高考生物大一轮复习分层提能限时练基因工程新人教

分层提能限时练(三十九)基因工程 (限时：45分钟)1(2015全国卷)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)从题中所述资料可知，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。中心法则的内容如下图所示：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，最后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)(2)PP1DNA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2(2015江苏高考)胰岛素A、B链分别表达法是生产胰岛素的方法之一。图1是该方法所用的基因表达载体，图2表示利用大肠杆菌作为工程菌生产人胰岛素的基本流程(融合蛋白A、B分别表示半乳糖苷酶与胰岛素A、B链融合的蛋白)。请回答下列问题：图1图2(1)图1基因表达载体中没有标注出来的基本结构是_。(2)图1中启动子是_酶识别和结合的部位，有了它才能启动目的基因的表达；氨苄青霉素抗性基因的作用是_。(3)构建基因表达载体时必需的工具酶有_。(4)半乳糖苷酶与胰岛素A链或B链融合表达，可将胰岛素肽链上蛋白酶的切割位点隐藏在内部，其意义在于_。(5)溴化氰能切断肽链中甲硫氨酸羧基端的肽键，用溴化氰处理相应的融合蛋白能获得完整的A链或B链，且半乳糖苷酶被切成多个肽段，这是因为_。(6)根据图2中胰岛素的结构，请推测每个胰岛素分子中所含游离氨基的数量。你的推测结果是_，理由是_。【解析】(1)基因表达载体中应具有启动子、目的基因、终止子、标记基因和复制原点。(2)启动子是转录过程中RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能启动目的基因的表达。图中的氨苄青霉素抗性基因充当了标记基因，可用含有氨苄青霉素的培养基筛选含有重组质粒的大肠杆菌。(3)构建基因表达载体时，需要用同种限制酶分别切割目的基因和载体，然后用DNA连接酶将目的基因和载体连接。(4)胰岛素肽链上具有蛋白酶的切割位点，会导致胰岛素被菌体内的蛋白酶降解，而通过融合表达将切割位点隐藏在内部可防止胰岛素的A、B链被菌体内的蛋白酶降解。(5)根据溴化氰能切断肽链中甲硫氨酸羧基端的肽键，并结合半乳糖苷酶被切成多个肽段，获得了完整的胰岛素A链、B链这一信息，可以推测半乳糖苷酶中必然含有多个甲硫氨酸，胰岛素A链、B链不含甲硫氨酸。(6)每一条肽链的两个末端分别含有一个氨基和一个羧基，某些氨基酸的R基中也含有氨基。【答案】(1)终止子(2)RNA聚合作为标记基因，将含有重组质粒的大肠杆菌筛选出来(3)限制酶和DNA连接酶(4)防止胰岛素的A、B链被菌体内蛋白酶降解(5)半乳糖苷酶中含多个甲硫氨酸，而胰岛素A、B链中不含甲硫氨酸(6)至少2个两条肽链的一端各有一个游离的氨基，氨基酸R基团中可能还含有游离的氨基3回答下列有关生物工程的问题：(1)构建基因工程表达载体时，用不同类型的限制酶切割DNA后，可能产生_，也可能产生平末端。若要用限制酶切割_和质粒后使其直接进行连接，则应选择相同的限制酶。(2)利用大肠杆菌生产人胰岛素时，构建的表达载体含有人胰岛素基因及其启动子等，其中启动子也是一段_分子。常用CaCl2处理大肠杆菌，以利于表达载体进入细胞内，这种细胞称为_；为了检测胰岛素基因是否转录出了mRNA，可用标记的_片段作为探针与mRNA杂交，该杂交技术称为分子杂交技术。为了检测胰岛素基因转录的mRNA是否翻译成了胰岛素，常用_技术。【解析】当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开时，产生的是黏性末端，而当限制酶在它识别序列的中心轴线处切开时，产生的则是平末端。为了使目的基因和质粒经切割后能够直接连接，应该选用同种限制酶，使它们产生相同的末端。启动子是一段特殊序列的DNA。大肠杆菌细胞经钙离子处理后，处于一种能从周围环境中吸收DNA分子的生理状态，这种细胞称为感受态细胞。检测目的基因是否转录可以采用分子杂交技术；检测目的基因是否表达可以采用抗原抗体杂交技术。【答案】(1)黏性末端目的基因(2)DNA感受态细胞胰岛素基因抗原抗体杂交4我们日常吃的大米中铁含量极低，科研人员通过基因工程等技术，培育出了铁含量比普通大米高60%的转基因水稻，改良了稻米的营养品质。如图为培育转基因水稻过程示意图，请回答：(1)在上述工程中，铁结合蛋白基因称为_，获取该基因后常用_技术进行扩增。(2)构建重组Ti质粒时，通常要用同种限制酶分别切割_和_。将重组Ti质粒转入农杆菌时，可以用_处理农杆菌，使重组Ti质粒易于导入。(3)将含有重组Ti质粒的农杆菌与水稻愈伤组织共同培养时，通过培养基2的筛选培养，可以获得_；培养基3与培养基2的区别是_。(4)检测培育转基因水稻的目的是否达到，需要检测转基因水稻_。(5)上述培育转基因水稻的操作过程中最为核心的步骤是_。【解析】在将外植体培养成试管苗的过程中要用到不同的培养基，培养基最明显的差别在于所添加激素的种类和比例不同。培育转基因水稻的目的是获得铁含量较高的大米，因此检测时应看转基因水稻种子中铁的含量。【答案】(1)目的基因PCR(2)含目的基因的DNA片段质粒CaCl2(3)含有重组质粒的愈伤组织生长素和细胞分裂素的浓度比例不同(4)种子中的铁含量(5)基因表达载体的构建5科学家通过基因工程方法，将苏云金芽孢杆菌的Bt毒蛋白基因转入普通棉株细胞内，并成功实现了表达，从而培育出了能抗棉铃虫的棉花植株抗虫棉。其过程大致如图所示：(1)基因工程的操作程序主要包括的四个步骤是_、_、_、_。(2)Ti质粒是农杆菌中的一种质粒，其上有TDNA，能把目的基因插入植物细胞染色体上，这是利用了TDNA_的特点。(3)Bt毒蛋白基因转入普通棉株细胞中并成功实现表达的过程，在基因工程中称为_。(4)将目的基因导入受体细胞的方法有很多种，该题中涉及的是_。(5)目的基因能否在棉株体内稳定维持和表达其遗传特性的关键是_，这需要通过检测才能知道，检测采用的方法是_。【解析】农杆菌侵染双子叶植物后，其Ti质粒上的TDNA可转移到受体细胞，并被整合到受体细胞的染色体上。目的基因进入受体细胞内，并在受体细胞内稳定维持和表达的过程，称为转化。据图可知，该题将目的基因导入受体细胞的方法是农杆菌转化法。受体细胞的DNA上是否插入了目的基因，这是目的基因能否在棉株体内稳定遗传的关键，可利用DNA分子杂交技术检测。【答案】(1)目的基因的获取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检测与鉴定(2)可转移至受体细胞并且能被整合到受体细胞染色体DNA上(3)转化(4)农杆菌转化法(5)目的基因是否插入到了受体细胞的染色体DNA上DNA分子杂交技术6绞股蓝细胞中含有抗烟草花叶病毒(TMV)基因，可以合成一种抗TMV蛋白，叶片对TMV具有抗感染性。烟草是重要的经济作物，由于TMV的感染会导致其大幅度减产，研究人员利用转基因技术培育出了抗TMV的烟草，主要流程如下图所示：(1)科学家首先从绞股蓝细胞中提取抗TMV基因转录的RNA，然后合成目的基因。图中过程表示_，获得的DNA必须在两侧添加_和_。(2)过程构建重组Ti质粒时，必须使用_和_两种工具酶。(3)由图分析，在过程构建的重组Ti质粒上应该含有卡那霉素抗性基因作为_，重组Ti质粒导入烟草体细胞的方法是_。(4)在过程培养基中除含有卡那霉素及植物必需的各种营养成分外，还必须添加_，以保证受体细胞能培养成再生植株。(5)过程可采取_的方法，检测植株是否合成了抗TMV蛋白。在个体水平的鉴定过程中，可通过_的方法来确定植株是否具有抗性。【解析】(1)利用RNA获得目的基因的方法是反转录法，目的基因的两端分别为启动子和终止子。(3)质粒上的抗性基因常用作标记基因。(5)常用抗原抗体杂交的方法检测是否合成了特定的蛋白质；常用接种实验从个体水平上检测是否具有抗病性。【答案】(1)逆(反)转录启动子终止子(2)限制性核酸内切酶(限制酶)DNA连接酶(3)标记基因农杆菌转化法(4)植物激素(生长素和细胞分裂素)(5)抗原抗体杂交接种烟草花叶病毒7在培育转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因(kan)常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。如图为获得抗虫棉的技术流程。请据图回答：(1)基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤：目的基因的获取、_、将目的基因导入受体细胞、_。(2)A过程需要的酶有_和_。(3)要把重组质粒导入土壤农杆菌，首先必须用_处理土壤农杆菌，使土壤农杆菌转变为_态，然后将_在缓冲液中混合培养完成转化过程。(4)含有重组质粒的土壤农杆菌侵染离体棉花叶片组织后，将离体棉花叶片组织培养成再生植株要经过_和_。如要确保再生植株中含有抗虫基因，可在C过程的培养基中加入_。(5)目的基因能否在棉花植株体内维持和表达其遗传特性的关键是_。这需要通过检测才能知道，检测采用的方法是_。【解析】(1)基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤：目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。(2)基因表达载体构建过程中，需要用同种限制酶切割目的基因和载体，使它们产生相同的黏性末端，再用DNA连接酶把这两个DNA片段连接起来。(3)农杆菌转化法导入目的基因时，首先必须用Ca2处理土壤农杆菌，使土壤农杆菌转变为感受态，然后将重组质粒和感受态细胞在缓冲液中混合培养完成转化过程。(4)植物组织培养过程的关键步骤是脱分化和再分化。因为只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长，故若要确保再生植株中含有抗虫基因，可在C过程的培养基中加入卡那霉素。(5)目的基因能否在棉花植株体内维持和表达其遗传特性的关键是目的基因是否插入受体细胞的DNA分子上，检测采用的方法是DNA分子杂交技术。【答案】(1)基因表达载体的构建目的基因的检测与鉴定(2)限制酶DNA连接酶(3)Ca2感受重组质粒和感受态细胞(4)脱分化再分化卡那霉素(5)目的基因是否插入受体细胞的DNA分子上DNA分子杂交技术8如图表示从酵母菌中提取某植物需要的控制某种酶合成的基因的流程，结合所学知识及相关信息回答下列问题：(1)图中cDNA文库_(填“大于”“等于”或“小于”)基因组文库。(2)过程提取的DNA需要_的切割，B过程属于_过程。(3)为在短时间内获得大量目的基因，可用_扩增的方法，其原理是_。(4)获取目的基因之后，需要_，其组成必须有_以及标记基因等，此步骤是基因工程的核心。(5)将该目的基因导入某双子叶植物细胞，常采用的方法是_，其能否在此植物体内稳定遗传的关键是_，可以用_技术进行检测。(6)如果要想使该酶活性更强或具有更强的耐受性，需要对现有蛋白质进行改造，这要通过蛋白质工程。首先要设计预期的_，再推测应有的氨基酸序列，找到相对应的_。(7)除植物基因工程硕果累累之外，基因工程在动物基因工程、基因工程药物和基因治疗等方面也取得了显著成果，请至少列举出两方面的应用：_。【解析】(1)基因组文库是指将某生物的全部基因组DNA切割成一定长度的DNA片段克隆到某种载体上形成的集合；cDNA文库是由mRNA经逆转录形成的基因组成的，由于基因的选择性表达，cDNA文库小于基因组文库。(2)从供体细胞的DNA中获取目的基因，首先应用限制酶将目的基因从其所在的DNA分子上切割下来；B过程是以mRNA为模板合成DNA的过程，应为逆转录过程，也叫反转录。(3)PCR技术是一种体外扩增DNA的方法，其原理是DNA复制。(4)获取目的基因后，第二步要进行表达载体的构建，其组成必须有启动子、终止子、目的基因、标记基因及复制原点，此步骤是基因工程的核心。(5)将目的基因导入双子叶植物细胞常用的方法是农杆菌转化法，其能否在此植物体内稳定遗传的关键是目的基因是否经Ti质粒整合到植物细胞的染色体上，用DNA杂交技术即可检测。(6)蛋白质工程首先要根据蛋白质的功能预期蛋白质的结构，再推测应有的氨基酸序列，结合密码子表找到相对应的mRNA碱基序列，最终推导出DNA的脱氧核苷酸序列。【答案】(1)小于(2)限制酶反转录(3)PCRDNA复制(4)构建基因表达载体启动子、终止子、目的基因(5)农杆菌转化法目的基因是否整合到植物细胞的染色体上DNA分子杂交(6)蛋白质结构脱氧核苷酸序列(7)乳腺生物反应器、体外基因治疗复合型免疫缺陷综合征(其他合理答案也可)8