高考生物基础保分专题十二基因工程与克隆技术知识点梳理84.docx

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高考生物基础保分专题十二基因工程与克隆技术知识点梳理84

基础保分专题十二基因工程与克隆技术

[课前循图忆知]

[做真题·明方向]

1．（2018·全国卷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。

解析：

（1）将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌中，该过程利用的技术是转基因技术。

该研究除了证明质粒可作为载体外，还证明了体外重组的质粒可以进入受体细胞，真核生物的基因可在原核细胞中表达等。

（2）重组质粒导入大肠杆菌细胞可采用Ca2＋参与的转化方法；体外重组噬菌体要通过将体外重组的噬菌体DNA和外壳蛋白（或噬菌体蛋白）进行组装获得；因为噬菌体是专门寄生在细菌中的病毒，所以宿主细胞选用细菌。

（3）为防止蛋白质被降解，在实验中应选用蛋白酶缺陷型的大肠杆菌作为受体细胞；在蛋白质纯化过程中，为防止目的蛋白质被降解，需要添加蛋白酶的抑制剂。

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

2．（2018·全国卷Ⅱ节选）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L1GFP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。

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。

解析：

（1）由题意可知，L1基因和GFP基因合成了L1GFP融合基因（简称为甲），题图中显示了四个酶切位点，当将L1GFP融合基因插入质粒P0时，可用E1和E4限制酶进行酶切，用这两种酶进行酶切不会破坏甲的完整性，同时能保证甲按照正确的方向与载体连接。

（2）若在牛皮肤细胞中观察到了绿色荧光，则说明L1GFP融合基因得到表达，即目的基因在受体细胞中通过转录和翻译合成了荧光蛋白。

（3）利用PCR技术扩增目的基因，可以检测目的基因是否存在。

PCR扩增的模板是DNA。

答案：

（1）E1和E4　甲的完整　甲与载体正确连接　

（2）转录　翻译　（3）核DNA

3．（2017·全国卷Ⅰ）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。

（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______________________________________________________________________。

解析：

（1）人为真核生物，从人的基因组文库中获取的基因A含有内含子，基因A转录出的产物中有与内含子对应的RNA序列。

大肠杆菌为原核生物，没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制，若以大肠杆菌作为受体细胞，由于不能切除内含子对应的RNA序列，所以无法表达出蛋白A。

（2）噬菌体和动物病毒均可作为基因工程的载体，但它们的宿主细胞不同。

题中受体为家蚕，是一种昆虫，因此应选择昆虫病毒作为载体，噬菌体的宿主是细菌，不适合作为该实验的载体。

（3）大肠杆菌具有繁殖快、容易培养、单细胞、遗传物质少等优点，因此，常作为基因工程的受体细胞。

（4）常用抗原—抗体杂交的方法检测目的基因是否表达，故能用于检测蛋白A的物质为蛋白A的抗体。

（5）艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验中，S型菌的DNA转移到了R型菌体内，其对基因工程理论的建立提供的启示是DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体。

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

4．（2015·全国卷Ⅱ）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）（其他合理答案也可）　

（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

命题方向

基础类

第1题的

（2）小题，第2题的

（2）（3）小题，第3题的（3）（4）小题，第4题的

（1）

（2）小题

理解类

第1题的

（1）（3）小题，第2题的

（1）小题，第3题的

（1）

（2）（5）小题，第4题的（3）小题

复习方向

1.记忆基因的结构，基因工程的工具、过程，PCR技术的原理和步骤及注意事项，蛋白质工程的应用的相关知识。

如第1题的

（2）小题，第2题的（3）小题，第3题的（3）（4）小题，第4题的

（1）

（2）小题

2．重点理解基因工程原理、过程、注意事项及应用的相关知识。

第1题的

（1）（3）小题，第2题的

（1）小题，第3题的

（1）

（2）（5）小题，第4题的（3）小题

[理教材·固根基]

1．比较记忆基因工程的三种工具（填表）

限制酶

DNA连接酶

载体

作用

切割目的基因和载体

拼接DNA片段，形成重组DNA

携带目的基因进入受体细胞

作用部位

两个核苷酸之间

的磷酸二酯键

—

作用

特点

（条件）

①识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列

②在特定位点上切割

①E·coliDNA连接酶只能连接黏性末端

②T4DNA连接酶能连接黏性末端和平末端

①能在宿主细胞内稳定存在并大量复制

②有一个至多个限制酶切割位点

③具有特殊的标记基因

常用

类型

EcoRⅠ限制酶

SmaⅠ限制酶

E·coliDNA连接酶、T4DNA连接酶

质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等

2．熟记基因工程的四个操作步骤（填图）

（1）目的基因的获取途径：

方法

具体操作

直接分离

从自然界已有的物种中分离，如从基因文库中获取

人工合成

化学方法

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

逆转录法

以RNA为模板，在逆转录酶作用下人工合成

PCR技术扩增

①原理：

DNA复制

②条件：

模板DNA、引物、四种脱氧核苷酸、热稳定的DNA聚合酶

（2）基因表达载体（重组质粒）的构建：

①基因表达载体的组成：

②构建过程：

（3）将目的基因导入受体细胞：

植物细胞

动物细胞

微生物细胞

常用方法

农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法

显微注射技术

Ca2＋处理法

受体细胞

受精卵、体细胞

受精卵

原核细胞

（4）目的基因的检测与鉴定：

3．图解记忆蛋白质工程（填图）

[练热点·会迁移]

1．将某种植物中的耐盐基因，转入水稻细胞中培育出耐盐水稻新品系。

如图是培育过程简图，请回答下列问题：

（1）阶段1的核心步骤是________________________，在这个过程中，理论上一般需用同种限制酶切割________个磷酸二酯键。

（2）为保证耐盐基因的正常转录，重组质粒b上耐盐基因的首端必须含有________，它是____________识别和结合的位点，尾端应含有________。

（3）由b到c常用的方法是________________，检测转基因植株是否培育成功的最简便方法是______________________________________________________________________。

（4）阶段2的培养基中除了必要的营养物质和琼脂外，还必须添加____________。

解析：

（1）阶段1属于基因工程操作过程，基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建。

若用同种酶切割质粒和含目的基因的DNA片段，则在获取目的基因时，需要从目的基因两端切割，每个DNA分子有两条链，因此需要切开4个磷酸二酯键；对于质粒来说，只要切开一个切口即可，这样需切开2个磷酸二酯键，因此整个过程理论上一般需要切开6个磷酸二酯键。

（2）转录是从基因的启动子部位开始的，因此必须保证基因首端有启动子。

RNA聚合酶在转录时能识别并与启动子结合，在基因的尾端应有终止子，在此处RNA聚合酶与基因分离，转录停止。

（3）常用农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞。

本实验的目的是培育耐盐植物，因此可将转基因植物种植在盐碱地上观察其是否能正常生长。

（4）在植物组织培养过程中，还必须在培养基中加入一定量的细胞分裂素和生长素。

答案：

（1）基因表达载体的构建　6　

（2）启动子　RNA聚合酶　终止子　（3）农杆菌转化法　将其种植在盐碱地上观察是否能正常生长（用一定浓度的盐水浇灌，观察其是否能正常生长）　（4）植物激素（细胞分裂素和生长素）

2．MAP30蛋白是一种能使Ⅰ型核糖体失活的蛋白质，存在于苦瓜果实和种子中。

MAP30蛋白具有抗肿瘤、抗菌、抗病毒、抗艾滋病的功能，近年来引起人们的广泛关注。

（1）人们已经清楚MAP30蛋白的氨基酸序列，可以用____________方法获得MAP30蛋白的基因。

利用PCR技术扩增该基因，PCR反应体系的主要成分应该包含：

______________、__________、__________、__________、扩增缓冲液（含Mg2＋）和水等。

（2）科学家用MAP30蛋白的基因与某种病毒的DNA构建基因表达载体，导入南瓜细胞中，在这个过程中，需要使用到的酶是__________________。

为了避免出现“目的基因自我环化”、“目的基因在运载体上反向连接”的问题，请提出一种解决该问题的思路：

_______________________________________________________________________。

（3）可用______________方法得到愈伤组织大规模生产MAP30蛋白，用______________方法检测MAP30的基因是否在南瓜果实中成功表达。

（4）弧菌是克氏原螯虾养殖中重要的致病菌，大规模暴发会给水产养殖带来巨大的经济损失。

科研人员为了研究MAP30蛋白抗弧菌的效果，用含不同浓度MAP30蛋白培养液培养弧菌，绘制弧菌生长曲线如图：

由图可以得出的结论是_____________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

（1）在已知氨基酸排列顺序的情况下，可以用化学合成的方法来合成相应的基因。

PCR反应体系的主要成分应该包含进行DNA复制的原料即4种脱氧核糖核苷酸，进行复制的模板DNA，引物对和热稳定DNA聚合酶（Taq酶）等。

（2）构建基因表达载体需要用到限制酶和DNA连接酶，如果用两种限制酶分别去切割目的基因和运载体，这样目的基因两端的黏性末端和运载体两端的黏性末端都不同，就不会自身环化，也不会出现目的基因在运载体上反向连接的情况了。

（3）愈伤组织的获得需要用植物组织培养技术。

检测目的基因是否表达可用抗原—抗体杂交方法。

（4）分析此图，要分析在横坐标相同时不同曲线的差异。

从图中曲线变化趋势可知，在相同的培养时间内，随着MAP30蛋白浓度的升高，MAP30蛋白对弧菌生长的抑制作用增强。

当MAP30蛋白浓度达到或高于500g/mL时，弧菌生长完全被抑制。

答案：

（1）化学合成（人工合成）　4种脱氧核糖核苷酸

　模板DNA　引物对　热稳定DNA聚合酶（Taq酶）　

（2）限制酶、DNA连接酶　分别使用两种限制酶去剪切目的的基因和运载体　（3）植物组织培养　抗原—抗体杂交　（4）随着MAP30蛋白浓度的升高，MAP30蛋白对弧菌生长的抑制作用增强；当MAP30蛋白浓度达到或高于500g/mL时，弧菌生长完全被抑制

3．过氧化氢酶广泛存在于自然界的生物体中，其能够将过氧化氢分解为水和分子氧，在纺织、造纸、食品、临床分析及医疗诊断等行业中也具有重要的应用价值。

某科研小组用PCR技术得到嗜热脂肪芽孢杆菌过氧化氢酶基因perA，转化大肠杆菌得到了耐热过氧化氢酶基因工程菌，工程菌的制备流程如图所示。

请回答下列问题：

（1）基因工程操作的核心步骤是____________________，将目的基因导入大肠杆菌细胞的常用方法是__________________________________________________________。

（2）PCR技术体外扩增DNA的原理是____________________，从酶的角度比较PCR技术和人体内DNA复制的不同：

___________________________________________________。

若通过PCR技术对perA扩增5代，共需要消耗引物的数量为________个。

（3）从分子水平检测大肠杆菌工程菌内是否产生了耐高温的过氧化氢酶的方法是____________，将原核细胞作为基因工程的受体细胞的突出优点是____________________。

（4）采用蛋白质工程进一步改造该酶的基本途径：

从提高酶的活性出发，设计预期的蛋白质结构，推测应有的氨基酸序列，找到相对应的________________。

解析：

（1）基因工程操作的核心步骤是基因表达载体的构建。

将目的基因导入大肠杆菌细胞常用的方法是用钙离子处理大肠杆菌制备感受态细胞。

（2）PCR技术体外扩增DNA的原理是DNA双链复制，从酶的角度分析，人体内DNA复制过程需要解旋酶和DNA聚合酶，PCR技术不需要解旋酶，但需要能耐高温的DNA聚合酶。

若通过PCR技术对perA扩增5代，由于每条新合成的链都需要引物，因此共需要的引物数量为2＋4＋8＋16＋32＝62（个）。

（3）从分子水平检测大肠杆菌工程菌内是否产生了耐高温的过氧化氢酶的方法是抗原—抗体杂交法。

原核生物繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对较少，因此常用作基因工程的受体细胞。

（4）蛋白质工程的步骤是预期蛋白质的功能→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。

答案：

（1）基因表达载体的构建　钙离子处理法　

（2）DNA双链复制　人体内DNA复制需要解旋酶和DNA聚合酶，PCR技术不需要解旋酶，但需要能耐高温的DNA聚合酶（合理即可）　62　（3）抗原—抗体杂交法　繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少　（4）脱氧核苷酸序列

考点二　克隆技术

[做真题·明方向]

1．（2018·全国卷Ⅲ）2018年《细胞》期刊报道，中国科学家率先成功地应用体细胞对非人灵长类动物进行克隆，获得两只克隆猴——“中中”和“华华”。

回答下列问题：

（1）“中中”和“华华”的获得涉及核移植过程，核移植是指_______________________________________________。

通过核移植方法获得的克隆猴，与核供体相比，克隆猴体细胞的染色体数目________（填“减半”“加倍”或“不变”）。

（2）哺乳动物的核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植，胚胎细胞核移植获得克隆动物的难度________（填“大于”或“小于”）体细胞核移植，其原因是________________________________________________________________。

（3）在哺乳动物核移植的过程中，若分别以雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体，通常所得到的两个克隆动物体细胞的常染色体数目________（填“相同”或“不同”），性染色体组合________（填“相同”或“不同”）。

解析：

（1）核移植是指将动物的一个细胞核，移入一个已去掉细胞核的卵母细胞中，形成重组细胞。

将重组细胞形成的早期胚胎移植到受体子宫内进一步发育，最终分娩得到克隆动物。

因为染色体在细胞核中，所以克隆动物体细胞与提供细胞核的个体的体细胞的染色体数目相同。

（2）由于动物的胚胎细胞分化程度低，恢复全能性相对容易，而动物的体细胞分化程度高，恢复全能性十分困难，因此，动物体细胞核移植获得克隆动物的难度明显高于胚胎细胞核移植。

（3）哺乳动物雌雄个体的体细胞中，细胞核内常染色体的数目是相同的，性染色体组合是不同的。

若分别以雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体，则得到的克隆动物的体细胞中常染色体的数目相同，性染色体组合不同。

答案：

（1）将动物的一个细胞核，移入一个已去掉细胞核的卵母细胞中　不变　

（2）小于　胚胎细胞分化程度低，恢复全能性相对容易　（3）相同　不同

2．（2017·全国卷Ⅲ）编码蛋白甲的DNA序列（序列甲）由A、B、C、D、E五个片段组成，编码蛋白乙和丙的序列由序列甲的部分片段组成，如图1所示。

回答下列问题：

（1）现要通过基因工程的方法获得蛋白乙，若在启动子的下游直接接上编码蛋白乙的DNA序列（TTCGCTTCT……CAGGAAGGA），则所构建的表达载体转入宿主细胞后不能翻译出蛋白乙，原因是________________________________________________________。

（2）某同学在用PCR技术获取DNA片段B或D的过程中，在PCR反应体系中加入了DNA聚合酶、引物等，还加入了序列甲作为________，加入了________作为合成DNA的原料。

（3）现通过基因工程方法获得了甲、乙、丙三种蛋白，要鉴定这三种蛋白是否具有刺激T淋巴细胞增殖的作用，某同学做了如下实验：

将一定量的含T淋巴细胞的培养液平均分成四组，其中三组分别加入等量的蛋白甲、乙、丙，另一组作为对照，培养并定期检测T淋巴细胞浓度，结果如图2。

①由图2可知：

当细胞浓度达到a时，添加蛋白乙的培养液中T淋巴细胞浓度不再增加，此时若要使T淋巴细胞继续增殖，可采用的方法是__________________。

细胞培养过程中，培养箱中通常要维持一定的CO2浓度，CO2的作用是__________________。

②仅根据图1、图2可知，上述甲、乙、丙三种蛋白中，若缺少________（填“A”“B”“C”“D”或“E”）片段所编码的肽段，则会降低其刺激T淋巴细胞增殖的效果。

解析：

（1）若在启动子的下游直接接上编码蛋白乙的DNA序列（TTCGCTTCT……CAGGAAGGA），则转录出的mRNA上缺少起始密码子，故不能翻译出蛋白乙。

（2）使用PCR技术获取DNA片段时，应在PCR反应体系中添加引物、耐高温的DNA聚合酶、模板、原料dNTP。

（3）①T淋巴细胞浓度之所以不再增加，是因为细胞