1、选修3 现代生物科技专题 第1课 基因工程 考点一 基因工程的工具 核心知识回顾 1.限制性核酸内切酶(简称：_)：(1)来源：主要从_生物中分离纯化而来。(2)作用：识别双链DNA分子中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。限制酶 原核 磷酸二酯键(3)结果：产生_或平末端。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，在下图中写出这两种限制 酶切割DNA后产生的末端种类。黏性末端 黏性末端 平末端 2.DNA连接酶：(1)功能：缝合被限制酶切开的两个核苷酸之间的_ _。(2)不同连接酶的比较(连线)：磷 酸二酯键
2、 3.载体：(1)常用载体：_，其化学本质是独立于拟核之外 的_DNA分子。(2)其他载体：噬菌体的衍生物、_等。质粒 双链环状 动植物病毒(3)特点及意义：特 点意 义稳定并能复制目的基因稳定存在且数量可扩大有_限制 酶切割位点可携带多个或多种外源基因具有特殊的_基因便于重组DNA的鉴定和选择一个至多个 标记【教材易漏边角知识】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。_ _。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【思维诊断】(1)切割质粒的限制性核酸内切酶均能特异性地识别6个核苷酸序列。(江苏高考)()分析：大
3、多数限制性核酸内切酶的识别序列由6个核苷酸组成，少数限制性核酸内切酶的识别序列由4、5或8个核苷酸组成。(2)载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因。(江苏高考)()分析：载体质粒通常采用抗生素抗性基因作为筛选标记基因。(3)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。()分析：载体必须能在宿主细胞内稳定保存并大量复制，使目的基因稳定存在并表达。(4)DNA连接酶能将两碱基间通过氢键连接起来。()分析：DNA连接酶能将两个DNA片段连接起来，两碱基间氢键的形成不需要酶的催化。(5)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。()分析：质粒的化学成分
4、为小型环状DNA，作用为运输目的基因的载体，不是起催化作用的酶。(6)EcoliDNA连接酶既可连接平末端，又可连接黏性末端。()分析：EcoliDNA连接酶只能连接黏性末端。高考角度全练 角度1 限制酶、DNA连接酶的作用 1.(2017西安模拟)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。世纪金榜导学号77982224(
5、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)。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
6、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EcoR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
7、，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
8、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体细胞后不能自主复制。角度2 载体的作用及特点分析 2.(2017太原模拟)某一质粒载体如图所示，外源DNA插入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
9、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
10、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_。【解题指南】解答本题的关键有两点：(1)理解基因工程中载体的特点。(2)熟悉导入重组质粒的微生物的筛选方法。【解析】本题考查基因工程的相关知识。(1)质粒被选用为基因工程的载体是因为：具有一个或多个限制酶切点；具有自我复制能力；带有标记基因；对宿主细胞无害。(2)未转化的和仅含环状目的基因的细胞都不能在含有氨苄青霉素的培养基上生长，故这两种不可区分。含有质粒载体和含有插入了目的基因的重组质粒的细胞 在含有氨苄青霉素的培养基上都能生长，这两种也不可区分。因目的基因插入位点在四环素抗性基因上，四环素抗性基因被破坏，在获得的单个菌落中
11、各挑取少许分别接种到含有四环素的培养基上，不能生长的为要筛选的菌落，即含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。(3)噬菌体营寄生生活，能利用宿主细胞内的原料和场所进行自身DNA的复制和蛋白质的合成。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【易错提醒】载体载体蛋白(1)载体：基因工程中运载目的基因的DNA分子，能将目的基因导入受体细胞内，并使目的基因在宿主细胞内复制、表达。(2)载体蛋白：细胞膜上参与物质跨膜运
12、输的蛋白质，与细胞膜的通透性有关。3.(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。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
13、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。【解题指南】(1)隐含信息：HIV属于逆转录病毒，遗传物质是RNA。(2)关键知识：基因工程方法、艾滋病的发病机理和免疫系统的功能。【解析】(1)HIV属于逆转录病毒，它的遗传物质是RNA，在逆转录酶的作用下可以逆转录为cDNA，用于构建基因表达载体，从而制备HIV的某蛋白。(2)HIV的某蛋白作为抗原进入机体后，能刺激人体产生针对该抗原的一种特殊的分泌蛋白抗体；可用该抗体进行抗原抗体杂交来检测血清中是否含有HIV。(3)HIV营寄生生活，寄生在T淋巴细胞内，T细胞参与体液免疫和细胞免疫，因此少了T细
14、胞，特异性免疫几乎全部丧失，降低了机体的免疫功能。(4)人体的免疫系统具有防卫、监控和清除的功能，可及时清除体内产生的癌细胞。艾滋病患者的整个免疫功能缺陷，机体易发生一系列顽固性机体感染和恶性肿瘤。答案：(1)RNA 逆转录酶 cDNA(或DNA)(2)抗体 抗原抗体特异性结合(其他合理答案也可)(3)T(或T淋巴)(4)监控和清除【加固训练】据下图表回答问题：几种限制酶识别序列切割位点表(1)假设所用的限制酶均能将所识别的位点完全切开，采用EcoR和Pst酶切含有目的基因的DNA，能得到_种DNA片段。如果将质粒载体和含目的基因的DNA片段只用EcoR酶切，酶切产物再加入DNA连接酶，其中由
15、两个DNA片段之间连接形成的产物有_、_ _、_。(2)为了防止载体酶切后的末端任意连接，酶切时应该选用的酶是_、_。【解析】(1)含目的基因的DNA分子上含有2个EcoR和1个Pst的酶切位点，3个切点全部切开，则形成4种DNA片段。质粒与含目的基因的DNA片段都用EcoR切割，目的基因两端和质粒的切口处的黏性末端相同，只考虑两个DNA片段相连，则会形成3种连接产物，即质粒与质粒相连、质粒与目的基因相连、目的基因与目的基因相连。(2)为了防止任意连接，可选用EcoR和Sma两种酶同时切割。答案：(1)4 质粒载体-质粒载体连接物 目的基因-目的基因连接物 质粒载体-目的基因连接物(2)Eco
16、R Sma 考点二 基因工程的基本操作程序 核心知识回顾 1.目的基因的获取：(1)目的基因的概念：主要是指_的基因。(2)三种获取方法：从_中获取目的基因。利用_扩增目的基因。用_方法直接人工合成目的基因。编码蛋白质 基因文库 PCR技术 化学 2.基因表达载体的构建：基因工程的核心步骤：(1)构建基因表达载体的目的：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)基因表达载体的组成：启动子 标记基因 目的基因(3)基因表达载体的构建过程：3.将目的基因导入受体细胞：农杆菌 转化法 显微注 射技术 感受态 细胞法 生物种类 植 物 动 物 微
17、生物 常用方法 _ _ _ _ _ _ 受体细胞 体细胞 受精卵 _细胞 或酵母菌 原核 生物种类植 物动 物微生物转化过程将目的基因插 入Ti质粒的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 感受态细胞 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 染色体DNA Ca2+4.目的基因的检测与鉴定：DNA分子 抗原-抗体 分子【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
18、应插入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。5.PCR技术：(1)原理：_。(2)条件。DNA双链复制 DNA母链 Taq酶 单链相应序列 脱氧核苷酸(3)过程。9095 解旋 5560 引物 7075 Taq酶【思维诊断】(1)表达载体的复制和胰岛素基因的表达均启动于复制 原点。(重庆高考)()分析：表达载体的复制开始于复制原点，胰岛素基因 的表达开始于启动子。(
19、2)用PCR方法扩增目的基因时，不必知道基因的全部 序列。(江苏高考)()分析：用PCR方法扩增目的基因时，需要知道基因两端 的部分碱基序列，以便于合成引物。(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。(安徽高考)()分析：外源DNA必须位于重组质粒的启动子和终止子之 间才能进行转录，复制与复制原点有关。(4)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。()分析：由于植物细胞的全能性容易表达，因此培育转 基因植物可以将目的基因转入植物体细胞。(5)检测目的基因是否导入受体细胞可用抗原抗体杂 交技术。()分析：检测目的基因是否导入受体细胞应用DNA
20、分子杂 交技术。高考角度全练 角度1 目的基因的获取及基因表达载体的构建 1.(2016全国卷)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcoR、BamH和Sau3A三种限制性核酸内切酶的识别序列与切割位点，图(b)为某种表达载体的示意图(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：世纪金榜导学号77982225(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
21、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_。【解题指南】(1)图示信息：图(a)中三种酶的识别序列，图(b)中终止子、启动子、图(c)中目的基因的插入位置。(2)关键知识：只有两种限制性核酸内切酶剪切时识别的序列相同时，才能被DNA连接酶连接；启动子是启动目的基因转录的，终止子终止转录过程，插入二者之间的目的基因才能正常表达。【解析】本题主要考查限制性核酸内切酶和DNA连接酶的作用及基因表达载体的构建。(1)BamH和Sau3A的共同识别序列是GATC，二者切割形成的黏性末端相同，可以被DNA连接酶连接。(2)在基
22、因表达载体中，启动子应位于目的基因的前端，终止子应位于目的基因的后端，这样目的基因才能顺利地转录并完成翻译过程，即顺利表达，图中所 示甲、丙均不符。(3)常见的DNA连接酶有T4DNA连接酶和EcoliDNA连接酶，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被转录(其他合理答案亦可)(3)EcoliDNA连接酶 T4DNA连接酶 T4DNA连接酶【知识总结】对限制酶切割位点的三点要求(1)位置要求：限制酶切割位点所处的位置必须
23、在标记基因外，只有这样才能保证标记基因的完整性。(2)数量要求：选择限制酶切割目的基因时，被选择的限制酶在目的基因的两侧都要有识别序列，这样才能切割出完整的目的基因。(3)对象要求：为使目的基因与载体形成的相同DNA片段末端能够连接，通常使用同一种限制酶将二者切割，但如果不同的限制酶切割DNA分子所产生的末端也存在互补关系时，则两末端也可连接。2.(2016海南高考)基因工程又称为DNA重组技术，回答相关问题：(1)在基因工程中，获取目的基因主要有两大途径，即_和从_中分离。(2)利用某植物的成熟叶片为材料，同时构建cDNA文库和基因组文库，两个文库相比，cDNA文库中含有的基因数目比基因组文
24、库中的少，其原因是_(3)在基因表达载体中，启动子是_聚合酶识别并结合的部位。若采用原核生物作为基因表达载体的受体细胞，最常用的原核生物是_。(4)将目的基因通过基因枪法导入植物细胞时，常用的携带目的基因的金属颗粒有_和_颗粒。【解析】本题主要考查目的基因的获取方法、基因表达载体的构建方法、目的基因导入植物细胞的方法。(1)在基因工程中，获取目的基因主要有两大途径，既可在核苷酸序列已知的情况下人工合成，也可用限制酶对生物材料的DNA切割，再选取。(2)cDNA文库是由mRNA反转录获得的，其中只含有叶细胞已转录(或已表达)的基因，而基因组文库中含有该 植物的全部基因。(3)在基因表达载体中，启
25、动子是RNA聚合酶识别并结合的部位。若采用原核生物作为基因表达载体的受体细胞，最常用的原核生物是大肠杆菌。(4)将目的基因通过基因枪法导入植物细胞时，常用的携带目的基因的金属颗粒有金粉和钨粉颗粒。答案：(1)人工合成 生物材料(其他合理答案亦可)(2)cDNA文库中只含有叶细胞已转录(或已表达)的基因，而基因组文库中含有该植物的全部基因(其他合理答案亦可)(3)RNA 大肠杆菌(或细菌)(4)金粉 钨粉 角度2 目的基因的导入、检测与鉴定 3.(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
26、答下列问题：世纪金榜导学号77982226(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
27、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)；个体水平
28、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 表达产物 耐旱性(4)同源染色体的一条上【加固训练】图1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2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，它们识别的
29、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1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1中DNA片段，产生的末端是_末端，其产物长度为_。(3)若图1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。从杂合子中分离出图1及其对应的DNA片段，用限制酶Sma完全切割，产物中共有 _种不同长度的DNA片段。(4)若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接，形成重组质粒，那么应选用的限制酶是_ _。在导入重组质粒后，为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌，一般需要用添加_的培养基进行培养
30、。经检测，部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达，其最可能的原因是_。【解析】(1)一条脱氧核苷酸链中相邻的两个碱基之间是通过“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”相连的。(2)从Sma的识别序列和酶切位点可知，其切割后产生的是平末端，图1中DNA片段有两个Sma的识别序列，故切割后产生的产物长度为534+3=537(bp)、796-3-3=790(bp)和658+3=661(bp)的三个片段。(3)图示方框内发生碱基对的替换后，形成的d基因失去了1个 Sma的识别序列，故D基因、d基因用Sma完全切割 所得产物中除原有D基因切割后的3种长度的DNA片段 外，还增加一种d基因被切割后出现的长
31、度为537+790 =1 327(bp)的DNA片段。(4)目的基因的两端都有BamH 的识别序列，质粒的启动子后抗生素A抗性基因上也有 BamH的识别序列，故应选用的限制酶是BamH，此 时将抗生素B抗性基因作为标记基因，故筛选时培养基 中要添加抗生素B。经过同种限制酶切割后会产生相同的末端，部分目的基因与质粒反向连接而导致基因无法正常表达。答案：(1)脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖(2)平 537 bp、790 bp、661 bp(3)4(4)BamH 抗生素B 同种限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因D与质粒反向连接 考点三 基因工程的应用和蛋白质工程 核心知识回顾 1.植物基因工程：培育_
32、转基因植物、抗病转基因植物、抗逆转基因 植物、利用转基因改良植物的品质。抗虫 2.动物基因工程：(1)提高动物生长速度、改善畜产品的品质、用转基因 动物生产药物、用转基因动物作_的供体。(2)乳腺生物反应器：药用蛋白基因和_基因 的启动子等调控组件重组在一起。3.基因工程药品：(1)受体细胞：多为_。原因是其繁殖快，多 器官移植 乳腺蛋白 原核细胞 为单细胞，遗传物质相对较少。(2)成果：生产出细胞因子、抗体、疫苗、激素等。4.基因治疗：(1)方法：基因置换、基因修复、基因增补、基因失活 等。(2)类型：_和体外基因治疗。体内基因治疗 5.蛋白质工程：因合成 基 的蛋白质 新 蛋白质结构 脱氧
33、核苷酸序列【思维诊断】(1)抗虫基因即使成功地插入植物细胞染色体上也未必 能正常表达。()分析：受基因间的相互影响，抗虫基因即使成功地插 入植物细胞染色体上也未必能正常表达。(2)应用DNA探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株 中目的基因的存在及其完全表达。()分析：应用DNA探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植 株中目的基因的存在，但不能确定其是否表达。(3)将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获 得能产生人干扰素的菌株。()分析：由于所有生物共用一套密码子，因此可以在大 肠杆菌体内生产人的干扰素。(4)利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产 品，如人的血清白蛋白，这是因为将人的血清
34、白蛋白 基因导入了动物的乳腺细胞中。()分析：由于动物体细胞的全能性难以表达，培育转基 因动物应将目的基因导入受精卵中。(5)蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行 操作，定向改变分子的结构。()分析：由于蛋白质分子不能复制，蛋白质工程的操作 对象是基因。(6)目前在抗菌性和溶血性均较强的多肽P1的基础上研 发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是依 据P1氨基酸序列设计多条模拟肽。()分析：蛋白质工程首先应根据已有蛋白质的结构设计 新的蛋白质的氨基酸序列。高考角度全练 角度1 基因工程的应用 1.(2016天津高考)人血清白蛋白(HSA)具有重要的医用价值，只能从人血浆中制备。下图
35、是以基因工程技术获取重组HSA(rHSA)的两条途径。世纪金榜导学号77982227(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。下图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。(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)利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中，需添加酚类物质，其目的是_。(4)人体合成的初始HS
36、A多肽，需要经过膜系统加工形成正确的空间结构才能有活性。与途径相比，选择途径获取rHSA的优势是_。(5)为证明rHSA具有医用价值，须确认rHSA与_的生物学功能一致。【解题指南】解答本题的关键有三点：(1)掌握用PCR技术扩增HSA基因的方法，明确引物的作用。(2)理解酚类物质在农杆菌转化过程中的作用。(3)明确膜系统在蛋白质加工过程中的作用。【解析】本题主要考查基因工程的基本操作步骤和基 因工程的应用等相关知识。(1)合成总cDNA需要提取细胞中的所有mRNA，再通过逆 转录过程获得。采用PCR技术扩增HSA基因时，两条引 物分别与每条模板链的3端结合，扩增的方向相反。(2)因为启动子通
37、常具有物种及组织特异性，所以在水 稻胚乳细胞内特异表达rHSA时，需要选择水稻胚乳细 胞的启动子。(3)农杆菌转化水稻受体细胞的过程中，酚类物质可以吸引农杆菌移向水稻受体细胞，有利于目的基因的转移。(4)水稻是具有生物膜系统的真核生物，水稻细胞能对初始rHSA多肽进行高效加工，而大肠杆菌是原核生物，原核细胞中没有内质网、高尔基体等具膜结构的细胞器，不能对初始rHSA多肽进行高效加工。(5)为证明rHSA具有医用价值，须确认rHSA与天然的HSA生物学功能一致。答案：(1)总RNA(或mRNA)(2)B(3)吸引农杆菌移向水稻受体细胞，有利于目的基因成功转化(4)水稻是真核生物，具有膜系统，能对
38、初始rHSA多肽进行高效加工(5)HSA 2.(2017西安模拟)下图是将基因A导入大肠杆菌细胞内制备“工程菌”的示意图。请回答问题：(1)可用基因A的mRNA为模板，在_酶的作用下合成单链DNA，再在_酶的作用下合成双链DNA，从而获得基因A。(2)对获得的基因A通常采用PCR技术来扩增其数量，PCR是_的过程，在该过程所用酶最大的特点是 _。(3)由基因A和载体B拼接形成基因表达载体C，C的组成包括基因A、_、_和标记基因等。(4)将基因A导入大肠杆菌D之前，常用_处理大肠杆菌以便吸收重组DNA分子。可以通过基因表达载体上的_来筛选含有基因A的受体细胞，从而获得工程菌。【解析】(1)可用基
39、因A的mRNA为模板，在逆转录酶的 作用下，通过逆转录过程合成单链DNA，再在DNA聚合 酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需基因。(2)PCR技术可在体外扩增目的基因，该过程是在高温 环境中进行的，因此需要热稳定的DNA聚合酶。(3)由基因A和载体B拼接形成的C称为基因表达载体，基因表达载体的组成包括启动子、标记基因、目的基 因和终止子等。(4)将目的基因导入微生物细胞时，常用Ca2+处理细胞，使其成为感受态细胞，更容易吸收重组DNA分子，这样可以提高受体细胞的转化率；表达载体上的标记基因用于筛选含有基因A的受体细胞，从而获得工程菌。答案：(1)逆转录 DNA聚合(2)多聚酶链式反应 耐高
40、温(3)启动子 终止子(4)Ca2+标记基因 角度2 蛋白质工程 3.(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)蛋白质工程也被称为第二
41、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。(3)蛋
42、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【知识总结】蛋白质工程与基因工程(1)区别：项 目蛋白质工程基因工程过 程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获取目的基因基因表达载体的构建将目的基
43、因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定项 目蛋白质工程基因工程实 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，以获得人类所需的生物类型或生物产品结 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(2)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。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。【加固训练】基因工程目前已成为生物科学核心技术，在农牧业、工业、环境、能源和医药卫生等方面展示出美好的前 景，据相关资料回答下列有关问题：(1)如图是转基因抗冻番茄培育过程的部分示意图(Ampr为抗氨苄青霉素基因)，甲、乙表示相关结构或 细胞。Pst酶和Sma
44、酶切割基因后将产生不同的黏 性末端。图中甲代表的是_，乙可代表_，可用_和_提取鱼的抗冻蛋白基因以避免目的基因末端发生任意连接，用此二酶切割质粒产生的DNA片段有_种。(2)重症联合免疫缺陷症(简称SCID)是代表一种体液和 细胞免疫严重缺陷的综合征。患者先天腺苷酸脱氨酶(ada)基因缺乏，运用现代生物技术进行治疗，可以使 患者的免疫功能得到很大的修复。如图表示治疗SCID 的过程，在这个实例中，携带人正常ada基因的细菌相 当于_，充当“分子运输车”的是_，目的基因是_，受体细胞是_，该种治 疗方法称为_。【解析】(1)由题图知，用Pst酶和Sma酶提取鱼的抗冻蛋白基因可避免目的基因末端发生任意连接，用这两种酶切割质粒，能得到2种DNA片段。(2)由图示信息可知，携带人正常ada基因的细菌相当于基因文库，病毒相当于“分子运输车”，目的基因是正常ada基因，受体细胞是患者体内分离出的T淋巴细胞，该种治疗方法称为体外基因治疗。答案：(1)基因表达载体(或重组质粒)番茄细胞 Pst酶 Sma酶 2(2)基因文库 病毒 腺苷酸脱氨酶(ada)基因 患者体内分离出的T淋巴细胞 体外基因治疗
