2021高考生物一轮复习第十单元现代生物科技专题第35讲基因工程教案新人教版

2021高考生物一轮复习第十单元现代生物科技专题第35讲基因工程教案新人教版

- 1 - 第 35讲 基因工程 考点一 基因工程的基本工具及操作程序(含 PCR 技术) 1.基因工程的概念 是指按照人们的愿望,进行严格的设计,并通过体外 DNA 重组和转基因等技术,赋予生物以新的 遗传特性,从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。 2.基因工程的基本工具 (1)限制性核酸内切酶(限制酶) ①来源:主要从原核细胞中分离。 ②作用:能够识别双链 DNA 分子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 苷酸之间的磷酸二酯键断开。 ③结果:产生黏性末端或平末端。 (2)DNA 连接酶 ①作用:将限制酶切割下来的 DNA 片段拼接成新的 DNA 分子。 ②类型 常用 类型 E·coli DNA 连接酶 T4DNA 连接酶 来源 大肠杆菌 T4噬菌体 功能 只“缝合”黏性末端 “缝合”黏性末端和平末端,连接黏性末端的效率更高 结果 恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 (3)载体 ①常用载体的种类:质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。 ②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 有一个至多个限制酶切割位点 可携带多个或多种外源基因 具有特殊的标记基因 便于重组 DNA 的鉴定和选择 3.基因工程的基本操作程序 (1)目的基因的获取 - 2 - ①目的基因:主要指编码蛋白质的基因,也可以是一些具有调控作用的因子。 ② (2)基因表达载体的构建——核心步骤 ①构建基因表达载体的目的 a.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。 b.使目的基因能够表达和发挥作用。 ②基因表达载体的组成及作用 ③基因表达载体的构建过程 (3)将目的基因导入受体细胞 ①转化含义:目的基因进入受体细胞内,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。 ②转化方法 生物类型 植物 动物 微生物 受体细胞 体细胞 受精卵 大肠杆菌或 酵母菌等 常用方法 农杆菌转化法、 基因枪法、花粉 管通道法 显微注射法 感受态 细胞法 (4)目的基因的检测与鉴定 ①检测:分子水平 - 3 - a.检测是否导入目的基因:DNA 分子杂交技术(DNA 探针与转基因生物 DNA 杂交)。 b.检测是否转录:分子杂交技术(DNA 探针与转基因生物 mRNA 杂交)。 c.检测是否翻译:抗原—抗体杂交。 ②鉴定(个体水平)生物性状的表达与否:目的基因是否表达。 4.PCR 技术 (1)原理:DNA 双链复制。 (2)条件 ①模板:DNA 母链。 ②酶:Taq 酶。 ③引物:分别与单链相应互补序列结合。 ④原料:分别为 dCTP、dATP、dGTP、dTTP。 (3)过程(如图) ①变性:当温度上升到 90 ℃以上时,双链 DNA 解聚为单链,如图 1。 ②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,如图 2。 ③延伸:72 ℃左右时,Taq DNA 聚合酶有最大活性,在引物作用下合成子链,如图 3。 (4)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 的反应过程都是在 PCR 扩增仪中完成的。 1.思考并补充基因工程技术使用限制酶需注意的问题。 (1)获取目的基因和切割载体时,经常使用同一种限制酶(也可使用能切出相同末端的不同限 制酶),目的是产生相同的黏性末端或平末端。 (2)获取一个目的基因需限制酶切割两次,共产生 4 个黏性末端或平末端。 (3) 。 (4) 。 提示:(3)限制酶切割位点的选择,必须保证标记基因的完整性,以便于检测 - 4 - (4)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 2.非洲爪蟾核糖体蛋白基因可以与质粒重组,并且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。 3.用箭头及简要的文字简述基因组文库和部分基因文库构建过程。 提示:基因组文库的构建过程为:某种生物全部 DNA 许多 DNA 片段 受体菌群 体。 部分基因文库的构建过程为:某种生物发育的某个时期的 mRNA cDNA 片段 受体 菌群体。 4.思考并表述在基因工程的基本操作步骤中,哪些步骤发生了碱基互补配对? 提示:第一步中,碱基互补配对发生在用反转录法合成目的基因或 PCR 技术扩增目的基因的过 程中;第二步中,碱基互补配对发生在黏性末端相互连接过程中;第四步目的基因的检测与鉴 定步骤中分子杂交及基因表达时存在碱基互补配对。 5.将目的基因导入受体细胞整合到线粒体 DNA 或叶绿体 DNA 上,能否稳定遗传?说明理由。 提示:一般不能。因为仅把目的基因整合到线粒体 DNA 或叶绿体 DNA 上,细胞分裂可能导致目 的基因丢失,因此无法稳定遗传。 6.动物基因工程中,为何常选用动物的受精卵作为受体细胞? 提示:受精卵的全能性高,能使目的基因在相应的组织和器官中得以表达。 题型一 考查基因工程的操作工具 1.质粒之所以能作为基因工程的载体,其理由是( D ) A.含蛋白质,从而能完成生命活动 B.具有环状结构而保持连续性 C.RNA 能指导蛋白质的合成 D.能够自我复制,能携带目的基因 解析:质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核 DNA 之外,并能自我复制的双链环状 DNA 分子。其上有一个至多个限制性核酸内切酶切割位点,供一种或多种外源 DNA 片段插入。携带 - 5 - 外源 DNA 片段的质粒在受体细胞中进行自我复制或整合到染色体 DNA 上,随染色体 DNA 进行同 步复制。此外,质粒 DNA 上有特殊的遗传标记基因。 2.基因工程是 DNA 分子水平的操作,下列有关基因工程的叙述,错误的是( A ) A.限制性核酸内切酶只用于切割获取目的基因 B.载体与目的基因必须具有相同的黏性末端,才能被 DNA 连接酶连接 C.基因工程所用的工具酶是限制性核酸内切酶、DNA 连接酶 D.T4 DNA 连接酶既可以连接黏性末端,又可以连接平末端 解析:在基因工程中,需要用限制性核酸内切酶切割目的基因和载体;在将具有互补黏性末端 的 DNA 片段连接时需要 DNA 连接酶;T4 DNA 连接酶既可以连接黏性末端,又可以连接平末端。 3.(2015·福建卷)GDNF 是一种神经营养因子,对损伤的神经细胞具有营养和保护作用。研究人 员构建了含GDNF 基因的表达载体(如图1所示),并导入到大鼠神经干细胞中,用于干细胞基因 治疗的研究。请回答: (1)在分离和培养大鼠神经干细胞的过程中,使用胰蛋白酶的目的是 。 (2)构建含 GDNF 基因的表达载体时,需选择图 1中的 限制酶进行酶切。 - 6 - (3)经酶切后的载体和 GDNF 基因进行连接,连接产物经筛选得到的载体主要有 3种:单个载体 自连、GDNF 基因与载体正向连接、GDNF 基因与载体反向连接(如图 1 所示)。为鉴定这 3 种连 接方式,选择 HpaⅠ酶和 BamH Ⅰ酶对筛选得到的载体进行双酶切,并对酶切后的 DNA 片段进行 电泳分析,结果如图 2 所示。图中第 泳道显示所鉴定的载体是正向连接的。 (4)将正向连接的表达载体导入神经干细胞后,为了检测 GDNF 基因是否成功表达,可用相应的 与提取的蛋白质杂交。当培养的神经干细胞达到一定密度时,需进行 培养以得到更多 数量的细胞,用于神经干细胞移植治疗实验。 解析:(1)因动物细胞体外培养时有接触抑制现象,故需用胰蛋白酶处理动物组织,使细胞分散 开。(2)目的基因两端及载体 DNA 分子中均有 XhoⅠ酶识别的核苷酸序列,故构建基因表达载体 时,应用XhoⅠ酶切割DNA分子。(3)据图可知,载体和GDNF基因的长度分别是 6 000 bp 和 700 bp,当载体自连时有 XhoⅠ限制酶和 HpaⅠ限制酶酶切位点,当选择 HpaⅠ限制酶和 BamHⅠ 限 制酶进行双酶切时,只能得到一段长度为 6 000 bp 的条带,对应第①泳道;当正向连接时限制 酶的酶切位点依次为 HpaⅠ—XhoⅠ—BamHⅠ—XhoⅠ,它们之间的距离分别为 100 bp、600 bp、 100 bp,当选择 HpaⅠ 限制酶和 BamHⅠ限制酶进行双酶切时,会产生一段长度为 100 bp+600 bp 即 700 bp 的条带,对应第②泳道;当反向连接时限制酶的酶切位点依次为 HpaⅠ—XhoⅠ— BamHⅠ—XhoⅠ,它们之间的距离分别为 100 bp、100 bp、600 bp,当选择 HpaⅠ限制酶和 BamH Ⅰ限制酶进行双酶切时,会产生一段长度为 100 bp+100 bp 即 200 bp 的条带,对应第③泳道。 (4)为了检测目的基因(GDNF 基因)是否成功表达,可采取抗原—抗体杂交技术。动物细胞具有 贴壁生长和接触抑制的特点,所以当培养的细胞达到一定密度时,应采取传代培养以获得更多 数量的细胞。 答案:(1)使细胞分散开 (2)XhoⅠ (3)② (4)抗体 传代 (1)与基因工程相关的几种酶的比较 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 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 磷酸二酯 脱氧核苷 以单链DNA为模板,将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末 - 7 - 聚合酶 键 酸 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 (2)载体上标记基因的标记原理 载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关 抗生素的能力。当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后,抗性基因在受体细胞内表达, 使受体细胞具有抵抗相应抗生素的能力,所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可 以筛选出转入载体的受体细胞,具体示例如图所示: 题型二 基因工程的操作程序 4.科研人员以抗四环素基因为标记基因,通过基因工程的方法让大肠杆菌生产鼠的β 珠蛋白, 治疗鼠的镰刀型细胞贫血症。下列相关实验设计中,不合理的是( C ) A.利用小鼠 DNA 分子通过 PCR 克隆出β 珠蛋白基因的编码序列 B.基因表达载体包括启动子、抗四环素基因等 C.用 Ca2+处理大肠杆菌后,将表达载体导入具有四环素抗性基因的大肠杆菌中 D.用含有四环素的培养基筛选出已经导入β珠蛋白编码序列的大肠杆菌 解析:由于标记基因是抗四环素基因,所以受体细胞在没导入基因表达载体前不能存在四环素 抗性基因,否则就无法检测目的基因是否导入受体细胞。 5.在用基因工程技术培育抗除草剂的转基因烟草过程中,下列操作错误的是( A ) A.用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸 B.用 DNA 连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体 C.将重组 DNA 分子导入烟草体细胞或受精卵 D.用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞 解析:限制性核酸内切酶切割的是 DNA,而烟草花叶病毒的遗传物质为 RNA。 6.(2019·湖南郴州二模)甘蔗黄叶综合症是一种由甘蔗黄叶病毒所引起的禾本科植物病毒,科 学家通过甘蔗黄叶病毒外壳蛋白基因(简称 CP 蛋白基因)转化植物来获得抗病转基因新品种。 - 8 - (1)首先从甘蔗黄叶综合症的病叶中提取 RNA,此过程中为了防止 RNA 被分解,需加入 抑制剂,以提取的 RNA 为模板通过 获得 cDNA。 (2)对获取的 cDNA 进行 PCR 扩增,在此反应体系中,除了模板 DNA、dNTP 外,还需加 入 ,获得大量的 cDNA 需要在 4 ℃的低温下保存备用,原因 是 。 (3)将 cDNA 和质粒用同一种限制酶切割,产生相同的平末端,再用 (填“E·coli DNA 连接酶”或“T4DNA 连接酶”)将二者进行连接。在培养基上接种培养大肠杆菌作为受体细 胞,同时加入一定量的 CaCl2低温冷却液,目的是制备 细胞,其具有的特殊功能 是 。 (4)为检测大肠杆菌是否产生 CP 蛋白,需要将病毒颗粒注射入兔子体内,并从血清中分离获 得 作为检测剂。 解析:(1)RNA 酶可将 RNA 水解,因此为了防止 RNA 被分解,需加入 RNA 酶抑制剂;以 RNA 为模板 获得 cDNA 的过程称为反转录。 (2)采用 PCR 技术扩增目的基因时的条件有:模板 DNA、dNTP、引物、Taq 酶(热稳定 DNA 聚合 酶);获得大量的cDNA需要在4 ℃的低温下保存备用,原因是高温条件下,易使DNA分子中的氢 键断裂,双螺旋结构打开而发生变性。 (3)DNA 连接酶包括 E·coli DNA 连接酶、T4DNA 连接酶,这二者都能连接黏性末端,此外 T4DNA 连接酶还可以连接平末端。用 CaCl2处理微生物细胞可使其成为感受态细胞,其具有的特殊功 能是能吸收周围环境中的 DNA 分子。 (4)为检测大肠杆菌是否产生 CP 蛋白,需要将病毒颗粒注射入兔子体内,并从血清中分离获得 CP 蛋白抗体(黄叶病毒外壳蛋白抗体)作为检测剂。 答案:(1)RNA 酶 反转录 (2)引物、Taq 酶(热稳定 DNA 聚合酶) 高温条件下,易使 DNA 分子 中的氢键断裂,双螺旋结构打开而发生变性 (3)T4DNA 连接酶 感受态 能吸收周围环境中的 DNA 分子 (4)CP 蛋白抗体(黄叶病毒外壳蛋白抗体) 7.(2013·福建卷)克隆猪成功率较低,与早期胚胎细胞的异常凋亡有关。Bcl 2 基因是细胞凋 亡抑制基因,用 PCR 技术可以检测该基因转录水平,进而了解该基因与不同胚胎时期细胞凋亡 的关系。克隆猪的培育及该基因转录水平检测流程如下图。 - 9 - 请回答: (1)图中重组细胞的细胞核来自 细胞,早期胚胎移入受体子宫后继续发育,经桑椹胚、 囊胚和 胚最终发育为克隆猪。 (2)在 PCR 过程中可检测出 cDNA 中 Bcl 2 cDNA 的分子数,进而计算总 mRNA 中 Bcl 2 mRNA 的 分子数,从而反映出 Bcl 2 基因的转录水平。 ①图中 X 表示 过程。 ②从基因组数据库中查询 Bcl 2 mRNA 的核苷酸序列,以便根据这一序列设计合成 用 于 PCR 扩增,PCR 过程第一轮循环的模板是 。 解析:(1)重组细胞的细胞核来自具有优良性状的亲本,据图知,应由良种猪提供细胞核,所以 细胞核来自良种猪的体细胞;早期胚胎发育经过桑椹胚、囊胚和原肠胚等阶段,最终发育为个 体。(2)①图中 X 过程是由 mRNA 得到 cDNA,属于反转录。②利用 PCR 技术获取目的基因的前提 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,用于 PCR 扩增。模板是 目的基因,即 Bcl 2 cDNA。 答案:(1)体 原肠 (2)①反转录 ②引物 Bcl 2 cDNA 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,所以目的基因应 插入启动子与终止子之间的部位。 (2)基因工程操作过程中只有第三步(将目的基因导入受体细胞)没有碱基互补配对现象。 (3)农杆菌转化法原理:农杆菌易感染植物细胞,并将其 Ti 质粒上的 T DNA 转移并整合到受体 细胞染色体的 DNA 上。 (4)启动子≠起始密码子,终止子≠终止密码子 启动子和终止子位于 DNA 片段上,分别控制转录过程的启动和终止;起始密码子和终止密码子 位于 mRNA 上,分别控制翻译过程的启动和终止。 考点二 基因工程的应用和蛋白质工程 - 10 - 1.基因工程的应用 (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 Bt 毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶 抑制剂基因、植物凝集素基因等。 ②抗病转基因植物:使用最多的是病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因。 ③抗逆转基因植物:抗逆基因有抗旱基因、抗除草剂基因等。 ④利用转基因改良植物的品质:如提高玉米中某种氨基酸含量、延长番茄储存时间、培育新花 色的矮牵牛等。 (2)动物基因工程 ①提高动物生长速度:将外源生长激素基因导入动物体内,可以提高产量。 ②用于改善畜产品的品质:将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组,可以使转基因牛分泌的乳汁中乳 糖的含量大大降低。 ③用转基因动物生产药物:将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因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供体。 (3)基因工程药品 ①受体细胞:多为原核细胞。原因是其繁殖快,多为单个细胞,遗传物质相对较少。 ②方式:利用基因工程培育“工程菌”来生产药品。 ③成果:利用“工程菌”可生产细胞因子、抗体、疫苗、激素等。 (4)基因治疗 ①概念:把正常基因导入病人体内,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淋巴细胞中,治疗复合型免疫缺陷症。 2.蛋白质工程 (1)目标:根据人们的需要对蛋白质的分子结构进行设计,从而制造一种新的蛋白质。 (2)操作对象:基因,方法:基因修饰或基因合成。 (3)流程图 - 11 - 写出流程图中字母代表的含义: A.转录,B.翻译,C.分子设计,D.多肽链,E.预期功能。 (4)应用:主要集中应用于对现有蛋白质进行改造,改良生物性状。 1.利用转基因技术获得的已整合药用蛋白基因的转基因小鼠,分泌的乳汁中检测不到药用蛋 白,根据中心法则分析,其可能的原因是什么? 提示:药用蛋白基因没有转录或翻译。 2.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。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,原因是什么? 提示:嫩叶组织细胞易破碎。 3.对天然蛋白质进行改造,你认为应该直接对蛋白质分子进行操作,还是通过对基因的操作来 实现?原因是什么? 提示:通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造。原因是任何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,而且改造过的基因可以遗传下去。如果对蛋白质直接进行 改造,即使改造成功了,被改造过的蛋白质分子还是无法遗传。 4.绝大多数酶都是蛋白质,简要表述酶工程与蛋白质工程有何区别和联系? 提示:酶工程的重点在于对已存在的酶的合成充分利用,而蛋白质工程则是对已存在的蛋白质 进行修饰改造或制造出自然界不存在的蛋白质。酶工程是蛋白质工程的一部分。 题型一 基因工程的应用 1.如图是将人的生长激素基因导入细菌 B 细胞内制造“工程菌”的示意图。已知细菌 B 细胞 内不含质粒 A,也不含质粒 A上的基因。判断下列说法正确的是( C ) A.将重组质粒导入细菌 B 常用的方法是显微注射法 - 12 - B.将完成导入过程后的细菌涂布在含有氨苄青霉素的培养基上,能生长的只有导入了重组质 粒的细菌 C.将完成导入过程后的细菌涂布在含有四环素的培养基上,能生长的是导入了质粒 A的细菌 D.目的基因成功表达的标志是受体细胞能在含有氨苄青霉素的培养基上生长 解析:将基因表达载体导入细菌B之前,一般要先用Ca2+处理细菌细胞,使之处于感受态,从而能 够吸收重组质粒,显微注射法是将目的基因导入动物细胞常用的方法;质粒 A 中含有抗四环素 基因和抗氨苄青霉素基因,而重组质粒中抗四环素基因被破坏,只含抗氨苄青霉素基因,则在 含有氨苄青霉素的培养基上能生长的是导入质粒 A或重组质粒的细菌,能在含有四环素的培养 基上生长的是导入了质粒 A 的细菌;根据题干信息分析,目的基因(人的生长激素基因)成功表 达的标志是受体细胞能产生人的生长激素。 2.下列关于用转基因动物作器官移植供体的研究的叙述,不正确的是( C ) A.器官短缺和免疫排斥是目前制约人体器官移植的两大难题 B.猪的内脏构造、大小和血管分布与人的极为相似 C.灵长类动物体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒少于猪 D.无论以哪种动物作为供体,都需要在其基因组中导入某种调节因子,以抑制抗原决定基因的 表达,或设法除去抗原决定基因 解析:猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远远少于灵长类动物;为解决免疫排斥问题,应在 器官供体基因组中导入某种调节因子,或设法除去抗原决定基因,以培育出没有免疫排斥反应 的转基因克隆器官。 3.(2019·河北衡水中学联考)人胰岛素由 A、B 两条肽链构成。研究人员用大肠杆菌作生产菌, 利用基因工程技术分别生产两条肽链,并在体外将两条肽链加工成胰岛素。请回答下列问题: (1)由 A、B 两条肽链可推导出 A、B 基因的碱基序列,依据是 。 因为 A、B基因中的脱氧核苷酸数较少,因此常用 的方法获取目的基因。 (2)在基因表达载体中,标记基因的作用是 。 基因工程中不能将 A、B基因直接导入大肠杆菌的原因是 。 (3)检测 A、B 基因是否导入受体菌时,常用 作探针。若 A、B 基因表达的肽链中氨基酸数目增多,肽链后延,则需对 A、B 基因进行改造,这个改造是 。 (4)引导肽是由引导肽基因控制合成的一段多肽序列,若在 A、B 肽链的前端加上引导肽序列后, 可将 A、B肽链引导到大肠杆菌的细胞膜外,便于 A、B 肽链提取。为实现上述目的,在基因层 - 13 - 面的操作是 。在以后的体外加工过程中,需要用 切除 引导肽。 解析:(1)因肽链中的氨基酸是由密码子决定的,基因在表达过程中遵循碱基互补配对原则,所 以根据氨基酸与密码子的对应关系,可依据 A、B 两条肽链中氨基酸的序列推导出 mRNA 的碱基 序列,进而推出 A、B 基因的碱基序列。因为 A、B 基因中的脱氧核苷酸数较少,导致 A、B 基因 较小,因此常用人工合成的方法获取目的基因。 (2)在基因表达载体中,标记基因的作用是便于重组 DNA(目的基因表达载体)的鉴定和筛选。由 于 A、B 基因(目的基因)在大肠杆菌(受体菌)中不能稳定存在、遗传和表达,所以基因工程中 不能将 A、B 基因直接导入大肠杆菌。 (3)探针是将转基因生物的基因组 DNA 提取出来,在含有目的基因的 DNA 片段上,用放射性同位 素等作标记而制成。可见,检测 A、B 基因是否导入受体菌时,常用放射性物质标记的 A、B 基 因作探针。若 A、B基因表达的肽链中氨基酸数目增多,肽链后延,说明缺少终止密码子,则需 在 A、B 基因上添加上能转录出终止密码子的碱基(脱氧核苷酸)序列。 (4)由题可知,将 A、B 基因连接在引导肽基因后形成融合基因,这个融合基因表达的产物融合 蛋白的前端为引导肽,可将融合蛋白引导到大肠杆菌的细胞膜外。在体外加工过程中,用蛋白 酶切除引导肽,便可获得 A、B 肽链。 答案:(1)氨基酸与密码子的对应关系 人工合成 (2)便于重组 DNA(目的基因表达载体)的鉴定和筛选 A、B 基因(目的基因)在大肠杆菌中不能 稳定遗传和表达 (3)放射性物质标记的 A、B 基因 添加上能转录出终止密码子的碱基(脱氧核苷酸)序列 (4)将 A、B 基因连接在引导肽基因后 蛋白酶 题型二 考查蛋白质工程的概念、原理及应用等 4.蛋白质工程与基因工程相比,其突出特点是( B ) A.基因工程原则上能生产任何蛋白质 B.蛋白质工程能对现有的蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质 C.蛋白质工程可以不通过转录和翻译来实现 D.蛋白质工程是在基因工程的基础上,延伸出来的第三代基因工程 解析:基因工程往往生产现有的蛋白质;蛋白质工程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需求,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,也需要通过转录和翻译来实现。 - 14 - 5.(2015·全国Ⅱ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)蛋白质的功能由蛋白质的三维结构决定,而蛋白质的三维结构与氨基酸序列有关,因 此,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)P 基因与 P1基因的根本区别是碱基序列不同,因此可以通过对 P 基因进行修饰获得 P1基因, 也可以直接合成 P1基因。中心法则的内容包括遗传信息的复制、转录、逆转录和翻译。 (3)蛋白质工程的基本途径是从预期蛋白质功能出发,通过设计蛋白质的结构和推测氨基酸序 列,进而确定相对应的脱氧核苷酸序列。获得蛋白质之后要对蛋白质的生物功能进行鉴定。 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 蛋白质工程与基因工程的比较 (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 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 - 15 - 核苷酸序列 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 ①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。 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。 [构建知识网络] [强化思维表达] 1.三种工具 (1)限制酶具有特异性,即一种限制酶只能识别特定的碱基序列,并在特定的位点上进行切割。 (2)DNA 连接酶的作用部位是磷酸二酯键。 (3)质粒是常用的载体,它是一种小型的环状 DNA 分子,具有一个至多个限制酶切割位点及标记 基因。 2.四个步骤 (1)目的基因的获取有从基因文库中获取和人工合成两类方法。 - 16 - (2)基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因。 (3)目的基因导入植物细胞常用农杆菌转化法,导入动物细胞常用显微注射法,导入微生物细 胞常用感受态细胞法。 (4)目的基因的检测与鉴定方法有分子水平的检测(DNA 分子杂交、分子杂交、抗原—抗体杂交) 和个体水平的鉴定。