一轮复习新教材苏教版第十单元第5课基因工程及生物技术的安全性和伦理问题课件

第5课基因工程及生物技术的安全性和伦理问题【课标要求】1.阐明基因工程是一种重组DNA技术。2.阐明蛋白质工程是基因工程的延伸。3.阐明生物技术在造福人类和社会的同时也可能会带来安全与伦理问题。【素养目标】1.基因结构决定其功能,掌握目的基因的筛选与获取方法,理解蛋白质工程的原理。(生命观念)2.建立基因工程的操作流程模型,掌握目的基因的检测与鉴定方法。(科学思维)3.探究基因工程在生产上的应用和蛋白质工程的应用,掌握DNA片段的扩增及电泳鉴定的方法。(科学探究)4.基因工程和蛋白质工程在生产实践上的应用。(社会责任)5.转基因生物的安全性,形成坚决禁止生物武器,维护世界和平的态度。(社会责任)主干知识·多维自查【主干·梳理与辨析】一、重组DNA技术的基本工具1.基因工程的概念分析:2.基因工程的基本工具(3种工具,其中有2种工具酶):(1)限制性内切核酸酶(简称限制酶):(2)DNA连接酶:种类E.coliDNA连接酶T4DNA连接酶来源_________T4噬菌体特点只“缝合”_________“缝合”_________________作用恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键,连接两个DNA片段大肠杆菌黏性末端黏性末端和平末端(3)载体:作用携带外源DNA片段进入受体细胞种类质粒、噬菌体、动植物病毒等目的①将目的基因转运到受体细胞中去②在受体细胞内对目的基因进行大量复制必备条件___________有一个或多个限制酶切割位点有特殊的标记基因对受体细胞无害能自我复制3.DNA的粗提取与鉴定:(1)实验原理:(2)实验步骤:【思考辨析】1.限制酶也可以识别和切割RNA。(

)分析:酶具有专一性,限制酶只能切割DNA。2.DNA连接酶可以连接磷酸二酯键,也可以连接氢键。(

)分析:DNA连接酶只能连接磷酸二酯键。3.质粒是小型环状DNA分子,是基因工程常用的载体。(

)4.用于载体的质粒DNA分子上至少含一个限制酶识别位点。(

)5.E.coliDNA连接酶既可连接平末端,又可连接黏性末端。()分析:E.coliDNA连接酶只能连接黏性末端,T4DNA连接酶既可连接平末端,又可连接黏性末端。××√√×二、基因工程的基本操作程序1.目的基因的筛选与获取:(1)目的基因:用于_________________或获得_____________等的基因。(2)目的基因筛选方法改变受体细胞性状预期表达产物(3)利用PCR获取和扩增_________①含义:一项生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。②原理:_______________。③条件:DNA模板、4种脱氧核苷酸、引物、耐高温的DNA聚合酶等。目的基因DNA半保留复制④过程:PCR过程包括变性、复性和延伸三步。变性:目的基因DNA受热变性后解聚为单链(90℃以上)。↓复性:引物与单链相应互补序列结合(50℃左右)。↓延伸:在___________________作用下进行延伸(72℃左右)。↓重复循环多次。⑤结果:DNA分子以指数形式扩增(约为2n,其中n为扩增循环次数)。耐高温的DNA聚合酶2.基因表达载体的构建:(1)构建基因表达载体的目的:①使目的基因_________________________________________。②使目的基因能够_______________。(2)基因表达载体的组成:在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传给下一代表达和发挥作用3.将目的基因导入受体细胞:(1)转化的含义:目的基因进入受体细胞,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。(2)转化的方法项目植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法_________________________________________Ca2+处理法受体细胞受精卵、体细胞_______原核细胞农杆菌转化法、花粉管通道法显微注射技术受精卵4.目的基因的检测与鉴定:(1)分子水平检测。检测方法检测目的判断标准PCR扩增和电泳鉴定目的基因是否插入转基因生物的DNA是否出现相应的电泳条带或是否出现杂交带目的基因是否转录出了mRNA是否出现相应的电泳条带或是否出现杂交带抗原-抗体杂交技术目的基因是否翻译出蛋白质是否出现杂交带(2)个体水平鉴定。例如:通过采摘抗虫棉的叶片饲喂棉铃虫来确定Bt基因是否赋予了棉花抗虫特性以及抗性的程度。5.PCR产物的电泳鉴定:【思考辨析】1.检测目的基因是否成功表达可用抗原—抗体杂交技术。(

)2.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。(

)3.将重组表达载体导入动物受精卵常用基因枪法。(

)分析:将重组表达载体导入动物受精卵常用显微注射法。4.用PCR方法扩增目的基因时需要设计两种引物。()5.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全表达。()分析:应用DNA探针技术,可以检测目的基因的存在,但不能检测目的基因是否完全表达。√√×√×三、基因工程的应用1.基因工程在农牧业方面的应用:(1)转基因抗虫植物:从某些生物中分离出具有_______________,将它导入作物中培育出具有抗虫性的作物。(2)转基因抗病植物:科学家将来源于某些病毒、真菌等的_________导入植物中,培育出________________,如转基因抗病甜椒等。抗虫功能的基因抗病基因转基因抗病植物(3)转基因抗除草剂植物:将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物,可以培育出___________________,如抗除草剂玉米等。(4)改良植物的品质:我国科学家成功地将与植物_____________________导入矮牵牛,使它呈现出自然界中没有的颜色变异,大大提高了观赏价值。抗除草剂的作物品种花青素代谢相关的基因(5)提高动物的生长速率:由于_______________________可以使转基因动物生长得更快,科学家将这类基因导入动物体内,以提高_______________。(6)改善畜产品的品质:如科学家将_________基因导入奶牛基因组,使获得的转基因牛分泌的乳汁中,_____的含量大大降低,其他成分不受影响。外源生长激素基因的表达动物的生长速度肠乳糖酶乳糖2.基因工程在医药卫生领域的应用:(1)对_____________________进行基因改造,使它们能够生产药物。(2)让哺乳动物批量生产药物。例如:乳腺生物反应器,让外源基因在哺乳动物的乳腺中特异性表达,利用动物的乳腺组织生产药物蛋白。(3)可能使建立移植器官工厂的设想成为现实。(4)成果:生产的_____________、_____________、___________________________________等基因工程药物均已投放市场。微生物或动植物的细胞重组人干扰素血小板生成素促红细胞生成素和粒细胞集落刺激因子3.基因工程在食品工业方面的应用:利用工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。例如:利用转基因技术大量生产凝乳酶。【思考辨析】1.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。()2.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。3.利用工程菌可以生产人的胰岛素等某些激素。(

)4.基因工程中,要培育转基因植物和动物,选用的受体细胞都是受精卵。(

)提示:培育转基因动物时,所选用的受体细胞一般是受精卵;培育转基因植物时,所选用的受体细胞可以是受精卵,也可以是体细胞。5.基因工程培育的抗虫、抗病作物可以减少环境污染,降低生产成本。(

)√×√×√四、蛋白质工程的原理和应用1.概念:以蛋白质分子的_________及其与生物功能的关系作为基础,通过___________基因,来改造现有蛋白质,或制造一种新的蛋白质,以满足人类生产和生活的需求。2.操作手段、流程和结果:结构规律改造或合成【思考辨析】1.蛋白质工程可以合成自然界中不存在的蛋白质。(

)2.天然存在的蛋白质是经过长期进化形成的。(

)3.自然界天然存在的蛋白质完全符合人类生产和生活的需要。(

)分析:自然界天然存在的蛋白质不能满足人类的生产和生活需要。4.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,是涉及多学科的综合科技工程领域。()√√×√五、生物技术的安全性与伦理问题1.转基因产品的安全性:2.关注生殖性克隆人:(1)生殖性克隆与治疗性克隆。①生殖性克隆:通过克隆技术产生独立生存的新个体。②治疗性克隆:用克隆技术产生_______________________,用它们来__________________________________,从而达到治疗疾病的目的。③我国政府主张对治疗性克隆进行有效监控和严格审查。(2)我国禁止生殖性克隆人。①中国政府不允许进行任何生殖性克隆人实验。②四不原则:中国政府_______________________________任何生殖性克隆人实验。特定的细胞、组织和器官修复或替代受损的细胞、组织和器官不赞成、不允许、不支持、不接受3.试管婴儿与设计试管婴儿的异同点:(1)不同点:①技术手段:设计试管婴儿在胚胎移植前需进行遗传学诊断,试管婴儿不需进行遗传学诊断。②应用:试管婴儿主要是解决不孕夫妇的生育问题,设计试管婴儿用于白血病、贫血症等疾病的治疗。(2)相同点:都是体外受精,并进行体外早期胚胎培养,都要经过胚胎移植,都是有性生殖。4.生物武器:(1)种类:①致病菌类:例如,炭疽杆菌、霍乱弧菌等。②病毒类:天花病毒、某些动物的痘病毒、通过基因工程改造的流感病毒等。③生化毒剂类:肉毒杆菌毒素等。(2)特点:_____________________。(3)散布途径:可以直接或者通过食物、生活必需品和带菌昆虫等散布,经由呼吸道、消化道和皮肤等侵入人、畜体内,造成大规模伤亡,也能大量损害植物。(4)中国政府的态度:在任何情况下_______________________________,并反对生物武器及其技术和设备的扩散。致病能力强,攻击范围广不发展、不生产、不储存生物武器【教材·挖掘与延伸】1.探究延伸:天然的DNA分子是否可以直接作为基因工程载体?为什么?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。2.图形探究:“图3-5PCR反应过程示意图”分析:由图分析可知,在PCR反应过程中需要两种引物,原因是_________________________________________________________________________________________。不可以。载体需要具有能自我复制、有一个或多个限制酶切割位点、有标记基因及对受体细胞无害等特点,天然的DNA分子一般不完全具备上述条件,往往需要进行人工改造DNA是由两条反向平行的脱氧核苷酸链组成,DNA聚合酶不能从头合成DNA,而只能从3'端延伸DNA链高频考点·通法悟道★考点1比较与DNA有关的六种酶【核心·归纳与整合】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DNA连接酶磷酸二酯键DNA片段将两个DNA片段连接为一个DNA分子DNA聚合酶或耐高温的DNA聚合酶磷酸二酯键脱氧核苷酸将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端DNA(水解)酶磷酸二酯键DNA将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸解旋酶碱基对之间的氢键DNA将双链DNA分子局部解旋为单链,形成两条长链RNA聚合酶磷酸二酯键核糖核苷酸将单个核糖核苷酸依次连接到单链末端【高考警示钟】基因载体与膜载体的区别基因工程中的载体是DNA分子,能将目的基因导入受体细胞内,它能在受体细胞内稳定存在,并可对目的基因进行大量复制;膜载体是蛋白质,与细胞膜的选择透过性有关。【拓展延伸】限制酶的选择方法根据目的基因两端的限制酶切割位点、质粒上的限制酶切割位点以及是否破坏目的基因和标记基因来确定限制酶的种类。(1)应选择酶切位点位于目的基因两端的限制酶,如图甲可选择Pst

Ⅰ;不能选择酶切位点位于目的基因内部的限制酶,如图甲不能选择SmaⅠ。(2)为避免目的基因及质粒的自身环化、反向连接,也可使用不同的限制酶(非同尾酶)切割目的基因所在片段和质粒(双酶切),如图甲可选择用Pst

Ⅰ和EcoRⅠ两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切割位点)。(3)切割质粒的限制酶不能同时切开质粒上的所有标记基因,即至少要保留一个标记基因,以用于重组DNA的鉴定和选择,如图乙中的质粒不能使用Sma

Ⅰ切割。【典题·剖析与精练】【典题示范】(多选)(2022·南通模拟)如图1表示大肠杆菌pBR322质粒,图1、图2中标注了相关限制酶的酶切位点。下列叙述正确的是(

)A.图1质粒中含有多个限制酶的酶切位点,不含游离的磷酸基团B.构建重组质粒时若选用BamHⅠ会破坏两个标记基因,不便于后续的筛选①C.构建重组质粒时同时用BclⅠ和HindⅢ,有利于防止目的基因反向连接②D.将重组质粒直接转入处于感受态的酵母菌细胞,可实现其快速扩增【题眼破译】提升信息转化能力信息转化信息(对接问题)图像图1为质粒,含有四个限制酶切割位点、两个标记基因和启动子;图2为目的基因,其两侧含有三个限制酶切割位点信息①用BamHⅠ切割,会破坏质粒上的两个标记基因信息②用BclⅠ和HindⅢ切割目的基因和质粒,能够将目的基因插入质粒且有利于防止目的基因的反向连接【解析】选A、B、C。分析可知,图1的质粒上含有四个限制酶切割位点,由于质粒是环状的,所以其不含游离的磷酸基团,A正确;构建重组质粒时,若选用BamHⅠ会破坏两个标记基因,不便于后续的筛选,B正确;分析可知,构建重组质粒时,应该同时用BclⅠ和HindⅢ切割目的基因和质粒,这样能够将目的基因插入质粒且有利于防止目的基因的反向连接,C正确;应该将重组质粒转入处于感受态的大肠杆菌细胞,实现其快速扩增,D错误。【对点训练】1.(2021·湖北选择考)限制性内切酶EcoRⅠ识别并切割双链DNA,用EcoRⅠ完全酶切果蝇基因组DNA,理论上得到DNA片段的平均长度(碱基对)约为(

)A.6 B.250 C.4000 D.24000【解析】选C。据图可知,EcoRⅠ的酶切位点有6个碱基对,由于DNA分子的碱基组成为A、T、G、C,则某一位点出现该序列的概率为1/4×1/4×1/4×1/4×1/4×1/4=1/4096,即4096≈4000个碱基对可能出现一个限制酶EcoRⅠ的酶切位点,故理论上得到DNA片段的平均长度(碱基对)约为4000。C符合题意。2.CRISPR-Cas9是大肠杆菌等细菌在长期演化过程中形成的一种适应性免疫防御系统,可用来对抗入侵的部分病毒(DNA)及外源DNA,其原理是由一条单链向导RNA引导内切核酸酶Cas9到一个特定的基因位点进行切割。CRISPR-Cas9基因编辑技术是通过设计向导RNA中20个碱基的识别序列,可以对目标DNA上几乎任何一个位置进行删除或添加特定的DNA片段,如图所示。下列相关叙述错误的是(

)A.大肠杆菌等细菌细胞内能合成与入侵病毒(DNA)及外源DNA互补的RNA序列B.识别序列形成杂交区的过程与转录过程的碱基配对方式相同C.Cas9能专一性破坏双链DNA分子中碱基之间的氢键来切割DNA分子D.在被切割后的目标DNA中添加特定的DNA片段需要DNA连接酶【解析】选C。大肠杆菌等细菌细胞内能合成与入侵病毒(DNA)及外源DNA互补的RNA序列,A正确;识别序列形成杂交区的过程与转录过程的碱基配对方式相同,都是A-U、T-A、C-G、G-C,B正确;Cas9能特异性地切断目标DNA的磷酸二酯键,C错误;在被切割后的目标DNA中添加特定的DNA片段需要DNA连接酶,D正确。【加固训练·拔高】如图表示由不同的限制酶切割而成的DNA末端及相关的酶作用位点。下列叙述错误的是(

)A.甲、乙、丙都属于黏性末端B.甲、乙片段可形成重组DNA分子,但甲、丙不能C.DNA连接酶的作用位点在乙图中b处D.切割甲的限制酶不能识别由甲、乙片段形成的重组DNA分子【解析】选C。由图可知,甲、乙、丙都属于黏性末端,A正确;甲、乙的黏性末端相同,因此可在DNA连接酶的作用下形成重组DNA分子,但甲、丙的黏性末端不同,它们之间不能形成重组DNA分子,B正确;DNA连接酶将两个DNA片段连接为一个DNA分子,作用部位是磷酸二酯键,C错误;切割甲的限制酶的识别序列为:GAATTC∥CTTAAG,而甲、乙片段形成的重组DNA分子序列为:GAATTG∥CTTAAC,因此切割甲的限制酶不能识别由甲、乙片段形成的重组DNA分子,D正确。★考点2

PCR技术的操作原理和过程归纳【核心·归纳与整合】1.PCR技术的操作原理、过程:原理DNA复制过程图解变性温度超过90℃时,双链DNA解聚为单链复性温度下降到50℃左右,两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合过程图解延伸温度上升到72℃左右,耐高温的DNA聚合酶从引物起始合成互补链,可使新链由5'端向3'端延伸2.PCR技术和DNA复制的比较:【典题·剖析与精练】【典题示范】(2021·广东选择考)非细胞合成技术是一种运用合成生物学方法,在细胞外构建多酶催化体系,获得目标产物的新技术,其核心是各种酶基因的挖掘、表达等。中国科学家设计了4步酶促反应的非细胞合成路线(如图),可直接用淀粉生产肌醇(重要的医药食品原料),以期解决高温强酸水解方法造成的严重污染问题,并可以提高产率。回答下列问题:(1)研究人员采用PCR技术从土壤微生物基因组中扩增得到目标酶基因。此外,获得酶基因①的方法还有__________________________。(答出两种即可)

(2)高质量的DNA模板是成功扩增出目的基因的前提条件之一。在制备高质量DNA模板时必须除去蛋白质②,方法有___________________。(答出两种即可)

(3)研究人员使用大肠杆菌BL21作为受体细胞、pET20b为表达载体分别进行4种酶的表达。表达载体转化大肠杆菌时,首先应制备____________细胞。为了检测目的基因是否成功表达出酶蛋白③,需要采用的方法有____________。

(4)依图所示流程,在一定的温度、pH等条件下,将4种酶与可溶性淀粉溶液混合组成一个反应体系。若这些酶最适反应条件不同,可能导致的结果是____________________。在分子水平上,可以通过改变_________,从而改变蛋白质的结构,实现对酶特性的改造和优化。

【题眼破译】提升信息转化能力信息转化信息(对接问题)信息①获得目的基因的方法有PCR技术、从基因文库中获取、人工合成法等信息②根据DNA和蛋白质的物理、化学方面的差异,如溶解性、对酶、高温和洗涤剂的耐受性不同,去除蛋白质的方法有盐析、酶解法或高温变性法等信息③酶蛋白的化学本质是蛋白质,常用抗原-抗体杂交技术进行检测【答题关键】抓住长句表述得分点(3)“抗原-抗体杂交技术”不可以写成“抗原抗体杂交技术”(4)不可缺少的文字“有的酶失活”【解析】本题以非细胞合成技术为背景,主要考查目的基因的获取、DNA与蛋白质的分离、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测、蛋白质工程。(1)目的基因获取方法包括:从基因文库中获取、PCR扩增和人工合成。(2)DNA与蛋白质的分离方法有:利用DNA和蛋白质在盐溶液中的溶解度不同进行分离;利用蛋白酶能水解蛋白质,但是对DNA没有影响进行分离;利用大多数蛋白质不能忍受60~80℃的高温,而DNA在80℃以上才会变性的特点进行分离等。(3)将目的基因导入细菌时,需要用Ca2+处理细菌,使其处于感受态(能吸收周围环境中DNA分子的生理状态)。目的基因表达与否,需要对其表达产物——蛋白质进行检测,对蛋白质检测的方法为抗原-抗体杂交。(4)淀粉在4种酶依次催化下最后形成肌醇,但是4种酶的最适条件不同,在某一条件下进行反应,有些酶的活性不高,因此,产生的肌醇量少。蛋白质工程是通过改变基因的结构(碱基排列顺序)进而改变蛋白质的结构。答案:(1)从基因文库中获取、人工合成(2)盐析法、酶解法或高温变性(3)感受态抗原-抗体杂交(4)反应产生的肌醇量少(有的酶失活而使反应中断)基因的结构【对点训练】1.(2021·湖北选择考)某实验利用PCR技术获取目的基因,实验结果显示除目的基因条带(引物与模板完全配对)外,还有2条非特异条带(引物和模板不完全配对)。为了减少反应非特异条带的产生,以下措施中有效的是(

)A.增加模板DNA的量 B.延长热变性的时间C.延长延伸的时间 D.提高复性的温度【解析】选D。增加模板DNA的量可以提高反应速度,但不能有效减少非特异性条带,A错误;延长热变性的时间和延长延伸的时间会影响变性延伸过程,但对于延伸中的配对影响不大,故不能有效减少反应非特异性条带,B、C错误;非特异性产物增加的原因可能是复性温度过低会造成引物与模板的结合位点增加,故可通过提高复性的温度来减少反应非特异性条带的产生,D正确。2.(2022·南通模拟)PCR是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术,与人体细胞内DNA分子复制相比,下列有关叙述错误的是(

)A.都遵循碱基互补配对原则 B.DNA聚合酶作用的最适温度不同C.都是边解旋边复制的过程 D.复制方式都是半保留复制【解析】选C。DNA分子的体外复制和体内复制都遵循碱基互补配对原则,A正确;PCR技术是在较高温度条件下进行的,因此PCR与细胞内DNA复制相比所需要酶的最适温度较高,B正确;PCR技术是在较高温度条件下打开双链后进行扩增的,不是边解旋边复制的,C错误;DNA复制方式都是半保留复制,D正确。【加固训练·拔高】

1.(多选)利用重叠延伸PCR技术进行定点突变可以实现对纤维素酶基因进行合理改造,其过程如图所示。下列分析正确的是(

)A.PCR1过程中的产物AB是依赖引物a和引物b扩增的结果B.引物c和引物b上均含有与模板链不能互补的碱基C.①过程需要先加热至超过90℃后再冷却至50℃左右D.②过程需要利用引物a和引物d获得突变产物AD【解析】选A、B、C。在引物作用下,DNA聚合酶从引物3'端开始延伸DNA链,即DNA的合成方向是从子链的5'端向3'端延伸的,结合图形分析,PCR1过程中的产物AB是依赖引物a和引物b扩增的结果,A正确;引物c和引物b上均含有与模板链不能互补的碱基,根据突变位点的产生,如果发生互补,引物则会失效,B正确;①过程是双螺旋解开的过程,此过程中氢键断裂需通过先加热至超过90℃完成,然后再冷却至50℃左右使氢键形成,为子链的延伸做准备,C正确;②过程是子链延伸的过程,该过程需要利用AB上链和CD下链之间的互补配对来实现,D错误。2.大丽轮枝菌(一种丝状真菌)是引起棉花黄萎病的主要病原菌。为观察大丽轮枝菌对棉花根侵染路径,研究人员利用绿色荧光蛋白基因(sGFP)转染大丽轮枝菌,培育出表达绿色荧光蛋白的转基因菌株,主要过程如图(图中a链和b链分别是相应基因转录模板链)。分析回答:(1)研究者将获得的sGFP基因利用PCR技术扩增,该过程需设计合适的引物。设计引物时需已知________________,为便于进行后续操作还需在引物中添加限制酶的识别序列,图中b链的黏性末端碱基序列(5'→3')为________________。PCR扩增时需要设计2种引物,其原因是____________。PCR技术操作步骤中包括两次升温和一次降温,其中降温的目的是______________。

(2)利用图示目的基因和质粒构建重组质粒,选用限制酶HindⅢ和BamHⅠ切割,优点是__________________。

(3)过程③为初步筛选出导入重组质粒的农杆菌,要在含有______________的培养基中进行培养。

(4)用sGFP基因作为探针可检测转基因大丽轮枝菌中是否含有_______________,最终通过检测_______________筛选出绿色荧光蛋白旺盛表达的大丽轮枝菌。

【解析】(1)PCR扩增sGFP的原理是双链DNA复制,由于DNA两条链反向平行,且DNA聚合酶只能使新合成的DNA子链从5'→3'方向延伸,所以该过程需要根据sGFP两端(3'端)核苷酸(或碱基)序列设计特异性引物序列,设计引物时需已知sGFP基因两端的核苷酸序列。由于质粒大片段是利用HindⅢ和BamHⅠ共同切割得到的质粒的长片段,所以b链5'是利用HindⅢ切割形成的黏性末端,根据HindⅢ识别的碱基序列可知,图中b链的黏性末端碱基序列(5'→3')为AGCT。基因由两条反向平行的链构成,且都作模板,DNA聚合酶不能从头开始合成DNA,而只能从3'端延伸DNA链,因此需要两种引物,分别结合在DNA两条链两端,PCR升温过程目的是使DNA双链解聚,降温的目的是使引物和模板链结合。(2)使用不同种限制酶切割目的基因和质粒,可以产生不同的黏性末端,防止目的基因和载体反向连接,自身环化。(3)据图可知,质粒上的标记基因为潮霉素抗性基因,为了筛选出已导入重组质粒的农杆菌,因此应将农杆菌培养在含有潮霉素的培养基中。(4)检测目的基因是否导入受体细胞并在受体中表达,可采用DNA分子杂交技术和分子杂交技术,即用sGFP目的基因做探针,可检测转基因大丽轮枝菌中是否含有sGFP基因和sGFP基因的mRNA。转基因成功的标志是形成目的基因的产物,所以最终可通过检测大丽轮枝菌菌丝细胞中绿色荧光强度,以筛选出绿色荧光蛋白旺盛表达的大丽轮枝菌。答案:(1)sGFP基因两端的核苷酸序列AGCT基因由两条反向平行的链构成,且都作模板,其上碱基序列不同使引物和模板链结合(2)产生不同的黏性末端,防止目的基因和载体反向连接,自身环化(3)潮霉素(4)sGFP基因、sGFP基因的mRNA大丽轮枝菌菌丝细胞中绿色荧光强度★考点3基因工程的基本工具及操作程序【核心·归纳与整合】1.目的基因的获取方法:(1)利用PCR获取和扩增目的基因。(2)人工合成目的基因。①逆转录法:已知目的基因的核苷酸序列,而且基因比较小,可以通过DNA合成仪直接合成或以目的基因的mRNA为模板,借助逆转录酶合成双链DNA,其过程如图:②化学合成法:已知某一蛋白质的氨基酸序列,推测出其基因序列,然后直接合成目的基因,其过程如图:(3)从基因文库中获取目的基因。如果不知道目的基因的核苷酸序列,可以通过构建基因文库的方法,即通过受体菌储存并扩增目的基因后,从基因文库中获取目的基因。根据目的基因的有关信息,例如,根据基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物——mRNA,以及基因的表达产物——蛋白质等特性来获取目的基因。2.目的基因检测与鉴定的方法比较:【高考警示钟】启动子≠起始密码子终止子≠终止密码子(1)启动子是位于基因上游的一段特殊序列,它是RNA聚合酶识别、结合的部位。终止子是位于基因下游的一段特殊序列,作用是使转录过程停止。(2)起始密码子和终止密码子均位于mRNA上,分别控制翻译过程的启动和终止。【典题·剖析与精练】【典题示范】(2020·山东等级考)水稻胚乳中含直链淀粉和支链淀粉,直链淀粉所占比例越小糯性越强。科研人员将能表达出基因编辑系统的DNA序列转入水稻,实现了对直链淀粉合成酶基因(Wx基因)启动子序列的定点编辑,从而获得了3个突变品系。(1)将能表达出基因编辑系统的DNA序列插入Ti质粒构建重组载体①时,所需的酶是________________________,重组载体进入水稻细胞并在细胞内维持稳定和表达的过程称为__________。

(2)根据启动子②的作用推测,Wx基因启动子序列的改变影响了______________,从而改变了Wx基因的转录水平。与野生型水稻相比,3个突变品系中Wx基因控制合成的直链淀粉合成酶的氨基酸序列________(填“发生”或“不发生”)改变,原因是______________。

(3)为检测启动子变化对Wx基因表达的影响,科研人员需要检测Wx基因转录产生的mRNA(WxmRNA)的量。检测时分别提取各品系胚乳中的总RNA,经______过程获得总cDNA③。通过PCR技术可在总cDNA中专一性地扩增出Wx基因的cDNA,原因是________________________________________。

(4)各品系WxmRNA量的检测结果如图所示,据图推测糯性最强的品系为_________,原因是_________________________________。

【题眼破译】提升信息转化能力信息转化信息(对接问题)信息①构建重组载体时,需要使用限制性内切核酸酶和DNA连接酶信息②启动子是RNA聚合酶识别并结合的位点信息③cDNA文库,又称为部分基因文库,以mRNA为模板反转录(逆转录)而来【答题关键】抓住长句表述得分点(2)不可缺少的文字“不含启动子”。(4)不可缺少的信息“直链淀粉合成量最少,糯性最强”。【解析】本题主要考查基因工程的知识。(1)将目的基因和质粒构建成重组载体时,需要使用的酶是限制性内切核酸酶和DNA连接酶,将重组载体导入受体细胞内并维持稳定表达的过程称为转化。(2)启动子是RNA聚合酶识别并结合的位点,Wx启动子序列的改变会影响RNA聚合酶与启动子识别和结合,从而影响基因的转录过程。根据题意可知,该基因工程中编辑的是启动子序列,而启动子序列不参与编码直链淀粉的氨基酸,因此3种突变品系中Wx基因控制合成的直链淀粉的氨基酸序列不发生改变。(3)以细胞中的RNA为原料合成cDNA的过程是逆转录过程。PCR技术能扩增DNA分子中特定片段的目的基因,原因是引物是根据Wx基因的一段已知序列设计合成的,而PCR技术扩增的是处于两种引物之间的DNA序列。(4)根据图示可知,品系3的WxmRNA最少,控制合成的直链淀粉合成酶最少,直链淀粉合成量最少,糯性最强。答案:(1)限制性内切核酸酶和DNA连接酶转化(2)RNA聚合酶与启动子识别和结合不发生编码直链淀粉合成酶的碱基序列中不含启动子(3)逆转录引物是根据Wx基因的一段已知序列设计合成的(4)品系3品系3的WxmRNA最少,控制合成的直链淀粉合成酶最少,直链淀粉合成量最少,糯性最强【对点训练】1.(多选)(2022·南通模拟)下列有关人胰岛素基因表达载体的叙述,错误的是(

)A.基因表达载体中的胰岛素基因可通过人胰岛A细胞mRNA反转录获得B.借助抗生素合成基因可将含胰岛素基因的受体细胞筛选出来C.构建胰岛素基因表达载体需要限制酶和DNA连接酶D.启动子和终止密码子均在胰岛素基因的转录中起作用【解析】选A、B、D。胰岛素由胰岛B细胞分泌产生,胰岛A细胞不表达胰岛素,因此不能从胰岛A细胞mRNA反转录获得,A错误;借助抗生素抗性基因可将含胰岛素基因的受体细胞筛选出来,B错误;构建基因表达载体时,首先需要用限制酶切割含有目的基因的外源DNA和载体,其次要用DNA连接酶将目的基因与载体连接形成重组DNA,C正确;启动子和终止子在胰岛素基因的转录中起作用,D错误。2.COVID—19的抗原性和感染性与其表面的S蛋白(刺突糖蛋白)密切相关,现利用基因工程的方法生产相关疫苗。图甲为构建S蛋白基因表达载体的过程,图乙为重组质粒被相关酶切后的电泳结果。请回答下列问题。(1)①过程所使用的酶为__________,为保证PCR技术扩增S蛋白基因正常进行,该反应体系的主要成分有___________。PCR技术中低温复性的目的是______________。(2)通过PCR技术可在cDNA分子中专一性扩增出S蛋白基因,其原因是__________________________________________________________。PCR过程经过4次循环,需要的引物的数量是__________个。

(3)构建好的重组质粒长度共2000bp,用限制酶HindⅢ及限制酶HindⅢ和BamHⅠ分别对重组质粒进行切割并电泳,结果如图乙所示,可推测BamHⅠ在重组质粒上有__________个酶切位点。为使S蛋白基因在受体细胞中高效表达,需要把S蛋白基因正确插入重组质粒的_____________________________之间。

(4)目前人们注射的新冠疫苗中有一种为腺病毒载体疫苗。该疫苗是将S蛋白基因插入到改造之后的腺病毒基因组中,待腺病毒侵染人体后,可引发机体的免疫反应。请用文字和箭头写出腺病毒载体疫苗进入机体后产生抗体的过程。_________。

【解析】(1)①过程是利用RNA合成DNA的过程,是逆转录,需要逆转录酶的催化;PCR过程中,其反应体系的主要成分有模板DNA、dNTP、引物、耐高温的DNA聚合酶;低温复性的目的是让引物结合到互补DNA链上。(2)由于在PCR技术中引物是根据S蛋白基因的一段已知序列设计合成的,所以能够专一性地扩增出S蛋白基因。PCR技术大量扩增目的基因时,缓冲液中需要加入的引物个数计算公式为2n+1-2,因此若一个该DNA分子在PCR仪中经过4次循环,需要24+1-2=30个引物。(3)用HindⅢ将质粒2000bp切割后形成了200bp、400bp和1400bp共3个片段,可知重组质粒上有2个HindⅢ的切割位点。而用HindⅢ和BamHⅠ将质粒切割后形成了200bp、420bp、560bp的片段,2000=420×2+560+200×3,所以一共形成了6个片段,因此有5个酶切位点。因此BamHⅠ在重组质粒上有5-2=3个酶切位点;为使S蛋白基因在受体细胞中高效表达,需要把S蛋白基因正确插入重组质粒的启动子和终止子之间。(4)腺病毒载体疫苗是S蛋白基因插入改造之后的腺病毒基因组中,其表达的产物是S蛋白,作为抗原进入机体后刺激机体启动体液免疫产生抗体,其过程为:S蛋白基因→mRNA→S蛋白作为抗原→体液免疫→抗体。答案:(1)逆转录酶模板DNA、dNTP、引物、耐高温的DNA聚合酶使引物结合到互补DNA链上(2)引物是根据S蛋白基因的一段已知序列设计合成的(引物能与S蛋白基因特异性结合)

30(3)3启动子和终止子(4)S蛋白基因→mRNA→S蛋白作为抗原→体液免疫→抗体【易错警示】PCR过程中加入的原料及其作用在PCR过程中实际加入的为dNTP(即dATP、dGTP、dTTP、dCTP),既能作为合成DNA子链的原料,又能为DNA的合成提供能量。【加固训练·拔高】

1.用XhoⅠ和SalⅠ两种限制性内切核酸酶分别处理同一DNA片段,酶切位点及酶切产物分离结果如图。以下叙述错误的是(

)A.图中两种酶识别的核苷酸序列不同B.图中酶切产物可用于构建重组DNAC.泳道①中是用SalⅠ处理得到的酶切产物D.图中被酶切的DNA片段是单链DNA【解析】选D。不同的限制酶识别并切割的核苷酸序列不同,因此图甲中两种酶识别的核苷酸序列不同,A正确;图乙中酶切产物可用于构建重组DNA,B正确;限制酶SalⅠ有三处切割位点,切割后产生4个DNA片段,泳道①中是用SalⅠ处理得到的酶切产物,C正确;图中被酶切的DNA片段是双链DNA,D错误。2.绿色荧光蛋白(GFP)是在一种学名为Aequoreavictoria的水母中发现的。该蛋白质在一定波长范围的光线激发下,会发出绿色荧光。科学家将绿色荧光蛋白基因导入实验小鼠体内,使其在实验中更容易与其他个体区分开。下列有关叙述错误的是(

)A.实验小鼠能够发出绿色荧光,说明GFP基因能够在小鼠体内表达B.获取的GFP基因用PCR技术进行扩增时,要用到耐高温的DNA聚合酶C.通常用小鼠受精卵作为受体细胞,采用显微注射的方法注入GFP基因D.小鼠的早期胚胎必须培养到桑葚胚或囊胚,然后移植到同种个体子宫内孕育【解析】选D。实验小鼠能够发出绿色荧光,说明GFP基因能够在小鼠体内表达,A正确;PCR技术需要在高温下进行,要用到耐高温的DNA聚合酶,B正确;因受精卵全能性高,故在基因工程中,通常选用动物受精卵作为目的基因的受体细胞,有利于目的基因的表达。将目的基因导入动物细胞,一般选用显微注射技术,C正确;胚胎移植所选用的早期胚胎一般需要先发育至桑葚胚或囊胚,但小鼠等可在更早阶段移植,D错误。★考点4

DNA的粗提取与鉴定【核心·归纳与整合】1.比较DNA与蛋白质在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同:物质溶解规律2mol/LNaCl溶液0.14mol/LNaCl溶液DNA溶解析出蛋白质NaCl溶液物质的量浓度从2mol/L逐渐降低的过程中,溶解度逐渐增大部分发生盐析沉淀溶解2.归纳DNA粗提取中的注意事项:(1)本实验不能用哺乳动物成熟的红细胞作为实验材料,原因是哺乳动物成熟的红细胞无细胞核(无DNA)。可选用鸡血细胞作为实验材料。(2)加入洗涤剂后,动作要轻缓、柔和,否则容易产生大量的泡沫。加入酒精和用玻璃棒搅拌时,动作要轻缓,沿着一个方向搅拌,以免加剧DNA分子的断裂,导致DNA分子不能形成絮状沉淀。(3)二苯胺试剂要现配现用,否则会影响鉴定的效果。(4)提取植物细胞的DNA时,加入的洗涤剂能溶解细胞膜,有利于DNA的释放;加入研磨液能防止DNA酶降解DNA;加入食盐(主要成分是NaCl)的目的是溶解DNA。(5)在DNA进一步提纯时,选用冷却的体积分数为95%的酒精的作用是溶解杂质和析出DNA。【典题·剖析与精练】【典题示范】(2021·山东等级考)粗提取DNA①时,向鸡血细胞液中加入一定量的蒸馏水并搅拌,过滤后所得滤液进行下列处理后再进行过滤,在得到的滤液中加入特定试剂后容易提取出DNA相对含量较高的白色丝状物②的处理方式是(

)

A.加入适量的木瓜蛋白酶B.在37~40℃的水浴箱中保温10~15分钟C.加入与滤液体积相等的、体积分数为95%的冷却的酒精D.加入NaCl调节浓度至2mol/L→过滤→调节滤液中NaCl浓度至0.14mol/L【题眼破译】提升信息转化能力信息转化信息(对接问题)信息①DNA和蛋白质等其他成分在不同浓度NaCl溶液中溶解度不同;DNA和蛋白质对酶、高温和洗涤剂的耐受性不同。信息②酶具有专一性,蛋白酶能水解DNA中的蛋白质类杂质,不能水解DNA,过滤后可提取出DNA相对含量较高的白色丝状物。【解析】选A。木瓜蛋白酶可以水解DNA中的蛋白质类杂质,由于酶具有专一性,不能水解DNA,过滤后在得到的滤液中加入特定试剂后容易提取出DNA相对含量较高的白色丝状物,A正确;在37~40℃的水浴箱中保温10~15分钟不能去除滤液中的杂质,应该放在60~75℃的水浴箱中保温10~15分钟,使蛋白质变性析出,B错误;向鸡血细胞液中加入一定量的蒸馏水并搅拌,过滤后在得到的滤液中加入与滤液体积相等的、体积分数为95%的冷却的酒精,此时DNA析出,不会进入滤液中,C错误;加入NaCl调节浓度至2mol/L→过滤→调节滤液中NaCl浓度至0.14mol/L,DNA在此溶液中溶解度小而析出,不会进入滤液中,D错误。【变式延伸】提升长句应答能力DNA鉴定的方法是______________________________________________。在沸水浴的条件下,加入二苯胺试剂,DNA被染成蓝色【对点训练】1.(2022·南京模拟)下列有关“DNA粗提取与鉴定”实验的叙述,正确的是(

)A.用蒸馏水使家兔的红细胞涨破,可获取富含DNA的滤液B.植物材料需先用洗涤剂破坏细胞壁再吸水胀破,释放DNAC.DNA不溶于95%的冷酒精,但可溶于2mol/L的NaCl溶液D.鉴定DNA时,应将丝状物直接加入到二苯胺试剂中并进行沸水浴【解析】选C。兔属于哺乳动物,哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核,不能用于DNA的粗提取,A错误;植物材料需先用洗涤剂溶解细胞膜,B错误;DNA不溶于95%的冷酒精和0.14mol/L的NaCl溶液,而溶于2mol/L的NaCl溶液,C正确;将丝状物溶于2mol/L的NaCl溶液后加入二苯胺试剂,沸水浴冷却后呈蓝色,D错误。2.如图是“DNA的粗提取与鉴定”实验中的两个操作步骤示意图,相关叙述正确的是(

)A.图1中溶液a是物质的量浓度为0.14mol/L的NaCl溶液B.图2所示实验操作中有一处明显错误,可能导致试管2中蓝色变化不明显C.图1所示操作的原理是DNA能溶于酒精,而蛋白质等杂质不溶D.图2试管1的作用是证明物质的量浓度为2mol/L的NaCl溶液遇二苯胺出现蓝色【解析】选B。溶液a是2mol/LNaCl溶液,该步骤的目的是进一步提纯DNA,原理是利用DNA溶于2mol/L的NaCl,而不易溶于冷酒精的特性,而细胞中某些蛋白质可以溶于酒精,利用这一原理可将蛋白质和DNA进一步分离,A错误;图2所示实验的试管中溶液的液面高于烧杯中的液面,可能导致加热不充分,试管2中蓝色变化不明显,B正确;图1所示操作的原理是DNA不能溶于酒精,而蛋白质等杂质能溶,C错误;图2试管1起对照作用,目的是证明沸水浴下物质的量浓度为2mol/L的NaCl溶液遇二苯胺不会出现蓝色,而DNA遇二苯胺出现蓝色,D错误。【加固训练·拔高】

1.下列关于DNA粗提取与鉴定的叙述,错误的是(

)A.用同样方法从等体积兔血和鸡血中提取的DNA量相近B.DNA析出过程中,搅拌操作要轻柔以防DNA断裂C.预冷的乙醇可用来进一步纯化粗提的DNAD.用二苯胺试剂鉴定DNA需要进行水浴加热【解析】选A。哺乳动物(如兔)成熟的红细胞无细胞核和细胞器,细胞内基本不含DNA,故兔血不宜作为该实验的实验材料,A错误;DNA析出过程中,搅拌要轻柔且沿着一个方向,以防止DNA断裂,B正确;DNA不溶于冷乙醇,向DNA提取液中加入适量预冷的乙醇溶液,会使DNA析出,从而进一步提纯DNA,C正确;向溶有DNA的溶液中加入二苯胺试剂,沸水浴加热数分钟,溶液出现蓝色,D正确。2.(多选)下列是“肝脏细胞DNA粗提取”实验的两个关键操作步骤,相关叙述正确的是(

)A.步骤1中,加入柠檬酸钠缓冲液的目的是维持pH的稳定B.步骤1中,冰浴处理的主要原理是低温下DNA酶容易变性C.步骤2中,异戊醇的作用可能是使与DNA结合的蛋白质因变性而沉淀D.步骤2中,离心后应取上清液,因为DNA在2mol/LNaCl溶液中溶解度比较大【解析】选A、C、D。步骤1中,加入柠檬酸钠缓冲液的目的是维持pH的稳定,A正确;低温不会使酶变性失活,只能降低酶的活性,B错误;步骤2中,异戊醇的作用可能是使与DNA结合的蛋白质因变性而沉淀,C正确;DNA在2mol/L的NaCl溶液中的溶解度比较大,因此加固体NaCl使溶液浓度达到2mol/L后再离心过滤取上清液,D正确。★考点5蛋白质工程与基因工程的关系【核心·归纳与整合】列表比较蛋白质工程与基因工程:项目蛋白质工程基因工程区别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→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列或合成新基因→获得所需要的蛋白质获取目的基因→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的蛋白质定向改造生物的遗传特性,以获得人类所需的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联系①蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程②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【典题·剖析与精练】【典题示范】(2019·海南高考)人的T细胞可以产生某种具有临床价值的蛋白质(Y)①,该蛋白质由一条多肽链组成。目前可以利用现代生物技术生产Y。回答下列问题。(1)若要获得Y的基因,可从人的T细胞中提取________作为模板,在_________催化下合成cDNA,再利用________________技术在体外扩增获得大量Y的基因。

(2)将目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法。若将上述所得Y的基因插入农杆菌Ti质粒上的________中,得到含目的基因的重组Ti质粒,则可用农杆菌转化法将该基因导入某种植物的叶肉细胞中。若该叶肉细胞经培养、筛选等得到了能稳定表达Y的愈伤组织,则说明Y的基因已经________________。

(3)天然的Y通常需要在低温条件下保存。假设将Y的第6位氨基酸甲改变为氨基酸乙可提高其热稳定性,若要根据蛋白质工程的原理②对Y进行改造以提高其热稳定性,具体思路是_________________。

【题眼破译】提升信息转化能力信息转化信息(对接问题)信息①从蛋白质工程角度分析,可根据预期蛋白质的功能合成相应功能的Y蛋白质信息②根据预期蛋白质的功能对原有基因进行修饰或者合成基因,进而表达出自然界没有的蛋白质【答题关键】抓住长句表述得分点(2)不可缺少的文字“染色体DNA”。(3)不可缺少的信息“参照密码子表”。【解析】(1)若要获得Y的基因,可从人的T细胞中提取mRNA作为模板,在逆转录酶催化下合成cDNA,再利用PCR技术在体外扩增获得大量Y的基因。(2)将目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法。若将上述所得Y的基因插入农杆菌Ti质粒上的T-DNA中,若该叶肉细胞经培养、筛选等得到了能稳定表达Y的愈伤组织,则说明Y的基因已经成功表达。(3)若要根据蛋白质工程的原理对Y进行改造以提高其热稳定性,具体思路是先找到第6位氨基酸中的碱基所在的基因位置,参照密码子表,将第6位氨基酸甲的碱基替换为氨基酸乙的碱基,就能完成对天然的Y的改造。答案:(1)mRNA逆转录酶PCR(2)T-DNA整合到叶肉细胞染色体DNA上(3)找到第6位氨基酸中的碱基所在的基因位置,参照密码子表,将第6位氨基酸甲的碱基替换为氨基酸乙的碱基【对点训练】1.(2022•济宁模拟)新冠病毒通过刺突蛋白(S蛋白)的活性域(RBD)与人体细胞表面的ACE2受体相互作用感染细胞。科学家设计了一种自然界中不存在的蛋白质LCB1,可与S蛋白的RBD紧密结合,以干扰新冠病毒的感染。下列说法不合理的是(

)A.LCB1的结构可能与S蛋白的抗体有相似之处B.S蛋白的RBD结构可以为设计LCB1提供信息C.生产LCB1用到了基因工程的操作技术D.可直接从细胞中获取基因用于LCB1的生产【解析】选D。S蛋白的抗体能与S蛋白RBD特异性结合,而LCB1可与S蛋白RBD紧密结合,说明LCB1的结构与S蛋白的抗体类似,A正确;由于LCB1可与S蛋白RBD紧密结合,故LCB1可依据S蛋白的RBD结构进行设计,B正确;可用蛋白质工程进行LCB1的设计和生产,而蛋白质工程是建立在基因工程的基础之上的,因此生产LCB1用到了基因工程的操作技术,C正确;由题意知:蛋白质LCB1是一种自然界中不存在的蛋白质,故不能直接从细胞中获取基因用于LCB1的生产,D错误。2.蛋白质工程中,要对蛋白质结构进行设计改造,必须通过基因修饰或基因合成来完成,而不直接改造蛋白质的主要原因是(

)A.缺乏改造蛋白质所必需的工具酶B.蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化,操作难度大C.人类对大多数蛋白质的高级结构知之甚少D.改造基因易于操作且改造后能够遗传【解析】选D。蛋白质工程应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造,原因是任何一种天然蛋白质都是由基因编码的,改造了基因即对蛋白质进行了改造,而且改造过后可以遗传下去。如果对蛋白质直接进行改造,即使改造成功,被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。【加固训练·拔高】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)从题中所述可知,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后,该蛋白质的功能发生了改变,此过程是通过对构成蛋白质的氨基酸的排列顺序进行改造,进而改变了蛋白质的结构,从而改变了蛋白质的功能。(2)在蛋白质工程中,目的基因可以以P基因序列为基础,对生物体内原有P基因进行修饰,也可以通过人工合成法合成新的P1基因。中心法则的内容如图所示:由图可知,中心法则的全部内容包括:DNA以自身为模板进行的复制,DNA通过转录将遗传信息传递给RNA,RNA通过翻译将遗传信息表达成蛋白质;在某些病毒中RNA可自我复制(如烟草花叶病毒等),在某些病毒中能以RNA为模板逆转录合成DNA(如HIV),这是对中心法则的补充。(3)蛋白质工程的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→合成DNA→表达出蛋白质,经过该过程得到的蛋白质,需要对其生物功能进行鉴定,以保证其发挥正常作用。答案:(1)氨基酸序列(或结构)(合理即可)(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高考集训·命题前瞻【考题体验·悟透】角度一从科学思维角度,考查PCR技术1.(2021·全国甲卷)PCR技术可用于临床的病原菌检测。为检测病人是否感染了某种病原菌,医生进行了相关操作:①分析PCR扩增结果;②从病人组织样本中提取DNA;③利用PCR扩增DNA片段;④采集病人组织样本。回答下列问题:(1)若要得到正确的检测结果,正确的操作顺序应该是______________(用数字序号表示)。

(2)操作③中使用的酶是_____________________,PCR反应中的每次循环可分为变性、复性、________三步,其中复性的结果是___________________。

(3)为了做出正确的诊断,PCR反应所用的引物应该能与_________________特异性结合。

(4)PCR(聚合酶链式反应)技术是指_________________________。该技术目前被广泛地应用于疾病诊断等方面。

突破口:PCR技术,可以在短时间内大量扩增目的基因。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引物。【解析】本题考查PCR的概念、原理、过程及在临床病原菌检测上的应用。(1)检测病人是否感染了某种病原菌,可以利用核酸检测原理:首先需要采集病人组织样本,其次提取病人样本中的DNA,以此为模板,通过特异性引物对病人样本DNA中可能存在的病原菌DNA进行PCR扩增,如果出现特异性扩增产物,说明病人感染该病原菌。因此,正确的操作顺序为④②③①;(2)(3)考查内容较为简单,PCR中用到的酶是耐高温的DNA聚合酶,每次循环可分为变性、复性、延伸三步,其中复性是指引物与模板链通过碱基互补配对特异性结合。为了准确诊断是否感染某病原菌,引物应能与病原菌DNA特异性结合;(4)PCR技术是指在生物体外,快速扩增特定DNA片段的核酸合成技术。

答案:(1)④②③①(2)耐高温的DNA聚合酶延伸两种引物通过碱基互补配对与两条DNA单链结合(3)该病原菌DNA(的两条链分别)(4)(根据DNA半保留复制的原理,)在生物体外,快速扩增特定DNA片段的核酸合成技术角度二从科学探究角度,考查基因工程的工具和基本操作程序2.(2021·山东等级考)人类γ基因启动子上游的调控序列中含有BCL11A

蛋白结合位点,该位点结合BCL11A

蛋白后,γ基因的表达被抑制。通过改变该结合位点的序列,解除对γ基因表达的抑制,可对某种地中海贫血症进行基因治疗。科研人员扩增了γ基因上游不同长度的片段,将这些片段分别插入表达载体中进行转化和荧光检测,以确定BCL11A

蛋白结合位点的具体位置。相关信息如图所示。(1)为将扩增后的产物定向插入载体指导荧光蛋白基因表达,需在引物末端添加限制酶识别序列。据图可知,在F1~F7末端添加的序列所对应的限制酶是___________,在R末端添加的序列所对应的限制酶是__________。本实验中,从产物扩增到载体构建完成的整个过程共需要________种酶。

(2)将构建的载体导入除去BCL11A

基因的受体细胞,成功转化后,含F1~F6与R扩增产物的载体表达荧光蛋白,受体细胞有荧光,含F7与R扩增产物的受体细胞无荧光。含

F7与R扩增产物的受体细胞无荧光的原因是_________。

(3)向培养液中添加适量的雌激素,含F1~F4与R扩增产物的受体细胞不再有荧光,而含F5~F6与R扩增产物的受体细胞仍有荧光。若γ基因上游调控序列上与引物序列所对应的位置不含有BCL11A

蛋白的结合位点序列,据此结果可推测,BCL11A

蛋白结合位点位于______