1、选修3 现代生物科技专题 第1课 基 因 工 程 考点一 基因工程的工具及操作程序 【核心知识突破】1.DNA重组技术的基本工具：(1)限制性核酸内切酶(简称：限制酶)。来源：主要是从_生物中分离纯化出来。原核 作用：识别特定的_并切开特定部位的两 个核苷酸之间的_。结果：产生_或平末端。核苷酸序列 磷酸二酯键 黏性末端(2)DNA连接酶。作用：将限制酶切割下来的DNA片段_ _。拼接成新的DNA 分子 类型：常用 类型 Ecoli DNA连接酶 T4 DNA连接酶 来源 _ T4噬菌体 功能 只“缝合”_ _“缝合”黏性末端和平 末端，连接_末端 的效率更高 结果 恢复被限制酶切开的两个核苷
2、酸之间的_ _ 大肠杆菌 黏性末 端 黏性 磷酸 二酯键(3)载体。种类。a.常用载体：质粒，为细菌拟核之外_ _。b.其他载体：噬菌体的衍生物、_等。小型环状DNA分 子 动植物病毒 特点和意义：特 点意 义稳定并能复制使目的基因稳定存在并复制有_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 作用：携带外源DNA片段进入受体细胞。2.基因工程的操作程序：(1)目的基因的获取。目的基因：主要是指_的基因，还指一 些具有_的因子。编码蛋白质 调控作用 三种获取方法：(2)基因表达载体的构建核心步骤。基因表达载体的组成：基因表达载体的构建过程：
3、(3)将目的基因导入受体细胞。转化含义：_进入受体细胞内，并且在受体 细胞内_和_的过程。目的基因 维持稳定 表达 转化方法：生物类型植物动物微生物受体细胞体细胞_大肠杆菌或 酵母菌等常用方法_ _、基因枪 法、花粉管通 道法_ _受精卵 农杆菌转化 法 显微注 射技术 感受态细胞法(4)目的基因的检测和鉴定：3.选修3 P6“寻根问底”：DNA连接酶与DNA聚合酶作用不同，前者用于连接DNA片段，后者用于连接单个脱氧核苷酸。【微点警示】关于基因工程的四个常考点(1)PCR技术不仅可以用于扩增目的基因，也可以用于获取目的基因，前提是目的基因两端的部分碱基序列已知。(2)启动子(DNA片段)起始
4、密码子(RNA)；终止子(DNA片段)终止密码子(RNA)。(3)构建基因表达载体一般用同种限制酶切割载体和目的基因。也可用两种限制酶切割，以避免质粒或目的基因自身连接。(4)将目的基因导入受体细胞过程没有碱基互补配对现象，其余三步都有碱基互补配对现象。【秒判正误】1.目的基因就是指编码蛋白质的基因。()分析：目的基因大多是编码蛋白质的基因，少数是具 有调控作用的因子，如启动子、终止子等。2.用PCR方法扩增目的基因时需要设计两种引物。()分析：用PCR方法扩增目的基因时需要设计两种引物，分别和目的基因两条单链的一端结合。3.检测目的基因是否成功表达可用抗原抗体杂交技 术。()分析：目的基因成
5、功表达的含义一般是指合成了特定 的蛋白质，可以用特定的抗体进行抗原抗体杂交，检测是否出现杂交带。4.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是否完成表达。()分析：应用DNA探针技术可以检测转基因抗冻番茄植株 中目的基因的存在以及是否转录，但不能确定目的基 因是否指导合成了抗冻蛋白。【命题案例研析】【典例】(2018全国卷)回答下列问题：(1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.Cohen)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞中进行了表达。该研究除证明了质粒可以作为载体外，还证明了_(答出两点即可)。(2)体外重组的质粒可通过Ca2+参与的_方法导入大
6、肠杆菌细胞；而体外重组的噬菌体DNA通常需与_组装成完整噬菌体后，才能通过侵染的方法将重组的噬菌体DNA导入宿主细胞，在细菌、心肌细胞、叶肉细胞中，可作为重组噬菌体宿主细胞的是_。(3)真核生物基因(目的基因)在大肠杆菌细胞内表达时，表达出的蛋白质可能会被降解。为防止蛋白质被降解，在实验中应选用_的大肠杆菌作为受体细胞，在蛋白质纯化的过程中应添加_ _的抑制剂。【审答技巧】(1)根据噬菌体的结构和特性判断载体的构建和受体细胞的选择：噬菌体结构：一般包含蛋白质外壳和DNA两部分，蛋白质外壳对其侵染有重要作用。噬菌体特性：专一侵染细菌。(2)根据酶的专一性选择受体细胞和蛋白质纯化方法：蛋白质在蛋白
7、酶的催化下降解，因此应考虑选择没有该酶的受体细胞，提纯蛋白质时应抑制该酶的生物活性。【解析】(1)体外重组的质粒进入受体细胞才能使子代细胞具有目的基因，故体外重组的质粒，必须可以进入受体细胞。目的基因是具有遗传效应的DNA片段，必须可在原核细胞中表达才能使受体细胞获得新性状。(2)外源基因导入大肠杆菌受体细胞的常用方法是先用Ca2+处理大肠杆菌，使其成为感受态细胞，然后让重组表达载体DNA分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在一定温度下促进感受态细胞吸收DNA分子，完成转化过程。噬菌体属于专门侵染细菌的病毒，而心肌细胞和叶肉细胞均属于真核细胞，故可作为重组噬菌体宿主细胞的是细菌。(3)由于大肠杆
8、菌细胞内含有可以分解目的基因表达的蛋白质的酶，故实验中需要选用蛋白酶缺陷型的大肠杆菌，蛋白质纯化时需要抑制蛋白酶的活性。答案：(1)体外重组的质粒可以进入受体细胞；真核生物基因可在原核细胞中表达(2)转化 外壳蛋白(或噬菌体蛋白)细菌(3)蛋白酶缺陷型 蛋白酶【高考长句应答特训】(1)非洲爪蟾核糖体蛋白基因可以与质粒重组，并在大肠杆菌细胞中表达，其遗传学基础是什么？提示：非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒均具有相同的组成单位和双螺旋结构，且不同生物的密码子相同。(2)噬菌体专一性侵染大肠杆菌，从细胞结构角度解释，可能的原因是什么？提示：噬菌体可识别并结合大肠杆菌细胞表面特定蛋白质。【考点题组诊断】角
9、度一 基因工程的工具 1.(2016全国卷)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：世纪金榜导学号 (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
10、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_。【解题指南】解答本题的关键有两点：(1)理解基因工程中载体应具备的条件及意义。(2)明确标记基因在目的基因检测与鉴定中的作用。【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
11、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
12、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 2.(2017全国卷)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
13、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。(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_。【解析】本题主要考查了基因工程的相关知识。(1)人体基因A有内含子，将获得的基因A导入大肠杆菌中，经过转录得到含有内含子的mRNA，因为大肠杆菌没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。内含子部分对应的mRNA序列阻断了
14、蛋白A的合成。(2)若用家蚕作为表达基因A的受体，选用昆虫病毒作为载体，不选用噬菌体作载体的原因是噬菌体的宿主细胞是细菌，噬菌体不能侵染家蚕。(3)大肠杆菌是原核生物，原核生物作为受体细胞，有以下优点：结构简单、繁殖速度快、容易培养等。(4)要检测基因A是否翻译出蛋白A，最准确的方法是利用蛋白A的抗体，因抗体具有特异性，一种抗体只能与特定的蛋白质结合，可根据与蛋白A抗体的杂交情况来判断是否合成了蛋白A。(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验中将一种生物个体的DNA转移到了另一种生物个体中，并表达合成了相应的蛋白质。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
15、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 角度二 基因工程的操作程序 3.(金榜原创预测)为了增加菊花花色类型，研究者从其他植物中克隆出花色基因C(图1)，拟将其与质粒(图2)重组，再借助农杆菌导入菊花中。世纪金榜导学号(1)通过PCR技术，可从其他植物中克隆出花色基因C，实现该目的的前提是_，以便合成两种引物。该过程与细胞内DNA复制的不同之处在于_(答出两点即可)。经过_次复制，可出现两条DNA单链等长的基因C。(2)在含潮霉素抗性基因的培养基上，能够正常分裂、生长的农
16、杆菌不一定符合实验要求，原因是_ _。(3)为使基因C整合到菊花染色体上，应使基因C插入质粒的_区段，该区段的特点是_ _。(4)用分子杂交方法检测基因C是否整合到菊花染色体上，所用的探针是_。用抗原抗体杂交法检测基因C是否成功表达，基因C指导合成的蛋白质应作为_。【解析】(1)实现PCR技术的前提是已知目的基因两端的碱基序列，以便合成两种引物，分别与目的基因两条单链结合。PCR扩增不需要解旋酶，通过加热使双链DNA解旋，但需要热稳定性DNA聚合酶。经过一次复制，可得到两个只含一种引物，且一端等长的DNA分子，经过两次复制，可得到含有两种引物，但两条链不等长的DNA分子，经过三次复制，才可以得
17、到两条链等长的DNA分子。(2)含有重组质粒或普通质粒的农杆菌均含有潮霉素抗性基因，均可以在含有潮霉素的培养基上分裂、生长。(3)质粒中的T-DNA区段可转移至受体细胞并且整合到受体细胞染色体的DNA上，因此目的基因应插入该位置。(4)用分子杂交方法检测基因C是否整合到菊花染色体上，所用的探针是放射性或荧光标记的基因C单链。用抗原抗体杂交法检测基因C是否成功表达，基因C指导合成的蛋白质应作为抗原，用特定的抗体去检测。答案：(1)目的基因两端的碱基序列已知 不需要解旋酶，需要热稳定性DNA聚合酶 3(2)普通质粒也含有潮霉素抗性基因(3)T-DNA 可转移至受体细胞并且整合到受体细胞染色体的DN
18、A上(4)放射性或荧光标记的基因C单链 抗原【知识总结】生物体内DNA复制与PCR技术的比较 体内DNA复制 PCR技术 解旋 在解旋酶作用下，细胞提供能量，部分解开 加热至90 以上，双链全部解开，不需要解旋酶 引物 一小段RNA 可以是RNA或单链DNA分子片段 体内DNA复制 PCR技术 合成子链 在引物基础上，一条链连续合成，另一条链不连续合成 分别从两条链的引物端开始，都是连续合成，控制温度72 特点 边解旋边复制，半保留复制 体外迅速扩增 体内DNA复制 PCR技术 Taq DNA 聚合酶 不需要 需要 相同点 生物体内的DNA复制和PCR体外DNA扩增都需要模板、四种脱氧核苷酸，
19、且都需要在一定的缓冲溶液中进行【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
20、 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。【加固训练】1.科学家通过利用PCR定点突变技术改造Rubisco酶基因，提高了光合作用过程中Rubisco酶对CO2的亲和力，从而显著提高了植物的光合作用速率。请回答下列问题：(1)PCR过程所依据的原理是_，利用PCR技术扩增目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成_；扩增过程需要加入_酶。(2)启动子是一段有特殊结构的DNA片段，其作用是 _。目的基因能在不同生物体内正常表达原来的蛋白质，说明整个生物界_。PC
21、R定点突变技术属于_的范畴。(3)可利用定点突变的DNA构建基因表达载体。常用_法将基因表达载体导入植物细胞，还需用到植物细胞工程中的_技术来最终获得转基因植物。【解析】(1)PCR依据的原理是DNA双链复制，在用PCR 技术扩增目的基因前要依据一段已知目的基因的脱氧 核苷酸序列合成引物；扩增过程需要加入耐高温的DNA 聚合(或TaqDNA聚合)酶。(2)启动子是RNA聚合酶识别 和结合的部位，可驱动基因转录出mRNA；因生物界共 用一套遗传密 码，所以目的基因可以在不同细胞内表 达合成相同蛋白质。(3)常用农杆菌转化法将基因表达 载体导入植物细胞，借助于植物组织培养技术，获得转基因植物。答案
22、：(1)DNA双链复制 引物 耐高温的DNA聚合(或TaqDNA聚合)(2)RNA聚合酶识别和结合的部位，可驱动基因转录出mRNA 共用一套密码子 蛋白质工程(3)农杆菌转化 植物组织培养 2.(2019烟台模拟)凝乳酶能够使乳汁中的蛋白质凝聚形成奶酪，主要来源为未断奶的小牛胃黏膜。随着社会发展，传统来源的凝乳酶已不能满足生产需要。研究人员利用PCR技术扩增了目的基因，并培育了能合成凝乳酶的转基因酵母菌，从而获得足够的凝乳酶。回答下列问题：(1)利用PCR技术扩增目的基因的前提条件是要有_用来合成引物。PCR反应体系的主要成分应包含：扩增缓冲液(含ATP和Mg2+)、4种脱氧核糖核苷酸、模板D
23、NA、引物和_。(2)利用PCR技术扩增目的基因后需要构建基因表达载体，其目的是_ _。构建的基因表达载体中通常含有标记基因，其作用是_。(3)分子水平上检测目的基因是否成功导入酵母菌的方法是_。(4)工业生产过程中，使用酵母菌作为受体，而不选用大肠杆菌的原因是_ _。【解析】(1)利用PCR技术扩增目的基因的前提条件是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物。利用PCR扩增目的基因的过程由高温变性(9095)、低温复性(5560)、适温延伸(7075)三个步骤构成一个循环，在扩增过程中离不开Taq酶(热稳定性DNA聚合酶)的催化。(2)基因表达载体的构建是实施基因工程的第二
24、步，也是基因工程的核心，其目的是：使目的基因在受体细胞中稳定存在并遗传给下一代，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包括目的基因、启动子、终止子、标记基因等，其中标记基因的作用是鉴定受体细胞是否含有目的基因。(3)在分子水平上，检测目的基因是否成功导入酵母菌细胞的基因组中，可采用DNA分子杂交技术。(4)凝乳酶属于分泌蛋白，在核糖体中合成后，需要内质网和高尔基体对其进行加工和修饰后，才具有生物活性，而大肠杆菌是原核生物，不含内质网和高尔基体，不能对蛋白质进行加工和修饰，因此在工业生产过程中，不能选用大肠杆菌作为受体细胞。答案：(1)一段已知目的基因的核苷酸序列 Taq DNA
25、聚合酶(Taq 酶、热稳定性 DNA 聚合酶)(2)使目的基因在受体细胞中稳定存在并遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用 鉴定受体细胞是否含有目的基因(3)DNA 分子杂交(4)大肠杆菌不含内质网和高尔基体，不能对蛋白质进行加工和修饰 考点二 基因工程的应用和蛋白质工程 【核心知识突破】1.植物基因工程：(1)培育抗虫转基因植物：用于杀虫的基因主要是 _基因、_基因、_ 基因、植物凝集素基因等。Bt毒蛋白 蛋白酶抑制剂 淀粉酶抑制剂(2)抗病转基因植物：使用最多的是_基 因和_基因。病毒外壳蛋白 病毒的复制酶(3)抗逆转基因植物：抗逆基因有_基因、_ _基因等。(4)利用转基因改良植
26、物的品质：如提高玉米中某种氨 基酸_、延长番茄_、培育_的矮牵 牛等。抗旱 抗除 草剂 含量 储存时间 新花色 2.动物基因工程：(1)提高动物生长速度：将外源_基因转入动 物体内，可以提高产量。(2)用于改善畜产品的品质：将_基因导入奶 牛基因组，可以使转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量 大大减低。生长激素 肠乳糖酶(3)用转基因动物生产药物：将_基因与_ _的启动子等调控组件重组在一起，培育乳 腺生物反应器。(4)用转基因动物作器官移植的_。药用蛋白 乳腺 蛋白基因 供体 3.基因工程药品：(1)受体细胞：多为_。原因是其_ _。(2)方式：利用基因工程培育“_”来生产药品。(3)成果：利用“
27、工程菌”可生产细胞因子、抗体、疫 苗、激素等。原核细胞 繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对较少 工程菌 4.基因治疗：(1)概念：把_导入病人体内，使该基因的表 达产物发挥功能，达到治疗疾病的目的。(2)类型：体外基因治疗和_。正常基因 体内基因治疗(3)实质：正常基因的表达掩盖病变基因的表达，达到 治疗疾病的目的。(4)成果：将腺苷酸脱氨酶基因转入患者的_ 中，治疗复合型免疫缺陷症。淋巴细胞 5.蛋白质工程：(1)流程图(写出图中字母代表的内容)A._，B._，C._，D._，E._。转录 翻译 分子设计 多肽链 预期功能(2)手段：_或_。(3)结果：改造了现有蛋白质或制造出_。基因修饰 基
28、因合成 新的蛋白质【微点警示】基因治疗基因诊断 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 试验原理操作过程进展基因 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【秒判正误】1.转基因抗虫植物一定能抗病。()分析：植物病症由细菌、病毒等引起，抗虫植物不一 定抗病。2.转基因抗病农作物不需要使用农药。()分析：转基因抗病农作物只能抵抗某种病原体，可以 减少农药的使用量。3.利用乳腺生物反应器获得一些重要的医药产品，是 因为将药用蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中。()分析：培育转基因动物，应以受精卵
29、为受体细胞。4.培育转基因抗虫植物与转基因抗病植物不是一劳永 逸的。()分析：种植一段时间后，害虫或病原体可能对转基因 抗虫植物与转基因抗病植物产生抗性。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：蛋白质分子不能复制，蛋白质工程应对基因进 行操作。【命题案例研析】【典例】(2018天津高考)甲型流感病毒为RNA病毒，易引起流感大规模流行。我国科学家在2017年发明了一种制备该病毒活疫苗的新方法，主要环节如下。(1)改造病毒的部分基因，使其失去在正常宿主细胞内的增殖能力。以病毒RNA为模板，逆转录成对应DNA后，利用_技术扩增，并将其中某些基因(不包括表
30、面抗原基因)内个别编码氨基酸的序列替换成编码终止密码子的序列。与改造前的基因相比，改造后的基因表达时不能合成完整长度的_，因此不能产生子代病毒。将该改造基因、表面抗原等其他基因分别构建重组质粒，并保存。(2)构建适合改造病毒增殖的转基因宿主细胞。设计合成一种特殊tRNA的基因，其产物的反密码子能与(1)中的终止密码子配对结合，并可携带一个非天然氨基酸(Uaa)。将该基因与_连接后导入宿主细胞。提取宿主细胞的_进行分子杂交鉴定，筛选获得成功表达上述tRNA的转基因宿主细胞。(3)利用转基因宿主细胞制备疫苗。将(1)中的重组质粒导入(2)中的转基因宿主细胞，并在补加_的培养基中进行培养，则该宿主细
31、胞能利用上述特殊tRNA，翻译出改造病毒基因的完整蛋白，产生大量子代病毒，用于制备疫苗。特殊tRNA基因转录时，识别其启动子的酶是_(单选)。A.病毒的DNA聚合酶 B.宿主的DNA聚合酶 C.病毒的RNA聚合酶 D.宿主的RNA聚合酶 (4)上述子代病毒不能在正常宿主细胞中增殖，没有致病性，因此不经灭活或减毒即可制成疫苗。与不具有侵染性的流感病毒灭活疫苗相比，该病毒活疫苗的优势之一是可引起_免疫，增强免疫保护效果。【审答技巧】(1)审题技巧：根据题干关键词确定考查点：根据(1)中“扩增”可判断需要利用PCR技术。根据(2)中“进行分子杂交鉴定，筛选获得成功表达上述tRNA的转基因宿主细胞”，
32、可判断应以标记的目的基因单链为探针，与宿主细胞中的总RNA进行分子杂交。根据(4)中“与不具有侵染性的流感病毒灭活疫苗相比”，可判断该病毒活疫苗能侵染宿主细胞，从而引起细胞免疫。(2)满分答题：根据中心法则判断该病毒活疫苗在转基因宿主细胞和正常细胞中基因表达过程：将该病毒某些基因内个别编码氨基酸的序列替换成编码终止密码子的序列，在正常宿主细胞内，会由于基因表达的翻译过程提前结束，从而导致不能合成完整长度的多肽(蛋白质)。该RNA病毒不能独立增殖的原因是缺乏物质合成所需要的酶系统和核糖体，后者是基因表达过程中翻译的场所。【解析】本题考查基因工程中目的基因的扩增、将目的基因导入受体细胞等知识。(1
33、)PCR技术是扩增目的基因的有效手段；根据题意，若个别编码氨基酸的序列替换成编码终止密码子的序列，则翻译提前终止，故不能合成完整长度的多肽(或蛋白质)，不能形成子代病毒。(2)目的基因需要跟载体结合才能导入宿主细胞；取目的基因的单链制成分子探针，提取宿主细胞内的总RNA，若该基因成功表达，则能与探针通过碱基配对形成杂交区域，从而进行分子水平的判断。(3)读题可知，(1)中的重组质粒导入(2)中的转基因宿主细胞，需要在培养基中补充非天然氨基酸(Uaa)才能翻译出改造病毒基因的完整蛋白；特殊tRNA基因转录时，识别启动子，启动转录过程的是宿主的RNA聚合酶。(4)上述子代病毒能侵染宿主细胞，与不具
34、有侵染性的流感病毒灭活疫苗相比，该病毒活疫苗的优势之一是可引起细胞免疫。答案：(1)PCR 多肽(或蛋白质)(2)载体 总RNA(3)非天然氨基酸(Uaa)D(4)细胞【高考长句应答特训】(1)该题说明基因的遗传效应体现在哪些方面？提示：一方面可通过转录、翻译，直接控制蛋白质的合成；另一方面，可通过影响转录、翻译过程，表现遗传效应。(2)第(1)小题使该病毒失去在正常宿主细胞内增殖能力的技术属于蛋白质工程，判断依据是什么？提示：通过基因改造，产生了自然界中原来没有的蛋白质。【知识总结】蛋白质工程、基因工程的辨析(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
35、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和生物产品结果 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。【考点题组诊断】角度一 基因工程的应用 1.2，4-D作为除草剂在农田中大量使用，研究认为它是某种淋巴癌的致癌因子。为降低2，4-D的危害，科研人员通过基因工程技术构建了能高效降解2，4-D的基因工程菌。请回答下列问题：(1)在农业生产上常会使用_浓度
36、2，4-D对麦田进行除草，在杀死杂草的同时不会对小麦生长造成损害，原因是_。(2)从被2，4-D污染的土壤中得到能降解2，4-D的细菌，从该细菌中提取RNA，构建_文库，进一步获得目的基因。(3)PCR技术扩增目的基因的过程：含目的基因的DNA受热变性后解旋为单链，引物与单链相应互补序列结合，然后在_酶作用下进行延伸，如此重复循环多次，使目的基因的量呈_形式扩增。(4)一个基因表达载体的组成中要有标记基因，标记基因的作用是鉴别受体细胞中_。欲知基因工程成功与否，需要进行_水平的检测，有时还需进行_水平的鉴定。【解析】(1)2，4-D是生长素类似物，利用不同植物对其敏感程度不同，可用其除去麦田中
37、的杂草。(2)从工程菌中提取RNA构建成的基因文库是部分基因文库(cDNA文库)。(3)PCR技术用热稳定DNA聚合酶(Taq酶)延伸，多次循环，目的基因的量呈指数(2n)增长。(4)标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因，欲知基因工程成功与否，需要进行分子水平的检测，有时还需要进行个体生物学水平的鉴定。答案：(1)高 不同植物对2，4-D的敏感程度不同(2)cDNA(部分基因)(3)热稳定DNA聚合(或Taq)指数(4)是否含有目的基因 分子 个体生物学 2.(教材素材新命题选修3 P12图1-11改编)某实验室通过基因工程成功培育出抗虫植物，其培育过程大致如图所示，请据图分析回答问
38、题。世纪金榜导学号(1)常用的抗虫基因是Bt毒蛋白基因，是从微生物_中分离出来的。目前获取该基因的常用方法是基因库中分离，基因库包括_和_两种。(2)构建基因表达载体需要用到的工具酶是_ _，基因表达载体中复制原点的作用是_。(3)图示将获取的目的基因导入植物细胞的方法为_法，通过DNA重组将目的基因插入植物细胞中_上。目的基因是否成功导入植物细胞，可以用_技术进行检测。如果操作中将该基因导入线粒体DNA中，将来产生的配子中_(填“一定”或“不一定”)含有抗虫基因。【解析】(1)Bt毒蛋白基因是从苏云金芽孢杆菌中分离出来的，基因文库包括基因组文库和部分基因文库两种。(2)构建基因表达载体，一般
39、用相同的限制酶切割目的基因和质粒，以形成相同的黏性末端，然后用DNA连接酶进行连接。复制原点是基因表达载体复制的起点，可以使基因表达载体在受体细胞中复制，从而得以稳定保存。(3)图中采用农杆菌转化法将目的基因导入受体细胞的染色体上，目的基因是否成功导入植物细胞，可以用DNA分子杂交技术进行检测。由于细胞分裂过程中线粒体是随机分配的，因此配子中不一定含有目的基因。答案：(1)苏云金芽孢杆菌 基因组文库 部分基因文库(2)限制酶和DNA连接酶 使基因表达载体可以在受体细胞中复制(3)农杆菌转化 染色体的DNA DNA分子杂交 不一定【加固训练】科学家通过基因工程，将苏云金芽孢杆菌的Bt毒蛋白基因转
40、入普通棉株细胞内，并成功实现了表达，从而培育出了能抗棉铃虫的棉花植株抗虫棉，其过程大致如图所示：(1)基因工程的操作程序主要包括四个步骤，其核心是_。(2)获取Bt毒蛋白基因的方法一般有_、_等。(3)Ti质粒是农杆菌中的一种质粒，其上有T-DNA，把目的基因插入Ti质粒的T-DNA中是利用了T-DNA _的特点。Bt毒蛋白基因转入普通棉株细胞内并成功实现表达的过程，在基因工程中称为_。(4)将目的基因导入受体细胞的方法很多，在该题中涉及的方法是_。(5)一个基因表达载体的组成必须有_等。(6)目的基因能否在棉花体内维持和表达其遗传特性的关键是_，这需要通过检测才能知道，检测采用的方法是_ _
41、。若从个体水平如何检测？_。【解析】(1)基因工程一般包括四个基本操作步骤，其中基因表达载体的构建是基因工程的核心。(2)获取目的基因的方法有三种：从基因文库中获取目的基因、利用PCR技术扩增目的基因、通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成等。(3)将目的基因导入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程，称为转化。农杆菌转化法利用了Ti质粒的T-DNA可转移至受体细胞并整合到受体细胞染色体DNA分子上的特点。(4)将目的基因导入植物细胞一般采用农杆菌转化法，还有基因枪法、花粉管通道法等。(5)一个基因表达载体的组成必须有启动子、终止子、标记基因和目的基因等。(6)检测目的基因是否成功导
42、入的方法有两类，一是从分子水平通过DNA分子杂交技术或抗原抗体杂交技术进行鉴定，二是从个体水平通过抗虫的接种实验来进行检测。答案：(1)基因表达载体的构建(2)从基因文库中获取目的基因、利用PCR技术扩增目的基因、通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成等(任意两个均可)(3)可转移至受体细胞，并整合到受体细胞染色体DNA分子上 转化(4)农杆菌转化法(5)启动子、终止子、目的基因和标记基因(四者缺一不可)(6)目的基因是否插入受体细胞的染色体DNA分子上 DNA分子杂交技术 进行抗虫的接种实验 角度二 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
43、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
44、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
45、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 4.(2018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：世纪金榜导学号(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
46、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，则排异反应会减轻，对人体 的副作用会减小。(4)由于蛋白质空间结构比较复杂，不易确定，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
47、构 基因 碱基对(3)对人体的副作用减小(4)设计嵌合抗体的空间结构【加固训练】(2018马鞍山模拟)胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，并要经过较长的时间才能进入血液中，而进入血液的胰岛素又容易被分解，因此，治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题：(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是_ _。(2)人工合成的DNA与_结合后，被转移到_中才能得到准确表达。(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有_、_和发酵工程。(4)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路
48、是什么？_ _。【解析】(1)蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功 能的特定需求，对蛋白质结构进行分子设计，因此，图中构建新的胰岛素模型的依据是预期胰岛素，即速 效胰岛素的功能。(2)人工合成的目的基因与载体结合 后，被导入受体细胞中才能得以表达。(3)利用蛋白质 工程生产自然界中原本不存在的蛋白质，需对原有的 胰岛素进行改造，根据新的胰岛素中氨基酸的 序列推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，人工合成新的胰岛素基因，得到目的基因，改造好的目的基因需通过基因工程导入受体细胞获得工程菌，再利用工程菌进行发酵，从而获取大量产品，因此该过程涉及蛋白质工程、基因工程和发酵工程。(4)由新的蛋白质模型到构建新的基因，其基本设计思路是根据新的蛋白质中的氨基酸序列，推测出基因中的脱氧核苷酸序列，然后用DNA合成仪直接合成新的基因。答案：(1)蛋白质的预期功能(2)载体 大肠杆菌等受体细胞(3)蛋白质工程 基因工程(4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成新的胰岛素基因 答案速填：1DNA连接酶 2质粒 3 具标记基因 4基因表达载体的构建 5农杆菌转化法