2019-2020年高考生物大一輪復習 1.1.2-1.1.3基因工程的應用 蛋白質工程考題演練 中圖版選修3.doc

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2019-2020年高考生物大一輪復習 1.1.2-1.1.3基因工程的應用 蛋白質工程考題演練 中圖版選修3 1.(xx威海模擬)科學家將人的生長激素基因與某種細菌(不含抗生素抗性基因)的DNA分子進行重組，并成功地在該細菌中得以表達(如下圖)。請據圖分析回答： (1)過程①所示獲取目的基因的方法是_________________________________。 (2)細菌是理想的受體細胞，這是因為它_______________________________。 (3)質粒A與目的基因結合時，首先需要用____________________酶將質粒切開“缺口”，然后用____________________酶將質粒與目的基因“縫合”起來。 (4)若將細菌B先接種在含有__________________________的培養(yǎng)基上能生長，說明該細菌中已經導入外源質粒，但不能說明外源質粒是否成功插入目的基因；若將細菌B再重新接種在含有____________________________的培養(yǎng)基上不能生長，則說明細菌B中已經導入了插入目的基因的重組載體。 (5)檢測工程菌中的生長激素基因是否轉錄出mRNA和是否翻譯出生長激素，可采用的技術分別是__________________、________________________。 【解析】(1)圖中過程①是以RNA為模板，通過反轉錄法獲取目的基因。(2)細菌具有繁殖快、單細胞、遺傳物質相對較少等優(yōu)點，因此是基因工程中的理想的受體細胞。(3)構建基因表達載體時，需先用限制性內切酶分別切割目的基因和載體，再用DNA連接酶將兩者連接起來。(4)質粒A和重組載體中都有完整的抗氨芐青霉素基因，因此細菌有氨芐青霉素抗性說明該細菌中已經導入外源質粒，但不能說明外源質粒是否成功插入目的基因；重組載體中四環(huán)素抗性基因內插入了目的基因，不能表達，因此細菌對四環(huán)素無抗性則說明細菌B中已經導入了插入目的基因的重組載體。(5)檢測mRNA和生長激素(蛋白質)的技術分別是分子雜交和抗原-抗體雜交。 答案：(1)反轉錄法 (2)繁殖快、單細胞、遺傳物質相對較少 (3)限制性內切　DNA連接 (4)氨芐青霉素　四環(huán)素 (5)分子雜交　抗原—抗體雜交 【易錯提醒】(1)在基因工程的四個操作步驟中，只有第三步將重組載體導入受體細胞不需要堿基互補配對，其余三個步驟都涉及堿基互補配對。 (2)原核生物繁殖快、多為單細胞、遺傳物質相對較少，有利于目的基因的復制與表達，因此常用大腸桿菌等原核生物作為受體細胞。 2.浙江大學農學院某教授的課題組最新研究發(fā)現，一種植物激素——油菜素內酯能促進農藥在植物體內的降解和代謝。研究人員發(fā)現，用油菜素內酯處理后，許多參與農藥降解的基因(如P450)的表達和酶活性都得到提高，在這些基因的“指導”下合成的蛋白酶能把農藥逐漸轉化為水溶性物質或低毒無毒物質，有的則被直接排出體外。某課題組進一步進行了如下的實驗操作，請回答： (1)獲得油菜素內酯基因的方法有____________、__________(舉兩種即可)。第①步用PCR技術擴增基因時用到的耐高溫的酶通常是指______________。步驟②用到的酶有________________________________。 (2)圖中導入重組質粒的方法是__________。在導入之前應用____________處理。 (3)導入重組質粒以后，往往還需要進行檢測和篩選，可用__________________制成探針，檢測是否導入了重組基因；在培養(yǎng)基中加入________可將含有目的基因的細胞篩選出來。 (4)請你為該課題命名：_____________________________________________。 (5)請你說說該研究發(fā)現的生態(tài)學意義：_______________________________。 【解析】(1)油菜素內酯基因是目的基因，獲得目的基因的方法有：從cDNA文庫中獲取、從基因文庫中獲取、人工合成目的基因或利用PCR技術擴增等。PCR技術中耐高溫的酶是DNA聚合酶(Taq酶)。步驟②是對質粒進行剪切和拼接，要用到限制性內切酶和DNA連接酶。(2)將重組質粒導入受體細菌中，采用Ca2+轉化法，導入前應用CaCl2溶液處理，成為感受態(tài)細胞，增加受體細菌細胞壁的通透性。(3)對目的基因表達和篩選中應用紅霉素抗性基因制成探針，檢測是否導入重組基因；篩選出含有目的基因的細胞可在培養(yǎng)基中加入紅霉素。(4)課題命名可以是：探究油菜素內酯能否促進土壤中農藥的分解。(5)該項研究的意義：加速農藥的分解，降低植物體內的農藥含量，有利于環(huán)境保護和人體健康。 答案：(1)從cDNA文庫中獲取　從基因文庫中獲取　人工合成目的基因或利用PCR技術擴增(任答兩種即可)　DNA聚合酶　限制性內切酶和DNA連接酶 (2)Ca2+轉化法　氯化鈣溶液 (3)紅霉素抗性基因　紅霉素 (4)探究油菜素內酯能否促進土壤中農藥的分解 (5)加速農藥的分解，降低植物體內的農藥含量，有利于環(huán)境保護和人體健康 【加固訓練】下面是將乙肝病毒控制合成病毒表面主蛋白的基因HBsAg導入巴斯德畢赤酵母菌生產乙肝疫苗的過程及有關資料，請分析回答下列問題： 資料1：巴斯德畢赤酵母菌是一種甲基營養(yǎng)型酵母菌，能將甲醇作為其唯一碳源，此時AOX1基因受到誘導而表達[5′AOX1和3′AOX1(TT)分別是基因AOX1的啟動子和終止子]。 資料2：巴斯德畢赤酵母菌體內無天然質粒，所以科學家改造出了圖1所示的pPIC9K質粒用作載體，其與目的基因形成的重組載體經酶切后可以與酵母菌染色體發(fā)生同源重組，將目的基因整合于染色體中以實現表達。 資料3：限制性內切酶酶切位點 (1)如果要將HBsAg基因和pPIC9K質粒重組，應該在HBsAg基因兩側的A和B位置接上__________、__________限制性內切酶識別序列，這樣設計的優(yōu)點是避免質粒和目的基因自身環(huán)化。 (2)酶切獲取HBsAg基因后，需用__________將其連接到pPIC9K質粒上，形成重組載體，并將其導入大腸桿菌以獲取______________。 (3)步驟3中應選用限制性內切酶__________來切割重組載體獲得重組DNA，然后將其導入巴斯德畢赤酵母細胞。 (4)為了確認巴斯德畢赤酵母細胞轉化是否成功，在培養(yǎng)基中應該加入卡拉霉素以便篩選，轉化后的細胞中是否含有HBsAg基因，可以用____________________方法進行檢測。 (5)轉化的酵母細胞在培養(yǎng)基上培養(yǎng)一段時間后，需要向其中加入________以維持其生活，同時誘導HBsAg基因表達。 (6)與大腸桿菌等細菌相比，用巴斯德畢赤酵母細胞作為基因工程的受體細胞，其優(yōu)點是在蛋白質合成后，細胞可以對其進行________并分泌到細胞外，便于提取。 【解析】(1)重組載體上的目的基因若要表達，需目的基因的首尾含有啟動子和終止子。而SnaBⅠ、AvrⅡ識別的序列在啟動子與終止子之間，所以只有在目的基因兩側A和B位置分別接上這兩種酶的識別序列，并用SnaBⅠ、AvrⅡ這兩種限制性內切酶對質粒和目的基因同時切割，才會既各自出現相同的黏性末端，便于重組與表達，又可防止環(huán)化。 (2)用DNA連接酶將切割后的HBsAg基因和pPIC9K質粒連接成重組載體，導入大腸桿菌體內，目的是利用大腸桿菌短時間內可獲取大量的重組載體。 (3)重組載體的兩側分別是啟動子和終止子，除BglⅡ外，其他限制性內切酶會破壞含有啟動子、終止子的目的基因。 (4)用DNA分子雜交技術檢測是否導入目的基因。 (5)資料1顯示，甲醇為該酵母菌的唯一碳源，同時誘導HBsAg基因表達。 (6)酵母菌為真核生物，細胞內具有對分泌蛋白加工的內質網和高爾基體等細胞器，細菌等原核生物不具有內質網和高爾基體等細胞器。 答案：(1)SnaBⅠ　AvrⅡ (2)DNA連接酶　大量重組質?！?3)BglⅡ (4)DNA分子雜交　(5)甲醇　(6)加工(修飾) 3.(xx青島模擬)我國科學家成功克隆了控制水稻理想株型的關鍵多效基因IPA1。研究發(fā)現，基因IPA1發(fā)生突變后，會使水稻穗粒數和千粒重(以克表示的一千粒種子的重量)增加，同時莖稈變得粗壯，增加了抗倒伏能力。實驗顯示，將突變后的IPA1基因導入常規(guī)水稻品種，可以使其產量增加10%以上。如圖表示該水稻新品種的簡易培育流程，據圖回答問題。 (1)上圖所示流程中步驟①是實驗所用技術的核心步驟。此步驟使________________和________________構成重組載體。 (2)將重組載體導入土壤農桿菌之前，常用________________處理該細菌，以增加該細菌________________的通透性。 (3)每個含突變基因IPA1的重組載體中至少含____________個限制性內切酶識別位點。 (4)④過程應用的主要生物技術是____________________，原理是____________________________。 (5)從變異類型上分析，常規(guī)水稻出現IPA1基因控制的新性狀應該屬于可遺傳變異中的________________。 【解析】(1)基因工程操作的核心步驟是把目的基因和載體連接成重組載體，這里的目的基因是突變的IPA1基因，載體則用Ti質粒。 (2)用Ca2+處理細菌，增大細菌細胞壁的通透性，可以提高導入重組載體的成功率。 (3)形成的重組載體中至少含有1個限制性內切酶的識別位點，且每個限制性內切酶識別位點只能插入1個目的基因。 (4)(5)利用細胞的全能性，已經導入目的基因的受體細胞通過植物組織培養(yǎng)可以形成完整的新品種植株，這種新品種植株中的新性狀的出現屬于基因重組。 答案：(1)突變的IPA1基因　Ti質粒 (2)Ca2+　細胞壁　(3)1 (4)植物組織培養(yǎng)　植物細胞的全能性 (5)基因重組 【延伸探究】若將該題目(5)中的“常規(guī)水稻”字眼去掉，變異類型應屬于哪種類型？為什么？ 提示：基因突變。若去掉“常規(guī)水稻”字眼，則考查IPA1基因控制的性狀，所以屬于基因突變。 4.抗旱植物體內的抗旱基因為R，旱敏基因為r。研究表明，多數抗旱農作物能通過細胞代謝產生一種代謝產物，調節(jié)根部細胞內的滲透壓，此代謝產物在葉肉細胞內很難找到。 (1)抗旱農作物的葉肉細胞內難以找到與抗旱有關的代謝產物的原因是________________________。 (2)現已制備足夠多的R探針和r探針，通過探針來檢測某植物相關的基因型。請據圖分析回答： ①圖中擴增基因常用的方法是__________。若已提取到某抗旱植物Rr的葉肉細胞總DNA，______(“能”或“不能”)以DNA為模板直接擴增抗旱基因，擴增過程中尋找抗旱基因的位置依靠__________________。 ②圖中處理基因獲取單鏈DNA常用的方法有__________________________。 ③濾膜上DNA分子雜交發(fā)生在_________________之間。 ④若被檢植物只發(fā)生A現象，則被檢植物的基因型為________________。 【解析】(1)該代謝產物不存在的原因是基因未表達，起調節(jié)作用的抗旱基因存在于根細胞內，葉片細胞內含有目的基因但未表達，這是細胞分化的結果。 (2)體外快速擴增DNA的方法是PCR技術；擴增時首先引物要與互補序列結合，然后在DNA聚合酶的作用下延伸，所以可以通過引物來尋找相關基因；解旋的方法有加熱和用解旋酶處理；發(fā)生雜交的是探針與R基因或r基因，A圖表示只形成了R與探針的雜交斑，其基因型為RR。 答案：(1)基因選擇性表達 (2)①PCR技術　能　引物 ②解旋酶處理或加熱 ③探針與R基因或r基因　④RR 5.干擾素是動物體內合成的一種蛋白質，可以用于治療病毒感染和癌癥，但體外保存相當困難，如果將其分子上的一個半胱氨酸變成絲氨酸，就可在-70℃條件下保存半年，給廣大患者帶來福音。 (1)蛋白質的合成是受基因控制的，因此獲得能夠控制合成“可以保存的干擾素”的基因是生產的關鍵，依據蛋白質工程原理，設計實驗流程，讓動物生產“可以保存的干擾素”： (2)基因工程和蛋白質工程相比較，基因工程在原則上只能生產______________的蛋白質，不一定符合______________需要。而蛋白質工程是以蛋白質分子的結構規(guī)律及其與生物功能的關系作為基礎，通過______________或______________，對現有蛋白質進行______________或制造一種新的蛋白質，以滿足人類的生產和生活需要。 (3)蛋白質工程實施的難度很大，原因是蛋白質具有十分復雜的______________結構。 (4)對天然蛋白質進行改造，應該直接對蛋白質分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現？______________________________________________________ ___________________________________________________________________。 原因是：____________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 【解析】(1)蛋白質工程的基本流程為根據預期的蛋白質功能推測出蛋白質結構及控制該蛋白質的基因的脫氧核苷酸序列。 (2)蛋白質工程的實質是通過對基因改造或修飾制造自然界不存在的符合人們生產和生活需要的蛋白質。 (3)蛋白質的空間結構十分復雜，很難根據預期功能來預測出空間結構。 (4)基因控制蛋白質的合成，對基因的改造相當于間接改造了蛋白質。 答案：(1)預期的蛋白質功能　預期的蛋白質結構　 應有的氨基酸序列　相對應的脫氧核苷酸序列(基因) (2)自然界已存在　人類生產和生活　基因修飾　 基因合成　改造 (3)空間(或高級) (4)應該通過對基因的操作來實現對天然蛋白質的改造 第一，任何一種天然蛋白質都是由基因編碼的，改造了基因也就是對蛋白質進行了改造，而且改造過的蛋白質可以通過改造過的基因遺傳下去。如果對蛋白質直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質分子也無法遺傳；其次，對基因進行改造比對蛋白質直接進行改造要容易操作，難度要小得多