1、选修3 现代生物科技专题,第14单元 现代生物科技专题,第1讲 基因工程,-4-,自主梳理,核心突破,考向感悟,基因工程的概念及基本工具,DNA重组技术,基因重组,-5-,自主梳理,核心突破,考向感悟,2.基因工程的基本工具 (1)限制性核酸内切酶(限制酶) 来源:主要从原核细胞中分离。 作用:能够识别DNA分子的某种特定核苷酸序列,并使特定部位的两个核苷酸之间的 断开。 作用特点:专一性,即限制酶可识别 ,切割特定位点。,磷酸二酯键,特定的脱氧核苷酸序列,黏性末端,(2)DNA连接酶 功能:通过催化形成 将具有黏性末端或平末端的DNA分子片段连接起来。 不同连接酶的比较(连一连),-6-,自
2、主梳理,核心突破,考向感悟,(3)载体 常用载体 。 其他载体:噬菌体衍生物、动植物病毒等。,磷酸二酯键,质粒,-7-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(1)基因工程可以定向改造生物的遗传性状。 ( ) (2)一种限制酶能识别双链DNA分子的多种特定的核苷酸序列。( )(3)EcoliDNA连接酶既能“缝合”黏性末端,也能“缝合”平末端。( ),提示:一般来说,一种限制酶只能识别双链DNA分子中一种特定的核苷酸序列。,提示:Ecoli DNA连接酶只能“缝合”黏性末端。,-8-,自主梳理,核心突破,考向感悟,1.基因工程的基本原理和理论基础,-9-,自主梳理,核心突破,考向感悟,2.基因工程的工
3、具酶 (1)几种酶的比较,-10-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(2)限制酶与DNA连接酶的关系,-11-,自主梳理,核心突破,考向感悟,3.载体 (1)作用 作为运载工具,将目的基因转移到宿主细胞内。 利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。 (2)作为载体的条件,-12-,自主梳理,核心突破,考向感悟,错混辨析(1)限制酶是一类酶,而不是一种酶,不同限制酶识别、切割的DNA序列不同。 (2)在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶,目的是产生相同的黏性末端。 (3)限制酶切割位点应位于标记基因之外,不能破坏标记基因,以便进行检测。 (4)基因工程中有3种工具,但工具酶只有2种。 (5)
4、标记基因的作用是筛选、检测目的基因是否导入受体细胞,常见的有抗生素抗性基因、发光基因(表达产物为带颜色的物质)等。,考向 基因工程的概念和基本工具 1.(2016全国理综)某一质粒载体如下图所示,外源DNA插入到Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因,Tetr表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用BamH酶切后,与用BamH酶切获得的目的基因混合,加入DNA连接酶进行连接反应,用得到的混合物直接转化大肠杆菌。结果大肠杆菌有的未被转化,有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种,分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题
5、。,-13-,自主梳理,核心突破,考向感悟,-14-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(1)质粒载体作为基因工程的工具,应具备的基本条件有 (答出两点即可),而作为基因表达载体,除满足上述基本条件外,还需具有启动子和终止子。 (2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选,在上述四种大肠杆菌细胞中,未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的,其原因是 ; 并且 和 的细胞也是不能区分的,其原因是 。在上述筛选的基础上,若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落,还需使用含有 的固体培养基。 (3)基因工程中,某些噬菌体经改造后可以作为载体,其DNA复制所需的原料来自于 。,-15-,自
6、主梳理,核心突破,考向感悟,答案:(1)能自我复制、具有标记基因 (2)二者均不含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均不生长 含有质粒载体 含有插入了目的基因的重组质粒(或含有重组质粒) 二者均含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均能生长 四环素 (3)受体细胞 解析:(1)基因工程中的载体应具备如下条件:必须有一个或多个限制酶切点;具有自我复制能力;具有标记基因;对宿主细胞无害。(2)未转化的和仅含环状目的基因的细胞不能在含有氨苄青霉素的培养基上生长,故不能区分;而含有质粒载体和重组质粒的细胞在含有氨苄青霉素的培养基上都能生长,也不能区分。因目的基因插入位点在抗四环素基因上,抗四环素基因被破
7、坏,丧失了原有的功能,故含有重组质粒的大肠杆菌不抗四环素。将获得的单个菌落各挑取少许分别接种到含有四环素的培养基上,不能生长的即为所筛选的菌落,即含有重组质粒的大肠杆菌。(3)噬菌体是营寄生生活的,利用受体细胞内的原料进行自身DNA的复制和蛋白质的合成。,-16-,自主梳理,核心突破,考向感悟,2.回答下列有关基因工程问题。 图1表示含有目的基因D的DNA片段长度(bp即碱基对)和部分碱基序列,图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有Msp、BamH、Mbo、Sma 4种限制性核酸内切酶,它们识别的碱基序列和酶切位点分别为CCGG、GGATCC、GATC、CCCGGG。,-17-,自主梳理,
8、核心突破,考向感悟,(1)若用限制酶Sma完全切割图1中DNA片段,其产物长度分别为 。若图1中虚线方框内的碱基对被TA碱基对替换,那么基因D就突变为基因d。从隐性纯合子中分离出图1及其对应的DNA片段,用限制酶Sma完全切割,产物中共有 种不同长度的DNA片段。 (2)为了提高试验成功率,需要通过PCR技术扩增目的基因,以获得目的基因的大量拷贝。该方法也是检测 多样性的最简单方法。 (3)若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接,形成重组质粒,那么应选用的限制酶是 。,答案:(1)537 bp、790 bp、661 bp 2 (2)遗传(基因) (3)BamH,-18-,自主梳
9、理,核心突破,考向感悟,解析:(1)限制酶Sma的酶切位点是CCCGGG,完全切割图1中DNA片段,产生的末端是平末端,在图1中有两个限制酶Sma的酶切位点,DNA将切割成三个片段,结合图解,三个片段的长度分别是537 bp、790 bp、661 bp。从隐性纯合子体细胞内分离出图1及其对应的DNA片段,d基因片段只有1个限制酶Sma酶切位点,完全切割后出现两个不同长度DNA片段,分别是1 327 bp、661 bp。(2)根据生物多样性的三个层次,在分子水平上检测的应该是基因的多样性,也叫遗传的多样性。(3)构建重组质粒时,目的基因D不能用限制酶Msp和Sma,这两种限制酶切割的位点在目的基
10、因的中间,如果用其切割,目的基因D会被破坏;也不能用限制酶Mbo,它在目的基因上有两个酶切位点,如果用其切割,质粒上的标记基因会被破坏,就没有办法进行重组质粒的检测,故应选用限制酶BamH。,-19-,自主梳理,核心突破,考向感悟,基因工程的基本操作程序与应用 1.获取目的基因 (1)目的基因:主要指编码 的基因。 (2)获取方法:通过 中获取目的基因,通过 扩增目的基因,通过化学方法直接人工合成。 2.构建基因表达载体 (1)目的:不仅使目的基因进入受体细胞并有效 ,而且要能稳定存在且遗传给后代。 (2)基因表达载体的组成: 、 、终止子和 等。,蛋白质,基因文库,PCR技术,表达,目的基因
11、 启动子,标记基因,-20-,自主梳理,核心突破,考向感悟,3.导入目的基因(连一连),-21-,自主梳理,核心突破,考向感悟,4.检测和鉴定目的基因 (1)检测:分子水平 检测是否导入目的基因:DNA分子杂交技术( 与转基因生物 DNA杂交)。 检测是否转录:分子杂交技术(DNA 探针与转基因生物 )杂交。 检测是否翻译: 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。,DNA探针,mRNA,抗原抗体,-22-,自主梳理,核心突破,考向感悟,5.基因工程的应用 (1)植物基因工程:培育抗病转基因植物、抗虫转基因植物和抗逆转基因植物,利用转基因改良植物的品质。 (2)动物
12、基因工程:改善畜产品品质,提高动物生长速度,生产药物,用转基因动物作 的供体。 (3)基因治疗:指利用正常基因 或 缺陷基因的治疗方法。,器官移植,置换 弥补,-23-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(1)基因表达载体由目的基因、启动子、终止子、标记基因等组成。( ) (2)构建基因表达载体的主要目的是方便将目的基因导入受体细胞。( )(3)可利用分子杂交技术检测目的基因是否转录出mRNA。( ) (4)可利用抗原抗体杂交法检测目的基因是否成功翻译。( ) (5)可利用显微注射法将目的基因导入植物细胞中。 ( ),提示:构建基因表达载体的主要目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在,并可以遗传给下
13、一代,使目的基因能够表达和发挥作用。,提示:将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、花粉管通道法、基因枪法。,-24-,自主梳理,核心突破,考向感悟,1.目的基因的获取 (1)从基因文库中获取:基因文库包括基因组文库或cDNA文库等。 (2)人工合成目的基因的常用方法 化学合成法:已知核苷酸序列的较小基因,直接利用DNA合成仪用化学方法合成,不需要模板。 反转录法:以RNA为模板,在逆转录酶作用下人工合成。,-25-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(3)通过PCR技术扩增目的基因 目的:通过指数式扩增获取大量目的基因。 PCR技术与DNA复制的比较,-26-,自主梳理,核心突破,考向感悟,
14、2.基因表达载体的构建 (1)基因表达载体的构建过程,-27-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(2)基因表达载体的组成 启动子、终止子:是基因转录的起点和终点,在转录过程中起调控作用。 标记基因:作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因,从而将含有目的基因的细胞筛选出来,如抗生素抗性基因。 目的基因:能控制特定性状的外源基因。,-28-,自主梳理,核心突破,考向感悟,3.将目的基因导入受体细胞 受体细胞种类不同,导入方法不同,如下表。,-29-,自主梳理,核心突破,考向感悟,4.目的基因的检测与鉴定,-30-,自主梳理,核心突破,考向感悟,5.基因治疗与基因诊断的不同点,-31-,自主梳理,核
15、心突破,考向感悟,错混辨析(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。但基因表达载体中,启动子(DNA片段)不同于起始密码子(RNA),终止子(DNA片段)不同于终止密码子(RNA)。 (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)一般情况下,用同一种限制酶切割质粒和含有目的基因的片段,但有时可用两种限制酶分别切割质粒和目的基因,这样可避免质粒和质粒之间、目的基因和目的基因之间的连接。,-32-,自主梳理,核心突破,考向感悟,考向 基因工程的基本操作程序与应用 1.(2018全国理
16、综)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
17、添加 的抑制剂。,-33-,自主梳理,核心突破,考向感悟,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操作步骤及应用。(1)该实例可以说明很多问题,比如体外重组的质粒可以进入受体细胞,真核细胞的基因也可以在原核细胞中表达,真核生物和原核生物共用同一套密码子,质粒的化学本质是DNA等。(2)目的基因导入细菌可以用Ca2+处理细菌,从而将目的基因导入受体细胞。噬菌体由DNA和蛋白质外壳组成,噬菌体属于细菌病毒,即其宿主细胞为细菌,所以需要将重组噬菌体导入细菌中。(3
18、)为了防止目的基因所表达的蛋白质被细菌内的蛋白酶所降解,所以要选择蛋白酶缺陷型大肠杆菌,即不能产生蛋白酶的大肠杆菌作为受体细胞。同时,在纯化蛋白质的过程中可以加入蛋白酶抑制剂,以降低蛋白酶的活性。,-34-,自主梳理,核心突破,考向感悟,2.(2017全国理综)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
19、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。,-35-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(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 。,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
20、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,-36-,自主梳理,核心突破,考向感悟,解析: (1)人的基因A含有内含子,其转录出的RNA需切除内含子对应的RNA序列后才能翻译出蛋白A,大肠杆菌是原核生物,其没有切除内含子对应的RNA序列的机制,故将人的基因A导入大肠杆菌无法表达出蛋白A。(2)噬菌体是一种专门寄生在细菌体内的病毒,无法寄生在家蚕中。(3)大肠杆菌繁殖快、容易培养,常用作基因工程的受体。(4)在分子水平检测目的基因是否表达应用抗原抗体杂交法,即用蛋白A与蛋白A的抗体进行杂交。(5)艾弗里的肺炎双球菌
21、转化实验的原理是基因重组,通过重组使得S型细菌的DNA在R型细菌中表达,这种思路为基因工程理论的建立提供了启示。,-37-,自主梳理,核心突破,考向感悟,3.(2016全国理综)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcoR、BamH和Sau3A三种限制性内切酶的识别序列与切割位点,图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的EcoR、Sau3A的切点是唯一的)。,-38-,自主梳理,核心突破,考向感悟,根据基因工程的有关知识,回答下列问题。 (1)经BamH酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被酶切后的产物连接,理由是 。 (2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基
22、因的重组子,如图(c)所示。这三种重组子中,不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有 ,不能表达的原因是 。,-39-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶,常见的有和 ,其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是 。,答案:(1)Sau3A 两种酶切割后产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启动子的上游,丙中目的基因插入在终止子的下游,二者的目的基因均不能被转录(其他合理答案也可) (3)Ecoli DNA连接酶 T4 DNA连接酶 T4 DNA连接酶(其他合理答案也可),-40-,自主梳理,核心突破,考向感悟,解析:(1)由题图(a
23、)可知,限制酶Sau3A与BamH切割后形成的黏性末端相同,所以经BamH酶切割后得到的目的基因可以与题图(b)所示表达载体被Sau3A酶切后的产物连接。(2)在基因表达载体中,启动子应位于目的基因的首端,终止子应位于目的基因的尾端,这样目的基因才能表达。图中甲、丙均不符合,所以不能表达目的基因的产物。(3)常见的DNA连接酶有Ecoli DNA连接酶和T4 DNA连接酶,其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是T4 DNA连接酶,但其对平末端的连接效率较低。,-41-,自主梳理,核心突破,考向感悟,4.(2018江苏)为生产具有特定性能的-淀粉酶,研究人员从某种海洋细菌中克隆了-淀粉酶基因(1
24、 656个碱基对),利用基因工程大量制备-淀粉酶,实验流程见下图。请回答下列问题。,-42-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(1)利用PCR技术扩增-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) 变性温度 退火温度 延伸温度 变性时间 退火时间 延伸时间,-43-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(4)下图表示筛选获得的工程菌中编码-淀粉酶
25、的mRNA的部分碱基序列: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-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:根据上述实验结果,初步判断该-淀粉酶活性最高的条件为 。,-44-,自主梳理,核心突破,考向感悟,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) (4)8 13 (5)pH为8.5,缓冲液为50 mmol/L Tris-HCl 解析 本题综合考查PCR、酶和基因工程相关知识,属于对科学思维、科学探究和社会责任等层次的考查。
26、(1)从海洋细菌中利用PCR技术扩增-淀粉酶基因,首先要获得细菌的基因组DNA,再利用引物来获取-淀粉酶基因。(2)由于PCR技术合成子链的方向是53,引物是子链连接的DNA单链或RNA链,所以应在引物的5端加上限制性酶切位点。为保证DNA片段能定向插入表达载体中,避免DNA片段和载体自身环化以及DNA片段和表达载体任意拼接,常在两条引物上设计不同的限制性酶切位点。(3)引物与模板链结合属于退火,所以退火温度的设定与引物有关,扩增片段属于延伸,扩增片段的长度与延伸的时间有关。,-45-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(4)密码子是指mRNA上三个相连的碱基,虚线框内有24个碱基,共构成8个密码
27、子,虚线框后第一个密码子的第一个碱基是U,共可构成的密码子种类有44=16种,其中有3种终止密码子:UAA、UAG、UGA,所以虚线框后的第一个密码子共有13种。(5)根据表格数据可知,-淀粉酶活性最高时的条件是pH为8.5,缓冲液为50 mmol/L Tris-LCl。,-46-,自主梳理,核心突破,考向感悟,5.(2017江苏)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。,-47-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(1)从高表达MT蛋白的生物组
28、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:升高退火温度 降低退火温度 重新设计引物)。,-48-,自主梳理
29、,核心突破,考向感悟,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),解析: (1)根据mRNA获取目的基因的方法是先通过逆转录获得cDNA,然后通过PCR扩增。 (2)构建重组质粒时,要用限制性核酸内切酶对质粒和含目的基因的DNA进行酶切,所以为方便构建重组质粒,在引物中需要增加适当的限制性核酸内切酶位点。设计引物时需要避免引物的碱基互补配对,防止引物之间自连。,-49-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(3)PCR包括三个步骤:变性、复性(退火)和延伸。图中步骤1代表变性。 (4)退火是引物和模板结合的过程,退火温度过高
30、会破坏引物与模板的碱基配对。退火温度一般比Tm值(把DNA双螺旋结构降解一半时的温度)低5 。DNA中GC含量越高,Tm值越高。 (5)如果PCR反应得不到任何扩增产物,可能是退火温度太高,破坏了引物与模板的碱基配对,也可能是引物设计错误,改进措施是降低退火温度和重新设计引物。,-50-,自主梳理,核心突破,考向感悟,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 进行分子设计。 3.概念理解 (1)基础:通过物理化学或生物化学等技术了解蛋白质的_与 。 (2)操作:借助计算机辅助设计、基因 和 技术改造基因。 (3)结果
31、:定向改造天然蛋白质或制造出自然界 。 (4)目的:满足人类的生产和生活的需求。,蛋白质的结构,结构,功能,定点诱变 重组DNA,不存在的蛋白质,-51-,自主梳理,核心突破,考向感悟,4.设计流程:预期蛋白质功能设计预期的蛋白质 推测应有的 序列找到相对应的 序列(基因)。,结构,氨基酸,脱氧核苷酸,-52-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(1)蛋白质工程是直接对蛋白质结构进行的改造。 ( )(2)蛋白质工程能生产出自然界不存在的蛋白质。 ( ),提示:蛋白质工程是通过基因修饰或基因合成,从而对蛋白质结构进行的改造。,-53-,自主梳理,核心突破,考向感悟,1.蛋白质工程的流程,-54-,自
32、主梳理,核心突破,考向感悟,2.蛋白质工程与基因工程的比较,-55-,自主梳理,核心突破,考向感悟,考向 蛋白质工程 1.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
33、,即: 。,-56-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(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。,-57-,自主梳理,核心突破,考向感悟,答案:(1)氨基酸序列(或结构)(其他合理答案也可) (2)P P1 DNA和RNA(或遗传物质) DNARNA、RNADNA、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)由题干信息可知,改造蛋白质的功能可通过改变蛋白质的结构实现。(2)依据蛋白质工程的定义及
34、题中信息可知,获得P1基因的途径有修饰现有(P)基因或合成新(P1)基因。中心法则的全部内容包括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:从预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相应的脱氧核苷酸序列。通过蛋白质工程合成的蛋白质还需要进行生物活性的鉴定即功能鉴定,看是否达到人们的需求。,-58-,自主梳理,核心突破,考向感悟,2.(2018安徽马鞍山二中模拟)胰岛素可以用于治疗糖尿病,但是胰岛素被注射到人体后,会堆积在皮下,并要经过较长的时间才能进入血液中,而进入血液的胰岛素又容易被分解,因此,治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计速
35、效胰岛素的生产过程,请据图回答有关问题。,-59-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键,图中构建新的胰岛素模型的主要依据是 。 (2)人工合成的DNA与 结合后,被转移到 中才能得到准确表达。 (3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素,需用到的生物工程有 、 和发酵工程。 (4)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么? 。,答案 (1)蛋白质的预期功能 (2)载体 大肠杆菌等受体细胞 (3)蛋白质工程 基因工程 (4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列,推测出其脱氧核苷酸序列,然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因,-60-,自主梳理,核心突破,
36、考向感悟,解析 (1)蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质结构进行分子设计,因此,图中构建新的胰岛素模型的依据是预期速效胰岛素的功能。(2)人工合成的目的基因与载体结合后,被导入受体细胞中才能得以表达。(3)利用蛋白质工程生产自然界中原本不存在的蛋白质,需对原有的胰岛素进行改造,根据新的胰岛素中氨基酸的序列推测出其基因中的脱氧核苷酸序列,人工合成新的胰岛素基因,得到目的基因,改造好的目的基因需通过基因工程将其导入受体细胞获得工程菌,再利用工程菌进行发酵,从而获取大量产品,因此该过程涉及蛋白质工程、基因工程和发酵工程。(4)由新的蛋白质模型到构建新的基因,其基本设计思路是根
37、据新的蛋白质中的氨基酸序列,推测出基因中的脱氧核苷酸序列,然后用DNA合成仪直接合成出新的基因。,-61-,自主梳理,核心突破,考向感悟,生物技术的安全性 1.转基因生物的安全性问题 (1)在转基因植物的安全性方面,除了要考虑转基因植物的问题外,还需要考虑其对 的影响。 (2)转基因动物也存在着一定的安全性问题,如转基因动物对的影响、对生态系统的影响等。,食用安全,生态系统,人体健康,-62-,自主梳理,核心突破,考向感悟,2.生物武器的危害性 (1)许多细菌如霍乱弧菌和 ,病毒如 和天花病毒等微生物具有强大的感染性和致病力。当这些致病微生物被用作 时,具有极大的危险性。 (2)利用 技术,在
38、一些不致病的微生物体内插入 ,或在一些致病的细菌或病毒中插入能对抗_或 的基因,就会培育出新的 或新的抗药性 的致病微生物。这些微生物可能被制造成容易储存、便于携带、毒性更 的生物武器。 (3) 的完成也为生物武器的研制创造了条件。,炭疽杆菌,埃博拉病毒,生物武器,转基因,致病基因,普通疫苗,药物,致病微生物,增强,强,人类基因组计划,-63-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(1)要理性看待转基因技术,趋利避害,不能因噎废食。( ) (2)我国政府对待生化武器的态度是:任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器,并反对生物武器及其技术和设备的扩散。( ),-64-,自主梳理,核心突破,考向感悟,
39、理性看待转基因生物 (1)转基因生物的优缺点分析,(2)对待转基因生物的正确态度:趋利避害,不能因噎废食。,-65-,自主梳理,核心突破,考向感悟,考向 生物技术的安全性 阅读材料,回答下列问题。 自1984年第一例转基因鱼在我国诞生以来,转基因鱼的研究取得很大进步。如转入外源生长激素(GH)基因的鱼生长速度快,饵料转化率高,但鱼类易于逃逸、扩散,因此转基因鱼的生态安全性问题是很值得研究的问题,需研究转基因鱼对生态系统的压力及外源基因的扩散问题。最近,我国科学家只是将三倍体的转基因鱼投入自然系统。 (1)转基因鱼培育成功的物质基础是 。 (2)已知人的GH是一个含有191个氨基酸的蛋白质,若将
40、人的GH基因转移到鱼体内,则转基因鱼增加的脱氧核苷酸数至少是 个。,-66-,自主梳理,核心突破,考向感悟,(3)转基因鱼通过较高的能量转化效率取得较高的特定生长率,以致其生长速度快于非转基因鱼,蛋白质转换效率也显著高于非转基因鱼。其可能的原因是 。 (4)鱼类易于逃逸、扩散,因此转基因鱼的生态安全性问题是很值得研究的问题,试分析引起生态安全性问题的原因。 。 (5)多倍体鱼类对控制过度繁殖是有效的,培育成功的三倍体“湘云鲫”,其形成过程是 。试从保障生态安全性问题分析只投放三倍体鱼的原因。 。,-67-,自主梳理,核心突破,考向感悟,答案:(1)遗传物质都是DNA (2)1 146 (3)转
41、基因鱼体内合成了大量生长激素,生长激素能促进蛋白质合成 (4)转基因鱼与同种野生鱼杂交,使野生鱼带有转基因,具有生长优势,使其捕食对象大量减少,与其他物种竞争加剧,引起生态危机 (5)转基因的二倍体个体加倍为四倍体转基因个体,然后二倍体与四倍体杂交形成三倍体 三倍体鱼不能繁殖,可以人工控制养殖数量和范围,避免发生杂交、竞争,引起生态危机,-68-,自主梳理,核心突破,考向感悟,解析:(1)转基因技术就是通过基因拼接,把目的基因拼接到载体上,实质上是DNA之间的连接。(2)GH是含有191个氨基酸的蛋白质,由蛋白质、控制蛋白质合成的mRNA上的碱基数目及控制蛋白质合成的DNA上的碱基数目,三者的比值为136,所以转基因鱼增加的脱氧核苷酸数至少是1 146个。(3)该转基因鱼转入的是生长激素基因,生长激素能促进生长,主要是促进蛋白质的合成和骨的生长。(4)转基因鱼由于具有易于逃逸、扩散的特点,当这种鱼扩散到其他环境时,与其他种类的鱼杂交,被转入的基因就有可能转移到其他的鱼体内,造成基因污染;同时,由于该种转基因鱼具有生长优势,使其捕食对象大量减少,与其他物种竞争时,优势明显,所以可能引起生态危机。(5)三倍体鱼由于不能产生正常的生殖细胞,无法繁殖后代,因此不会造成生态危机。,
