1、第十单元 现代生物科技专题(选修部分)专题二十四 基因工程 本专题的高考考查频度非常高,内容包括了基因工程的操作工具、基因工程的操作流程、基因工程的应用及蛋白质工程,其中操作工具中限制酶和DNA连接酶的特点和在基因表达载体的构建中的应用考查较为频繁,故此,要充分理解这两种酶的作用特点。基因工程的操作流程要熟练,比如目的基因的获取方法、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞的方法、目的基因的检测鉴定方法及原理等等。有关基因工程的应用只需熟悉相关基因即可,蛋白质工程则需记住流程图、相关概念及与基因工程的区别。北京大学 刘楚文 高频考点 考纲内容 高考示例 考查频度 考查趋向 基因工程的原理、技
2、术(含PCR 技术)和操作程序 1.基因工程的诞生2.基因工程的原理及技术(含PCR 技术)2017课标全国,382017课标全国,382017课标全国,382016课标全国,402016课标全国,402014课标全国,40 5 年 6 考 侧重考查限制酶和 DNA连接酶在基因表达载体的构建中的应用;也可以具体的转基因生物为背景考查基因工程的操作流程及相关步骤的具体应用 基因工程的应用和蛋白质工程 1.基因工程的应用2.蛋白质工程 2015课标全国,402015课标全国,402013课标全国,40 5 年 3 考 考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题 基因工程的
3、原理、技术(含PCR技术)和操作程序 1.(2017课标全国,38,15分,较低难度)真核生物基因中通常有内含子,而原核生物基因中没有,原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。已知在人体中基因A(有内含子)可以表达出某种特定蛋白(简称蛋白A)。回答下列问题。(1)某同学从人的基因组文库中获得了基因A,以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A,其原因是 。(2)若用家蚕作为表达基因A的受体,在噬菌体和昆虫病毒两种载体中,不选用 作为载体,其原因是 。(3)若要高效地获得蛋白A,可选用大肠杆菌作为受体。因为与家蚕相比,大肠杆菌具有 (答出两点即可)等优点。考点53 考点54 试做
4、真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题(4)若要检测基因A是否翻译出蛋白A,可用的检测物质是 (填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗体”)。(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献,也可以说是基因工程的先导,如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示,那么,这一启示是 。【答案】(1)基因A有内含子,在大肠杆菌中,其初始转录产物中与内含子对应的RNA序列不能被切除,无法表达出蛋白A(2)噬菌体 噬菌体的宿主是细菌,而不是家蚕(3)繁殖快、容易培养(4)蛋白A的抗体(5)DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体 考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃
5、取高招 对点精练 透析真题【解析】(1)人的基因A含有内含子,其转录出的RNA需切除内含子对应的RNA序列后才能翻译出蛋白A,大肠杆菌是原核生物,其没有切除内含子对应的RNA序列的机制,故将人的基因A导入大肠杆菌无法表达出蛋白A。(2)噬菌体是一种专门寄生在细菌体内的病毒,无法寄生在家蚕中。(3)大肠杆菌繁殖快、容易培养,常用作基因工程的受体。(4)在分子水平检测目的基因是否表达应用抗原抗体杂交法,即用蛋白A与蛋白A的抗体进行杂交。(5)艾弗里的肺炎双球菌转化实验的原理是基因重组,通过重组使得S型细菌的DNA在R型细菌中表达,这种思路为基因工程理论的建立提供了启示。考点53 考点54 试做真题
6、 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题 2.(2017课标全国,38,15分,较低难度)几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分,几丁质酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内,可增强其抗真菌病的能力。回答下列问题。(1)在进行基因工程操作时,若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA,常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料,原因是 。提取RNA时,提取液中需添加RNA酶抑制剂,其目的是 。(2)以mRNA为材料可以获得cDNA,其原理是 。(3)若要使目的基因在受体细胞中表达,需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞,原因是 (答出两点即可)。(4)当几丁质酶基因和质粒载体连接时,
7、DNA连接酶催化形成的化学键是 。考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题(5)若获得的转基因植株(几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中)抗真菌病的能力没有提高,根据中心法则分析,其可能的原因是 。【答案】(1)嫩叶组织细胞易破碎 防止RNA降解(2)在逆转录酶的作用下,以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA(3)目的基因无复制原点;目的基因无表达所需启动子(4)磷酸二酯键(5)目的基因的转录或翻译异常 考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题【解析】(1)选取嫩叶为实验材料提取mRNA的原因是嫩叶细胞的细胞壁易破碎。提取
8、RNA时加入RNA酶抑制剂的目的是防止RNA降解。(2)以mRNA为材料获得cDNA的过程为逆转录,其原理是在逆转录酶的作用下,以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA。(3)目的基因无复制原点,无表达所需的启动子、终止子等,其不能在受体细胞内表达,要使目的基因在受体细胞中表达,需要通过含有这些结构的质粒载体将目的基因导入受体细胞。(4)当几丁质酶基因和质粒载体连接时,DNA连接酶催化形成的化学键是磷酸二酯键。(5)如果目的基因已经整合到植物的基因组中,但植物未表现出相应性状,可能的原因是目的基因未转录,或是转录出的mRNA未翻译出相应的几丁质酶。考点53 考点54 试做真题 高
9、手必备 萃取高招 对点精练 透析真题 3.(2017课标全国,38,15分,较低难度)编码蛋白甲的DNA序列(序列甲)由A、B、C、D、E五个片段组成,编码蛋白乙和丙的序列由序列甲的部分片段组成,如图1所示。回答下列问题。(1)现要通过基因工程的方法获得蛋白乙,若在启动子的下游直接接上编码蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCTCAGGAAGGA),则所构建的表达载体转入宿主细胞后不能翻译出蛋白乙,原因是 。考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题(2)某同学在用PCR技术获取DNA片段B或D的过程中,在PCR反应体系中加入了DNA聚合酶、引物等,还加入了序列甲作为
10、,加入了 作为合成DNA的原料。(3)现通过基因工程方法获得了甲、乙、丙三种蛋白,要鉴定这三种蛋白是否具有刺激T淋巴细胞增殖的作用,某同学做了如下实验:将一定量的含T淋巴细胞的培养液平均分成四组,其中三组分别加入等量的蛋白甲、乙、丙,另一组作为对照,培养并定期检测T淋巴细胞浓度,结果如图2。由图2 可知:当细胞浓度达到a时,添加蛋白乙的培养液中T淋巴细胞浓度不再增加,此时若要使T淋巴细胞继续增殖,可采用的方法是 。细胞培养过程中,培养箱中通常要维持一定的CO2浓度,CO2的作用是 。考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题 仅根据图1、图2可知,上述甲、乙、丙三种蛋
11、白中,若缺少 (填“A”“B”“C”“D”或“E”)片段所编码的肽段,则会降低其刺激T淋巴细胞增殖的效果。【答案】(1)编码乙的DNA序列起始端无ATG,转录出的mRNA无起始密码子(2)模板 dNTP(3)进行细胞传代培养 维持培养液的pH C 考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题【解析】(1)由基因乙的碱基序列可知,由该序列转录出的mRNA无起始密码子,所以在启动子的下游直接接上编码蛋白乙的DNA序列后,所构建的表达载体转入宿主细胞后不能翻译出蛋白乙。(2)PCR反应体系中除了加入了DNA聚合酶、引物等,还应加入序列甲作为模板,加入四种脱氧核苷酸(dNTP)
12、作为合成DNA的原料。(3)当细胞浓度达到a时,T淋巴细胞的浓度不再增加,是因为出现了接触抑制现象,所以可以进行细胞传代培养,使T淋巴细胞继续增殖;培养箱中通常要维持一定的CO2浓度,CO2的作用是维持培养液中的pH。根据图2可知,甲、乙两组的T淋巴细胞数量多,丙组的T淋巴细胞数量少,根据图1比较可知,丙组T淋巴细胞少的原因是蛋白丙缺少C片段所编码的肽段。考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题 4.(2016课标全国,40,15分,较低难度)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
13、达载体的示意图(载体上的EcoR、Sau3A的切点是唯一的)。图(a)图(b)考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题 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 。图(c)考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题(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
14、性末端又能连接平末端的是 。【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被转录(其他合理答案也可)(3)Ecoli DNA连接酶 T4 DNA连接酶 T4 DNA连接酶(其他合理答案也可)考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题【解析】本题考查限制酶的特点及基因表达载体的构建。(1)由题图(a)可知,限制酶Sau3A与BamH切割后形成的黏性末端相同,所以经BamH酶切割后得到的目的基因可以与题图(b)所示表达载体被Sau3A酶切后的产物连接。(2
15、)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,这样目的基因才能表达。图中甲、丙均不符合,所以不能表达目的基因的产物。(3)常见的DNA连接酶有Ecoli DNA连接酶和T4 DNA连接酶,其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是T4 DNA连接酶,但其对平末端的连接效率较低。考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题 5.(2014课标全国,40,15分,较低难度)植物甲具有极强的耐旱性,其耐旱性与某个基因有关。若从该植物中获得该耐旱基因,并将其转移到耐旱性低的植物乙中,有可能提高后者的耐旱性。回答下列问题。(1)理论上,基因组文库含有生物
16、的 基因;而cDNA文库中含有生物的 基因。(2)若要从植物甲中获得耐旱基因,可首先建立该植物的基因组文库,再从中 出所需的耐旱基因。(3)将耐旱基因导入农杆菌,并通过农杆菌转化法将其导入植物 的体细胞中,经过一系列的过程得到再生植株。要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确表达,应检测此再生植株中该基因的 ,如果检测结果呈阳性,再在田间试验中检测植株的 是否得到提高。考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题(4)假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交,子代中耐旱与不耐旱植株的数量比为31时,则可推测该耐旱基因整合到了 (填“同源染色体的一条上”或“同源染色体的两条上”)
17、。【答案】(1)全部 部分(2)筛选(3)乙 表达产物 耐旱性(4)同源染色体的一条上 考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题【解析】(1)基因组文库含有某种生物的全部基因,cDNA 文库含有某种生物的部分基因。(2)可从基因组文库中筛选所需基因,如耐旱基因。(3)受体细胞应为植物乙的体细胞。确认某基因是否正确表达,应检测其表达产物。检测植株的耐旱性是从个体水平进行鉴定。(4)如果耐旱基因整合到同源染色体的一条上,会在减数分裂中产生两种比例相同的配子,在后代中出现 31 的性状分离比。如果耐旱基因整合到同源染色体的两条上,则后代应全为耐旱植株。考点53 考点54
18、试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题(2016课标全国,40,15分,较低难度)某一质粒载体如图所示,外源DNA插入到Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活(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:考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题(1)质粒
19、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于 。考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题【解析】本题考查基因工程的相关知识。解题的切入
20、点是基因工程中所用载体的特点及目的基因导入受体细胞后的筛选。(1)基因工程中的载体应具备如下条件:必须有一个或多个限制酶切点;具有自我复制能力;具有标记基因;对宿主细胞无害。(2)未转化的和仅含环状目的基因的细胞不能在含有氨苄青霉素的培养基上生长,故不能区分;而含有质粒载体和重组质粒的细胞在含有氨苄青霉素的培养基上都能生长,也不能区分。因目的基因插入位点在抗四环素基因上,抗四环素基因被破坏,丧失了原有的功能,故含有重组质粒的大肠杆菌不抗四环素。将获得的单个菌落各挑取少许分别接种到含有四环素的培养基上,不能生长的即为所筛选的菌落,即含有重组质粒的大肠杆菌。(3)噬菌体是营寄生生活的,利用受体细胞
21、内的原料进行自身DNA的复制和蛋白质的合成。考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题【答案】(1)能自我复制、具有标记基因 (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 考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题 考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题 1.基因工程的概念与操作工具(1)基因工程的概念 基因工程的别名 基因拼接技术或 DNA 重组技术 操作环境 生物
22、体外 操作对象 基因 操作水平 DNA 分子水平 基本过程 剪切拼接导入表达 结果 人类需要的基因产物或生物类型 (2)“分子手术刀”限制性核酸内切酶(限制酶)存在:主要存在于原核生物中。特性:一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并且能在特定的切点上切割DNA分子。考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题 识别的序列的特点:碱基呈中心对称(或回文结构)中心对称及回文结构 回文结构读作:GAATTC GAATTC 考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题 切割后末端的种类:DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式黏性末端
23、和平末端(如图所示)。当限制酶在它识别序列的中轴线两侧将DNA的两条链分别切开时,产生的是黏性末端,而当限制酶在它识别序列的中轴线处切开时,产生的则是平末端。切割DNA分子时产生的两种不同末端(箭头表示酶的切割位置)考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题(3)“分子缝合针”DNA连接酶 Ecoli DNA 连接酶 T4DNA 连接酶 来源 大肠杆菌 T4 噬菌体 功能特性 只能将双链 DNA 片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来 缝合两种末端,但连接平末端之间的效率较低 相同点 都能缝合磷酸二酯键,如图 考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点
24、精练 透析真题(4)“分子运输车”载体 载体具备的条件。a.能在受体细胞中复制并稳定保存,便于目的基因的复制和保存。b.具有一个至多个限制酶切点,供外源DNA片段插入。c.具有标记基因,供重组DNA的鉴定和选择。d.大小适当,便于操作。e.不能对宿主细胞有害。最常用的载体是质粒,它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌拟核DNA之外,并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。其他载体:噬菌体的衍生物、动植物病毒等。考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题 2.基因工程的操作步骤(1)目的基因的获取 从基因文库中获取目的基因 基因组文库 cDNA 文库 大 小 大 小 基
25、因种类 全部 部分 启 动 子 有 无 内 含 子 有 无 能否进行物种间基因交流 部分基因可以 可以 考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题 人工合成目的基因 a.化学合成法:片段较小,核苷酸序列已知的目的基因,直接利用DNA合成仪用化学方法合成,不需要模板。b.反转录法:以RNA为模板,在逆转录酶作用下合成目的基因DNA(cDNA)。考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题 利用PCR技术扩增目的基因 a.PCR技术:是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。由于PCR过程在高温下进行,因此需要使用热稳定的DNA聚合酶(Ta
26、q酶)。b.目的:通过指数式扩增获取大量的目的基因。c.前提:要有一段已知目的基因的脱氧核苷酸序列,以便合成引物。d.条件 模板:DNA 两条链引物:一小段序列已知的核苷酸序列酶:热稳定 DNA 聚合酶(酶)原料:4 种脱氧核苷酸e.步骤:变性复性延伸 考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题(2)基因表达载体的构建基因工程的核心 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。基因表达载体的组成 构建过程 考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题(3)将目的基因导入受体细胞 方法 植物:农杆
27、菌转化法、基因枪法、花粉管通道法动物:显微注射技术微生物:感受态细胞法(用 Ca2+处理)考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题(4)目的基因的检测与鉴定 考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题 典例导引1(2017山西大同模拟,40)马铃薯块茎含有大量的淀粉,富含多种维生素和无机盐,我国已将马铃薯作为主粮产品进行产业化开发。下图是转基因抗盐马铃薯的培育过程,请分析回答问题。考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题(1)为获取抗盐基因,可以从碱蓬细胞研磨液中提取抗盐基因的 来合成cDNA。(2)上图构建基因
28、表达载体时,最好选用 酶切割含目的基因的外源DNA和质粒,不能使用Sma切割的原因是 。构建好的重组质粒在抗盐基因前要加上特殊的启动子,启动子是一段有特殊结构的 片段。(3)将基因表达载体导入农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA 上的原因是 。通过农杆菌的转化作用,使抗盐基因插入马铃薯细胞中的染色体DNA上,从而使抗盐基因的遗传特性得以 。(4)从个体水平上检验转基因抗盐马铃薯是否培育成功的方法是 。考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题【解析】分析题图可知,图示转基因抗盐马铃薯的培育过程,其中表示获取目的基因的过程,表示切割质粒的过程,表示基因表达载体的构建过程,表
29、示采用农杆菌转化法将目的基因导入受体细胞,表示脱分化过程,表示再分化过程。(1)获取目的基因时,可以以mRNA为模板逆转录合成cDNA。(2)用Sma酶切割会破坏质粒的抗性基因和外源DNA中的目的基因,因此构建基因表达载体时不能用Sma 酶;为了防止目的基因或质粒自身环化,在构建基因表达载体时,最好选用EcoR和Hind酶切割含目的基因的外源DNA和质粒。启动子是一段有特殊结构的DNA片段,是RNA聚合酶结合的部位。考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题(3)将基因表达载体导入农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA上的原因是T-DNA是可以转移的DNA(T-DNA能携带
30、目的基因整合到受体细胞染色体的DNA上)。通过农杆菌的转化作用,使抗盐基因插入马铃薯细胞中的染色体DNA上,从而使抗盐基因的遗传特性得以稳定维持和表达。(4)从个体水平上检验转基因抗盐马铃薯是否培育成功的方法是将转基因马铃薯幼苗栽种在盐碱地或较高浓度盐溶液中,观察是否能正常生长。【答案】(1)mRNA(2)EcoR和Hind Sma会破坏质粒的抗性基因和外源DNA中的目的基因 DNA(3)T-DNA是可以转移的DNA 稳定维持和表达(4)将转基因马铃薯幼苗栽种在盐碱地或较高浓度盐溶液中,观察是否能正常生长 考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题 高招1选择限制酶的
31、注意事项(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,可使用两种不同的限制酶分别切割目的基因和质粒,如图甲可选择用Pst和EcoR两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种限制酶的切点)。考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题(2)根据质粒的特点确定限制酶的种类 切割质粒的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。目的基因的表达需要调控序列,质粒的插入基因部位之前有启动子,之后需有终止子。
32、质粒作为载体必须具备标记基因、启动子和终止子等,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。如果所选限制酶的切点不是一个,则切割重组后可能丢失某些片段,若丢失的片段含复制起点区,则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题 1.(2017安徽安庆质检,39)请回答利用农杆菌转化法培育转基因植物的相关问题。(1)培育转基因植物过程的核心步骤是 ,其目的是使目的基因在受体细胞中 ,并且可以通过复制遗传给下一代,同时,使目的基因表达和发挥作用。(2)构建基因表达载体时,可利用DNA连接酶连接被限制酶切开
33、的 键。基因表达载体的组成部分包括启动子、终止子、目的基因、复制原点等。(3)组成基因表达载体的单体是 。基因表达载体中的启动子是 识别和结合的部位,这种结合完成后才能驱动目的基因通过 (填过程)合成mRNA。考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题(4)用两种限制酶Xba和Sac(两种酶切出的黏性末端不同)切割某DNA,获得含目的基因的片段。若利用该片段构建基因表达载体,应选用的Ti质粒是如图中的 。注:图中箭头所指的位置是限制酶识别和切割的位点【答案】(1)构建基因表达载体 稳定存在(2)磷酸二酯 标记基因(3)脱氧核苷酸 RNA聚合酶 转录(4)甲 考点53
34、考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题【解析】(1)构建基因表达载体的目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以通过复制遗传给下一代,同时,使目的基因表达和发挥作用。(2)构建基因表达载体时,可利用DNA连接酶连接被限制酶切开的磷酸二酯键;基因表达载体的组成部分包括启动子、终止子、目的基因、标记基因、复制原点等。(3)基因表达载体的本质是DNA,其基本组成单位是脱氧核苷酸;基因表达载体中的启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位,这种结合完成后才能驱动目的基因通过转录合成mRNA。考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题(4)用两种限制酶Xba和
35、Sac(两种酶切出的黏性末端不同)切割某DNA,获得含目的基因的片段。该Ti质粒中含有限制酶Xba和Sac的切割位点,且用这两种酶切割可将目的基因插入T-DNA中,甲正确;该Ti质粒中不含限制酶Sac的切割位点,乙错误;该Ti质粒中含有限制酶Xba和Sac的切割位点,但用这两种酶切割不会将目的基因插入T-DNA中,丙错误;该Ti质粒中不含限制酶Xba的切割位点,丁错误。考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题 2.(2017云南昆明模拟,39)为增加油菜种子的含油量,科研人员将转运肽基因与酶D基因相连,导入油菜细胞并获得了转基因油菜品种。(1)研究人员采用PCR技术
36、获取酶D基因和转运肽基因,该技术是利用 的原理,使相应基因呈指数增加。所含三种限制酶(Xba、Cla、Sac)的切点如图所示,则用 和 酶处理两个基因后,可得到两基因相连的融合基因。考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题(2)将上述融合基因插入上图所示Ti质粒的 中,构建基因表达载体并导入农杆菌中。为了获得含融合基因的单菌落,应进行的操作是 。随后再利用液体培养基将该单菌落振荡培养,可以得到用于转化的侵染液。(3)剪取油菜的叶片放入侵染液中一段时间,此过程的目的是 ,进一步筛选后获得转基因油菜细胞,依据 的原理,可将其培育成转基因油菜植株。(4)用 法可检测转基因
37、油菜植株中的融合基因是否成功表达。【答案】(1)DNA双链复制 Cla DNA连接(2)T-DNA 将获得的农杆菌接种在含四环素的固体培养基上培养(3)利用农杆菌将融合基因导入油菜细胞 细胞具有全能性 抗原抗体杂交 考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题【解析】(1)研究人员采用PCR技术获取酶D基因和转运肽基因,该技术是利用DNA双链复制的原理,使相应基因呈指数增加。通过Cla限制酶的剪切和DNA连接酶的连接,将两基因相连形成融合基因。(2)T-DNA是可转移DNA,融合基因应插在Ti质粒的T-DNA段,构建基因表达载体并导入农杆菌中。将获得的农杆菌接种在含四环
38、素的固体平板上培养得到含融合基因的农杆菌。随后再利用液体培养基将该单菌落振荡培养,可以得到用于转化的侵染液。(3)剪取油菜的叶片放入侵染液中一段时间,此过程的目的是利用农杆菌将融合基因导入油菜细胞,进一步筛选后获得转基因油菜细胞,依据细胞具有全能性的原理,可将其培育成转基因油菜植株。(4)用抗原抗体杂交法可检测转基因油菜植株中的融合基因是否成功表达。考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题 3.(2017河北唐山一模,40)科研人员利用“基因敲除技术”敲除了新生小鼠心肌细胞中的GATA4基因,结果发现一个分泌型因子FGFL6的表达水平降低,小鼠心脏丧失了再生能力,并
39、出现了严重的心肌肥大现象。紧接着科研人员利用腺相关病毒载体AAV9,实现了在心肌细胞中“过表达”FGFL6基因,发现心肌细胞恢复增殖能力,心肌肥大也受到一定的抑制。这项工作为心肌损伤修复和病理性心肌肥大的临床治疗提供了理论基础。请回答下列问题。(1)“基因敲除”和“基因工程”技术所依赖的生物学原理是 。(2)腺相关病毒载体AAV9作为基因工程的工具,除具备普通“质粒载体”的条件外,还应具有 、(答出两点即可)的条件。考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题(3)目的基因与载体结合过程中需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶。已知限制性内切酶的识别序列和切点是GGATCC
40、。请画出目的基因被限制性内切酶切割后所形成的黏性末端。DNA连接酶对所连接的两端碱基序列是否有专一性要求?。(4)定性的检测目的基因的“过表达”产物可采用 的方法。(5)资料说明:、基因与基因产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用,这种相互作用形成了一个错综复杂的网络,精细地调控着生物体的性状。考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题【答案】(1)基因重组(2)必须是安全的 分子大小应适合(4)抗原抗体杂交(5)基因与基因(3)否考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题【解析】(1)“基因敲除”和“基因工程”技术所依赖的生物学原理是基因
41、重组,都属于分子水平。(2)腺相关病毒载体AAV9作为基因工程的工具,除具备普通“质粒载体”的条件外,还应具有必须是安全的、分子大小应适合以便提取和在体外进行操作、宿主范围广、对靶细胞具有较高的转化效率、在宿主细胞中不会引起免疫排斥等条件。(3)限制性内切酶的识别序列和切点是GGATCC,所以目的基因被限制性内切酶切割后所形成的黏性末端为。DNA 连接酶对所连接 的两端碱基序列没有专一性要求。(4)基因的“过表达”产物是蛋白质,所以定性的检测目的基因的“过表达”产物可采用抗原抗体杂交的方法。(5)资料说明:基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用,这种相互作用形成了一个错
42、综复杂的网络,精细地调控着生物体的性状。考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题 4.(2016福建龙岩质检,40)苦荞是一种有名的经济植物,其含有的黄酮类化合物具有降血糖、血脂等功效。CHS是合成黄酮类化合物的关键酶。有人把经修饰的CHS基因导入苦荞细胞中,培育高产黄酮苦荞品系。据图示回答。(1)过程中将修饰后的CHS基因与Ti质粒连接成重组Ti质粒的酶称为 。这种酶主要有两类,一类是从T4噬菌体中分离得到的,另一类是从大肠杆菌中分离得到的,称为 。这两类酶都能恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的 键。考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析
43、真题(2)图中将修饰后的CHS基因导入苦荞体细胞的方法称为 ,除此外还可以利用的方法有 。对过程操作前,需先用Ca2+处理农杆菌,使其成为 细胞。(3)检测转基因苦荞培育是否成功,不能用抗原抗体杂交技术进行检测的原因是 ,可以比较转基因苦荞与普通苦荞的 含量或测定细胞中CHS含量进行鉴定。【答案】(1)DNA连接酶 Ecoli DNA连接酶 磷酸二酯(2)农杆菌转化法 基因枪法、花粉管通道法 感受态(3)转基因苦荞植株与普通苦荞植株都含有黄酮类化合物 黄酮类化合物 考点53 考点54 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 透析真题【解析】(1)连接重组质粒需要DNA连接酶,该酶的来源有直接从
44、T4噬菌体中分离,也可以从大肠杆菌中分离,该DNA连接酶称为Ecoli DNA连接酶,DNA连接酶能形成磷酸二酯键。(2)细菌的质粒一般用农杆菌转化法导入苦荞体细胞,还有方法为基因枪法、花粉管通道法。Ca2+处理农杆菌,使其成为易于吸收周围环境中DNA分子的感受态细胞。(3)判断转基因苦荞培育是否成功,可以比较转基因苦荞与普通苦荞的黄酮类化合物的含量或细胞中CHS的含量。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54 基因工程的应用和蛋白质工程 1.(2015课标全国,40,15分,较低难度)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
45、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 。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54(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。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
46、瘤。【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 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54【解析】本题通过基因工程及其应用、免疫等知识考查实验与探究能力。(1)HIV属于逆转录病毒,用基因工程方法制备HIV的某蛋白时,可先提取HIV中的RNA,以其为模板在逆转录酶的作用下合成DNA(cDNA),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)将目的蛋白作为抗原注入机体后,刺激机体产生抗体,根据抗原抗体特异性结合的原理,利用该抗体可检测受试者血清中的HIV。(3)HIV主要攻击人体的T淋巴
47、细胞,使机体的免疫功能降低,导致其他病原体乘虚而入。(4)人的免疫系统能随时监测并清除体内已经衰老或因其他因素而被破坏的细胞,以及癌变的细胞。艾滋病患者由于免疫功能缺陷,易发生恶性肿瘤。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54 2.(2015课标全国,40,15分,较低难度)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。(
48、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:。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54(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。【答案】(1)氨基酸序列(或结构)(其他合理答案也可)(2)P P1 DNA和RNA(或遗传物质)DNARNA、RNADNA、RNA蛋白质(或转录、逆转录、翻译)(3)设计
49、蛋白质的结构 推测氨基酸序列 功能 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54【解析】本题考查蛋白质工程和基因工程的原理及操作流程。(1)由题干信息可知,改造蛋白质的功能可通过改变蛋白质的结构实现。(2)依据蛋白质工程的定义及题中信息可知,获得P1基因的途径有修饰现有(P)基因或合成新(P1)基因。中心法则的全部内容包括DNA的复制、RNA的复制、转录、逆转录和翻译。(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应的脱氧核苷酸序列。通过蛋白质工程合成的蛋白质还需要进行生物活性的鉴定即功能鉴定,看是否达到人们的需求。试做真题 高手
50、必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54 3.(2013课标全国,40,15分,较低难度)阅读如下资料:资料甲:科学家将牛生长激素基因导入小鼠受精卵中,得到了体型巨大的“超级小鼠”;科学家采用农杆菌转化法培育出转基因烟草。资料乙:T4溶菌酶在温度较高时易失去活性。科学家对编码T4溶菌酶的基因进行了改造,使其表达的T4溶菌酶第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸,在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键,提高了T4溶菌酶的耐热性。资料丙:兔甲和兔乙是同一物种的两个雌性个体,科学家将兔甲受精卵发育成的胚胎移植到兔乙体内,成功产出兔甲的后代,证实了同一物种的胚胎可在不同个体的体内发育。回答下列
51、问题:试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54(1)资料甲属于基因工程的范畴。将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用 法。构建基因表达载体常用的工具酶是 和 。在培育有些转基因植物时,常用农杆菌转化法,农杆菌的作用是 。(2)资料乙中的技术属于 工程的范畴,该工程是指以分子生物学相关理论为基础,通过基因修饰或基因合成,对 进行改造,或制造一种 的技术。在该实例中,引起T4溶菌酶空间结构改变的原因是组成该酶肽链的 序列发生了改变。(3)资料丙属于胚胎工程的范畴。胚胎移植是指将获得的早期胚胎移植到 种的、生理状态相同的另一个雌性动物体内,使之继续发育成新个体的技术。在资料丙的实例中
52、,兔甲称为 体,兔乙称为 体。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54【答案】(1)显微注射 限制性内切酶 DNA连接酶 农杆菌可感染植物,将目的基因转移到受体细胞中(2)蛋白质 现有的蛋白质 新蛋白质 氨基酸(3)同 供 受 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54【解析】(1)基因工程中,将目的基因导入动物细胞常用显微注射法。构建基因表达载体常用的工具酶是限制性核酸内切酶(限制酶)和DNA连接酶。当植物体受到损伤时,伤口处的细胞会分泌大量的酚类化合物,吸引农杆菌移向这些细胞,农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞,并整合到受体细胞的染色体DNA
53、上,因此用农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞时,农杆菌的作用是将目的基因导入受体细胞。(2)资料乙中是对T4溶菌酶进行改造,属于蛋白质工程。蛋白质工程是指以分子生物学相关理论为基础,通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造,或制造一种新蛋白质的技术。改造后的T4溶菌酶和原T4溶菌酶相比,第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸,即肽链中的氨基酸序列发生改变。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54 4.(2015海南单科,31,15分,较低难度)在体内,人胰岛素基因表达可合成出一条称为前胰岛素原的肽链,此肽链在内质网中经酶甲切割掉氨基端一段短肽后成为胰岛素原,进入高尔基体的胰岛素原经
54、酶乙切割去除中间片段C后,产生A、B两条肽链,再经酶丙作用生成由51个氨基酸残基组成的胰岛素。目前,利用基因工程技术可大量生产胰岛素。回答下列问题。(1)人体内合成前胰岛素原的细胞是 ,合成胰高血糖素的细胞是 。(2)可根据胰岛素原的氨基酸序列,设计并合成编码胰岛素原的 序列,用该序列与质粒表达载体构建胰岛素原基因重组表达载体,再经过细菌转化、筛选及鉴定,即可建立能稳定合成 的基因工程菌。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54(3)用胰岛素原抗体检测该工程菌的培养物时,培养液无抗原抗体反应,菌体有抗原抗体反应,则用该工程菌进行工业发酵时,应从 中分离、纯化胰岛素原。胰岛素原
55、经酶处理便可转变为胰岛素。【答案】(1)胰岛B细胞 胰岛A细胞(2)DNA 胰岛素原(3)菌体 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54【解析】本题主要考查基因工程和发酵工程的有关知识。(1)激素由特异性的细胞合成,胰岛素(原)由胰岛B细胞合成,胰高血糖素由胰岛A细胞合成。(2)某基因翻译出的蛋白质氨基酸序列已知且相对分子质量较小,可以通过人工合成法获得,设计该基因DNA序列的方法是蛋白质氨基酸序列mRNA的核糖核苷酸序列基因中的脱氧核苷酸序列。胰岛素原基因导入工程菌后的表达产物是胰岛素原。(3)培养液无抗原抗体反应,菌体有抗原抗体反应,说明目的基因的表达产物存在于细胞内,没
56、有分泌出来。因此利用该工程菌进行工业发酵时,目的基因的表达产物需要从菌体中分离和纯化。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54 1.基因工程的应用 方法应用 具体应用 目的基因 成 果 植物基因工程 抗虫转基因植物 抗虫基因:Bt 毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因 抗虫棉、抗虫玉米、抗虫水稻等 抗病转基因植物 病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因、几丁质酶基因、抗毒素合成基因 抗病毒烟草、抗病毒小麦等 抗逆转基因植物 调节细胞渗透压基因抗冻蛋白基因(从鱼体内获取)抗除草剂基因 抗盐碱、抗旱烟草、抗寒番茄、抗除草剂、玉米等 试做真题 高手必备 萃取高招
57、 对点精练 考点53 考点54 方法应用 具体应用 目的基因 成 果 植物基因工程 转基因改良植物的品质 含必需氨基酸的蛋白质编码基因控制番茄果实成熟的基因与花青素代谢有关的基因 高赖氨酸玉米、耐储存番茄等 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54 方法应用 具体应用 目的基因 成 果 动物基因工程 提高动物生长速度 外源生长激素基因 转基因鲤鱼 改善畜产品的品质 肠乳糖酶基因 乳汁中乳糖较低的转基因牛 转基因动物生产药物(生物反应器或乳房生物反应器)药用蛋白基因 乳腺生物反应器 转基因动物作器官移植的供体 某种调节因子设法除去抗原决定基因 无免疫排斥反应的转基因猪 试做真题
58、 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54 方法应用 具体应用 目的基因 成 果 基因工程药品 利用转基因的工程菌生产药物 控制药品合成的相应基因,如人的胰岛素基因、干扰素基因、乙肝疫苗基因等 胰岛素、干扰素、乙肝疫苗等 基因检测和基因治疗 基因检测 制作相应探针,利用 DNA 分子杂交原理,快速、准确检测人类某种疾病 基因治疗 把正常基因导入有基因缺陷的细胞中,可分为体外基因治疗和体内基因治疗两种方法 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54 2.蛋白质工程(1)概念:蛋白质工程是指以蛋白质分子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
59、白质进行改造,或制造一种新的蛋白质,以满足人类的生产和生活的需求。(2)操作:基因修饰或基因合成。(3)结果:改造了现有蛋白质或制造出新的蛋白质。(4)操作过程: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)基因表达产生需要的蛋白质。其流程图如下:试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54 典例导引2(2012海南单科,31)已知甲种农作物因受到乙种昆虫危害而减产,乙种昆虫食用某种原核生物分泌的丙种蛋白质后死亡。因此,可将丙种蛋白质基因转入到甲种农作物体内,使甲种农作物获得抗乙种昆虫危害的能力。回答下列问题。(1)为了获得丙种蛋
60、白质的基因,在已知丙种蛋白质氨基酸序列的基础上,推测出丙种蛋白质的 序列,据此可利用 方法合成目的基因。获得丙种蛋白质的基因还可用 和 方法。(2)在利用上述丙种蛋白质基因和质粒载体构建重组质粒的过程中,常需要使用 酶和 酶。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54(3)将含有重组质粒的农杆菌与甲种农作物的愈伤组织共培养,筛选出含有丙种蛋白质的愈伤组织,由该愈伤组织培养成的再生植株可抵抗 的危害。(4)若用含有重组质粒的农杆菌直接感染甲种农作物植株叶片伤口,则该植株的种子 (填“含有”或“不含”)丙种蛋白质基因。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54【解析
61、】(1)基因工程中获取目的基因的方法有从基因文库中获取、PCR扩增技术和化学方法合成等几种。(2)将目的基因和质粒构建基因表达载体时,应用限制酶对目的基因和质粒进行切割,然后用DNA连接酶进行缝合。(3)利用农杆菌转化法将目的基因转入植物中,目的基因表达后可抵抗乙种昆虫。(4)用含有重组质粒的农杆菌感染甲种农作物植株叶片伤口,只能使伤口处的愈伤组织获取目的基因,而种子等部分不含目的基因。【答案】(1)基因 化学 基因文库 PCR(2)限制 DNA连接(3)乙种昆虫(4)不含 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54 高招2比较蛋白质工程与基因工程 项目 蛋白质工程 基因工程
62、区别 过程 预期的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找到相应的脱氧核苷酸序列(基因)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蛋白质 定向改造生物的遗传特性,以获得人类所需的生物类型或生物产品 结果 生产自然界中没有的蛋白质 生产自然界中已有的蛋白质 联系 蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程,对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质,必须通过基因修饰或基因合成实现 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54 1.(2017河北石家庄模拟,40)人血清白蛋白(HSA)具有重要的医用价值,只能从
63、人血浆中制备。如图1是以基因工程技术获取重组HSA(rHSA)的两条途径。图 1图 2(1)为获取HSA基因,首先需采集人的血液,提取 合成总cDNA,然后以cDNA为模板,采用PCR技术扩增HSA基因。如图2中箭头表示一条引物结合模板的位置及扩增方向,请用箭头在方框内标出另一条引物的位置及扩增方向。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54(2)启动子通常具有物种及组织特异性,构建在水稻胚乳细胞内特异表达rHSA的载体,需要选择的启动子是 (填写字母,单选)。A.人血细胞启动子 B.水稻胚乳细胞启动子 C.大肠杆菌启动子 D.农杆菌启动子(3)人体合成的初始HSA多肽,需要经
64、过膜系统加工形成正确的空间结构才有活性。与途径相比,选择途径获取rHSA的优势是 。(4)为证明rHSA具有医用价值,须确认rHSA与 的生物学功能一致。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54【答案】(1)总RNA(或mRNA)(2)B(3)水稻是真核生物,具有膜系统,能对初始rHSA多肽进行高效加工(4)HSA 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54【解析】(1)为获取HSA基因即目的基因,可以通过逆转录的方法合成,即先采集人的血液,提取其中的HSA蛋白的mRNA,逆转录合成相应的cDNA,再以cDNA的双链为模板,在体外利用PCR技术对其进行扩增。P
65、CR反应在合成目的基因时,由于双链合成的方向相反,故反应所需的两个引物的方向也是相反的。(2)启动子是基因结构中RNA聚合酶识别和结合的位点,欲构建在水稻胚乳细胞内特异表达的rHSA的载体,需选择相应的启动子,即水稻胚乳细胞的启动子。(3)人体合成的初始HSA多肽,还需经过内质网和高尔基体等膜系统的加工才具备生物活性,而大肠杆菌等原核生物细胞内无此膜系统,故通常选择途径即将目的基因导入真核细胞内,以获取成熟的rHSA蛋白。(4)在使用之前,须保证rHSA与人的血清白蛋白(HSA)具有相同或相似的生物学功能,才能将rHSA应用于相应的医学领域。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考
66、点54 2.(2017云南曲靖模拟,40)白细胞介素-2(IL-2),在人体中是由免疫细胞合成并分泌的一种糖蛋白,对机体的免疫应答和抗病毒感染等有重要作用。传统生产方法成本高、产量低,获得的IL-2在体外不易保存。用生物技术手段可以解决这些问题。请回答相关问题。(1)利用基因工程生产IL-2,过程是:从健康人体外周静脉血分离能合成IL-2的免疫细胞,从中提取 ,经逆转录获取目的基因,此过程需要的原料是 。用限制酶处理载体和目的基因后,用DNA连接酶处理,形成重组载体,该载体的化学本质是。该步骤是基因操作的核心,称为。若选择大肠杆菌作为受体细胞,常用的转化方法是用Ca2+处理,使其成为 ,再在一
67、定温度下完成转化。在培养液中培养一段时间后,经进一步处理获得产物,进行产物鉴定时可采用 技术。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54(2)利用蛋白质工程对IL-2进行改造,基本途径是预期蛋白质功能 找到对应的脱氧核苷酸序列。(3)利用细胞工程生产IL-2,思路是将相应免疫细胞和瘤细胞融合,筛选出 细胞,经细胞培养可获得大量IL-2。【答案】(1)mRNA 4种游离的脱氧核苷酸 环状DNA 构建基因表达载体 感受态细胞 抗原抗体杂交(2)设计预期蛋白质结构 推测氨基酸序列(3)能产生IL-2的杂交瘤 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54【解析】(1)从健
68、康人体外周静脉血分离能合成IL-2的免疫细胞,从中提取模板mRNA,经逆转录获取目的基因,此过程需要的原料是4种游离的脱氧核苷酸;用限制酶处理载体和目的基因后,用DNA连接酶处理,形成重组载体,该载体的化学本质是环状DNA;该步骤是基因操作的核心,称为构建基因表达载体;若选择大肠杆菌作为受体细胞,常用的转化方法是用Ca2+处理,使其成为感受态细胞;在培养液中培养一段时间后,经进一步处理获得产物,进行产物鉴定时可采用抗原-抗体杂交技术。(2)利用蛋白质工程对IL-2进行改造,基本途径是预期蛋白质功能设计预期蛋白质结构推测氨基酸序列找到对应的脱氧核苷酸序列。(3)利用细胞工程生产IL-2,思路是将
69、相应免疫细胞和瘤细胞融合,筛选出能产生IL-2的杂交瘤细胞,经细胞培养可获得大量IL-2。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54 3.(2017山东青岛二模,38)已知某传染性疾病的病原体为RNA病毒,该病毒表面的A蛋白为主要抗原。现利用该病毒通过基因工程和单克隆抗体制备技术来生产预防和诊断该疾病的疫苗和抗体,请回答下列问题。(1)由该RNA病毒获得A基因过程中发生的碱基互补配对为 。获得A基因后,可以利用 技术进行扩增,该过程需要 酶。(2)制备A蛋白过程的核心是构建A基因表达载体,启动子和终止子也需要重新构建,以能被受体细胞的 所识别,便于其催化转录过程。(3)将提取的
70、A蛋白重复注射到小鼠皮下细胞,目的是获得更多的 ,从而使获得 细胞的概率大大增加,再通过扩大培养提取单克隆抗体。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54(4)对健康人进行该传染病免疫预防时,可选用提取的 来制备疫苗。对该传染病疑似患者确诊时,可以用 与分离出的病毒进行特异性检测。【答案】(1)AT,UA,GC,CG,TA PCR 热稳定(耐高温)的DNA聚合(Taq)(2)RNA聚合酶(3)浆细胞(效应B细胞、经过免疫的B淋巴细胞)杂交瘤(4)A蛋白(抗A蛋白的)单克隆抗体 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54【解析】(1)由于该病毒为RNA病毒,获得A
71、基因过程中要发生以RNA为模板的逆转录及以DNA为模板的复制过程,故发生的碱基互补配对为AT、UA、GC、CG、TA。获得A基因后,可以利用PCR技术进行扩增,该技术要用到热稳定DNA聚合酶。(2)构建启动子和终止子的目的是便于目的基因表达时能被RNA聚合酶识别,便于其催化转录过程。(3)将提取的A蛋白重复注射到小鼠皮下细胞,目的是获得更多的经过免疫的浆细胞,和骨髓瘤细胞融合,从而使获得杂交瘤细胞的概率大大增加。(4)A蛋白属于抗原,所以对健康人进行该传染病免疫预防时,可选用提取的A蛋白来制备疫苗。对该传染病疑似患者确诊时,可以用抗A蛋白的单克隆抗体与分离出的病毒进行特异性检测。试做真题 高手
72、必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54 4.(2017广东梅州一模,38)干扰素是动物或人体细胞受病毒感染后产生的一类糖蛋白,具有抗病毒、抑制肿瘤及免疫调节等多种生物活性。回答下列问题。(1)干扰素的作用机理:干扰素作用于宿主细胞膜上的相应受体,激活细胞核中基因表达产生多种抗病毒蛋白,其中有些蛋白可通过激活 使病毒的RNA水解;有些则可与 (细胞器)结合,通过抑制病毒多肽链的合成发挥抗病毒作用。(2)利用基因工程产生干扰素的方法之一:利用 酶将干扰素基因与牛乳腺蛋白基因的启动子等调控组件连接在一起构建基因表达载体,采用 的方法导入牛的受精卵细胞中,经胚胎早期培养至 期,移植入母体内发育成
73、熟,即可获得能产生干扰素的转基因牛。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54(3)由于干扰素在体外保存困难,可利用蛋白质工程对干扰素进行改造,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 找到相对应的脱氧核苷酸序列。【答案】(1)RNA(水解)酶 核糖体(2)DNA连接 显微注射 桑椹胚或囊胚(3)氨基酸序列 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54【解析】(1)有些蛋白可通过激活RNA(水解)酶使病毒的RNA水解;多肽链的合成场所为核糖体,因此其中有些蛋白质则可与核糖体结合,通过抑制病毒多肽链的合成发挥抗病毒作用。(2)基因工程中,利用DNA连接
74、酶将干扰素基因与牛乳腺蛋白基因的启动子等调控组件连接在一起构建基因表达载体,采用显微注射的方法导入牛的受精卵细胞中,经胚胎早期培养至桑椹胚或囊胚期,移植入母体内发育成熟,即可获得能产生干扰素的转基因牛。(3)蛋白质工程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找到相对应的脱氧核苷酸序列。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54 5.(2017陕西榆林一模,38)阅读下列材料回答问题。材料一 人类可利用转基因番茄作为生物反应器生产人胰岛素。所用的人胰岛素基因是依据植物“偏爱”的密码子来设计所含的密码子,通过人工合成若干DNA片段,拼接而成,并且在胰岛素CO
75、OH端加上KDEL内质网滞留序列,避免胰岛素在植物细胞中的降解。将该基因置于果实专一性启动子的驱动之下通过农杆菌介导的方法转入番茄中,在番茄的果实中表达人胰岛素。材料二 T4溶菌酶在温度较高时易失去活性,科学家对编码T4溶菌酶的基因进行改造,使其表达的T4溶菌酶的第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸,在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键,提高了T4溶菌酶的耐热性。试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54(1)材料一中基因工程操作是采用 方法获得目的基因的。获得的人胰岛素基因与人体细胞中胰岛素基因中编码氨基酸的碱基序列不同,但两者所编码的蛋白质中氨基酸序列相同,这是因为
76、密码子具有 。要想在体外获得大量该目的基因的片段,可以采用 技术。(2)根据上述描述,转基因操作时所用的载体是 ,载体上的 可以转移至受体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上。(3)材料二属于 工程范畴。该工程是指以分子生物学相关理论为基础,通过基因修饰或基因合成,对 进行改造,或制造一种 的技术。【答案】(1)人工合成 简并性 PCR(2)农杆菌的Ti质粒 T-DNA(3)蛋白质 现有蛋白质 新蛋白质 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点53 考点54【解析】(1)根据题干信息可知材料一中基因工程操作是采用人工合成方法获得目的基因的。虽然获得的人胰岛素基因与人体细胞中胰岛素基因中编码氨基酸的碱基序列不同,但由于密码子具有简并性(或一种氨基酸有多个密码子),基因序列不同,蛋白质可以相同,所以两者所编码的蛋白质中氨基酸序列相同。目的基因可以采用PCR技术扩增产生大量的目的基因。(2)根据“将该基因置于果实专一性启动子的驱动之下通过农杆菌介导的方法转入番茄中”可知该过程的载体是农杆菌的Ti质粒,质粒上的T-DNA可以转移至受体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上。(3)材料二中的技术属于蛋白质工程的范畴,该工程是指以分子生物学相关理论为基础,通过对基因修饰或基因合成,对现有的蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质的技术。