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600分考点700分考法A版2019版高考生物总复习第十八章基因工程课件

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第十八章       基因工程

考点46   基因工程的工具及操作程序

考点47   基因工程的应用及蛋白质工程
考点46   基因工程的工具及操作程序
  应试基础必备
  高考考法突破

   考法1   基因工程的概念与操作工具分析
   考法2   基因工程的基本操作程序
   考法3   PCR技术的基本操作和应用
应试基础必备
 1.基因工程的基本工具
            限制酶             DNA连接酶                载体
        切割目的基因和        拼接DNA片段,形成重组         携带目的基因进入
  作用
             载体              DNA分子          受体细胞
  作用    两核苷酸的脱氧核糖与磷酸间形成的磷酸二
  部位    酯键
                                            (1)能在宿主细胞内
        (1)识别特定
                      (1)E·coliDNA连接酶只能     稳定存在并大量复制;
  作用    的核苷酸序列;
                      连接黏性末端;               (2)有一个至多个限
  特点    (2)在特定位
                      (2)T  DNA连接酶能连接       制酶切割位点;
(条件)    点上切割DNA分           4
                      黏性末端和平末端              (3)具有特殊的标记
        子
                                            基因
                                            种类:最常用的载体
  常见                  种类:E·coliDNA连接酶和      是质粒,其他载体有λ

  种类                  T4DNA连接酶              噬菌体的衍生物、动
                                            植物病毒等
2.基因工程的基本操作程序
(1)目的基因的获取
①从自然界中已有的物种中分离出来,如从基因组文库或cDNA文
库中获取。
②通过PCR技术扩增获取。
③人工合成:常用的方法有化学合成法和反转录法。

(2)基因表达载体的构建——基因工程的核心
①其目的是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基因表达载体的组成:启动子、目的基因、终
止子以及标记基因等。
a.启动子:一段有特殊结构的DNA短片段,位于基因的首端,是
RNA聚合酶识别和结合的部位,能驱动基因转录出mRNA.
b. 终止子:一段有特殊结构的DNA短片段,位于基因的尾端。
c. 标记基因:一般是抗生素抗性基因,用来筛选、鉴别受体细胞
是否含有目的基因。
③基因表达载体的构建方法
(3)将目的基因导入受体细胞
 ①常用的转化方法和过程
 细胞类型       常用方法      受体细                转化过程
                        胞
                              将目的基因插入Ti质粒的T-DNA上→转
           农杆菌转化
 植物细胞                 体细胞     入农杆菌→导入植物细胞→整合到受
           法
                              体细胞的DNA上
                              将含有目的基因的表达载体提纯→取
                              卵→获得受精卵→显微注射→早期胚
 动物细胞      显微注射法      受精卵
                              胎培养→胚胎移植→发育成为具有新
                              性状的动物
                      原核细
           Ca2+处理增            用Ca2+处理细胞→感受态细胞→重组表
                        胞
微生物细胞      大细胞壁通              达载体DNA分子与感受态细胞混合→感
                      或酵母
           透性
                        菌     受态细胞吸收DNA
 ②转化的实质
 目的基因整合到受体细胞基因组中,从而使受体生物获得新的
 遗传特性。
(4)目的基因的检测与鉴定
3.PCR技术
 (1)PCR原理:DNA复制。
 (2)PCR反应过程
   过程              说明                     图解
          当温度上升到90 ℃以上时,
   变性
          双链DNA解旋为单链
          温度下降到50 ℃左右,两种
   复性     引物通过碱基互补配对与两
          条单链DNA结合
          72℃左右时,TaqDNA聚合酶
          有最大活性,可使DNA新链
   延伸
          由5′端向3′端延伸
(3)结果:上述三步反应完成后,一个DNA分子就变成了两
个DNA分子,随着重复次数的增多,DNA分子就以2n的形式
增加。PCR的反应过程是在PCR扩增仪中完成的。
高考考法突破

考法1       基因工程的概念与操作工具分析

  1.基因工程的概念分析

  基因工基因工程的别名               基因拼接技术或DNA重组技术

        操作对象                         基因
        操作水平                        分子水平
         原理                         基因重组

                      能克服远缘杂交不亲和的障碍,能定向改造
         优点
                                    生物性状
 2.几组概念的辨析

(1)黏性末端和平末端
(2)E·coliDNA连接酶与T4DNA连接酶的比较


    常用类型          E·coliDNA连接酶            T4DNA连接酶

     来源              大肠杆菌                  T4噬菌体
              只能将双链DNA片段互补的黏
                                     连接黏性末端或平末端,
     功能       性末端之间的磷酸二酯键连
                                     但连接平末端的效率低
              接起来
     相同点       恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键
(3)限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶等相关酶的分析比较

     名称        作用部位       作用底物               作用结果
    限制酶       磷酸二酯键          DNA         将DNA切成两个片段
                                    将两个DNA片段连接为一个DNA分
   DNA连接酶     磷酸二酯键        DNA片段
                                               子
  DNA聚合酶或
                                    将单个脱氧核苷酸依次连接到单
  热稳定DNA聚     磷酸二酯键      脱氧核苷酸
                                              链末端
  合酶

  DNA(水解)酶    磷酸二酯键          DNA    将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸

            碱基对之间的                 将双链DNA分子局部解旋为单链,
    解旋酶                      DNA
            氢键                     形成两条长链
                                    将单个核糖核苷酸依次连接到单
   RNA聚合酶     磷酸二酯键      核糖核苷酸
                                              链末端
3.关于限制酶的分析
(1)切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶的原因:产生相同的
黏性末端。也可用不同的限制酶切割,但必须能产生相同的黏性末端。
(2)作为载体必须具有多个限制酶切点,而且每种酶的切点最好只有
一个的原因:某种限制酶只能识别单一切点,若载体上有一个以上的酶
切点,则切割重组后可能丢失某些片段,若丢失的片段含复制原点区,
则进入受体细胞后便不能自主复制。一个载体若只有某种限制酶的一个
切点,则酶切后既能把环打开接纳外源DNA片段,又不会丢失自己的片
段。
(3)获取一个目的基因需限制酶剪切目的基因的两端,共产生4个黏性
末端或平末端。
(4)限制酶的选择依据


①根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类
a.应选择切点位于目的基因两端的限制酶,如图甲可选择PstⅠ。
b.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SmaⅠ。
c.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,如图甲也可选用PstⅠ和EcoRⅠ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
a.所选限制酶要与切割目的基因的限制酶相一致,以确保具有相同的黏性末端。
b.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SmaⅠ会破坏标记基因。
例  [课标全国Ⅱ理综2017·38,15分]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,DNA连接酶催化形成的化学
  键是_______________。
  (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
  ______________。
【解析】(1)要从植物体中提取几丁质酶的mRNA,需要获得细胞提取液,
嫩叶组织细胞易破碎,所以实验时选择嫩叶而不是老叶作为实验材料。RNA
酶抑制剂的作用是抑制RNA酶对RNA的水解作用,防止RNA降解,提高提取
液中RNA的含量。(2)以mRNA为模板合成cDNA的过程为逆转录,该过程
需要逆转录酶的催化,根据碱基互补配对原则合成子链(即cDNA链)。(3)
要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,需要复制原
点,要使目的基因能够表达和发挥作用,需要启动子和终止子,这些结构在
基因表达载体中具备而目的基因中缺少。(4)DNA连接酶可以将双链DNA
片段缝合起来,恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。(5)
几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中,转基因植株的抗真菌病的能力没
有提高,可能的原因是基因表达的过程出现异常,即目的基因的转录或翻译
异常。
【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的启动子
(4)磷酸二酯键
(5)目的基因的转录或翻译异常
考法2   基因工程的基本操作程序

  1.获取目的基因的方法

 (1)已知DNA序列的目的基因的获取方法:可以用分离法
 和PCR扩增法。
 (2)已知某种蛋白质时目的基因的获取方法:可以用化学
 合成法或反转录法,二者都属于人工合成。
2.基因表达载体的构建

(1)载体与基因表达载体的区别:与载体相比较,基因表达载
体增加了启动子、目的基因、终止子和标记基因等。
(2)构建基因表达载体应用限制酶对目的基因和载体同时进行
切割。
(3)常见的标记基因:抗生素抗性基因、产生特定颜色的表达
产物基因、发光基因等。
(4)易混概念辨析: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.将目的基因导入受体细胞
(1)常用的受体细胞的种类:①植物:常用体细胞或受精卵。
②动物:常用受精卵,一般不用体细胞。                ③微生物:常用大
肠杆菌、酵母菌等。

(2)目的基因导入受体细胞的方法:①将目的基因导入植物细
胞的方法:可用农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法,其
中农杆菌转化法是最常用的方法。②将目的基因导入动物细胞
最常用、最有效的方法是显微注射法。
 (3)唯一不涉及碱基互补配对的操作步骤:将目的基因导入受
 体细胞。
4.目的基因的检测与鉴定
(1)导入检测:DNA分子杂交技术(使用DNA探针)
(2)表达检测
转录检测:分子杂交技术检测mRNA
翻译检测:用相应的抗体进行抗原—抗体杂交
(3)个体生物学水平鉴定:如对转基因作物进行抗虫或
抗病等的接种实验。
例  [课标全国Ⅰ理综2017•38,15分]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。
(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】(1)从人的基因组文库中获得的基因A含有内含子,以大肠杆菌作为受体
细胞,由于大肠杆菌没有与人体细胞相对应的酶切系统,基因A初始转录的产物中含
有的与内含子对应的RNA序列无法被切除,所以无法表达出蛋白A。
(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,不选用噬
菌体作为载体,其原因是噬菌体的宿主是细菌,而不是动物细胞。
(3)基因工程中,常用微生物细胞作为受体细胞,与动物细胞相比,微生物细胞具
有繁殖速度快、容易培养和遗传物质少等优点。
(4)若要检测基因A是否翻译出蛋白A,可用抗原—抗体杂交技术,所以可用的检测
物质是蛋白A的抗体。
(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验的本质是基因重组,即S型细菌的DNA整合到
了R型活细菌中完成了基因重组,基因工程的原理也是基因重组。艾弗里等人的肺炎
双球菌转化实验为基因工程理论提供的启示是DNA可以从一种生物个体转移到另一种
生物个体。
【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
考法3   PCR技术的基本操作和应用
 1.PCR中的物质条件
 (1)引物:PCR技术中所用的引物是一小段RNA单链或单链DNA,
 它能与DNA母链的一段碱基序列互补配对。DNA复制之所以需要
 引物,是因为DNA聚合酶不能从头开始合成DNA,而只能从3’端
 延伸DNA链。RCR的引物通常由20~30个核苷酸聚合而成,引物的
 量需保证满足几十次循环反应的需要。
 (2)DNA聚合酶:PCR中所用的酶是从一种嗜热菌中分离得到的
 耐高温的Taq聚合酶,高温不会失活。DNA聚合酶的特点是只能将
 引物从3’端延伸DNA链。
2.PCR扩增与DNA复制的比较
                  PCR扩增                    DNA复制
     场所    在体外的反应缓冲液中进行               在体内的活细胞内进行
     解旋
                高温变性解旋                    解旋酶解旋
 不   方式
     扩增   完全解开再复制,分为变性、
 同                                       边解旋边复制
 点   过程   复性(或退火)和延伸三个步骤
     引物          DNA或RNA                    RNA
     结果   短时间内形成大量的DNA片段             形成的是整个DNA分子
          ①都需要:DNA模板、DNA聚合酶、引物、四种脱氧核苷酸等
          成分;②都遵循碱基互补配对原则,有解旋和延伸过程,子链
   相同点
          延伸的方向都是从5′ 端到3′ 端;③都属于半保留复制;④结果
          都使DNA的量按2n呈指数式扩增
3.PCR的应用
(1)分析人的血液,对细菌、病毒感染情况进行早期诊断
(2)用于遗传病的基因诊断与基因治疗
(3)用于鉴别犯罪嫌疑人、亲子鉴定
(4)分析生物化石样品,追溯其生存年代或迁徙踪迹
(5)检测目的基因是否已经导入目标生物
例  [江苏生物2017·33,8分]金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在的
 金属结合蛋白,某研究小组计划通过多聚酶链式反应(PCR)扩增获
 得目的基因,构建转基因工程菌,用于重金属废水的净化处理。PCR
 扩增过程示意图如下,请回答下列问题:


 (1)从高表达MT 蛋白的生物组织中提取mRNA,通过______获得
 ________用于PCR扩增。
(2)设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物(引物1和引物2),
为方便构建重组质粒,在引物中需要增加适当的_______位点。设计引
物时需要避免引物之间形成_________,而造成引物自连。
(3)图中步骤1代表________,步骤2代表退火,步骤3代表延伸,这
三个步骤组成一轮循环。
(4)PCR扩增时,退火温度的设定是成败的关键。退火温度过高会破
坏________的碱基配对。退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关,
长度相同但_________的引物需要设定更高的退火温度。
(5)如果PCR反应得不到任何扩增产物,则可以采取的改进措施有
__________(填序号:①升高退火温度②降低退火温度③重新设计引
物)。
【解析】(1)PCR扩增目的基因,首先要有目的基因作为模板,所以从高表达
MT蛋白的生物组织中提取mRNA,通过逆转录获得cDNA,从而用于PCR扩增。
(2)构建重组质粒,首先用限制酶切割含目的基因的DNA片段和质粒,所以位
于目的基因两端的引物中需要增加适量的限制酶位点。设计的引物之间不能有
碱基互补配对,否则引物自连,不能与模板相连。(3)图中步骤1、2、3分别
表示变性、退火、延伸,这三个步骤组成一轮循环。(4)退火表示引物与模板
链相连,若温度过高会破坏引物与模板的碱基配对。由于G—C间有三个氢键,
A—T间有两个氢键,所以G—C含量越高的引物,退火温度越高。(5)PCR反应
得不到任何扩增产物,可能是退火温度过高,导致引物与模板不能相连,或引
物间相互配对,引物自连,不能与模板相连,可通过降低退火温度或重新设计
引物进行改进。
【答案】(1)逆转录        cDNA(2)限制性核酸内切酶        碱基互补配对(3)变性
(4)引物与模板      GC含量高(5)②③
考点47   基因工程的应用及蛋白质工程

   应试基础必备

   高考考法突破
   考法4   基因工程的应用
   考法5   蛋白质工程及应用
应试基础必备
 1.基因工程的应用

 (1)转基因生物
 ①概念:是指利用基因工程技术导入外源基因培育出的能够将
 新性状稳定地遗传给后代的基因工程生物。
 ②优点:运用基因工程改良动植物品种最突出的优点是能打破
 常规育种难以突破的物种之间的界限。
(2)基因工程的应用
①植物基因工程:培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和其他抗逆转
基因植物;利用基因工程改良植物的品质。
②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。
③基因诊断:又称为DNA诊断,是采用基因检测的方法来判断患者是否
出现了基因异常或携带病原体。
④基因治疗:指利用正常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法。实例:
腺苷酸脱氨酶基因缺陷症的基因治疗。
2.蛋白质工程
(1)蛋白质工程的目标:根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白
质的结构进行分子设计。
(2)蛋白质工程的基本途径: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→找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。
(3)蛋白质工程的原理: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。
(4)蛋白质工程的前景:由于蛋白质发挥功能必须依赖于正确的、十
分复杂的高级结构,因而目前成功的例子还不多,但随着科学技术的深
入发展,蛋白质工程将会给人类带来更多的福音。
高考考法突破
考法4  基因工程的应用
1.基因工程的应用总结
   具
项  体                                 受体生
         目的基因             作用                     备注
目  应                                   物
   用
植                  Bt毒蛋白与肠上皮细              ①抗虫但不抗病毒、
物     Bt毒蛋白基因、     胞结合使细胞肿胀裂               细菌、真菌等;
  抗虫
基     蛋白酶抑制剂基      解致死;抑制剂能抑        棉花、    ②培育抗虫作物的
  转基
因     因、淀粉酶抑制      制相应酶活性,影响        水稻、    优点是减少环境污
  因植
工     剂基因、植物凝      消化;植物凝集素与        玉米等    染、降低生产成本;
  物
程     集素基因         肠黏膜结合,影响物               ③Bt毒蛋白基因来自
                   质的吸收和利用                 苏云金芽孢杆菌
项 具体
          目的基因             作用        受体生物          备注
目 应用

  抗病  病毒外壳蛋白基因、
                      前两种为抗病毒作               引起植物生病的微
  转基  病毒复制酶基因、                       烟草、小
                      用;后两种为抗真               生物有病毒、细菌、
  因植  几丁质酶基因、抗                       麦等
                      菌作用                    真菌三大类
  物   毒素合成基因
植
                      ①通过改变细胞内
物 抗逆                                         抗逆是指抵抗不良
      调节细胞渗透压基        渗透压,提高抗盐       烟草、番
基 转基                                         环境的能力,如盐
      因、抗冻蛋白基因、碱、抗旱能力;               茄、大豆、
因 因植                                         碱、干旱、低温、
      抗除草剂基因          ②耐寒能力提高;       玉米
工 物                                          涝害等
                      ③抗除草剂
程
      含必需氨基酸的蛋
  改良                  ①控制合成的蛋白
      白质编码基因、控                       玉米、番
  植物                  质含必需氨基酸多;              赖氨酸、亮氨酸等
      制番茄果实成熟的                       茄、矮牵
  的品                  ②延迟番茄成熟;               都属于必需氨基酸
      基因、花青素代谢                       牛等
  质                   ③改变花瓣的颜色
      有关的基因
项    具体                               受体
              目的基因           作用                备注
目    应用                               生物

  提高动物生                 促进生长,提            注意不能导入生
            生长激素基因                    鲤鱼
  长速度                   高生长速度             长素基因
动
物                       将乳糖分解,
  改善畜产品                                   部分人对乳糖会
基           肠乳糖酶基因      降低牛奶中乳        奶牛
  的品质                                     发生过敏反应
因                       糖的含量
工
  转基因动物                                   已生产出的药品
程           药用蛋白基因+     分泌乳汁来生
  生产药物(                               牛和  有抗凝血酶、血
            乳腺蛋白基因+     产所需要的药
  乳腺生物反                               山羊  清蛋白、生长激
            启动子         品
  应器)                                     素和α-抗胰蛋白酶
     具体                                    受体
项目           目的基因              作用                      备注
     应用                                    生物

                                                 选择猪的器官作
动物   作器                  ①抑制抗原决定基                替代品的原因:
         某种调节因子、设
基因   官移                  因的表达;                   内脏构造、大小、
         法除去抗原决定基                           猪
工程   植的                  ②不能合成相应抗                血管分布与人相
         因
     供体                  原                       似;体内隐藏的
                                                 致病基因少
         控制药品合成的相
微生                                               选择微生物作受
     基因  应基因,如人的胰        生产合成相应的药          大肠杆
物基                                               体的原因:繁殖
     工程  岛素基因、干扰素        品,如胰岛素、干          菌、酵
因工                                               快、单细胞、遗
     药品  基因、乙肝疫苗基        扰素、乙肝疫苗等          母菌等
 程                                               传物质少
         因等
2.基因检测和基因治疗


          又称为DNA诊断,采用基因检测
 基因检测
          的方法判断患者是否出现基因异                 临床应用阶段
          常或携带病原体

                                    仅处于实验阶段,仍有许
          把健康的外源基因导入有基因缺
 基因治疗                               多问题和困难制约该技术
          陷的细胞中,可分为体外基因治
                                    的开展,所以该技术并未
          疗和体内基因治疗两种方法
                                    在临床应用
例[课标全国Ⅲ理综2017·38,15分]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
(TTCGCTTCT……CAGGAAGGA),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
___________________________________。
(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
_________,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。
①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_________。
②仅根据图1、图2可知,上述甲、乙、丙三种蛋白中,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。
【解析】    (1)结合题意分析,在有启动子的情况下,仍然不能翻译出蛋
白乙,可能的原因是相关基因转录出的mRNA缺少起始密码子,不能正常
翻译。(2)进行PCR扩增时,加入序列甲的目的是作为DNA复制的模板,
合成DNA的原料应该是四种游离的脱氧核苷酸(dNTP)。(3)①当细胞
浓度达到a时,T淋巴细胞的浓度不再增加,可能是细胞已经长满瓶壁,出
现接触抑制现象,所以可以通过传代培养的方法,使T淋巴细胞继续增殖;

培养箱中要维持一定的CO2浓度,其作用是维持培养液中pH的相对稳定。
②结合图1和图2中的曲线可知,加入甲蛋白组和加入乙蛋白组,T淋巴细
胞可以快速增殖,而对照组和加入丙蛋白组增长缓慢,再结合图1编码甲、
乙、丙三种蛋白的序列,可以推测C片段所编码的肽段在刺激T淋巴细胞增
殖过程中起到了关键作用,缺少C片段所编码的肽段,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)①进行细胞传代培养           维持培养液的pH   ②C
考法5    蛋白质工程及应用
 1.蛋白质工程与基因工程的比较

                蛋白质工程                       基因工程

       预期蛋白质功能→设计预期的蛋
                                  获取目的基因→构建基因表达载
    过  白质结构→推测应有的氨基酸序
                                  体→将目的基因导入受体细胞→
    程  列→推测相对应的脱氧核苷酸序
                                  目的基因的检测与鉴定
 区     列→合成DNA→表达出蛋白质
 别  实                             定向改造生物的遗传特性,以获得
       定向改造或生产人类所需蛋白质
    质                             人类所需的生物类型或生物产品
    结
       生产自然界没有的蛋白质                一般是生产自然界已有的蛋白质
    果
       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,
  联系   因为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
 2.蛋白质工程的应用及实例

(1)对干扰素分子进行改造,可使其在-70 ℃条件下保存半年。
(2)对玉米中的天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶进行改
造,可以使玉米叶片和种子中游离赖氨酸分别提高5倍和2倍。
(3)对胰岛素进行改造,使其成为速效性药品。
例[课标全国Ⅱ理综2015·40,15分]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)根据题意,P蛋白改变了氨基酸的序列后,蛋白质的结构发生
改变,从而导致蛋白质P的功能发生变化,因此若改变蛋白质的功能,可考虑
对蛋白质的氨基酸序列进行改造。
(2)该小题可从蛋白质工程的操作入手,蛋白质工程的操作的流程是进行相
关基因修饰或基因合成。中心法则内容包括:


(3)蛋白质工程流程图如下:
【答案】(1)氨基酸序列(或结构)

(2)P    P1    DNA和RNA(或遗传物质)        DNA→RNA、RNA→DNA、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
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