、依据其碱基序列设计出另一种引物？_，理由是_。(3)在检测过程中，随着PCR的进行，反应产物不断累积，“杂交双链”荧光信号的强度也等比例增加。可通过荧光强度的变化监测产物量的变化从而得到一条荧光扩增曲线图(如下图)。“平台期”出现的最可能的原因是_。理论上，在检测过程中，有荧光标记的“杂交双链”出现，则说明检测结果呈_(填“阴”或“阳”)性，但为了保证检测结果的准确性，一般要达到或超过阈值时才确诊。现有两个待检样本，检测时都出现了上述形态的曲线，但甲的a点比乙的a点明显左移。请给这种结果做出科学合理的解释(试剂盒合格且正常，操作过程规范且准确)：_。解析：(1)根据题目信息可知，荧光PCR法基
24、本原理是：将新冠病毒RNA逆转录为DNA，通过采用多重荧光RTPCR技术检测产物中是否含有新冠病毒的cDNA，因此荧光PCR法所用的试剂盒中通常都应该含有：逆转录酶、热稳定性DNA聚合酶(Taq酶)、引物、四种脱氧核苷酸、缓冲体系等。(2)根据PCR技术的原理，在扩增DNA分子时每一条链均需与相应的引物结合才能进行扩增，因此如果要成功将上述两个独立基因分别扩增出来，则在试剂盒中的引物应该有4种；在利用PCR技术扩增DNA分子过程中，DNA聚合酶只能从引物的3端开始连接脱氧核苷酸，又由于DNA的两条链是反向平行的，所以引物与DNA分子单链的3端(OH)相结合即图示中的1和4所示部位。由于两段引物
25、的碱基序列没有相关性，既不相同，也不互补，因此不能根据该基因的引物的碱基序列设计出另一种引物。(3)分析荧光扩增曲线图，图中曲线通过荧光强度变化反映产物量的变化，因此曲线中“平台期”出现的最可能原因是试剂盒中的原料和探针数量一定，超出一定的循环数后，荧光标记的杂交双链不再增加。理论上，在检测过程中，有荧光标记的“杂交双链”出现，则说明检测结果呈阳性，为了保证检测结果的准确性，一般要达到或超过阈值时才确诊。先检测结果甲的a点比乙的a点明显左移，说明甲样本中的新冠病毒含量更高达到阈值所需的循环数更少。答案：(1)逆转录酶热稳定性DNA聚合酶(Taq酶)(2)44、1不能两段引物的碱基序列没有相关性
26、(既不相同，也不互补)(3)试剂盒中的原料、引物和探针数量一定，超出一定的循环数后，荧光标记的“杂交双链”不再增加阳甲样本中的新冠病毒含量更高，达到阈值所需的循环数更少(1)利用PCR技术对刚采集的新冠病毒样本的遗传物质进行扩增，在PCR的反应体系中需要加入的酶和原料分别是什么？提示：加入的酶有逆转录酶，Taq酶；原料是dCTP、dGTP、dATP、dTTP。(2)某二倍体真核生物组织中全部的mRNA反转录出的DNA包含该生物所有核基因吗？提示：某生物组织中所含细胞可能只表达了一部分基因，全部的mRNA反转录出的DNA只包含该生物部分核基因。命题点23. (多选)(2021适应性测试辽宁卷)菊
27、花是一种双子叶植物，易感桃蚜。桃蚜不但直接影响植物生长，还是多种植物病毒的传播媒介。雪花莲凝集素基因GNA的表达产物能有效抑制桃蚜生长。某科研团队运用农杆菌转化法获得了转GNA基因菊花。下列有关叙述正确的是()A受体细胞可以选择菊花叶片细胞或桃蚜细胞B将目的基因GNA插入到Ti质粒的TDNA上构建表达载体C菊花外植体产生的酚类化合物能吸引农杆菌移向受体细胞D应用抗虫接种实验，检测转基因菊花对桃蚜的抗性及抗性的程度解析：分析题意可知，科学家将目的基因导入了菊花细胞，故受体细胞可以选择菊花叶片细胞，但不能选择桃蚜细胞，A错误；基因工程中构建表达载体时，由于TDNA可以转移到受体细胞内， 可以将目的
28、基因GNA插入到Ti质粒的TDNA上，B正确；菊花外植体产生的酚类化合物能吸引农杆菌移向受体细胞，有利于目的基因成功导入，C正确；已知雪花莲凝集素基因GNA的表达产物能有效抑制桃蚜生长，故应用抗虫接种实验，检测转基因菊花对桃蚜的抗性及抗性的程度，D正确。答案：BCD4(2021适应性测试河北卷)我国约在7 000年前就开始种植水稻，现在水稻已经成为我国广泛种植的重要作物。提高水分利用效率对于旱作水稻的生产有重要意义。科学家从拟南芥中获取功能基因HARDY(HRD)，并将其转入水稻中过量表达，提高了水稻的水分利用效率。回答下列问题：(1)科学家在获取拟南芥HRD基因过程中，采用了增强子作为筛选工
29、具。增强子是一段能增强与其相连基因转录的DNA序列，将增强子插入到基因组中可得到若干个突变株系。增强子插入到基因外部，可获得基因_突变株；增强子插入到基因内部，可获得基因_突变株。(2)提取拟南芥总RNA，经_过程获得总cDNA，利用PCR技术选择性扩增HRD基因的cDNA。以上过程依次需要用到_和_两种工具酶。(3)将HRD的cDNA插入到Ti质粒的_上构建重组载体，利用农杆菌侵染水稻细胞并将HRD的cDNA整合到水稻细胞染色体上。为了便于转基因植物的筛选，重组Ti质粒中必需包括_。(4)在干旱条件下，野生型(WT)和HRD增强表达的转基因水稻植株A、B(HRDA、HRDB)的根生物量(根系
30、干重)及叶片蒸腾速率的测定结果如图所示。据图分析转基因水稻耐旱能力增强的原因包括_和_。解析：(1)增强子能增强与其相连的基因的转录，所以插入到外部(启动子的上游)可促进基因转录获得基因激活突变株。增强子属于调控序列，插入基因内部不起作用，甚至有可能破坏基因，获得基因失活突变株。(2)RNA经过逆转录获得cDNA，逆转录要用到逆转录酶，PCR扩增要用到Taq酶。(3)将HRD的cDNA插入到Ti质粒的TDNA上构建重组载体，Ti质粒上的TDNA可转移并整合到受体细胞的染色体DNA上，这样利用农杆菌侵染水稻细胞可将HRD的cDNA整合到水稻细胞染色体上。重组Ti质粒应包含标记基因，其作用是供重组
31、DNA的鉴定与选择。(4)由图1可知，转基因水稻的根生物量多于非转基因水稻，吸水能力增强了，同时由图2可知，转基因水稻蒸腾速率小于非转基因水稻，失水减少，从而使得转基因水稻抗旱能力增强。答案：(1)激活失活(2)逆转录逆转录酶Taq酶(3)TDNA标记基因(4)根生物量增加，吸水能力增强蒸腾速率下降，失水减少 考点三 蛋白质工程1概念理解2基本流程预期蛋白质的功能3应用：主要集中应用于对现有蛋白质进行改造，改良生物性状。1教材选修3 P26“侧栏思考题”：对天然蛋白质进行改造，为什么不能直接对蛋白质进行操作？提示：任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，如果对蛋白质直接改造，即便成功，改造的蛋白质
32、也无法遗传。2教材选修3 P27“异想天开”：为什么到目前为止还没有生产出人类需要的蛋白质的结构？提示：因为蛋白质的高级结构非常复杂，人们对蛋白质的高级结构及其在生物体内如何行使功能知之甚少。1蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质。()2收集大量的蛋白质分子结构的信息，以便分析结构与功能之间的关系。()3可以预测具有一定氨基酸序列的蛋白质的空间结构和生物功能。()4根据特定的生物功能，设计蛋白质的氨基酸序列和空间结构。()5根据人们的需要，直接对氨基酸的分子结构进行重新设计。()蛋白质工程与基因工程的关系项目区别与联系蛋白质工程基因工程区别过程预期蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测应有
33、的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列获取目的基因构建基因表达载体将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定实质定向改造或生产人类所需的蛋白质定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的类型或生物产品结果可生产自然界没有的蛋白质只能生产自然界已有的蛋白质联系蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造现代生物技术并不是各自独立的，而是相互联系、相互渗透的。下图表示利用乳腺生物反应器生产某种动物蛋白的流程示意图，请分析回答下列问题：设计意图：考查生命观念(1)该生产流程中应用到的现代生物技术有哪些？(写出其中两种)。提示：蛋白质工程、基
34、因工程。(2)图中A、B分别表示什么含义？提示：推测应有的氨基酸序列、基因表达载体。(3)蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改造，必须通过基因修饰或基因合成来完成，而不直接改造蛋白质，原因是什么？提示：改造后的基因能够遗传，且改造基因易于操作。命题点11下列关于蛋白质工程的说法，正确的是()A蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作B蛋白质工程能生产出自然界中不存在的新型蛋白质分子C对蛋白质的改造是通过直接改造相应mRNA来实现的D蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是相同的解析：蛋白质工程指以蛋白质的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行基
35、因改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需要。由概念可知，蛋白质工程是在分子水平上对现有蛋白质的基因进行操作，A错误；由概念可知，蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子，B正确；对蛋白质的改造是通过直接改造现有蛋白质的基因来实现的，C错误；蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程不是完全相同的，D错误。答案：B2在研究溶菌酶时，科研人员通过蛋白质工程来设计改变酶的构象，得到了多种突变酶，并测得50%的酶发生变性时的温度(Tm)，部分结果见下表。有关叙述正确的是()酶半胱氨酸(Cys)的位置和数目二硫键数目Tm/野生型T4溶菌酶Cys51，Cys97无41.9突变酶CC
36、ys21，Cys143152.9突变酶FCys3，Cys9，Cys21，Cys142，Cys164265.5注：Cys上角的数字表示半胱氨酸在肽链的位置A突变酶的出现是基因突变的结果B突变酶F的最适温度为65.5 C溶菌酶热稳定性的提高可能与空间结构的改变有关D溶菌酶热稳定性的提高，是通过改变半胱氨酸的位置实现的解析：由题意知，突变酶是通过蛋白质工程形成的，与基因突变无关，A错误；由题意知，50%的突变酶F发生变性时的温度是65.5 ，B错误；由题意知，改变溶菌酶的构象，酶变性的温度发生改变，即酶的稳定性改变，因此溶菌酶热稳定性的提高可能与空间结构的改变有关，C正确；分析表格中信息可知，溶菌酶
37、热稳定性的提高，是通过增加二硫键的数量实现的，D错误。答案：C命题点23下列关于蛋白质工程和基因工程的比较，不合理的是()A基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质，而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造，从而制造一种新的蛋白质B蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成C当得到可以在70 条件下保存半年的干扰素后，在相关酶、氨基酸和适宜的温度、pH条件下，干扰素可以大量自我合成D基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的答案：C4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
38、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，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)蛋白质的功能由蛋白质的三
39、维结构决定，而蛋白质的三维结构与氨基酸序列有关，因此，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的氨基酸序列进行改造。(2)P基因与P1基因的根本区别是碱基序列不同，因此可以通过对P基因进行修饰获得P1基因，也可以直接合成P1基因。中心法则的内容可以通过下图体现：(3)蛋白质工程的基本途径：从预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。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)DNARNA、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 考点四实验：DN
40、A的粗提取与鉴定1实验原理(1)提取原理DNA和蛋白质等其他成分在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同。DNA对酶、高温和洗涤剂的耐受性。DNA不溶于酒精溶液。(2)鉴定原理： DNA二苯胺试剂蓝色。2实验步骤 1.DNA的粗提取与鉴定实验中的“2、4、4”(1)加蒸馏水2次加到鸡血细胞液中，使血细胞吸水涨破；加到含DNA的2 mol/L的NaCl溶液中，使NaCl溶液的浓度下降到0.14 mol/L，使DNA析出。(2)用纱布过滤4次过滤鸡血细胞破裂液，得到含细胞核物质的滤液；过滤溶有DNA的2 mol/L的NaCl溶液；滤取0.14 mol/L的NaCl溶液中析出的DNA(黏稠物)；再次过滤
41、溶有DNA的2 mol/L的NaCl溶液。(3)用NaCl溶液4次加2 mol/L的NaCl溶液，溶解提取的细胞核物质；用0.14 mol/L的NaCl溶液使DNA析出；用2 mol/L的NaCl溶液，溶解滤取DNA黏稠物；用2 mol/L的NaCl溶液，溶解丝状物用于鉴定DNA。2注意事项(1)本实验不能用哺乳动物成熟的红细胞作实验材料，原因是哺乳动物成熟的红细胞无细胞核(无DNA)。可选用鸡血细胞作材料。(2)加入洗涤剂后，动作要轻缓、柔和，否则容易产生大量的泡沫。加入酒精和用玻璃棒搅拌时，动作要轻缓，以免加剧DNA分子的断裂，导致DNA分子不能形成絮状沉淀。(3)二苯胺试剂要现配现用，否
42、则会影响鉴定的效果。(4)提取植物细胞的DNA时，加入的洗涤剂能溶解细胞膜，有利于DNA的释放；加入食盐(主要成分是NaCl)的目的是溶解DNA。(5)在DNA进一步提纯时，选用冷却的95%的酒精的作用是溶解杂质和析出DNA。1.加入洗涤剂和食盐的作用分别是什么？提示：洗涤剂是一些离子去污剂，能溶解细胞膜，有利于DNA的释放；食盐的主要成分是NaCl，有利于DNA的溶解。2为什么反复地溶解与析出DNA能够去除杂质？提示：用高浓度的盐溶液溶解DNA，能除去在高盐中不能溶解的杂质；用低浓度盐使DNA析出，能除去溶解在低盐溶液中的杂质。因此，通过反复溶解与析出DNA，就能够除去与DNA溶解度不同的多
43、种杂质。命题点11(2020新高考海南卷)下列关于“DNA的粗提取与鉴定”实验的叙述，错误的是()A羊的成熟红细胞可作为提取DNA的材料B提取植物细胞的DNA时，需要加入一定量的洗涤剂和食盐C预冷的酒精溶液能抑制核酸水解酶活性，防止DNA水解D在沸水浴条件下，DNA与二苯胺反应呈现蓝色解析：羊的成熟红细胞没有细胞核，因此不可作为提取DNA的材料，A错误；提取植物细胞的DNA时，需要加入一定量的洗涤剂和食盐，洗涤剂的作用是瓦解细胞膜，而食盐的作用是提高DNA的溶解度，B正确；预冷的酒精溶液能抑制核酸水解酶活性，防止DNA水解，同时根据DNA蛋白质溶于酒精，而DNA不溶于酒精的特性将其析出，C正确
44、；由分析可知，在沸水浴条件下，DNA与二苯胺反应呈现蓝色，据此鉴定DNA的存在，D正确。答案：A2如图为“DNA的粗提取与鉴定”实验的相关操作。分析回答：(1)图中实验材料A可以是_等，研磨前加入的B应该是_。 (2)通过上述所示步骤得到滤液C后，再向滤液中加入2 mol/L的NaCl溶液的目的是_，再过滤得到滤液D，向滤液D中加入蒸馏水的目的是_。 (3)在“DNA的粗提取与鉴定”实验中，将含有一定杂质的DNA丝状物分别放入体积为2 mL的4种溶液中，经搅拌后过滤，获得如表所示的4种滤液，含DNA最少的是滤液_。 1B液中搅拌、研磨后过滤滤液E22 mol/L的NaCl溶液中搅拌后过滤滤液F
45、30.14 mol/L的NaCl溶液中搅拌后过滤滤液G4冷却的95%的酒精溶液中搅拌后过滤滤液H解析：(1)用洋葱、菜花等破碎细胞时，加入一定量的洗涤剂和食盐，洗涤剂可以溶解细胞膜，有利于DNA的释放，食盐的主要成分是NaCl，有利于DNA的溶解。(2)在含有DNA的滤液中，加入2 mol/L的NaCl溶液，可以使DNA溶解而杂质析出；在滤液D中加入蒸馏水，当NaCl溶液浓度为0.14 mol/L时，DNA溶解度最小而析出，除去可溶性杂质。(3)在滤液E中，只是除去了部分杂质，则含DNA较多；在滤液F中，除去了较多的蛋白质等，则含DNA最多；在滤液G中，因DNA析出，则含DNA较少；在滤液H中
46、，因DNA不溶于体积分数为95%的冷酒精溶液，则含DNA最少。答案：(1)洋葱(菜花)洗涤剂和食盐(2)使DNA溶解使DNA(溶解度下降而沉淀)析出，除去可溶性杂质(3)H命题点23“DNA的粗提取与鉴定”实验中，A、B、C、D、E五个小组除表中所列处理方法不同外，其他操作步骤均相同且正确，但实验结果却不同。请回答：组别实验材料提取核物质时加入的溶液去除杂质时加入的溶液DNA鉴定时加入的试剂A鸡血蒸馏水体积分数为95%的酒精(25 )二苯胺B菜花蒸馏水体积分数为95%的酒精(冷却)双缩脲C人血浆蒸馏水体积分数为95%的酒精(冷却)二苯胺D人血细胞2 mol/L的NaCl0.14 mol/L的N
47、aCl双缩脲E鸡血蒸馏水体积分数为95%的酒精(冷却)二苯胺(1)实验材料选择错误的组别是_，其原因是_。(2)实验步骤(不包括实验材料)均正确，但得不到DNA的组别是_。(3)沸水浴中试管颜色变蓝的组别是_；蓝色较淡的是_，其原因是_。(4)B组实验不成功的最主要原因是_。解析：(1)人的血浆中没有细胞结构，人成熟的红细胞没有细胞核，在这些材料中不能得到DNA或得到的DNA很少。(2)血细胞中有少量的白细胞，其中有DNA，所以只有C组人血浆中没有DNA。(3)冷却的酒精溶液中DNA的溶解度最低，而A组中为25 的酒精溶液。(4)菜花细胞外有细胞壁起保护作用，在蒸馏水中不会破裂，所以不能得到DNA。答案：(1)C、D人的血浆中没有细胞结构，人成熟的红细胞中没有细胞核，选用这些材料得不到DNA或得到的DNA很少(2)C(3)A、EA冷却的酒精溶液中DNA的溶解度最低，而该组使用的是25 的酒精溶液(4)菜花细胞在蒸馏水中不能被破坏，得不到DNA(应采用研磨的方法)
