1、选修3 专题1 基因工程 考点一 基因工程的工具【核心知识通关】1.限制性核酸内切酶(限制酶)：(1)来源：主要从_生物中分离纯化而来。(2)功能：_双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的_ _断开。原核 识别 磷酸 二酯键(3)识别序列的特点：呈现碱基互补对称，无论是奇数 个碱基还是偶数个碱基，都可以找到一条_，如 ，以_为轴，两侧碱基互补对称，如 以 为轴，两侧碱基互补对称。中心轴线 中心线 A T(4)切割后末端的种类。2.DNA连接酶：常用类型 _连接酶 _连接酶 来源 大肠杆菌 T4噬菌体 功能 连接_ 连接_ _ 结果 恢复被限制酶切开的两个
2、 核苷酸之间的_ EcoliDNA T4DNA 黏性末端 黏性末端和 平末端 磷酸二酯键 3.载体：双链环状 限制酶 标记基因(2)其他载体：噬菌体衍生物、_等。(3)具备的条件。能在宿主细胞内_并大量复制。有_切割位点，以便与外源基因 连接。具有特殊的_，以便进行筛选。动植物病毒 稳定保存 一个至多个限制酶 标记基因(4)作用。作为_，将目的基因转移到宿主细胞内。利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量_。运载工具 复制【特别提醒】限制酶和DNA连接酶的关系 (1)限制酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。(2)限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰
3、。(3)DNA连接酶起作用时，不需要模板。【思维拓展】与DNA有关的四种酶 比较 项目 限制酶 DNA 连接酶 DNA 聚合酶 解旋酶 作用 底物 DNA分子 DNA分 子片段 脱氧 核苷酸 DNA分子 作用 部位 磷酸二酯键 磷酸 二酯键 磷酸 二酯键 碱基对 间的氢键 形成 产物 黏性末端 或平末端 形成重组 DNA分子 新的 DNA分子 形成单 链DNA【高考模拟精练】1.(2012全国卷)根据基因工程的有关知识，回答下列问题：(1)限制性内切酶切割DNA分子后产生的片段，其末端类型有_和_。(2)质粒运载体用EcoR切割后产生的片段如下：AATTCG GCTTAA 为使运载体与目的基因
4、相连，含有目的基因的DNA除可用EcoR切割外，还可用另一种限制性内切酶切割，该酶必须具有的特点是_。(3)按其来源不同，基因工程中所使用的DNA连接酶有两类，即_DNA连接酶和_DNA连接酶。(4)反转录作用的模板是_，产物是_。若要在体外获得大量反转录产物，常采用_技术。(5)基因工程中除质粒外，_和_也可作为运载体。(6)若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下，不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞，原因是_ _。【解题指南】解答本题需明确四点：(1)限制性内切酶的作用和特点。(2)DNA连接酶的种类。(3)运载体的类型。(4)受体细胞的选择原理。【解析】(1)当限制性内切酶在它识别序列的
5、中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开时，产生的是黏性末端，而当限制性内切酶在它识别序列的中心轴线处切开时，产生的是平末端。(2)为使运载体与目的基因相连，不同的限制性内切酶应该切出相同的黏性末端。(3)DNA连接酶根据其来源的不同分为两类，一类是从大肠杆菌中分离得到的，称为EcoliDNA连接酶，另一类是从T4噬菌体中分离出来的，称为T4DNA连接酶。(4)反转录是指以RNA为模板在逆转录酶的作用下合成DNA的过程，可以在体外短时间内大量扩增DNA的技术叫PCR(多聚酶链式反应)。(5)基因工程中可以作为运载体的除质粒外，还有噬菌体的衍生物、动植物病毒等。(6)大肠杆菌细胞有细胞壁和细胞膜，能
6、阻止质粒(外源DNA)等物质的进入，只能通过Ca2+处理细胞，使细胞处于能吸收周围环境中DNA分子的生理状态(这种细胞称为感受态细胞)才能作为受体细胞。答案：(1)黏性末端 平末端(2)切割产生的DNA片段末端与EcoR切割产生的相同(3)Ecoli T4(4)mRNA(或RNA)cDNA(或DNA)PCR(5)噬菌体的衍生物 动植物病毒(6)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱【延伸探究】(1)若把平末端连接起来，应该选用什么酶？提示：T4DNA连接酶。(2)切割载体和目的基因的酶是否必须选择同一种酶，原因是什么？提示：不必。只要两种酶切割产生的末端相同即可。2.(2016西安模
7、拟)正常细胞中含有抑癌的P53基因，若它失活而不能表达，则基因突变的细胞易形成肿瘤。基因治疗肿瘤是根本的方法，腺病毒以其嗜好增殖细胞和对人体基本无害而成为良好的基因载体。野生型腺病毒含有抑制P53基因活性的55Kda基因，以及病毒复制基因E1，因此需要重新构建有疗效的、安全的腺病毒。图甲、乙中箭头所指为相应限制酶切点。(1)构建重组腺病毒时，限制酶最好选择_ _，这样既可以去除_基因以防止病毒复制后损伤健康细胞，同时还能破坏_基因以防止其_。(2)将目的基因与腺病毒重组时，重组的成功率较低，依然还有大量非重组的野生型病毒的DNA，这是因为_。(3)某DNA分子片段含有1 000个碱基对(即bp
8、)。经扩增后，通过只用限制酶EcoR与同时用EcoR和Hal两种方法切割，其电泳结果如图丙所示，可推断限制酶Hal在该DNA片段上的切割点有_个。【解析】(1)根据题干信息“野生型腺病毒含有抑制 P53基因活性的55Kda基因，以及病毒复制基因E1”，构建基因表达载体时，应选用EcoR和BamH切割载 体和含有目的基因的DNA，这样既可以去除E1基因以防 止病毒复制后损伤健康细胞，同时还能破坏55Kda基因 以防止其抑制P53基因的活性。(2)由于切下的片段有 可能与原基因重新结合，因此将目的基因与腺病毒重 组时，重组的成功率较低，依然还有大量非重组的野 生型病毒的DNA。(3)只用限制酶Ec
9、oR切割能产生 700 bp、200 bp和100 bp三种长度的DNA片段，同时 用EcoR和Hal两种酶切割可产生420 bp、280 bp和 100 bp三种长度的DNA片段，可见，限制酶Hal又将 长度为700 bp的DNA片段切成420 bp和280 bp两段，将 长度为200 bp的DNA片段切成100 bp的两段，由此可推 断限制酶Hal在该DNA片段上的切割位点有2个。答案：(1)EcoR和BamH E1 55Kda 抑制P53基因的活性(2)切下片段有可能与原基因重新结合(3)2【方法技巧】限制酶的选择技巧 (1)根据目的基因两端的限制酶切割位点确定限制酶的种类。应选择切割位
10、点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择Pst。不能选择切割位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割位点)。(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，以确保产生相同的黏性末端。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；如果所选酶的切割位点不是一个，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
11、体细胞后不能自主复制。【加固训练】1.图甲表示含有目的基因D的DNA片段长度(bp即碱基对)和部分碱基序列，图乙表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有Msp、BamH、Mbo、Sma4种限制性核酸内切酶切割的碱基序列和酶切位点分别为CCGG、GGATCC、GATC、CCCGGG。请回答下列问题：(1)图甲的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由_连接。(2)若用限制酶Sma完全切割图甲中DNA片段，其产物长度为_。(3)若图甲中虚线方框内的碱基对被T-A碱基对替换，那么基因D就突变为基因d。从隐性纯合子分离出图甲及其对应的DNA片段，用限制酶Sma完全切割，产物中共有_种不同DNA片段。(4
12、)若将图乙中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行重组，形成重组质粒，那么应选用的限制酶是_。在导入重组质粒后，为了筛选出含质粒的大肠杆菌，一般需要用添加_的培养基进行培养，用影印法接种到只含_的培养基中培养，可进一步筛选出含重组质粒的受体细胞。(5)假设用BamH切割DNA获取目的基因，用Mbo切割质粒，然后形成重组质粒，若将插入在抗生素B抗性基因处的目的基因重新切割下来，能否用BamH？_。为什么？_ _ _。【解析】(1)DNA单链中相邻两个碱基之间通过“脱氧 核糖-磷酸-脱氧核糖”连接。(2)Sma识别的序列为 CCCGGG，切割会产生平末端；图甲中DNA片段含有两个 Sma识别位点
13、，第一个识别位点在左端534 bp序列向 右三个碱基对的位置；第二个识别位点在右端658 bp 序列向左三个碱基的位置，从而两个位点切割后产生 的DNA片段的长度分布为534+3，796-3-3，658+3，即得到的DNA片段长度为537、790、661。(3)基因D的 序列中含有两个识别位点，经过Sma完全切割会产生 537 bp、790 bp和661 bp三种不同长度的片段，基因d 的序列中含有一个识别位点，经过切割后会产生 1327 bp和661 bp两种长度的片段。(4)能够获取目的 基因并切开质粒的限制酶有识别序列为GGATCC的BamH 和识别序列为GATC的Mbo，若使用Mbo会
14、同时破坏 质粒中的抗生素A抗性基因和抗生素B抗性基因，所以要用BamH来切割目的基因和质粒，切割后保留了完整的抗生素B抗性基因，便于筛选出含有重组质粒和质粒的大肠杆菌；再用影印法接种到只含抗生素A的培养基中培养，重组质粒的受体细胞死亡，可进一步筛选出含重组质粒的受体细胞。(5)见答案。答案：(1)脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖(2)537 bp、790 bp、661 bp(3)两(4)BamH 抗生素B 抗生素A(5)不能 因为用BamH切割DNA获取目的基因，用Mbo切割质粒，然后形成重组质粒，用BamH不一定将插入在抗生素B抗性基因处的目的基因重新切割下来，因为目的基因和抗生素B抗性基因拼接处含
15、有GATC，不一定出现GGATCC 2.如图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图回答下列问题：(1)a代表的物质和质粒的化学本质都是_，二者还具有其他共同点，如_，_(写出两条即可)。(2)若质粒DNA分子的切割末端为 ，则与之连接的目的基因切割末端应为_；可使用_把质粒和目的基因连接在一起。(3)氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上称为_，其作用是_。(4)下列常在基因工程中用作载体的是()A.苏云金芽孢杆菌抗虫基因 B.土壤农杆菌环状RNA分子 C.大肠杆菌的质粒 D.动物细胞的染色体【解题指南】解答本题需注意两点：(1)质粒的化学本质是小型环状DNA分子。(2)质粒作为载体的条件以及载体的
16、种类。【解析】(1)a代表的物质是大型环状DNA分子，质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核之外的小型环状DNA分子，两者都能自我复制，并蕴含遗传信息。(2)与质粒DNA分子的切割末端能够连接的目的基因切割末端之间能够发生碱基互补配对，可使用DNA连接酶将它们连接在一起。(3)质粒DNA分子上的氨苄青霉素抗性基因可以作为标记基因，便于对重组DNA进行鉴定和筛选。(4)作为载体必须具备的条件：在宿主细胞中能保存下来并能大量复制；有多个限制性核酸内切酶切割位点；有一定的标记基因，便于筛选。常用的载体有质粒、噬菌体的衍生物、动植物病毒等。苏云金芽孢杆菌抗虫基因一般作为目的基因；土壤农杆菌环状RN
17、A分子不容易在宿主细胞内保存；动物细胞染色体的主要成分是DNA和蛋白质，不能被限制性核酸内切酶切割，因此不能用作载体。答案：(1)DNA 能够自我复制 具有遗传特性(2)DNA连接酶(3)标记基因 供重组DNA的鉴定和选择(4)C 3.(2016深圳模拟)chlL基因是蓝藻DNA上控制叶绿素合成的基因，为研究该基因对叶绿素合成的控制，需要构建该种生物缺失chlL基因的变异株细胞。技术路线如图甲所示，请据图分析回答：(1)与真菌相比较，蓝藻在结构上最主要的特点是_，在功能上最主要的特点是_。(2)过程中均使用的工具酶有_ _。(3)构建重组质粒B在整个操作过程中的目的是_ _和_。(4)若含有c
18、hlL基因的DNA片段和选用的质粒上的限制酶切割位点如图乙所示。请回答：构建含chlL基因的重组质粒A时，应选用的限制酶是_，对_进行切割。同时用酶1和酶4切割图乙中的质粒，则产生含有1 800对碱基和8 200对碱基的两种片段；用图中四种酶同时切割此质粒，则产生含有600对碱基和8 200对碱基的两种片段；若换用酶1和酶3同时切割此质粒，则产生的片段是_ _。【解析】(1)蓝藻为原核生物，没有以核膜为界限的细胞核，其体内含有光合色素，能进行光合作用。(2)表达载体构建时需限制酶和DNA连接酶等工具酶。(3)由题干信息“构建该种生物缺失chlL基因的变异株细胞”可知，构建重组质粒B的目的在于破
19、坏chlL基因并筛选出变异株细胞。(4)由图乙知，获得chlL基因需酶1和酶3对此基因所 在的DNA进行切割，同时对质粒也要用同种酶切割处 理，以便构建重组质粒A。由题意知四种酶同时切割时含600对碱基的片段共有 3个。若用酶1和酶3同时切割时，产生的片段有8 200+600=8 800对碱基；另一片段为6002=1 200对碱基。答案：(1)没有以核膜为界限的细胞核 能够进行光合作用(2)限制性核酸内切酶和DNA连接酶(3)破坏chlL基因 操作成功后筛选出该变异株细胞(4)酶1和酶3 质粒和含chlL基因的DNA 含有1 200对碱基和8 800对碱基的两种片段 考点二 基因工程的基本操作
20、程序 【核心知识通关】1.目的基因的获取：(1)目的基因：人们需要的基因主要是指_的基因，也可以是一些具有调控作用的因子。编码蛋白质(2)三种获取方法：从_中获取目的基因 利用_扩增目的基因 通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成 基因文库 PCR技术 2.基因表达载体的构建基因工程的核心：(1)目的。使目的基因在_中稳定存在，并且可以遗传给下一代。使目的基因能够_和发挥作用。受体细胞 表达(2)组成及作用：启动子 标记基因 目的基因(3)构建过程：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 _ _ _ 受体细胞 体细胞 受精卵 _细胞 或酵母菌 农杆菌转化法 显微
21、注射技术 感受态细胞法 原核 生物种类 植 物 动 物 微生物 转化过程 将目的基因 插入_ 的T-DNA上 转入农杆菌 导入植物 细胞整合 到受体细胞 的_ 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 _处理细胞 _细胞重组表达载体DNA分子与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子 Ti质粒 染色体DNA Ca2+感受态 4.目的基因的检测与鉴定：类型 检测内容 方法 结果 显示 分子 检测 导入 检测 目的基因是否 进入_ _(DNA和DNA之间)杂交带 _ 检测 目的基因是否 转录出_ _(DNA和mRNA之间)杂交带 _ 检测 目的基因是否
22、 翻译成_ _ _ 杂交带 受体细胞 DNA分子杂交 转录 mRNA 分子杂交 翻译 蛋白质 抗原抗体 杂交 类型 检测内容 方法 结果显示 个体 水平 检测 包括做抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性以及抗性的程度；对基因工程产品与天然产品的功能进行活性比较，以确定功能活性是否相同等【特别提醒】基因工程操作的四个易错点(1)目的基因的插入位点不是随意的，基因表达需要启动子与终止子的调控，所以目的基因应插入到启动子与终止子之间的部位。(2)启动子(DNA片段)起始密码子(RNA)；终止子(DNA片段)终止密码子(RNA)。(3)基因表达载体的构建是最核心、最关键的一步，在体外进行。(4)只有
23、第三步(将目的基因导入受体细胞)没有碱基互补配对现象，其余三步都有碱基互补配对现象。【高考模拟精练】1.(2014全国卷)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的_基因；而cDNA文库含有生物的_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
24、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。(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”)。【解题指南】(1)题干关键词：“自交”“子代中耐旱与不耐旱植株的数量比为31”。(2)关键知识：基因文库类型、基因工程操作流程【解析】本题考查基因工程的相关知识。(1)基因文库包括基因组文库和cDNA文库，基因组文库包含生物基因组的全部基因，cDNA文库是以mRNA反转录后构建的，只含有已经表达的基因(并不是所有基因都会表达)，即部分基因。(2)从基因文库中获取目的
25、基因需要进行筛选。(3)要提高植物乙的耐旱性，需要利用农杆菌转化法将耐旱基因导入植物乙的体细胞中。要检测目的基因(耐旱基因)是否表达应该用抗原抗体杂交法检测目的基因(耐旱基因)的表达产物(即耐旱的相关蛋白质)；个体生物学水平检测可以通过田间试验，观察检测其耐旱情况。(4)如果耐旱基因整合到同源染色体的一条上，则转基因植株的基因型可以用A_表示(A表示耐旱基因，_表示另一条染色体上没有相应的基因)，A_自交后代基因型为AAA_ _=121，所以耐旱不耐旱=31，与题意相符；如果耐旱基因整合到同源染色体的两条上，则子代将全部表现耐旱，不会出现性状分离。答案：(1)全部 部分(2)筛选(3)乙 表达
26、产物 耐旱性(4)同源染色体的一条上 2.(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。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)-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位点隐藏在内部，其意义在于_。(4)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
27、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_ _。(5)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_。【解题指南】解答本题的关键是：(1)基因表达载体的组成和构建过程。(2)图中利用大肠杆菌作为工程菌生产人胰岛素的基本流程中溴化氰的处理原理。【解析】本题考查基因工程以及蛋白质的合成和加工 等知识。(1)基因表达载体包含启动子、终止子、目的 基因和标记基因。(2)启动子是RNA聚合酶的识别和结 合位点。氨苄青霉素抗性基因可作为标记基因。(3)胰 岛素肽链上蛋白酶的切割位点隐藏起来，将无法被菌 体内的蛋白酶所识别，防止被降解
28、。(4)溴化氰能切断 肽链中甲硫氨酸羧基端的肽键，而-半乳糖苷酶中 含有多个甲硫氨酸，并且胰岛素A、B链中不含甲硫氨酸，所以溴化氰只水解-半乳糖苷酶不水解胰岛素A、B链，从而能获得完整的A链或B链。(5)胰岛素分子含有两条链，至少有2个游离氨基分别位于2条肽链的一端，并且R基团中可能也含有游离的氨基。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)防止胰岛素的A、B链被菌体内蛋白酶降解(4)-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(5)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 3.(2016郑州模
29、拟)我们日常吃的大米中铁含量极低，科研人员通过基因工程等技术，培育出了铁含量比普通大米高60%的转基因水稻，改良了稻米的营养品质。下图为培育转基因水稻过程示意图，请分析回答：(1)铁结合蛋白基因来自菜豆，可通过_技术扩增获取，如果该基因脱氧核苷酸序列已知且比较小，还可用_方法直接人工合成。(2)铁结合蛋白基因需插入重组Ti质粒上的_ _之间。(3)将含有重组Ti质粒的农杆菌与水稻愈伤组织共同培养时，通过培养基2的筛选培养，可以获得_ _；培养基3与培养基2的区别是_。检测培育转基因水稻的目的是否达到，需要检测转基因稻米中_。(4)将T0代植株上收获的种子种植成T1代株系，检测各单株的潮霉素抗性
30、。若少数T1代株系的所有植株都表现为对潮霉素敏感，但其体内能检测到铁结合蛋白基因，造成这一结果最可能的原因是_ _。【解析】(1)获取目的基因的方法有三种：从基因 文库中获取，利用PCR技术扩增，人工合成(化学 合成)。如果基因的脱氧核苷酸序列已知且比较小，可以通过DNA合成仪用化学合成法获得此目的基因，再 用PCR技术进行扩增。(2)基因表达需要启动子与终止 子的调控，所以目的基因应插入到启动子与终止子之 间的部位。(3)质粒上的标记基因为潮霉素抗性基因，因此通过培养基2的筛选培养，可以获得含有重组质粒的愈伤组织。培养基3与培养基2的区别是生长素和细胞分裂素的浓度比例不同。检测培育转基因水稻
31、的目的是否达到，需要检测转基因水稻成熟种子中铁的含量。(4)如果体内能检测到铁结合蛋白基因，而表现为对潮霉素敏感，最有可能的就是潮霉素抗性基因没有表达或者潮霉素抗性基因丢失。答案：(1)PCR 化学(2)启动子和终止子(3)含有重组质粒的愈伤组织 生长素和细胞分裂素的浓度比例(植物激素比例)铁的含量(4)潮霉素基因没有表达(或潮霉素基因丢失等)【加固训练】1.(2015江苏高考)荧光原位杂交可用荧光标记的特异DNA片段为探针，与染色体上对应的DNA片段结合，从而将特定的基因在染色体上定位。请回答下列问题：(1)DNA荧光探针的制备过程如图1所示，DNA酶随机切开了核苷酸之间的_键从而产生切口，
32、随后在DNA聚合酶作用下，以荧光标记的_为原料，合成荧光标记的DNA探针。(2)图2表示探针与待测基因结合的原理。先将探针与染色体共同煮沸，使DNA双链中_键断裂，形成单链。随后在降温复性过程中，探针的碱基按照_原则，与染色体上的特定基因序列形成较稳定的杂交分子。图中两条姐妹染色单体中最多可有_条荧光标记的DNA片段。(3)A、B、C分别代表不同来源的一个染色体组，已知AA和BB中各有一对同源染色体可被荧光探针标记。若植物甲(AABB)与植物乙(AACC)杂交，则其F1有丝分裂中期的细胞中可观察到_个荧光点；在减数第一次分裂形成的两个子细胞中分别可观察到_个荧光点。【解析】本题考查基因工程中工
33、具酶的作用机理、DNA 分子杂交和减数分裂的相关知识。(1)由图1可知，DNA 酶使DNA链断裂，即作用于相邻脱氧核苷酸之间的磷 酸二酯键；DNA合成原料为脱氧核苷酸。(2)通过热变 性，使DNA碱基对之间的氢键断裂，复性时能重新形成 氢键，并且遵循碱基互补配对原则，形成杂交DNA分 子。两条姐妹染色单体，含有4条模板链，最多可与4 个被标记的DNA链结合形成4个荧光标记杂交DNA分子。(3)根据减数分裂，植物甲(AABB)形成的配子染色体组 成为(AB)，与植物乙(AACC)的配子(AC)受精后，合子 染色体组成为(AABC)，又由于AA和BB中各有一对同源 染色体可被荧光探针标记，则AAB
34、C将会有3条染色体被 标记，6条染色单体可以观察到6个荧光点。AABC减数 分裂时，AA两个染色体组可以正常联会，并且同源染 色体分离，减数第一次分裂形成的两个子细胞分别获 得一个A染色体组，而B染色体组内的染色体随机进入两个子细胞，因此其中一个子细胞含有A和B染色体组内2条能被标记的染色体，标记4个染色单体、可以看到4个荧光点，另一个子细胞只含有A中1条能被标记的染色体，2个染色单体可以观察到2个荧光点。答案：(1)磷酸二酯 脱氧核苷酸(2)氢 碱基互补配对 4(3)6 2和4 2.(2015荆州模拟)口蹄疫是由RNA病毒引起的一种偶蹄目动物传染病。科学家尝试利用转基因番茄生产口蹄疫疫苗(其
35、主要成分是该病毒的一种结构蛋白VP1)，过程如下图所示。请据图回答下列问题：(1)若要检测转化成功的番茄植株，除检测标记基因的产物外，还可采用_技术，检测目的基因在番茄体内是否转录。(2)在该过程中，研究人员首先获取了目的基因，并采用PCR技术，对目的基因进行扩增。该技术需要的条件是：引物、酶、原料和_；然后构建基因表达载体。基因表达载体中，除了具有目的基因、启动子和终止子之外，还需具有_。(3)图示代表的过程所运用的遗传学原理是_。【解析】(1)若要检测转化成功的番茄植株，除检测标记基因的产物外，还可采用分子杂交技术，检测目的基因在番茄体内是否转录。(2)利用PCR技术对目的基因进行扩增，其
36、过程中需要的条件是：引物、酶、原料和模板；然后构建基因表达载体。基因表达载体中，除了具有目的基因、启动子和终止子之外，还需具有标记基因。(3)图示代表基因工程，基因工程运用了基因重组的遗传学原理。答案：(1)分子杂交(2)模板 标记基因(3)基因重组 3.(2015威海模拟)科学家将人的生长激素基因与某种细菌(不含抗生素抗性基因)的DNA分子进行重组，并成功地在该细菌中得以表达(如下图)。请据图分析回答：(1)细菌是理想的受体细胞，这是因为它_ _。(2)质粒A与目的基因结合时，首先需要用_ _酶将质粒切开“缺口”，然后用_ _酶将质粒与目的基因“缝合”起来。(3)若将细菌B先接种在含有_的培
37、养基上能生长，说明该细菌中已经导入外源质粒，但不能说明外源质粒是否成功插入目的基因；若将细菌B再重新接种在含有_的培养基上不能生长，则说明细菌B中已经导入了插入目的基因的重组质粒。【解析】(1)细菌具有繁殖快、单细胞、遗传物质相对 较少等优点，因此是基因工程中的理想的受体细胞。(2)构建基因表达载体时，需先用限制酶分别切割目的 基因和载体，再用DNA连接酶将两者连接起来。(3)质 粒A和重组质粒中都有完整的抗氨苄青霉素基因，因此 细菌有氨苄青霉素抗性说明该细菌中已经导入外源质 粒，但不能说明外源质粒是否成功插入目的基因；重 组质粒中四环素抗性基因内插入了目的基因，不能表达，因此细菌对四环素无抗
38、性则说明细菌B中已经导入了插入目的基因的重组质粒。答案：(1)繁殖快、单细胞、遗传物质相对较少(2)限制性核酸内切 DNA连接(3)氨苄青霉素 四环素 考点三 基因工程的应用和蛋白质工程 【核心知识通关】1.基因工程的应用：(1)乳腺生物反应器。优点：产量高、质量好、成本低、易提取等。操作过程：获取目的基因构建基因表达载体显微注射导入哺乳动物受精卵中形成早期胚胎将胚胎移植到受体动物子宫内发育成转基因动物在雌性个体中目的基因表达，从分泌的乳汁中提取所需蛋白质。(2)基因工程药品。生产方式：利用基因工程培育“工程菌”来生产药品。a.“工程菌”：用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株
39、系，如含有人胰岛素基因的大肠杆菌菌株、含有抗虫基因的土壤农杆菌菌株等。b.通过基因工程生产的药品，从化学成分上分析都应该是蛋白质类。成果：生产出细胞因子、_、疫苗、激素等。抗体(3)基因诊断。方法：_(即DNA探针法)。主要过程：将互补的双链DNA解旋 获得单链DNA片段 DNA分子杂交技术 用同位素、荧光分子或化学发光催化剂标记单链DNA片段 引入待检测的DNA样品中 检测DNA样品(4)基因治疗。方法：基因置换、基因修复、基因增补、基因失活等。类型。a._基因治疗：先从病人体内获得某种细胞进行培养，然后在体外完成转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内，如腺苷酸脱氨酶基因的
40、转移。b._基因治疗：用基因工程的方法，直接向人体组织细胞中转移基因的方法。体外 体内 2.蛋白质工程：(1)目标：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白 质结构进行_。(2)操作手段：基因修饰或_。分子设计 基因合成(3)设计流程：蛋白质结构 氨基酸序列 脱氧核苷酸序列 功能【特别提醒】有关基因工程应用的四个易错点(1)动物基因工程主要是为了改善畜产品的品质，而不是为了产生体型巨大的个体。(2)Bt毒蛋白基因控制合成的Bt毒蛋白并无毒性，进入昆虫消化道被分解成多肽后产生毒性。(3)青霉素是青霉菌产生的，不是通过基因工程产生的。(4)并非所有个体都可作为乳腺生物反应器。操作成功的应该是雌性个体
41、，个体本身的繁殖速度较高，泌乳量、蛋白含量等都是应该考虑的因素。【高考模拟精练】1.(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，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
42、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。【解题指南】题干关键信息：遗传信息在不同分子之间的流动。【解析】本题考查蛋白质工程和中心法则的相关内容。(1)蛋白质P1是由蛋白质P改变了两个氨基酸序列得到的，故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)P1基因可以在P基因的基础上经修饰改造而成，也可以根据氨基酸序列用化学方法合成。中心法则的内容为：包括DNA的复制、RNA的复制、遗传信息由DNARNA、由RNADNA、由RNA蛋白质五个过程
43、。(3)蛋白质工程的基本途径是：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)。该基因表达后得到相应蛋白质，蛋白质是否符合我们的设计要求，还需要进一步对蛋白质的生物功能进行检测与鉴定。答案：(1)氨基酸序列(或结构)(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)设计蛋白质的结构 推测氨基酸序列 功能 2.(2015海南高考)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酶乙切割去除中间
44、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。(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。胰岛素原经酶处理便可转变为胰岛素。【解题指南】(1)题干关键信息：“基因工程技术可
45、大量生产胰岛素”。(2)关键知识：基因工程的操作流程、目的基因产物的分离、纯化。【解析】本题主要考查基因工程的有关内容。(1)由题干信息可知，前胰岛素原在细胞内经加工后成为胰岛素，人体合成胰岛素的细胞是胰岛B细胞，所以合成前胰岛素原的细胞也是胰岛B细胞；而胰岛A细胞合成的激素是胰高血糖素。(2)真核生物的目的基因可用人工合成的方法合成，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DNA序列(即目的基因)；合成的DNA序列经过修饰与质粒构建胰岛素原基因表达载体，导入细菌体内，经转化后筛选鉴定，最终得到能稳定合成胰岛素原的基因工程菌。(3)由题目信息可知，培养液无抗原抗体反应，菌体有抗原抗
46、体反应，所合成的胰岛素原存在于菌体内，所以用该工程菌进行工业发酵时，应从菌体中分离、纯化胰岛素原，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 3.(2016长沙模拟)科学家对鼠源杂交瘤抗体进行改造，生产出效果更好的鼠人嵌合抗体，用于癌症治疗。下图表示形成鼠人嵌合抗体的过程，据图回答：(1)改造鼠源杂交瘤抗体，生产鼠人嵌合抗体，属于_(生物工程)的范畴。(2)图示过程是根据预期的_，设计_，最终必须对_进行操作，此操作中改变的是_。(3)经过改造的鼠人嵌合抗体，与鼠源杂交瘤抗体相比较，突出的优点是_(从免疫角度考虑)。(4)上述过程中对科学家来说难度最大的是_ _。【解析】(1)通过图示可知鼠人嵌合抗体是通过人工设计而形成的特定功能的蛋白质，其生产过程应属于蛋白质工程的范畴。(2)蛋白质工程的流程：预期蛋白质的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(基因)。(3)从免疫的角度考虑，对人体来说鼠源抗体为抗原，若利用人的抗体与之嵌合，则排斥作用会减轻，对人体的负作用会减小。(4)由于蛋白质空间结构比较复杂，不易确定，所以成为蛋白质工程中最大的障碍。答案：(1)蛋白质工程(2)嵌合抗体功能 嵌合抗体的结构 基因 碱基对(3)对人体的不良反应减小(4)设计嵌合抗体的空间结构
