高考生物专题课件33：基因工程（共72张PPT）

第33讲　基因工程
高考生物专题课件
一、基因工程的概念理解
1.供体:提供目的基因的个体。
2.操作环境:①????无菌????。
3.操作水平:②????DNA分子????水平。
4.原理:基因重组。
5.受体:表达目的基因的个体。
必备知识
6.本质:基因在③????受体生物????体内表达。
7.优点:克服④????远缘杂交不亲和????的障碍,定向改造生物的遗传性状。
二、DNA重组技术的基本工具
1.限制性核酸内切酶(简称:限制酶)
(1)来源:主要是从⑤????原核????生物中分离纯化出来的。
(2)作用:识别双链DNA分子的某种特定⑥????核苷酸序列????并使每条链
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⑦????黏性末端????或平末端。
2.DNA连接酶
3.载体
(1)种类:⑩????质粒????、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。
(2)质粒特点?
常用类型
E·coli DNA连接酶
T4DNA连接酶
来源
⑧????大肠杆菌????
T4噬菌体
功能
连接黏性末端
连接⑨????黏性末端和平末端????
结果
恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键
三、基因工程的操作程序
目的基
因的获取?
　　　?????
基因表达
载体的构建组成?
　　　?????
将目的基因
导入受体细胞方法?
　　　?????
目的基因的
检测与鉴定
技术名称
应用
植物基因工程
培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和?????抗逆????转基因植物;利用转基因技术改良植物的品质
动物基因工程
提高动物生长速度,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
基因工程药物
利用转基因的工程菌生产药物,如细胞因子、抗体、疫苗等
基因治疗
把正常基因导入病人体内,使其表达产物发挥功能,从而治疗疾病。分为体内基因治疗和体外基因治疗
四、基因工程的应用
五、蛋白质工程
1.崛起缘由:天然蛋白质不一定完全符合人类生产和生活的需要。
2.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。
3.操作手段:基因修饰或基因合成。
4.设计流程: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?????脱氧核苷酸????序列
(基因)。
1.重组Ti质粒的构建需要限制性核酸内切酶和DNA聚合酶参与。( ? )
2.E·coliDNA连接酶既能连接平末端,又能连接黏性末端。?( ? )
3.载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中,使之稳定存在并表达。
( √ )
4.表达载体的复制和胰岛素基因的表达均启动于复制原(起)点。?( ? )
5.胰岛素基因表达载体中的胰岛素基因可通过人肝细胞mRNA反转录获
得。?( ? )
6.可利用DNA分子杂交技术鉴定目的基因是否已导入受体细胞。 ( √ )
7.若要从植物甲中获得耐旱基因,可首先建立该植物的基因组文库,再从
中筛选出所需的耐旱基因。?( √ )
8.为培育抗除草剂的作物新品种,导入抗除草剂基因时须以受精卵为受
体。?( ? )
9.将大肠杆菌的质粒连接上人生长激素的基因后,大肠杆菌获得的能产生人生长激素的变异可以遗传。?( √ )
10.蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子进行直接操作,定向改变
分子的结构。?( ? )
11.基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质,而蛋白质工程则可对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质。?( √ )
突破1　基因工程的操作工具
深化突破
1.确定限制酶的种类
?
(1)根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类
①应选择切点位于目的基因两端的限制酶,如图甲可选择PstⅠ。
②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。
③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
①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。
②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;如果所选酶的切点不是一个,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。
2.限制酶与DNA连接酶的关系
?
?易混辨析????(1)限制酶切割位点所处的位置必须是在所需的标记基因
之外,这样才能保证标记基因的完整性,有利于目的基因的检测。
(2)为使目的基因与载体形成相同的末端连接,通常使用同一种限制酶
将二者切割,但如果不同的限制酶切割DNA分子所产生的末端也存在
互补关系时,则两末端也可连接。
(3)限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在该酶的识别序
列或识别序列已经被修饰。
(4)限制酶是一类酶,而不是一种酶。
(5)DNA连接酶起作用时,不需要模板。
考向1　以基础判断的形式,考查对基本工具的理解
1.下列有关基因表达载体的叙述,不正确的是?(　 B )
A.具有复制原点,使目的基因能在受体细胞内扩增
B.具有启动子,使DNA聚合酶识别并开始转录
C.具有标记基因,有利于目的基因的检测
D.具有目的基因,以实现产生特定的基因产物
解析???基因表达载体具有复制原点、启动子、目的基因、终止子和标记基因,复制原点使目的基因能在受体细胞内扩增。启动子是RNA聚合酶识别并结合的位点。标记基因可用于鉴别受体细胞中是否含有目的基因。目的基因表达可合成特定的基因产物。
考向2　以实例分析或图示分析的形式,考查对基本工具的理解
2.(2018北京理综)用XhoⅠ和SalⅠ两种限制性核酸内切酶分别处理同
一DNA片段,酶切位点及酶切产物分离结果如图。以下叙述不正确的
是?(　 )

图1　酶切位点图
图2　电泳结果示意图
A.图1中两种酶识别的核苷酸序列不同
B.图2中酶切产物可用于构建重组DNA
C.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
答案D
解析???图1中,两种限制性核酸内切酶的酶切位点不同,说明两种限制性核
酸内切酶识别的核苷酸序列不同,A正确。图2中,两种酶的酶切产物都为
DNA片段,都可用于构建重组DNA,B正确。结合图1的酶切位点图,判断
两种酶切DNA后得到的DNA片段数;再结合泳道①②电泳结果知,泳道①
是用SalⅠ处理得到的酶切产物,C正确。能被限制性核酸内切酶酶切的
DNA片段仍为双链DNA,D错误。
?
突破2　基因工程的操作步骤?
1.目的基因的获取
(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)方法
①从基因文库中获取
基因组文库与部分基因文库不同
基因文库类型
基因组文库
部分基因文库(cDNA文库)
构建基因
文库的过程
某种生物全部DNA
　?????
许多DNA片段
?
受体菌群体
某种生物发育的
某个时期的mRNA
　?????
cDNA
?
　受体菌群体
②利用PCR技术扩增
a.原理:DNA双链复制。
b.需要的条件:模板DNA、引物、四种脱氧核苷酸、热稳定DNA聚合
酶(Taq酶)。
过程
说明
图解
变性
当温度上升到90 ℃以上时,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
?
延伸
72 ℃左右时,Taq DNA聚合酶有最大活性,可使DNA新链由5'端向3'端延伸
?
c.过程:
③人工合成
a.化学合成法:针对已知核苷酸序列的较小基因。
b.逆转录法:以RNA为模板,在反转录酶的作用下人工合成。
2.基因表达载体的构建
(1)基因表达载体的组成及作用:
?
　　
?
(2)构建过程:
3.将目的基因导入受体细胞
生物种类
植物细胞
动物细胞
微生物细胞
常用方法
农杆菌转化法
显微注射法
感受态细胞法
受体细胞
体细胞
受精卵
原核细胞
转化过程
将目的基因插入Ti质粒的T-DNA上→导入农杆菌→侵染植物细胞→整合到受体细胞的染色体DNA上→表达
将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物
Ca2+处理细胞→感受态细胞→重组表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子
4.目的基因的检测与鉴定
?易混辨析????目的基因的插入点不是随意的: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。
考向1　以基础判断或流程图分析的形式,考查基因工程的操作程序
1.(2017北京理综)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。
下列操作与实验目的不符的是?(　 )
A.用限制性核酸内切酶EcoRⅠ和连接酶构建重组质粒
B.用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织,将C基因导入细胞
C.在培养基中添加卡那霉素,筛选被转化的菊花细胞
D.用分子杂交方法检测C基因是否整合到菊花染色体上
答案C
解析????本题主要考查基因工程的相关知识。由于C基因两端及质粒上均存在限制酶EcoRⅠ的酶切位点,因此,可采用限制酶EcoRⅠ和DNA连接酶构建重组质粒;用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织(即农杆菌转化法),可以
将C基因导入细胞;由于质粒上存在潮霉素抗性基因(标记基因),因此,可以在培养基中添加潮霉素,筛选被转化的菊花细胞,C符合题意;可用分子杂交方法检测C基因是否整合到菊花染色体上。
2.(2018课标全国Ⅰ)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。
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(或答噬菌体蛋白)　细菌
(3)蛋白酶缺陷型　蛋白酶
解析　本题主要考查基因工程的相关知识。(1)体外重组的质粒可以进入受体细胞,且重组质粒在不同细胞中能正常表达,说明目的基因在不同细胞中的表达机制相同,生物界共用一套遗传密码。(2)基因工程中,受体细胞为大肠杆菌细胞时,常用Ca2+处理大肠杆菌,使之处于感受态,即Ca2+参与的转化法。噬菌体DNA与外壳蛋白组装成完整噬菌体。因噬菌体的宿主是细菌,故只有细菌可作为重组噬菌体的宿主细胞。(3)为防止目的基因表达的蛋白质被破坏,可选用不能合成蛋白酶的大肠杆菌作为受体细胞,在蛋白质纯化过程中加入蛋白酶的抑制剂可以保护蛋白质不被水解。
考向2　以实例分析或图析形式考查PCR技术及其应用
3.(2018江苏单科)为生产具有特定性能的α-淀粉酶,研究人员从某种海洋细菌中克隆了α-淀粉酶基因(1 656个碱基对),利用基因工程大量制备α-淀粉
酶,实验流程见图。请回答下列问题:
(1)利用PCR技术扩增α-淀粉酶基因前,需先获得细菌的　　　　???????。
(2)为了便于扩增的DNA片段与表达载体连接,需在引物的　　　????端加
上限制性酶切位点,且常在两条引物上设计加入不同的限制性酶切位点,
主要目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　????????。
(3)进行扩增时,反应的温度和时间需根据具体情况进行设定,下列选项
中　　????的设定与引物有关,　　　????的设定与扩增片段的长度有关。
(填序号)
①变性温度　②退火温度　③延伸温度　④变性时间 ⑤退火时间　
⑥延伸时间
(4)下图表示筛选获得的工程菌中编码α-淀粉酶的mRNA 的部分碱基序列:
5'-AUGCCAUCAACAAAUACUAACACUU……-3'
图中虚线框内mRNA片段包含　　　????个密码子,如虚线框后的序列未知,预测虚线框后的第一个密码子最多有　　　????种。
(5)获得工程菌表达的α-淀粉酶后,为探究影响酶活性的因素,以浓度为1%的可溶性淀粉为底物测定酶活性,结果如下:
缓冲液
50 mmol/L Na2HPO4 -KH2PO4
50 mmol/L Tris-HCl
50 mmol/L Gly-NaOH
pH
6.0
6.5
7.0
7.5
7.5
8.0
8.5
9.0
9.0
9.5
10.0
10. 5
酶相对
活性%
25.4
40.2
49.8
63.2
70.1
95.5
99.5
85.3
68.1
63.7
41.5
20.8
根据上述实验结果,初步判断该α-淀粉酶活性最高的条件为　　　 　????
　　　　　　　　　　　　　　　　????。
答案　(1)基因组DNA
(2)5'　使DNA片段能定向插入表达载体,减少自连
(3)②　⑥
(4)8　13
(5)pH为8.5,缓冲液为50 mmol/L Tirs-HCl
解析　(1)由题干信息可知某种海洋细菌含有α-淀粉酶基因,因此在扩增α-淀粉酶基因前需先从细菌中提取细菌的基因组DNA。(2)由于引物的作用是引导子链的延伸,将脱氧核苷酸连接到引物上时,是与引物的3'端相连的,
由此确定需在引物的5'端加上限制性酶切位点。常在两条引物上加入不同的限制酶切位点的主要目的是使DNA片段能定向插入表达载体,防止自身相连。(3)进行PCR扩增时,退火的温度与引物长短和碱基种类有关。延伸时间长短的设定与扩增片段的长度有关。(4)密码子是指mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基,该mRNA上5'端为AUG(起始密码子),因此依据三个碱基是一个密码子来分析图中虚线框中的碱基,可得出共有8个密码子。由于虚线框后的第一个密码子已经固定为U,因此还有2个碱基未知,共可能有的种数为4×4=16,又因为UAG、UGA、UAA为终止密码子,因此决
定氨基酸的密码子最多有13种。(5)据表格数据可知:α-淀粉酶在pH为8.5、缓冲液为50 mmol/L Tris-HCl的条件下相对活性为99.5%,初步判断此条件下酶活性最高。
?
突破3　基因工程的应用及蛋白质工程
1.抗虫棉的培育
(1)目的基因:Bt毒蛋白基因。
(2)抗虫原理:Bt毒蛋白水解成多肽与肠上皮细胞结合,会导致细胞膜穿
孔,细胞肿胀破裂,最后造成害虫死亡。
注:Bt毒蛋白基因来自苏云金芽孢杆菌。
(3)受体细胞?
(4)方法:花粉管通道法(也可用农杆菌转化法或基因枪法)。
2.动物反应器
(1)外源基因:药用蛋白基因。
(2)表达条件:药用蛋白基因+乳腺蛋白基因(膀胱内表达的相应基因)+启
动子。
(3)受体生物——牛、羊等。
(4)方法:显微注射法。
(5)种类:乳腺反应器和膀胱反应器。前者受动物性别(只能是雌性)和年龄
(哺乳期)限制,优点是不用提取可直接服用;后者需提取后服用,但不受动物性别和年龄的限制。
3.基因检测和基因治疗的比较
基因检测
制作相应探针,利用DNA分子杂交原理,快速、准确检测人类某种疾病;制作探针三要求:①标记——同位素或荧光;②单链;③序列与待测基因相同
基因治疗
把正常的外源基因导入有基因缺陷的细胞中,可分为体外基因治疗和体内基因治疗两种方法
4.蛋白质工程
(1)蛋白质工程崛起的缘由:基因工程只能生产出天然蛋白质,蛋白质工
程是为了生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质。
(2)实质:根据蛋白质分子的结构规律及其与生物功能之间的关系,通过
基因修饰或基因合成,以定向改造天然蛋白质,甚至创造自然界不存在
的、具有优良特性的蛋白质。
?
(3)基本原理:
(4)应用?
5.蛋白质工程与基因工程的比较
项目
蛋白质工程
基因工程
区
别
过程
预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质
获取目的基因→构建基因表达载体→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或生物产品(基因的异体表达)
结果
生产自然界没有的蛋白质
生产自然界中已有的蛋白质
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,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
考向1　以实例分析的形式,考查基因工程的应用
1.(2018天津理综)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tR-NA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。
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
解析　本题主要考查基因工程的相关知识。(1)利用PCR技术体外扩增DNA。若将基因中个别编码氨基酸的序列替换为编码终止密码子的序列,则
改造后的基因转录合成的mRNA中,终止密码子提前出现,将不能控制合成完整长度的多肽(或蛋白质)。(2)目的基因只有与载体连接后才能导入宿主细胞。可提取宿主细胞的总RNA进行分子杂交鉴定,以筛选获得成功表达题述tRNA的转基因宿主细胞。(3)由(2)知,转基因宿主细胞含有的特殊
tRNA基因转录的tRNA,该tRNA的反密码子可与终止密码子配对,并可携带非天然氨基酸(Uaa),所以培养基中需补加非天然氨基酸(Uaa)。病毒中的基因进行转录时,识别其启动子的酶是宿主的RNA聚合酶。(4)因该病毒疫苗具有侵染性,故可引起细胞免疫。
2.(2018北京海淀期末)抗生素耐药性是微生物的一种自然进化过程。现
在我们使用的抗生素大多来自放线菌(一种与细菌细胞结构类似的原核
生物)。研究发现,病原细菌的耐药基因往往是通过图1所示机理获得的。
图1
?
(1)病原细菌通过接合方式将自己质粒上的一段DNA序列a转移到放线
菌细胞中,放线菌的抗生素耐药基因“跳跃”至病原细菌的DNA序列
上,与病原细菌的DNA发生　　　????,形成b。
(2)放线菌裂解死亡后,b会释放到环境中。病原细菌从周围环境中吸收
b,这一过程称为细菌的　　　????。
(3)病原细菌将吸收的b整合到自己的　　　????上,从而获得抗生素耐药
性。序列a在耐药基因转移过程中所起的作用是　　　　　????。
(4)病原细菌产生抗生素耐药性的主要机理如图2所示。据图可知,病原
细菌产生耐药性的途径有　　　　　　　　　　　　　　　　????。

图2
?
(5)研究发现,由于抗生素的大量生产和滥用,导致人类肠道中病原细菌
的耐药性不断增强,从进化的角度分析细菌耐药性增强的原因是　　????
　　　　　　　　　　　　　　　　????。
(6)由于抗生素在医疗以及养殖业中的大量使用,环境中出现了大量抗性污染热点区,抗性基因可以通过多种直接或间接的传播途径最终进入水体和土壤。请你提出一项应对抗生素耐药性蔓延的措施:????? ???? ?
　　　　　　　　　　　　　　　　????。
答案　(1)DNA(基因)重组
(2)转化
(3)拟核　基因载体
(4)通过(特异性或多重耐药)外排泵将抗生素排出细胞,降低胞内抗生素浓度而表现出抗性;通过对抗生素靶位点的修饰,使抗生素无法与之结合而表现出抗性;通过抗生素失活酶使抗生素降解,失去功能
(5)抗生素对病原细菌的选择作用,导致病原细菌中耐药基因频率增大
(6)①管理或减少抗生素的生产、使用及向自然环境的排放;②监测医院、
养殖场院、养殖场等周围环境中细菌的抗生素耐药性;③研制新型替代药物;④加强抗生素耐药性相关的基础与应用研究,消除和缓解耐药性的发生和传播;⑤加强科普宣传,提高公众的认识,避免抗生素滥用
解析　(1)由题干可知,放线菌中的抗生素耐药基因“跳跃”至病原细菌的DNA序列上,类似于基因工程中将目的基因和载体相结合的过程,原理是基因重组。(2)病原细菌从周围环境中吸收b,这一过程类似于基因工程中将目的基因导入受体细胞,称之为目的基因的转化。(3)病原细菌属于原核细胞,没有染色体,只能将吸收的b整合到自己的拟核DNA上,从而获得抗生素
耐药性。可见,序列a在耐药基因转移过程中作为载体。(4)由图2可知,病原细菌产生耐药性的途径有:细菌细胞膜上有特异性外排泵和多重耐药外排泵,可以把进入细菌内的抗生素通过外排泵排出细胞,降低胞内抗生素浓度而表现出抗性;细菌细胞内含有抗生素靶位点修饰酶,通过对抗生素靶位点的修饰,使抗生素无法与之结合而表现出抗性;细菌细胞内含有抗生素失活酶,通过抗生素失活酶使抗生素降解,失去功能。(5)进化的实质是种群基因频率的改变,抗生素对病原细菌的选择作用,导致病原细菌中耐药基因频率
增大。(6)对应抗生素耐药性蔓延的措施可以有:①管理或减少抗生素的
生产、使用及向自然环境的排放;②监测医院、养殖场等周围环境中细
菌的抗生素耐药性;③研制新型替代药物;④加强抗生素耐药性相关的基
础与应用研究,消除和缓解耐药性的发生和传播;⑤加强科普宣传,提高公
众的认识,避免抗生素滥用。
考向2　以实例分析的形式,考查蛋白质工程及其应用
3.(2018课标全国Ⅱ)某种荧光蛋白(GFP)在紫外光或蓝光激发下会发出绿色荧光,这一特性可用于检测细胞中目的基因的表达。某科研团队将某种病毒的外壳蛋白(L1)基因连接在GFP基因的5'末端,获得了L1-GFP融合基因(简称为甲),并将其插入质粒P0,构建了真核表达载体P1,其部分结构和酶切位点的示意图如下,图中E1~E4四种限制酶产生的黏性末端各不相同。
↑E1　 　　 　↑E2　　↑E3 　↑E4
启动子
L1基因
GFP基因
终止子
　 　　　　　　
回答下列问题:
(1)据图推断,该团队在将甲插入质粒P0时,使用了两种限制酶,这两种酶
是　　　????。使用这两种酶进行酶切是为了保证　　　　　????,也是为
了保证　　　　　　　　????。
(2)将P1转入体外培养的牛皮肤细胞后,若在该细胞中观察到了绿色荧光,
则说明L1基因在牛的皮肤细胞中完成了　　　????和　　　????过程。
(3)为了获得含有甲的牛,该团队需要做的工作包括:将能够产生绿色荧光
细胞的　　　　　????移入牛的　　　　　　　????中、体外培养、胚胎移植等。
(4)为了检测甲是否存在于克隆牛的不同组织细胞中,某同学用PCR方
法进行鉴定,在鉴定时应分别以该牛不同组织细胞中的　　　????(填
“mRNA”“总RNA”或“核DNA”)作为PCR模板。
答案　(1)E1和E4　甲的完整　甲与载体正确连接
(2)转录　翻译
(3)细胞核　去核卵母细胞
(4)核DNA
解析　(1)构建基因表达载体时,使用的限制酶不能破坏融合基因。选用产生不同黏性末端的两种限制酶,可以防止自身环化,并且保证融合基因和质粒正确连接。(2)在牛的皮肤细胞中观察到绿色荧光,说明L1基因已经表达,即在该皮肤细胞中完成了转录和翻译过程。(3)培育转基因的克隆牛需将含目的基因的细胞的细胞核移入牛的去核卵母细胞中。(4)为检测克隆牛的不同组织细胞中是否含有融合基因,需提取不同组织细胞的核DNA作为PCR模板,用PCR方法进行鉴定。
4.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。
答案　(1)氨基酸序列(或结构)(其他合理答案也给分)
(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
解析　(1)蛋白质的功能与结构相关,若要改变蛋白质的功能,需要对其结构进行改造。(2)确定目的基因的碱基序列后,可通过对现有基因进行改造或者重新合成来获得目的基因。中心法则的内容包括DNA的复制、RNA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。