新课标新高考生物复习练习讲义专题25 基因工程与蛋白质工程.docx
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新课标新高考生物复习练习讲义专题25基因工程与蛋白质工程
专题25 基因工程与蛋白质工程
考情探究
课标解读
考情分析
备考策略
考点
考向
1
基因工程
基因工程的原理与技术
“基因工程”在生物技术与工程中占有举足轻重的地位,是教材知识的重点,也属于高考命题的热点之一。
考查内容集中在基因工程特殊工具的作用和特点、基因工程操作步骤以及基因工程在工农业生产和实践方面的应用,其中限制酶的种类和作用是该考点的难点;考查方式上,多以最新科技信息材料的形式,且常常结合细胞工程和胚胎工程进行考查;素养考查方面,多通过分析社会热点话题中的转基因技术方案,体现对科学探究素养的考查。
预计2021年高考中这种命题趋势还将继续存在,复习时应注意加强与细胞工程、胚胎工程的横向联系
（1）利用表格比较法对比理解限制酶、DNA连接酶和载体的作用。
（2）利用实例分析法理解基因工程、蛋白质工程的原理与技术
2
基因工程的应用与蛋白质工程
基因工程的应用
蛋白质工程
真题探秘
基础篇
基础集训
考点一 基因工程
考向 基因工程的原理与技术
1.（2019福建泉州高二期末,10）如图表示形成cDNA并进行PCR扩增的过程。
据图分析,下列叙述正确的是（ ）
A.①过程所需的原料是核糖核苷酸
B.②过程所需的酶必须耐高温
C.③过程需要解旋酶破坏氢键
D.④过程的引物对之间不能互补配对
答案 D
2.（2019江西重点中学盟校一模,38）回答下列与基因工程有关的问题:
（1）基因工程技术中, 是将目的基因导入植物细胞最常用的方法,其中的Ti质粒上的T-DNA是指 。
（2）获得的目的基因可利用PCR技术在体外反应体系中扩增,该过程利用的原理是 ,需要加入的原料是 ,DNA解旋利用的是 原理。
（3）基因工程中使用的载体,除质粒外,还有 和 。
（4）该技术可以培育抗病转基因植物,也可用于动物的基因治疗。
与之相比,单克隆抗体也用于诊断或携带药物治疗癌症,这是利用了它 的优点。
答案
（1）农杆菌转化法 可转移的DNA
（2）DNA双链复制 四种脱氧核苷酸（或dATP、dTTP、dCTP和dGTP） 热变性（或高温变性等类似意思） （3）λ噬菌体的衍生物 动植物病毒（该两空可调换） （4）特异性强、灵敏度高
3.（2019江苏徐州一中升级考试,41）PCR技术（多聚酶链式反应）成为分子生物学实验室的一种常规手段,其与DNA体内复制的比较如表所示,PCR反应过程如图所示,请回答下列问题:
原料
ATP
DNA体内复制
四种脱氧核苷酸
需要
PCR反应
脱氧胞苷三磷酸、脱氧腺苷三磷酸
脱氧胸苷三磷酸、脱氧鸟苷三磷酸
不需要
（1）加热使DNA双链打开,这一步是打开 键,称为 ,在细胞中是在 酶的作用下进行的。
（2）当温度降低时,引物与模板末端结合,在 酶的作用下,引物沿模板延伸,最终合成2条DNA分子,此过程中原料是 。
PCR反应合成DNA子链时能量来源于 。
（3）通过PCR技术使DNA分子大量复制,若将一个用15N标记的DNA分子放入试管中,以14N标记的脱氧核苷酸为原料,连续复制4次以后,则15N标记的DNA分子占全部DNA总数的比例为 。
（4）现有一段DNA序列:
5'CAAGGATCC3'
3'GTTCCTAGG5',如果它的引物1为5'GGA—OH,则引物2为 。
答案
（1）氢 解旋 解旋
（2）热稳定DNA聚合（Taq） 脱氧核苷三磷酸 原料水解产生的能量 （3）1/8 （4）5'CAA—OH
考点二 基因工程的应用与蛋白质工程
考向1 基因工程的应用
1.利用基因工程技术培育马铃薯新品种,目前已经取得丰硕成果。
请根据教材所学知识回答下列问题:
（1）马铃薯易患多种疾病,导致其产量不高。
通过导入抗病基因并使其表达可以提高马铃薯产量,基因工程中使用最多的抗病基因是 和病毒的复制酶基因。
（2）马铃薯是双子叶植物,常用 （方法）将目的基因导入马铃薯受体细胞中。
构建好的基因表达载体基本结构包括目的基因、标记基因、 、 、 等五部分。
（3）科学家还培育出抗除草剂的转基因马铃薯,其设计方法为修饰除草剂作用的靶蛋白,使其对除草剂 （填“敏感”或“不敏感”）,或使靶蛋白过量表达,植物吸收除草剂后仍能 。
（4）将目的基因导入受体细胞后,还需对转基因植物进行 。
答案
（1）病毒外壳蛋白基因
（2）农杆菌转化法 启动子 终止子 复制原点 （3）不敏感 正常代谢 （4）目的基因的检测与鉴定
考向2 蛋白质工程
2.（2019福建泉州高二期末,26）中华鲟是地球上古老的脊椎动物,被称为“活化石”。
研究者试图通过蛋白质工程改造中华鲟体内的某些蛋白质,使其更加适应现在的水域环境。
以下说法错误的是（ ）
A.该工程可以定向改变蛋白质分子的结构
B.改造蛋白质是通过改造基因结构而实现的
C.改造后的中华鲟和现有中华鲟仍是同一物种
D.改造后的中华鲟的后代不具有改造的蛋白质
答案 D
3.（2015课标全国Ⅱ,40）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）（1分,其他合理答案也给分）
（2）P P1（每空2分,共4分） DNA和RNA（或遗传物质）（2分） DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质（或转录、逆转录、翻译）（3分）
（3）设计蛋白质的结构 推测氨基酸序列（每空2分,共4分） 功能（1分）
应用篇
应用集训
应用 口蹄疫病毒VP1基因在胡萝卜中的表达及转
基因大米的培育
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流程示意图,请回答下列问题:
（1）铁结合蛋白基因可来自菜豆,且基因的脱氧核苷酸序列已知,可以用 法获得此目的基因或用 技术扩增此目的基因。
（2）构建重组Ti质粒时,通常要用 分别切割 。
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 。
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 。
（4）为研究外源基因的遗传方式,将T0植株上收获的种子种植成T1株系,检测各单株的潮霉素抗性。
在检测的多数T1株系内,抗潮霉素植株与潮霉素敏感植株的比例为3∶1,此结果说明外源基因的遗传符合 定律。
有少数T1株系的植株表现为对潮霉素敏感,但其体内能检测到铁结合蛋白基因,造成这一结果最可能的原因是 。
答案
（1）化学合成（或从基因文库中获取） PCR
（2）（同种）限制性核酸内切酶 含目的基因的DNA片段和质粒 CaCl2溶液 （3）含有重组质粒（或含有潮霉素抗性基因）的愈伤组织 生长素和细胞分裂素的比例不同 （成熟）种子中铁含量 （4）（基因）分离 潮霉素抗性基因没有表达（或“潮霉素抗性基因丢失”）
【五年高考】
考点一 基因工程
1.（2019课标全国Ⅰ,38,15分）基因工程中可以通过PCR技术扩增目的基因。
回答下列问题。
（1）基因工程中所用的目的基因可以人工合成,也可以从基因文库中获得。
基因文库包括 和 。
（2）生物体细胞内的DNA复制开始时,解开DNA双链的酶是 。
在体外利用PCR技术扩增目的基因时,使反应体系中的模板DNA解链为单链的条件是 。
上述两个解链过程的共同点是破坏了DNA双链分子中的 。
（3）目前在PCR反应中使用Taq酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是 。
答案
（1）基因组文库 cDNA文库
（2）解旋酶 加热至90~95℃ 氢键 （3）Taq酶热稳定性高,而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活
2.（2018课标全国Ⅰ,38,15分）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
3.（2018课标全国Ⅱ,38,15分）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。
启动子
L1基因
GFP基因
终止子
↑E1 ↑E2 ↑E3 ↑E4
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
4.（2017课标全国Ⅰ,38,15分）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 。
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
考点二 基因工程的应用与蛋白质工程
5.（2019江苏单科,33,8分）图1是某基因工程中构建重组质粒的过程示意图,载体质粒P0具有四环素抗性基因（tetr）和氨苄青霉素抗性基因（ampr）。
请回答下列问题:
图1
（1）EcoRⅤ酶切位点为
EcoRⅤ酶切出来的线性载体P1为 末端。
（2）用TaqDNA聚合酶进行PCR扩增获得的目的基因片段,其两端各自带有一个腺嘌呤脱氧核苷酸。
载体P1用酶处理,在两端各添加了一个碱基为 的脱氧核苷酸,形成P2;P2和目的基因片段在 酶作用下,形成重组质粒P3。
（3）为筛选出含有重组质粒P3的菌落,采用含有不同抗生素的平板进行筛选,得到A、B、C三类菌落,其生长情况如下表（“+”代表生长,“-”代表不生长）。
根据表中结果判断,应选择的菌落是 （填表中字母）类,另外两类菌落质粒导入情况分别是 、 。
菌落类型平板类型
A
B
C
无抗生素
+
+
+
氨苄青霉素
+
+
-
四环素
+
-
-
氨苄青霉素+四环素
+
-
-
图2
（4）为鉴定筛选出的菌落中是否含有正确插入目的基因的重组质粒,拟设计引物进行PCR鉴定。
图2所示为甲、乙、丙3条引物在正确重组质粒中的相应位置,PCR鉴定时应选择的一对引物是 。
某学生尝试用图中另外一对引物从某一菌落的质粒中扩增出了400bp片段,原因是 。
答案 （8分）
（1）平
（2）胸腺嘧啶（T） DNA连接 （3）B A类菌落含有P0 C类菌落未转入质粒 （4）乙丙 目的基因反向连接
6.（2019天津理综,9,12分）B基因存在于水稻基因组中,其仅在体细胞（2n）和精子中正常表达,但在卵细胞中不转录。
为研究B基因表达对卵细胞的影响,设计了如下实验。
据图回答:
（1）B基因在水稻卵细胞中不转录,推测其可能的原因是卵细胞中 （单选）。
A.含B基因的染色体缺失
B.DNA聚合酶失活
C.B基因发生基因突变
D.B基因的启动子无法启动转录
（2）从水稻体细胞或 中提取总RNA,构建 文库,进而获得B基因编码蛋白的序列。
将该序列与Luc基因（表达的荧光素酶能催化荧光素产生荧光）连接成融合基因（表达的蛋白质能保留两种蛋白质各自的功能）,然后构建重组表达载体。
（3）在过程①、②转化筛选时,过程 中T-DNA整合到受体细胞染色体DNA上,过程 在培养基中应加入卡那霉素。
（4）获得转基因植株过程中,以下鉴定筛选方式正确的是 （多选）。
A.将随机断裂的B基因片段制备成探针进行DNA分子杂交
B.以Luc基因为模板设计探针进行DNA分子杂交
C.以B基因编码蛋白的序列为模板设计探针与从卵细胞提取的mRNA杂交
D.检测加入荧光素的卵细胞中是否发出荧光
（5）从转基因植株未成熟种子中分离出胚,观察到细胞内仅含一个染色体组,判定该胚是由未受精的卵细胞发育形成的,而一般情况下水稻卵细胞在未受精时不进行发育,由此表明 。
答案
（1）D
（2）精子 cDNA （3）② ① （4）BCD （5）B基因表达能使卵细胞不经受精直接发育成胚
7.（2019江苏单科,29,8分）利用基因编辑技术将病毒外壳蛋白基因导入猪细胞中,然后通过核移植技术培育基因编辑猪,可用于生产基因工程疫苗。
下图为基因编辑猪培育流程,请回答下列问题:
（1）对1号猪使用 处理,使其超数排卵,收集并选取处在 时期的卵母细胞用于核移植。
（2）采集2号猪的组织块,用 处理获得分散的成纤维细胞,放置于37℃的CO2培养箱中培养,其中CO2的作用是 。
（3）为获得更多基因编辑猪,可在胚胎移植前对胚胎进行 。
产出的基因编辑猪的性染色体来自 号猪。
（4）为检测病毒外壳蛋白基因是否被导入4号猪并正常表达,可采用的方法有 （填序号）。
①DNA测序②染色体倍性分析
③体细胞结构分析④抗原—抗体杂交
答案 （8分）
（1）促性腺激素 减数第二次分裂中期
（2）胰蛋白酶（胶原蛋白酶） 维持培养液的pH （3）分割 2 （4）①④
8.（2018海南单科,31,15分）甜蛋白是一种高甜度的特殊蛋白质。
为了改善黄瓜的品质,科学家采用农杆菌转化法将一种甜蛋白基因成功导入黄瓜细胞,得到了转基因植株。
回答下列问题:
（1）用农杆菌感染时,应优先选用黄瓜 （填“受伤的”或“完好的”）叶片与含重组质粒的农杆菌共培养,选用这种叶片的理由是 。
（2）若在转基因黄瓜中检测到这种甜蛋白,则表明该重组质粒中 已转移到植物细胞中且能够表达;用该转基因黄瓜的某一植株与一株非转基因植株杂交,发现子代中含甜蛋白个体数与不含甜蛋白个体数之比为1∶1,则说明甜蛋白基因已经整合到 （填“核基因组”“线粒体基因组”或“叶绿体基因组”）中。
（3）假设某种转基因作物因为受到病毒感染而减产,若要以该转基因作物为材料获得脱毒苗,应选用 作为外植体进行组织培养。
（4）通常,基因工程操作主要有4个步骤,即目的基因获取、重组表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。
因此,基因工程的含义可概括为 。
答案 （15分）
（1）受伤的 叶片伤口处的细胞释放出大量酚类物质,可吸引农杆菌移向这些细胞
（2）甜蛋白基因 核基因组 （3）茎尖 （4）按照人们的愿望进行设计,并通过体外重组和转基因等技术,赋予生物新的遗传特性,创造出符合人们需要的新生物类型
9.（2017课标全国Ⅲ,38,15分）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。
答案
（1）编码乙的DNA序列起始端无ATG,转录出的mRNA无起始密码子
（2）模板 dNTP （3）①进行细胞传代培养 维持培养液的pH ②C
10.（2017课标全国Ⅱ,38,15分）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。
回答下列问题:
（1）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 。
提取RNA时,提取液中需添加RNA酶抑制剂,其目的是 。
（2）以mRNA为材料可以获得cDNA,其原理是 。
（3）若要使目的基因在受体细胞中表达,需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞,原因是 （答出两点即可）。
（4）当几丁质酶基因和质粒载体连接时,DNA连接酶催化形成的化学键是 。
（5）若获得的转基因植株（几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中）抗真菌病的能力没有提高,根据中心法则分析,其可能的原因是 。
答案
（1）嫩叶组织细胞易破碎 防止RNA降解
（2）在逆转录酶的作用下,以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA （3）目的基因无复制原点;目的基因无表达所需启动子 （4）磷酸二酯键 （5）目的基因的转录或翻译异常
11.（2018江苏单科,32,8分）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（1656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
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