基因工程教案

專題10.1基因工程

考情解讀

1.基因工程的誕生(I)。

2.基因工程的原理及技術(shù)(II)。

3.基因工程的應(yīng)用(II)。

4.蛋白質(zhì)工程(I)。

重點(diǎn)知識梳理

一、基因工程的操作工具

1.基因工程的概念

(1)供體：提供目的基因。

(2)操作環(huán)境：體外。

(3)操作水平：分子水平。

(4)原理：基因重組。

(5)受體：表達(dá)目的基因。

(6)本質(zhì)：性狀在受體體內(nèi)的表達(dá)。

(7)優(yōu)點(diǎn)：克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，定向改造生物的遺傳性狀。

2.DNA重組技術(shù)的基本工具

(1)限制性核酸內(nèi)切酶(簡稱：限制酶)

①來源：主要是從原核生物中分離純化出來的。

②作用：識別特定的核甘酸序列并切開特定部位的兩個(gè)核甘酸之間的磷酸二酯鍵。

③結(jié)果：產(chǎn)生黏性末端或平末端。

④下圖中的圖1和圖2分別表示的是EcoRI限制酶和SmaI限制酶的作用示意圖。EcoRI限制酶識別

的堿基序列是GAATTC,切割位點(diǎn)在G和A之間；MaI限制酶識別的堿基序列是CCCGGG,切割位點(diǎn)在

G和C之間；說明限制酶具有專一性。

切點(diǎn)

GAATTC

I+I

CTTAAG

中軸線切點(diǎn)黏性末端

圖1

中軸線(切點(diǎn))平末端

圖2

(2)DNA連接酶

①種類：按來源可分為E-coliDNA。連接酶和T4DNA連接酶。

②作用：將雙鏈DNA片段“縫合”起來，恢復(fù)被限制酶切開的兩個(gè)核甘酸之間的磷酸二酯鍵。

③DNA連接酶和限制酶的關(guān)系

一LTTTTnr限制前――11111

GAATTC、GAATTC

￡11112bNA連接酶CTTAA+_G

⑶載體

①種類：質(zhì)粒、入噬菌體的衍生物、動(dòng)植物病毒等。

'能自我復(fù)制

②質(zhì)粒的特點(diǎn)I有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)

、有特殊的標(biāo)記基因

二、基因工程的操作過程與應(yīng)用及蛋白質(zhì)工程

1.基因工程的操作過程與應(yīng)用

(1)基因工程的操作步驟

'a.從基因文庫中獲取

①獲取目的基因一＜b.利用PCR技術(shù)擴(kuò)增

C通過化學(xué)方法人工合成

'a.目的基因

b.啟動(dòng)子

②基因表達(dá)載體的構(gòu)建一組成〈/J?

c.終止子

、d.標(biāo)記基因

「a.植物：農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因

槍法、花粉管通道法

③將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞一方法彳

b.動(dòng)物：顯微注射技術(shù)

〔c.微生物：感受態(tài)細(xì)胞法

利用DNA分子雜交技術(shù)檢測目的基

因的有無

b.利用分子雜交技術(shù)檢測目的基因的

轉(zhuǎn)錄

④目的基因的檢測與鑒定＜

c.利用抗原一抗體雜交技術(shù)檢測目的

基因的翻譯

d.利用個(gè)體生物學(xué)水平的鑒定檢測重

＜組性狀的表達(dá)

(2)實(shí)例分析——抗蟲棉的培育

①圖示：

抗蟲棉的培育過程

②分析：從圖中可以看出，目的基因是Bt毒蛋白基因，使用的載體是Ti質(zhì)粒，將目的基因表達(dá)載體導(dǎo)

入受體細(xì)胞的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，請寫出兩種檢測目的基因是否表達(dá)的方法：抗原一抗體雜交法、用棉

葉飼喂棉鈴蟲。

(3)基因工程的應(yīng)用：培育轉(zhuǎn)基因植物和轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，生產(chǎn)基因工程藥物，進(jìn)行基因治療。

⑷目的基因?qū)氩煌荏w細(xì)胞的過程

生物種類植物動(dòng)物微生物

常用方法農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法顯微注射技術(shù)感受態(tài)細(xì)胞法

受體細(xì)胞體細(xì)胞或受精卵受精卵原核細(xì)胞

將目的基因插入到將含有目的基因的Ca2+處理細(xì)胞一感

Ti質(zhì)粒的T-DNA上一農(nóng)表達(dá)載體提純一取卵(受受態(tài)細(xì)胞一重組表達(dá)載

轉(zhuǎn)化

桿菌一＞導(dǎo)入植物細(xì)胞一＞精卵顯微注射一＞受精體DNA分子與感受態(tài)細(xì)

過程

整合到受體細(xì)胞染色體卵發(fā)育一獲得具有新性胞混合一感受態(tài)細(xì)胞吸

的DNA上一表達(dá)狀的動(dòng)物收DNA分子

(5)基因治療與基因診斷的不同點(diǎn)

原理操作過程進(jìn)展

基因利用正?；?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)臨床

基因表達(dá)

治療胞中，以表達(dá)出正常性狀來治療(疾病)實(shí)驗(yàn)

基因堿基互補(bǔ)制作特定DNA探針與病人樣品臨床

診斷配對DNA混合，分析雜交帶情況應(yīng)用

2.蛋白質(zhì)工程

⑴流程圖:

DNA合成氨基酸序列產(chǎn)一

基因蛋白質(zhì)一E

DNAKmRNA|~^*|D三維結(jié)構(gòu)一生物功能

折疊

寫出流程圖中字母代表的含義：

A.轉(zhuǎn)錄，B.翻譯，C.分子設(shè)計(jì).，D.多肽鏈，E.預(yù)期功能。

(2)結(jié)果：改造了現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造出新的蛋白質(zhì)。

(3)應(yīng)用：主要集中應(yīng)用于對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，改良生物性狀。

,高頻考點(diǎn)突破4

高頻考點(diǎn)一限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶等酶的作用

例1.如圖為DNA分子在不同酶的作用下所發(fā)生的變化，圖中依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA連

接酶、解旋酶作用的正確順序是()

①一?：②---------

=一=④w—

A.①②③④B.①②④③

C.①④②③D.①④③②

【答案】C

【解析】限制酶可在特定位點(diǎn)對DNA分子進(jìn)行切割；DNA聚合酶在DNA分子復(fù)制時(shí)將脫氧核甘酸連

接成脫氧核甘酸道；DNA連接酶可將限制酶切開的磷酸二酹鍵連接在一起；解旋酶的作用是將DNA雙鏈

解開螺旋，為復(fù)制或轉(zhuǎn)錄提供模板。ZX學(xué)X科k網(wǎng)

【變式探究】若要利用某目的基因(見圖甲)和P1噬菌體載體(見圖乙)構(gòu)建重組DNA(見圖丙)，限制性核

酸內(nèi)切酶的酶切位點(diǎn)分別是Bg/II(AiGATCT)、EcoRI(GiAATTC)和Sau3AI「GATC)。下列分析合理的是

()

8g/IISa”3Al

I

=T=5^T=7

EcoRiEcoR\

一表示RNA聚合酶的

移動(dòng)方向

甲

A.用EcoRI切割目的基因和Pi噬菌體載體

B.用Bglli和EcoRI切割目的基因和Pi噬菌體載體

C.用Bg/II和Sau3AI切割目的基因和Pi噬菌體載體

D.用EcoRI和Sau3AI切割目的基因和Pi噬菌體載體

【答案】D

【解析】解答本題的關(guān)鍵是要看清切割后目的基因插入的方向，只有用EcoRI和Sau3AI切割目的基

因和Pi噬菌體載體，構(gòu)建的重組DNA中RNA聚合酶在插入的目的基因上的移動(dòng)方向才一定與圖丙相同。

zx學(xué)x科k網(wǎng)

高頻考點(diǎn)二載體的作用及特點(diǎn)分析

例3.下列關(guān)于載體的敘述中，錯(cuò)誤的是（）

A.載體與目的基因結(jié)合后，實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)重組DNA分子

B.對某種限制酶而言，載體最好只有一個(gè)切點(diǎn)，但還要有其他多種酶的切點(diǎn)

C.目前常用的載體有質(zhì)粒、兒噬菌體的衍生物和動(dòng)植物病毒

D.載體具有某些標(biāo)記基因，便于對其進(jìn)行切割

【答案】D

【解析】載體必須具備的條件有：①對受體細(xì)胞無害，不影響受體細(xì)胞正常的生命活動(dòng)；②具有

自我復(fù)制能力，或能整合到受體細(xì)胞的染色體DNA上，隨染色體DNA的復(fù)制而同步復(fù)制；③具有一

個(gè)至多個(gè)限制酶切點(diǎn)，以便目的基因可以插入到載體中；④帶有特殊的標(biāo)記基因，如抗生素抗性基因，

以便于對外源基因是否導(dǎo)入進(jìn)行檢測；⑤載體DNA分子大小適合，以便于提取和進(jìn)行體外操作。

【變式探究】如圖是表達(dá)新基因用的質(zhì)粒的示意圖，若要將目的基因插入到質(zhì)粒上的A處，則切割基

因時(shí)可用的是（）

BamHl

\EcoB

\Cla\

\

//iTidlllPst\

抗青霉

EcoRI素基因

A.HindHIB.EcoRI

C.EcoBD.PstI

【答案】C

【解析】A處有BamHI、EcoB、ClaI限制酶的切點(diǎn)，使用A-D中的EcoB切割時(shí)，才能讓目的基

因插入到A處。

高頻考點(diǎn)三目的基因的獲取及基因表達(dá)載體的構(gòu)建

例3.如圖表示用化學(xué)方法合成目的基因I的過程。據(jù)圖分析，下列敘述正確的是（）

-------DNA單鏈a

①]-------DNA單鏈b

XUIU----------b

②]-------DNA單鏈c

|-------DNA單鏈d

a一一￡一

~~XUJXWJUJXUJI_HIU3J3??sd

A.過程①需要DNA連接酶

B.過程②需要限制性核酸內(nèi)切酶

C.目的基因I的堿基序列是已知的

D.若某質(zhì)粒能與目的基因I重組，則該質(zhì)粒和目的基因I的堿基序列相同

【答案】C

【解析】題圖所示為化學(xué)方法合成目的基因的過程。①②過程依賴堿基互補(bǔ)配對原則進(jìn)行。質(zhì)粒和目

的基因的堿基序列一般不相同。zx學(xué)x科k網(wǎng)

【變式探究】下圖是利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)可食用疫苗的部分過程，其中Psfl、EcoRl、ApaI

為四種限制性核酸內(nèi)切酶。下列有關(guān)說法中正確的是（）

A.圖示過程是基因工程的核心步驟，所需的限制性核酸內(nèi)切酶均來自原核生物

B.圖示中構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí)，需用到一種限制性核酸內(nèi)切酶

C.一種限制性核酸內(nèi)切酶只能識別一種特定的核糖核昔酸序列

D.抗卡那霉素基因的存在有利于將含有抗原基因的細(xì)胞篩選出來

【答案】D

【解析】圖示表示基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程，這是基因工程的核心步驟，所需的限制性核酸內(nèi)切酶一

般來自原核生物，A錯(cuò)誤；此表達(dá)載體構(gòu)建時(shí)需要用到EcoRi、PsfI限制性核酸內(nèi)切酶，B錯(cuò)誤；限制酶

具有特異性，即一種限制性核酸內(nèi)切酶只能識別一種特定的脫氧核甘酸序列并在特定的位點(diǎn)切割，C錯(cuò)誤；

抗卡那霉素基因作為標(biāo)記基因，主要作用是篩選含有目的基因的受體細(xì)胞，D正確。

高頻考點(diǎn)四基因工程的操作及應(yīng)用實(shí)例分析

例4.下面圖1為某植物育種流程，圖2表示利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法獲得某種轉(zhuǎn)基因植物的部分操作步驟。

下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是（）

圖1

圖2

A.圖1子代I與原種保持遺傳穩(wěn)定性，子代II和子代III選育原理相同

B.圖1子代III選育顯性性狀需自交多代，子代V可能發(fā)生基因突變和染色體變異

C.圖2中①過程的完成需要限制酶和DNA連接酶的參與

D.圖2中⑥可與多個(gè)核糖體結(jié)合，并可以同時(shí)翻譯出多種蛋白質(zhì)

【答案】D

【解析】子代植株I是體細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)生的，利用的原理是植物細(xì)胞的全能性，屬于無性繁殖，所

以與原種保持著遺傳穩(wěn)定性；子代植株n為基因工程育種產(chǎn)生的、子代植株in為雜交育種產(chǎn)生的，選

育的原理都為基因重組，A正確；子代III的選育過程為雜交育種，如果需要顯性純合子，則一定要自

交選育多代；子代v的選育過程需要用物理因素'化學(xué)因素等來處理生物，所以可能發(fā)生基因突變和

染色體變異，B正確；圖2中①過程是構(gòu)建基因表達(dá)載體，其完成需要限制酶和DNA連接酶的參與，

C正確；圖2中⑥可與多個(gè)核糖體結(jié)合，并可以同時(shí)翻譯出多個(gè)同種蛋白質(zhì)分子，D錯(cuò)誤。ZX學(xué)x科k網(wǎng)

高頻考點(diǎn)五蛋白質(zhì)工程概念和過程的辨析

例5.現(xiàn)代生物技術(shù)并不是各自獨(dú)立的，而是相互聯(lián)系、相互滲透的。下圖表示利用乳腺生物反應(yīng)器生

產(chǎn)某種動(dòng)物蛋白的流程示意圖，請分析回答下列問題：

(1)該生產(chǎn)流程中應(yīng)用到的現(xiàn)代生物技術(shù)有、(寫出其中兩種)。

(2)圖中A、B分別表示、o

(3)為提高培育成功率，進(jìn)行②過程之前，對早期胚胎的處理是取其部分細(xì)胞用目的基因探針進(jìn)行

檢測，對受體動(dòng)物的處理是用進(jìn)行同期發(fā)情處理。

(4)蛋白質(zhì)工程中，要對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，必須通過基因修飾或基因合成來完成，而不直接改

造蛋白質(zhì)，原因是?

【答案】（1）蛋白質(zhì)工程基因工程胚胎移植技術(shù)（任寫兩種）（2）推測應(yīng)有的氨基酸序列基因表達(dá)

（3）DNA（核酸）分子雜交促性腺激素（4）改造后的基因能夠遺傳（且改造基因易于操作）

【解析】（1）由圖分析知該生產(chǎn)流程中應(yīng)用到的現(xiàn)代生物技術(shù)有蛋白質(zhì)工程、基因工程、胚胎移植技術(shù)

等。（2）圖中A、B分別表示推測應(yīng)有的氨基酸序列、基因表達(dá)載體。（3）為提高培育成功率，進(jìn)行②過程之

前，對早期胚胎的處理是取其部分細(xì)胞用目的基因探針進(jìn)行DNA分子雜交，對受體動(dòng)物的處理是用促性腺

激素進(jìn)行同期發(fā)情處理。（4）由于改造后的基因能夠遺傳（且改造基因易于操作），因此蛋白質(zhì)工程中，要對蛋

白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，必須通過基因修飾或基因合成來完成，而不直接改造蛋白質(zhì)。ZX學(xué)X科k網(wǎng)

高頻考點(diǎn)六基因工程的操作工具

例6、圖1表示含有目的基因D的DNA片段長度（bp即堿基對）和部分堿基序列，圖2表示一種質(zhì)粒的

結(jié)構(gòu)和部分堿基序列。現(xiàn)有MspI、BamHI、Mb。I、SmaI4種限制性核酸內(nèi)切酶，它們識別的堿基序

列和酶切位點(diǎn)分別為C^CGG、G'GATCC,‘GATC、CCC,GGG。請回答下列問題。

目的基因D

GGATCCCJGCGGGCCCGGG

GGGCCCCCTAGG

l.■,lIIIIIIl,■,lIIIIIIIII

796bp“二?658bpA|

圖1

GGATCC

CCTAGG

CCGG

GGCC

VJ

抗生素

抗性基因[GATFI

[CTAG]

圖2

（1）圖1的一條脫氧核甘酸鏈中相鄰兩個(gè)堿基之間依次由__________連接。

⑵若用限制酶SmaI完全切割圖1中DNA片段，產(chǎn)生的末端是末端，其產(chǎn)物長度為

（3）若圖1中虛線方框內(nèi)的堿基對被T—A堿基對替換，那么基因D就突變?yōu)榛騞o從雜合子中分離

出圖1及其對應(yīng)的DNA片段，用限制酶57Ml完全切割，產(chǎn)物中共有種不同長度的DNA片段。

（4）若將圖2中質(zhì)粒和目的基因D通過同種限制酶處理后進(jìn)行連接，形成重組質(zhì)粒，那么應(yīng)選用的限制

酶是o在導(dǎo)入重組質(zhì)粒后，為了篩選出含重組質(zhì)粒的大腸桿菌，一般需要用添加

的培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)。經(jīng)檢測，部分含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌菌株中目的基因D不能正確

表達(dá)，其最可能的原因是。

【解析】(1)題干中強(qiáng)調(diào)“一條脫氧核苔酸椎中相鄰兩個(gè)堿基”，可通過畫出DNA結(jié)構(gòu)示意圖解決。

(2)S/aI識別并切割的序列為CCCGGG,所以產(chǎn)生的末端為平末端，經(jīng)SwaI切割后，DNA片段會(huì)

形成三個(gè)小的DNA片段，按切割位點(diǎn)算分別是：534+3=537(bp)；796-3-3=790(bp);658+3=

661(bp)o(3)用SmaI切割基因D,會(huì)形成537bp、790bp.661bp三種類型。題圖1中虛線方框內(nèi)C-G

被T-A替換，失去了一個(gè)酶切位點(diǎn)，則會(huì)被切割成534+796—3=1327(bp話口658+3=661(bp)兩種類

型。所以一共會(huì)得到537bp、790bp、1327bp、661bp4種類型的片段。(4)根據(jù)基因D和質(zhì)粒的核音

酸序列可知，可選用I和M＞。I進(jìn)行切割，但一依。I會(huì)破壞掉兩種抗生素抗性基因，因此只能

用BamHI進(jìn)行切割。zx學(xué)x科k網(wǎng)

【答案】(1)脫氧核糖、磷酸、脫氧核糖

(2)平537bp、790bp、661bp

(3)4

I抗生素B同種限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因D與質(zhì)粒反向連接

【變式探究】下表是幾種限制酶識別序列及其切割位點(diǎn)，圖1、圖2中標(biāo)注了相關(guān)限制酶的酶切位點(diǎn),

其中切割位點(diǎn)相同的酶不重復(fù)標(biāo)注。請回答下列問題：

限制酶BamHIBdISaw3AIHindJU

識別序列及GGATCCTGATCAGATCAAGCTT

切割位點(diǎn)CCTAGGACTAGTCTAGTTCGAA

t

四環(huán)素抗性基因

BamHI引物甲HindHI

I---?

&/1/弓I物丙

目的基因

圖1圖2

(1)用圖中質(zhì)粒和目的基因構(gòu)建重組質(zhì)粒，應(yīng)選用兩種限制酶切割，酶切后的載體和目的基因

片段，通過酶作用后獲得重組質(zhì)粒。為了擴(kuò)增重組質(zhì)粒，需將其轉(zhuǎn)入處于態(tài)的大腸桿菌。

(2)為了篩選出轉(zhuǎn)入了重組質(zhì)粒的大腸桿菌，應(yīng)在篩選平板培養(yǎng)基中添加，平板上長出的菌落,

常用PCR鑒定，所用的引物組成為圖2中。

(3)若及mHI酶切的DNA末端與BaI酶切的DNA末端連接，連接部位的6個(gè)堿基對序列為,

對于該部位，這兩種酶(填“都能”、“都不能”或“只有一種能”)切開。

(4)若用Sau3AI切圖1質(zhì)粒最多可能獲得種大小不同的DNA片段。

【解析】(1)選捺的限制酶應(yīng)在目的基因兩端且在質(zhì)粒中存在識別位點(diǎn)，故可以用來切割的限制酶為Bel

I、Hind111.BamUI和Sou3AI,但由于35MHI和苑BAI可能使質(zhì)粒中的啟動(dòng)子丟失或破壞抗性基

因，所以應(yīng)選用慶/I、H川加1兩種限制酶切割。酶切后的載體和目的基因片段，通過DNA連接酶作用后

獲得重組質(zhì)粒。為了擴(kuò)增重組質(zhì)粒，需將其轉(zhuǎn)入感受態(tài)的大腸桿菌中，使其增殖。(2)根據(jù)質(zhì)粒上抗性基因，

為了篩選出轉(zhuǎn)入了重組質(zhì)粒的大腸桿菌，應(yīng)在篩選平板培養(yǎng)基中添加四環(huán)素。平板上長出的菌落，常用PCR

鑒定，目的基因DNA受熱變性后解建為單璉，引物需要與單捱兩端相應(yīng)互補(bǔ)序列結(jié)合，故所用引物組成是

圖2中的引物甲和引物丙。(3)若5miHI酶切的DNA末?就口5al酶切的DNA末端連接，連接部位的6

個(gè)堿基對序列為

TGATCC<GGATCA>

AKTALACOTALT，由于兩種酶均不能識別該部位的堿基對序列，所用兩種酶都不能切開該部位。

AC1AGG\CC1AG1J

(4)根據(jù)8"I、BamHI和Sa”3AI的酶切位點(diǎn)，Sau3AI在質(zhì)粒上有三個(gè)酶切位點(diǎn)，完全酶切可得到記為

A、B、C三種片段，若部分位點(diǎn)被切開，可得到AB、AC、BC、ABC四種片段，所以用3AI切質(zhì)粒

最多可能獲得7種大小不同的DNA片段。zx學(xué)x科k網(wǎng)

【答案】(1)Bc/I和HindIIIDNA連接感受

(2)四環(huán)素引物甲和引物丙

TGATCC/GGATCA、

(3)ACTACCCCTACT都不能(4)7

AClACrClACri/

高頻考點(diǎn)七基因工程的操作過程與應(yīng)用

例7.根據(jù)基因工程的有關(guān)知識，回答下列問題：

(DeDNA文庫屬于________基因文庫，其構(gòu)建方法是：用某種生物發(fā)育的某個(gè)時(shí)期的反轉(zhuǎn)錄

產(chǎn)生的eDNA片段，與連接后儲存在一個(gè)受體菌群中。

(2)切割DNA分子的工具是,它能使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核甘酸之間的斷開，

形成黏性末端或平末端。

(3)基因工程中所使用的DNA連接酶有兩類。既可以“縫合”黏性末端，又可以“縫合”平末端的是

DNA連接酶。

(4)將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞采用最多的方法是；如果受體細(xì)胞是大腸桿菌，需要用

處理細(xì)胞，使之成為感受態(tài)細(xì)胞，才能吸收DNA分子。

【解析】(D基因文庫包括基因組文庫和部分基因文庫如eDNA文庫。eDNA文庫構(gòu)建的方法是：

用某種生物發(fā)育的某個(gè)時(shí)期的mRNA反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的eDNA片段，與載體連接后儲存在一個(gè)受體菌群中。

(2)切割DNA分子的工具是限制酶，它作用的化學(xué)鍵是磷酸二酯鍵。限制酶切割DNA后形成黏性末端

或平末端。(3)基因工程中所使用的DNA連接酶有E?co/iDNA連接酶和T4DNA連接酶兩類，前者只

可"縫合”委占性末端，后者既可以“縫合”黏性末端，又可以“縫合”平末端。(4)將目的基因?qū)胫?/p>

物細(xì)胞采用最多的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法；如果受體細(xì)胞是大腸桿菌，需要用Ca?-處理細(xì)胞，使之成為

感受態(tài)細(xì)胞，才能吸收DNA分子。zx學(xué)x科k網(wǎng)

【答案】⑴部分mRNA載體

(2)限制性核酸內(nèi)切酶磷酸二酯鍵

⑶T4

(4)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法Ca2+

【變式探究】如圖是獲得轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的技術(shù)流程示意圖。請回答:

(l)A-B利用的技術(shù)稱為,其中②過程需要熱穩(wěn)定的酶才能完成。

(2)圖中將目的基因?qū)朊藁?xì)胞需要經(jīng)過C過程，該過程為構(gòu)建,其目的是使目的基因在受

體細(xì)胞中穩(wěn)定存在且可以遺傳給下一代，并能表達(dá)。

(3)上述流程示意圖中，將目的基因?qū)朊藁?xì)胞所采用的方法是法，該方法一般(填

“適宜”或“不適宜”)用于將目的基因?qū)雴巫尤~植物。

(4)從F-G的過程利用的主要技術(shù)為,欲確定抗蟲基因在G體內(nèi)是否表達(dá)，在個(gè)體水平上需

要做實(shí)驗(yàn)。如果抗蟲基因?qū)氤晒?，且與某條染色體的DNA整合起來，該轉(zhuǎn)基因抗蟲棉可視為雜

合子，將該轉(zhuǎn)基因抗蟲棉自交一代，預(yù)計(jì)后代中抗蟲植株占o(jì)

【解析】(l)AfB是PCR技術(shù)中的操作，②過程是PCR技術(shù)中的延伸過程，需要耐熱的DNA聚合酶

夢與。(2)過程C是構(gòu)建基因表達(dá)載體。(3)圖中顯示，將目的基因?qū)朊藁?xì)胞的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，該

方法不適于將目的基因?qū)雴巫尤~植物，這是因?yàn)檗r(nóng)桿菌對大多數(shù)單子葉植物沒有感染力。(4)F-G過程是

將棉花體細(xì)胞培育形成新的個(gè)體，需要采用植物組織培養(yǎng)技術(shù)；檢測抗蟲基因在轉(zhuǎn)基因植株體內(nèi)是否表達(dá),

在個(gè)體水平上需要做抗蟲接種實(shí)臉；假設(shè)抗蟲基因?yàn)锳,則該雜合子基因型可以表示為AO,A0自交，后代

中抗蟲植株A_和非抗蟲植株00分別占3/4、1/4。

【答案】(l)PCRKzqDNA聚合(2)基因表達(dá)載體

(3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化不適宜(4)植物組織培養(yǎng)抗蟲接種3/4

高頻考點(diǎn)八基因工程的應(yīng)用及蛋白質(zhì)工程

例8.干擾素是動(dòng)物體內(nèi)合成的一種蛋白質(zhì)，可以用于治療病毒感染和癌癥，但體外保存相當(dāng)困難，如

果將其分子上的一個(gè)半胱氨酸轉(zhuǎn)變成絲氨酸，就可在一70℃條件下保存半年，請根據(jù)以上信息回答下列問

題：

(1)蛋白質(zhì)的合成是受基因控制的，因此獲得能夠控制合成“可以保存的干擾素”的基因是生產(chǎn)的關(guān)鍵,

依據(jù)蛋白質(zhì)工程原理，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程，讓動(dòng)物生產(chǎn)”可以保存的干擾素”。寫出下列方框中相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)步

驟。

囚邏t回螞?鯉回

A.；B.

C.；D.

(2)基因工程與蛋白質(zhì)工程相比較，基因工程在原則上只能生產(chǎn)的蛋白質(zhì)，不一定符合

需要。而蛋白質(zhì)工程是以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過

或,對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生

活需要。

(3)蛋白質(zhì)工程實(shí)施的難度很大，原因是蛋白質(zhì)具有十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

(4)對天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造時(shí)，應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是應(yīng)該通過對基因的操作來實(shí)現(xiàn)？

原因是O

【解析】本題綜合考查了蛋白質(zhì)工程與基因工程的異同，并考查了蛋白質(zhì)工程的原理及其在生產(chǎn)實(shí)踐

中的應(yīng)用。蛋白質(zhì)工程是研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能、蛋白質(zhì)折疊、蛋白質(zhì)分子設(shè)計(jì)等一系列分子生物學(xué)問

題的一種新型的、強(qiáng)有力的手段。通過對蛋白質(zhì)工程的研究，可以深入地揭示生命現(xiàn)象的本質(zhì)和生命活動(dòng)

的規(guī)律。基因工程遵循中心法則，從DNAfmRNAf蛋白質(zhì)，基本上是生產(chǎn)出自然界已有的蛋白質(zhì)。蛋白

質(zhì)工程則是按照相反的思路進(jìn)行的，其基本流程是預(yù)期蛋白質(zhì)的功能一設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)一推測應(yīng)有

的氨基酸序列一合成相應(yīng)的脫氧核甘酸序列一創(chuàng)造出需要的蛋白質(zhì)。zx學(xué)x科k網(wǎng)

【答案】(1)預(yù)期蛋白質(zhì)的功能蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)應(yīng)有的氨基酸序列相應(yīng)的脫氧核甘酸序歹女基因)

(2)自然界已存在人類生產(chǎn)和生活的基因修飾基因合成改造(3)空間(或高級)(4)應(yīng)該通過對基因

的操作來實(shí)現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)的改造首先，任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因也就是對

蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且改造過的蛋白質(zhì)可以通過改造過的基因遺傳下去；如果對蛋白質(zhì)直接改造，即使

改造成功，被改造過的蛋白質(zhì)分子也無法遺傳。其次，對基因進(jìn)行改造比直接對蛋白質(zhì)進(jìn)行改造要容易操

作，難度要小得多

【變式探究】已知生物體內(nèi)有一種蛋白質(zhì)(P),該蛋白質(zhì)是一種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，由305個(gè)氨基酸組成。如果

將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸，240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸，改變后的蛋白質(zhì)(Pi)不但保留P

的功能，而且具有了酶的催化活性?；卮鹣铝袉栴}：

(1)從上述資料可知，若要改變蛋白質(zhì)的功能，可以考慮對蛋白質(zhì)的進(jìn)行改造。

(2)以P基因序列為基礎(chǔ)，獲得Pi基因的途徑有修飾________基因或合成________基因。所獲得的基因

表達(dá)時(shí)是遵循中心法則的，中心法則的全部內(nèi)容包括的復(fù)制，以及遺傳信息在不同分子之間的流

動(dòng),即：?

(3)蛋白質(zhì)工程也被稱為第二代基因工程，其基本途徑是從預(yù)期蛋白質(zhì)功能出發(fā)，通過和

，進(jìn)而確定相對應(yīng)的脫氧核甘酸序列，據(jù)此獲得基因，再經(jīng)表達(dá)、純化獲得蛋白質(zhì)，之后還需要

對蛋白質(zhì)的生物進(jìn)行鑒定。

【解析】(1)從題中所述資料可知，將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸，240位的谷氨酰胺變

成苯丙氨酸后，該蛋白質(zhì)的功能發(fā)生了改變，此過程是通過對構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸的排列順序進(jìn)行改

造，進(jìn)而改變了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而改變了蛋白質(zhì)的功能。(2)在蛋白質(zhì)工程中，目的基因可以以P基

因序列為基礎(chǔ)，對生物體內(nèi)原有P基因進(jìn)行修飾，也可以通過人工合成法合成新的Pi基因。

中心法則的內(nèi)容如下圖所示:

復(fù)制9薪M篇巧A」瞳，蛋白質(zhì)

由圖可知，中心法則的全部內(nèi)容包括：DNA以自身為模板進(jìn)行的復(fù)制，DNA通過轉(zhuǎn)錄將遺傳信息傳遞

給RNA,最后RNA通過翻譯將遺傳信息表達(dá)成蛋白質(zhì);在某些病毒中RNA可自我復(fù)制（如煙草花葉病毒等）,

在某些病毒中能以RNA為模板逆轉(zhuǎn)錄合成DNA（如HIV）,這是對中心法則的補(bǔ)充。（3）蛋白質(zhì)工程的基本途

徑是預(yù)期蛋白質(zhì)功能一設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)f推測應(yīng)有的氨基酸序列一合成DNA-表達(dá)出蛋白質(zhì)，經(jīng)過

該過程得到的蛋白質(zhì)，需要對其生物功能進(jìn)行鑒定，以保證其發(fā)揮正常作用。zx學(xué)x科k網(wǎng)

【答案】（1）氨基酸序列（或結(jié)構(gòu)）

（2）PPiDNA和RNA（或遺傳物質(zhì)）DNA-RNA、RNA-DNA、RNA-蛋白質(zhì)（或轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄、

翻譯）

（3）設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)推測氨基酸序列功能

真題感悟

1.（2016江蘇卷.33）（9分）下表是幾種限制酶識別序列及其切割位點(diǎn)，圖1、圖2中標(biāo)注了相關(guān)限制

酶的酶切位點(diǎn)，其中切割位點(diǎn)相同的酶不重復(fù)標(biāo)注。請回答下列問題:

（1）用圖中質(zhì)粒和目的基因構(gòu)建重組質(zhì)粒，應(yīng)選用兩種限制酶切割，酶切后的載體和目的基因

片段，通過酶作用后獲得重組質(zhì)粒。為了擴(kuò)增重組質(zhì)粒，需將其轉(zhuǎn)入處于

態(tài)的大腸桿菌。

（2）為了篩選出轉(zhuǎn)入了重組質(zhì)粒的大腸桿菌，應(yīng)在篩選平板培養(yǎng)基中添加，平板上長出的

菌落，常用PCR鑒定，所用的引物組成為圖2中。

（3）若BamHI酶切的DNA末端與8c/I酶切的DNA末端連接，連接部位的6個(gè)堿基對序列為,

對于該部位，這兩種酶—（填“都能”、“都不能”或“只有一種能“）切開。

（4）若用3Al切圖1質(zhì)粒最多可能獲得一種大小不同的DNA片段。

【答案】（1）Bell和Hindlll連接感受（2）四環(huán)素引物甲和引物丙

TGATCC（GGATCA、

都不能

（3）ACTAGGICCTAGTJ（4）7

【解析】（1）選擇的限制酶應(yīng)在目的基因兩端存在識別位點(diǎn)，但BamHI可能使質(zhì)粒中啟動(dòng)子丟失，因

此只能選Bell和HindUL酶切后的載體和目的基因片段，通過DNA連接酶作用后獲得重組質(zhì)粒。為了擴(kuò)

增重組質(zhì)粒，需將其轉(zhuǎn)入處于感受態(tài)的大腸桿菌。zx學(xué)x科k網(wǎng)

（2）為了篩選出轉(zhuǎn)入了重組質(zhì)粒的大腸桿菌，根據(jù)質(zhì)粒上的抗性基因，應(yīng)在篩選平板培養(yǎng)基中添加四

環(huán)素。PCR技術(shù)要求兩種引物分別和目的基因的兩條單捱結(jié)合，沿相反的方向合成子璉。

（3）根據(jù)BamHI和BelI的酶切位點(diǎn)，BamHI酶切的DNA末端與Bell酶切的DNA末端連接，連接

TGATCC/G（；AIX：\\

部位的6個(gè)堿基對序列為'crAGGCCTV,;1,與兩種酶的酶切位點(diǎn)均不同。

（4）根據(jù)BamH、Bell和Sau3Al的酶切位點(diǎn)，Sau3AI在質(zhì)粒上有三個(gè)酶切位點(diǎn)，完全酶切可得到記

為A、B、C三種片段，若部分位點(diǎn)被切開，可得到AB、AC、BC、ABC四種片段，所以用Sau3Al切圖1

質(zhì)粒最多可能獲得7種大小不同的DNA片段。

【考點(diǎn)定位】基因工程，限制酶，連接酶，重組質(zhì)粒

2.（2016課標(biāo)1卷.40）某一質(zhì)粒載體如圖所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的基因失

活（Ampr表示氨葦青霉素抗性基因，Tet「表示四環(huán)素抗性基因）。有人將此質(zhì)粒載體用BamHI酶切后，與

用BamHI酶切獲得的目的基因混合，加入DNA連接酶進(jìn)行連接反應(yīng)，用得到的混合物直接轉(zhuǎn)化大腸桿菌，

結(jié)果大腸桿菌有的未被轉(zhuǎn)化，有的被轉(zhuǎn)化。被轉(zhuǎn)化的大腸桿菌有三種，分別是含有環(huán)狀目的基因、含有質(zhì)

粒載體、含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌?；卮鹣铝袉栴}：

（1）質(zhì)粒載體作為基因工程的工具，應(yīng)具備的基本條件有（答出兩點(diǎn)即可）。

而作為基因表達(dá)載體，除滿足上述基本條件外，還需具有啟動(dòng)子和終止子。

（2）如果用含有氨革青霉素的培養(yǎng)基進(jìn)行篩選，在上述四種大腸桿菌細(xì)胞中，未被轉(zhuǎn)化的和僅含有環(huán)

狀目的基因的細(xì)胞是不能區(qū)分的，其原因是;并且______________和的細(xì)

胞也是不能區(qū)分的，其原因是。在上述篩選的基礎(chǔ)上，若要篩選含有插入了目的基因的重組

質(zhì)粒的大腸桿菌的單菌落，還需使用含有是的固體培養(yǎng)基。

（3）基因工程中，某些噬菌體經(jīng)改造后可以作為載體，其DNA復(fù)制所需的原料來自于

【答案】（1）能夠自我復(fù)制、具有標(biāo)記基因、具有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)（答出兩點(diǎn)即可）

（2）二者均不含氨葦青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基上都不能生長含有質(zhì)粒載體含有插

入了目的基因的重組質(zhì)粒（或答含有重組質(zhì)粒）二者都含氨葦青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基上均能生

長四環(huán)素

（3）受體細(xì)胞

【解析】（1）質(zhì)粒載體作為基因工程的工具，應(yīng)具備的基本條件有：能夠自我復(fù)制、具有標(biāo)記基因、

具有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)等。zx學(xué)x科k網(wǎng)

（2）依題意可知，目的基因插入后，導(dǎo)致四環(huán)素抗性基因（TeF）失活，而氨甘青毒素抗性基因（AmpO

仍能行使正常功能。如果用含有氨甘青毒素的培養(yǎng)基進(jìn)行篩選，在上述四種大腸桿菌細(xì)胞中，未被轉(zhuǎn)化的

和僅含有環(huán)狀目的基因的細(xì)胞，因二者均不含氨芳青毒素抗性基因，在該培養(yǎng)基上都不能生長，所以是不

能區(qū)分的；含有質(zhì)粒載體和含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的細(xì)胞，因二者都含氨甘青毒素抗性基因，在

該培養(yǎng)基上都能生長，因此也是不能區(qū)分的。在上述篩選的基礎(chǔ)上，若要篩選含有插入了目的基因的重組

質(zhì)粒的大腸桿菌的單菌落，還需使用含有四環(huán)素的固體培養(yǎng)基；因目的基因插入后，導(dǎo)致四環(huán)素抗性基因

（Tef）失活，含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌在該培養(yǎng)基中不能生長，而含有質(zhì)粒載體的則

能正常生長。

（3）噬菌體是專門寄生在細(xì)菌細(xì)胞中的病毒，在侵染細(xì)菌時(shí)，噬菌體的DNA進(jìn)入到細(xì)菌細(xì)胞中，而

蛋白質(zhì)外殼仍留在細(xì)胞外；在噬菌體的DNA的指導(dǎo)下，利用細(xì)菌細(xì)胞中的物質(zhì)來合成噬菌體的組成成分，

據(jù)此可推知：基因工程中，某些噬菌體經(jīng)改造后可以作為載體，其DNA復(fù)制所需的原料來自于受體細(xì)胞。

【考點(diǎn)定位】基因工程

3.（2016新課標(biāo)III卷.40）圖（a）中的三個(gè)DNA片段上依次表示出了EcoRI、BamHI和Sau3Al三

種限制性內(nèi)切酶的識別序列與切割位點(diǎn)，圖（b）為某種表達(dá)載體示意圖（載體上的EcoRI、Sau3AI

的切點(diǎn)是唯一的）。

抗生素抗性莖因

根據(jù)基因工程的有關(guān)知識，回答下列問題：

(1)經(jīng)BamHI酶切割得到的目的基因可以與上述表達(dá)載體被酶切后的產(chǎn)物連接，理

由是o

(2)若某人利用圖(b)所示的表達(dá)載體獲得了甲、乙、丙三種含有目的基因的重組子，如圖(c)所

示。這三種重組子中，不能在宿主細(xì)胞中表達(dá)目的基因產(chǎn)物的有，不能表達(dá)的原因是

(3)DNA連接酶是將兩個(gè)DNA片段連接起來的酶，常見的有和,其中既

能連接黏性末端又能連接平末端的是o

【答案】(1)Sau3AI兩種梅切割后產(chǎn)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啟動(dòng)子的上游，丙中目的基因插入在終止子的下游，兩者

目的基因均不能轉(zhuǎn)錄

(3)E-coliDNA連接酶T4DNA連接酶T4DNA連接酶

【解析】3）由于限制酶Sau3AI與BamHI切割后產(chǎn)生的片段具有相同的黏性末端，所以經(jīng)BamHI

酶切割得到的目的基因可以與上述表達(dá)載體被Sau3AI酶切后的產(chǎn)物連接。

（2）啟動(dòng)子是一段有特殊序列的DNA片段，它是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，有了它才能驅(qū)動(dòng)基

因轉(zhuǎn)錄出mRNA,最終獲得所需要的蛋白質(zhì)。終止子也是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA短片段，相當(dāng)于一盞紅色

信號燈，使轉(zhuǎn)錄在所需要的地方停止下來。在基因表達(dá)載體中，啟動(dòng)子應(yīng)位于目的基因的苜端，終止子應(yīng)

位于目的基因的尾端，這樣目的基因才能表達(dá)。而圖甲中目的基因插入在啟動(dòng)子的上游，丙中目的基因插

人在終止子的下游，兩者目的基因均不能轉(zhuǎn)錄，所以都不能表達(dá)目的基因的產(chǎn)物。

（3）常見DNA連接酶的有E-coliDNA連接酶和T4DNA連接酶，其中既能連接黏性末端又能連接平末

端的是T4DNA連接酶。zx學(xué)x科k網(wǎng)

【考點(diǎn)定位】基因工程的原理及技術(shù)

4.（2016天津卷.7）（12分）人血清白蛋白（HSA）具有重要的醫(yī)用價(jià)值，只能從血漿中制備。下圖是以

基因工程技術(shù)獲取重組HSA（rHSA）的兩條途徑。

（1）獲取HSA基因，首先需采集人的血液，提取合成總cDNA,然后以cDNA為模板,

采用PCR技術(shù)擴(kuò)增HSA基因。下圖中箭頭表示一條引物結(jié)合模板的位置及擴(kuò)增方向，請用箭頭在方框內(nèi)標(biāo)

出標(biāo)出另一條引物的位置及擴(kuò)增方向。

HSA基因

二一二

（2）啟動(dòng)子通常具有物種及組織特異性，構(gòu)建在水稻胚乳細(xì)胞內(nèi)特異表達(dá)rHSA的載體，需要選擇的

啟動(dòng)子是（填寫字母，單選）。

A.人血細(xì)胞啟動(dòng)子B.水稻胚乳細(xì)胞啟動(dòng)子C.大腸桿菌啟動(dòng)子D.農(nóng)桿菌啟動(dòng)子

（3）利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化水稻受體細(xì)胞的過程中，需添加酚類物質(zhì)，其目的是

（4）人體合成的初始HSA多肽，需要經(jīng)過膜系統(tǒng)加工形成正確的空間結(jié)構(gòu)才能有活性。與途徑II相

比，選擇途徑［獲取rHSA的優(yōu)勢是-

（5）為證明rHSA具有醫(yī)用價(jià)值，須確認(rèn)rHSA與的生物學(xué)功能一致。

【答案】（12分）（1）總RNA（或mRNA）

HSA范因

（2）B

（3）吸引農(nóng)桿菌移向水稻受體細(xì)胞，有利于目的基因成功轉(zhuǎn)化

（4）水稻是真核生物，具有膜系統(tǒng)，能對初始rHSA多肽進(jìn)行高效加工

（5）HAS

【解析】（1〉合成總cDNA需提取細(xì)胞中所有的mRNA,然后通過反轉(zhuǎn)錄過程進(jìn)行合成。采用PCR

技術(shù)擴(kuò)增HSA基因時(shí)，兩條引物分別與模板鏈的5,端結(jié)合，擴(kuò)增方向相反。

（2）根據(jù)啟動(dòng)子通常具有物種及組織特異性可知，構(gòu)建在水稻胚乳細(xì)胞內(nèi)特異表達(dá)rHSA的載體，需

要選擇的啟動(dòng)子是水稻胚乳細(xì)胞啟動(dòng)子。

（3）利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化水稻受體細(xì)胞的過程中，酚類物質(zhì)可以吸引農(nóng)桿菌移向水稻受體細(xì)胞，有利于目

的基因成功轉(zhuǎn)化。

（4）水稻是真核生物，具有膜系統(tǒng)，能對初始rHSA多肽進(jìn)行高效加工，而大腸桿菌是原核生物，細(xì)

胞中不具有生物膜系統(tǒng)。zx學(xué)x科k網(wǎng)

（5）為證明rHSA具有醫(yī)用價(jià)值，須確認(rèn)rHSA與天然的HSA生物學(xué)功能一致。

【考點(diǎn)定位】基因工程

5.（2016海南卷.31）基因