【生物】2018届一轮复习苏教版基因工程教案 18页

选修3　现代生物科技专题 第1讲　基因工程 考点一| 基因工程的基本工具 ‎1．基因工程的概念及优点 ‎(1)概念：是指在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞，并使重组基因在受体细胞中表达，产生人类需要的基因产物的技术。‎ ‎(2)遗传原理：基因重组。‎ ‎(3)优点：‎ ‎①与杂交育种相比：克服了远缘杂交不亲和的障碍。‎ ‎②与诱变育种相比：能定向改造生物的遗传性状。‎ ‎2．基因工程的基本工具 ‎(1)限制性核酸内切酶 ‎①来源：主要从原核生物中分离纯化而来。‎ ‎②作用：识别特定的核苷酸序列并切开相应两个核苷酸之间的磷酸二酯键。‎ ‎③结果：产生黏性末端或平末端。‎ ‎(2)DNA连接酶 常用类型 Ecoli DNA连接酶 T4DNA连接酶 来源 大肠杆菌 T4噬菌体 功能 连接黏性末端 连接黏性末端和平末端 结果 恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 ‎(3)载体 ‎①常用载体——质粒 ‎②其他载体：λ噬菌体衍生物、动植物病毒等。‎ ‎1．限制酶 ‎(1)识别序列的特点：呈现碱基互补对称，无论是奇数个碱基还是偶数个碱基，都可以找到一条中心轴线，如，以中心线为轴，两侧碱基互补对称；以为轴，两侧碱基互补对称。‎ ‎(2)切割后末端的种类 ‎2．限制酶和DNA连接酶的关系 ‎(1)限制酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。‎ ‎(2)限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。‎ ‎(3)DNA连接酶起作用时，不需要模板。‎ ‎3．载体 ‎(1)条件与目的 条件 目的 稳定并能复制 目的基因稳定存在且数量可扩大有一个至多个 限制酶切割位点 可携带多个或多种外源基因 具有特殊的标记基因 便于重组DNA的鉴定和选择 ‎(2)作用 ‎①作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞内。‎ ‎②利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。‎ 视角1 考查基因工程的三种操作工具 ‎1．(2017·江苏无锡质检)如图表示化学方法合成目的基因Ⅰ的过程。据图分析下列叙述正确的是(　　)‎ A．过程①需要DNA连接酶 B．过程②需要限制性核酸内切酶 C．目的基因Ⅰ的碱基序列是已知的 D．若某质粒能与目的基因Ⅰ重组，则该质粒与Ⅰ的碱基序列相同 C　[DNA连接酶是将两个DNA分子的黏性末端或平末端的“缝隙”连接起来，而过程①是两条链的碱基互补配对，不需要DNA连接酶，A错误；限制性核酸内切酶是用来切割DNA的，而过程②不需要，B错误；当某质粒与目的基因用限制酶切割后有互补的黏性末端，就可以形成重组DNA分子，D错误。]‎ ‎2．(2017·哈师大附中模拟)若要利用某目的基因(见图甲)和P1噬菌体载体(见图乙)构建重组DNA(见图丙)，限制性核酸内切酶的酶切位点分别是BglⅡ(A1GATCT)、EcoRⅠ(G1AATTC)和Sau‎3AⅠ(1GATC)。下列分析合理的是(　　)‎ A．用EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体 B．用BglⅡ和EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体 C．用BglⅡ和Sau‎3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体 D．用EcoRⅠ和Sau‎3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体 D　[解答本题的关键是要看清切割后目的基因插入的方向，只有用EcoRⅠ和Sau‎3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体，构建的重组DNA中RNA聚合酶在插入的目的基因上的移动方向才一定与图丙相同，而且切割后的目的基因和载体不会发生自身环化。]‎ 确定选择限制酶种类的方法 ‎1．根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类 ‎(1)应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择PstⅠ。‎ ‎(2)不能选择切点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择SmaⅠ。‎ ‎(3)为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选择用PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。‎ ‎2．根据质粒的特点确定限制酶的种类 ‎(1)所选限制酶要与切割目的基因的限制酶相一致，以确保具有相同的黏性末端。‎ ‎(2)质粒作为载体必须具备标记基因等，所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中限制酶SmaⅠ会破坏标记基因；如果所选酶的切点不止一个，则切割重组后可能丢失某些片段，若丢失的片段含复制起点区，则切割重组后的片段进入受体细胞后不能自主复制。‎ 视角2 考查基因工程基本工具的特点及作用 ‎3．(2017·德州模拟)下面为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图回答下列问题：‎ ‎(1)a代表的物质和质粒的化学本质都是_______________________，‎ 二者还具有其他共同点，如①________，②________(写出两条即可)。‎ ‎(2)若质粒DNA分子的切割末端为，则与之连接的目的基因切割末端应为________；可使用________把质粒和目的基因连接在一起。‎ ‎(3)氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上称为_________，其作用是________。‎ ‎(4)下列常在基因工程中用作载体的是(　　)‎ A．苏云金芽孢杆菌抗虫基因 B．土壤农杆菌环状RNA分子 C．大肠杆菌的质粒 D．动物细胞的染色体 ‎【解析】　(1)a代表的物质是拟核DNA分子，质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核之外的小型环状DNA分子，两者都能自我复制，并蕴含遗传信息。(2)质粒DNA分子的切割末端能够与目的基因切割末端发生碱基互补配对，可使用DNA连接酶将它们连接在一起。(3)质粒DNA分子上的氨苄青霉素抗性基因可以作为标记基因，便于对重组DNA进行鉴定和筛选。(4)作为载体必须具备的条件：①在宿主细胞中能保存下来并能大量复制；②有多个限制性核酸内切酶切点；③有一定的标记基因，便于筛选。常用的载体有质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。苏云金芽孢杆菌抗虫基因一般作为目的基因；土壤农杆菌环状RNA分子不容易在宿主细胞内保存；动物细胞染色体的主要成分是DNA和蛋白质，不能被限制性核酸内切酶切割，因此不能用作载体。‎ ‎【答案】　(1)DNA　能够自我复制 　具有遗传特性 ‎(2)　DNA连接酶　‎ ‎(3)标记基因　供重组DNA的鉴定和选择　(4)C 载体上标记基因的标记原理 载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后，抗性基因在受体细胞内表达，使受体细胞能够抵抗相应抗生素，所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以只保留转入载体的受体细胞，原理如下图所示：‎ 考点二| 基因工程的操作程序及应用 ‎1．基因工程的基本操作程序 ‎(1)目的基因的获取方法 ‎①从基因文库中获取。‎ ‎②利用PCR技术扩增。‎ ‎③通过化学方法人工合成。‎ ‎(2)基因表达载体的构建 ‎①目的 a．使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代。‎ b．使目的基因能够表达和发挥作用。‎ ‎②组成及作用(连线)‎ 组成　　　　　　　 作用 Ⅰ.目的基因　　　　 a．转录的起点，是RNA聚合酶 ‎ 识别和结合的部位 Ⅱ.启动子 b．转录的终点 Ⅲ.终止子 c．鉴别受体细胞中是否含有目的基因 Ⅳ.标记基因 d．能够控制特定性状 ‎【答案】　Ⅰ—d　Ⅱ—a　Ⅲ—b　Ⅳ—c ‎【答案】　①—b　②—a、c、e　③—d ‎(4)目的基因的检测与鉴定 方法 检测或鉴定目的 水平 DNA分子杂交技术 检测目的基因的有无 分子水平 分子杂交技术 目的基因是否转录 抗原－抗体杂交 目的基因是否翻译 抗虫或抗病接种实验 是否具有抗虫抗病特性 个体水平 ‎2.乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较 ‎(1)含义 ‎①乳腺生物反应器是指使外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达，利用动物的乳腺组织生产药物蛋白。‎ ‎②工程菌是指用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系。‎ ‎(2)两者区别 比较项目 乳腺生物反应器 工程菌 基因结构 动物基因的结构与人类基因的结构基本相同 细菌和酵母菌等生物基因的结构与人类基因的结构有较大差异 基因表达 合成的药物蛋白与天然蛋白质相同 细菌细胞内没有内质网、高尔基体等细胞器，产生的药物蛋白可能没有活性 受体细胞 动物的受精卵 微生物细胞 显微注射法 感受态细胞法 导入目的基因的方式 生产条件 不需严格灭菌，温度等外界条件对其影响不大 需严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件 药物提取 从动物乳汁中提取 从微生物细胞中提取 ‎1．目的基因的获取途径 ‎(1)从基因文库中获取：包括基因组文库和cDNA文库等。‎ ‎(2)人工合成目的基因的常用方法 ‎①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。‎ ‎②反转录法：以RNA为模板，在逆转录酶作用下人工合成。‎ ‎(3)通过PCR技术扩增目的基因 利用DNA复制的原理在体外特异性的复制某DNA片段以获得大量的目的基因。‎ ‎2．基因表达载体的构建方法 ‎3．将目的基因导入受体细胞 生物种类 植物细胞 动物细胞 微生物细胞 常用方法 农杆菌转化法 显微注射法 感受态细胞法 受体细胞 体细胞 受精卵 原核细胞 转化过程 将目的基因插入到Ti质粒的TDNA上→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的DNA上→表达 将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物 Ca2＋处理细胞→感受态细胞→重组表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子 ‎4.目的基因的检测与鉴定 视角　 考查基因工程的操作过程及应用 ‎1．(2014·重庆高考)如图是利用基因工程培育抗虫植物的示意图。以下相关叙述，正确的是(　　)‎ A．②的构建需要限制性核酸内切酶和DNA聚合酶参与 B．③侵染植物细胞后，重组Ti质粒整合到④的染色体上 C．④的染色体上若含抗虫基因，则⑤就表现出抗虫性状 D．⑤只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异 D　[A项，②为重组Ti质粒，其构建需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶。B项，含重组Ti质粒的农杆菌侵染植物细胞后，重组Ti质粒上的目的基因、启动子、终止子整合到受体细胞(④)的染色体上，而并非整个重组Ti质粒整合到④‎ 的染色体上。C项，目的基因导入受体细胞后不一定能进行表达，所以抗虫基因导入植物细胞后，培育成的植株也不一定具有抗虫性状。D项，转基因抗虫植株是否培育成功，可以从个体水平上进行检测，即观察植株是否具有抗虫性状，如果具有抗虫性状则说明发生了可遗传变异(基因重组)。]‎ ‎2．(2017·豫南九校联盟模拟)2014年，上映了《超凡蜘蛛侠2》。电影中，“蜘蛛侠”能产生高强度的蜘蛛丝，现实中的基因工程也创造出了“蜘蛛羊”，该羊的乳汁中含有蛛丝蛋白，高强度的蛛丝蛋白可用于许多重要的特种工业领域。请回答：‎ ‎(1)基因工程操作的关键步骤是__________________；如果是将目的基因导入植物细胞，采用最多的方法是____________，其次，还有________和花粉管通道法等。‎ ‎(2)如果是将目的基因导入动物细胞，最常用的方法是________，此方法的受体细胞多是________。‎ ‎(3)重组DNA导入受体细胞后，筛选含有基因表达载体受体细胞的依据是________。‎ ‎(4)科学家为保证乳汁中有蛛丝蛋白，应该先用________技术，检测蛛丝蛋白基因是否整合到了染色体上。‎ ‎【解析】　(1)基因工程操作的关键步骤是基因表达载体的构建。将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是农杆菌转化法，其次，还有基因枪法和花粉管通道法等。(2)将目的基因导入动物细胞最常用的方法是显微注射法，此方法的受体细胞多是受精卵。(3)重组细胞导入受体细胞后，筛选含有基因表达载体受体细胞的依据是标记基因是否表达。(4)科学家为保证乳汁中有蛛丝蛋白，应该先用DNA分子杂交技术，检测蛛丝蛋白基因是否整合到了染色体上。‎ ‎【答案】　(1)基因表达载体的构建　农杆菌转化法　基因枪法 ‎(2)显微注射法　受精卵 ‎(3)标记基因是否表达 ‎(4)DNA分子杂交 考点三| 蛋白质工程及其与基因工程的关系 ‎1．流程图 写出流程图中字母代表的含义：‎ A．转录，B.翻译，C.分子设计，D.多肽链，E.预期功能。‎ ‎2．结果：改造了现有蛋白质或制造出新的蛋白质。‎ ‎3．应用：主要集中应用于对现有蛋白质进行改造，改良生物性状。‎ 蛋白质工程与基因工程的比较 ‎(1)区别 项目 蛋白质工程 基因工程 过程 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→找到相对应的脱氧核苷酸序列 获取目的基因→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 实质 定向改造或生产人类所需的蛋白质 定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型和生物产品 结果 可生产自然界没有的蛋白质 只能生产自然界已有的蛋白质 ‎(2)联系 ‎①蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。‎ ‎②基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造。‎ 视角　 基因工程和蛋白质工程的综合考查 ‎　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效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题：‎ ‎(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______。‎ ‎(5)下列关于蛋白质工程的说法错误的是 (　　)‎ A．蛋白质工程能定向改造蛋白质的结构，使之更加符合人类的需要 B．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变其结构 C．蛋白质工程能产生自然界中不存在的新型蛋白质分子 D．蛋白质工程与基因工程密不可分，又称为第二代基因工程 ‎【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胰岛素(即速效胰岛素)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，形成目的基因，改造好的目的基因需通过基因工程来生产基因产物，并且在生产过程中要借助工程菌，所以还需要进行发酵，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。(5)由于基因决定蛋白质，因此，要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造基因来完成，而不是直接对蛋白质分子进行操作。‎ ‎【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　(5)B 真题验收| 感悟高考　淬炼考能 ‎1．(2016·全国乙卷)某一质粒载体如图所示，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 Ⅰ酶切后，与用BamH Ⅰ 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：‎ ‎(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________。‎ ‎【解析】　(1)质粒作为载体，应具备的基本条件有：有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段(基因)插入其中；在受体细胞中能自我复制，或能整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制；有特殊的标记基因，供重组DNA的鉴定和选择；等等。(2)在培养基中加入氨苄青霉素进行筛选，其中未被转化的大肠杆菌和仅含环状目的基因的大肠杆菌，因不含氨苄青霉素抗性基因而都不能在此培养基上存活，二者不能区分。含有质粒载体的大肠杆菌和含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌中都含有氨苄青霉素抗性基因，都能在此培养基上存活，二者也不能区分。若要将含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌进一步筛选出来，还需要使用含有四环素的固体培养基。(3)某些噬菌体经改造后作为载体，导入受体细胞后，其DNA复制所需的原料来自于受体细胞。‎ ‎【答案】　(1)能自我复制、具有标记基因(答出两点即可)‎ ‎(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(或答含有重组质粒)　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 ‎2．(2016·全国丙卷)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcoR Ⅰ、BamH Ⅰ和Sau‎3A Ⅰ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EcoRⅠ、Sau‎3AⅠ的切点是唯一的)。‎ 图(a)‎ 图(b)‎ 根据基因工程的有关知识，回答下列问题：‎ ‎(1)经BamH Ⅰ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_____________。‎ 图(c)‎ ‎(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________。‎ ‎【解析】　(1)由题图可知，BamH Ⅰ和Sau‎3A Ⅰ两种限制性内切酶的共同识别序列是，二者切割可以形成相同的黏性末端，因此经BamH Ⅰ酶切得到的目的基因可以与图(b)所示表达载体被Sau‎3A Ⅰ 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，这样基因才能顺利地转录，再完成翻译过程，即顺利表达。图中甲所示的目的基因插入在启动子的上游，丙所示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，因此目的基因不能表达。(3)常见的DNA连接酶有E.coliDNA连接酶和T4DNA连接酶，其中T4DNA连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端。‎ ‎【答案】　(1)Sau‎3A Ⅰ　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(其他合理答案可酌情给分)‎ ‎(3)E.coliDNA连接酶　T4DNA连接酶　T4DNA连接酶(其他合理答案可酌情给分)‎ ‎3．(2015·全国卷Ⅰ)HIV属于逆转录病毒，是艾滋病的病原体。回答下列问题：‎ ‎(1)用基因工程方法制备HIV的某蛋白(目的蛋白)时，可先提取HIV中的________，以其作为模板，在________的作用下合成________，获取该目的蛋白的基因，构建重组表达载体，随后导入受体细胞。‎ ‎(2)从受体细胞中分离纯化出目的蛋白，该蛋白作为抗原注入机体后，刺激机体产生的可与此蛋白结合的相应分泌蛋白是________，该分泌蛋白可用于检测受试者血清中的HIV，检测的原理是________________。‎ ‎(3)已知某种菌导致的肺炎在健康人群中罕见，但是在艾滋病患者中却多发。引起这种现象的根本原因是HIV主要感染和破坏了患者的部分________细胞，降低了患者免疫系统的防卫功能。‎ ‎(4)人的免疫系统有________癌细胞的功能。艾滋病患者由于免疫功能缺陷，易发生恶性肿瘤。‎ ‎【解析】　(1)HIV的遗传物质是RNA，所以要想获得相应的目的基因，应以HIV的RNA为模板，在逆转录酶的作用下合成cDNA(或DNA)。‎ ‎(2)目的蛋白注入机体后相当于抗原。在抗原的刺激下，机体进行体液免疫，由浆细胞产生相应抗体(分泌蛋白)，由于该抗体能与目的蛋白(抗原)发生特异性结合，所以可通过抗体检测出有无目的蛋白，从而确定体内有无HIV。‎ ‎(3)HIV主要攻击人体的T(或T淋巴)细胞，从而降低机体免疫系统的防卫功能。‎ ‎(4)癌细胞在机体中属于抗原，人体的免疫系统能够监控和清除癌细胞。‎ ‎【答案】　(1)RNA　逆转录酶　cDNA(或DNA)　(2)抗体　抗原抗体特异性结合　(3)T(或T淋巴)　(4)监控和清除 ‎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)‎ ‎(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 ‎5．(2014·全国卷Ⅱ)植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某个基因有关。若从该植物中获得该耐旱基因，并将其转移到耐旱性低的植物乙中，有可能提高后者的耐旱性。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)理论上，基因组文库含有生物的________基因；而cDNA文库中含有生物的________基因。‎ ‎(2)若要从植物甲中获得耐旱基因，可首先建立该植物的基因组文库，再从中________出所需的耐旱基因。‎ ‎(3)将耐旱基因导入农杆菌，并通过农杆菌转化法将其导入植物________的体细胞中，经过一系列的过程得到再生植株。要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确表达，应检测此再生植株中该基因的________，如果检测结果呈阳性，再在田间试验中检测植株的________是否得到提高。‎ ‎(4)假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交，子代中耐旱与不耐旱植株的数量比为3∶1时，则可推测该耐旱基因整合到了________(填“同源染色体的一条上”或“同源染色体的两条上”)。‎ ‎【解析】　(1)基因组文库含有生物的全部基因，而cDNA文库中含有生物的部分基因。(2)植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某个基因有关，若要从植物甲中获得耐旱基因，可首先建立该植物的基因组文库，包含该生物的所有基因，然后再从中筛选出所需的耐旱基因。‎ ‎(3)若从植物甲中获得该耐旱基因，并将其转移到耐旱性低的植物乙中，通常采用的方法是农杆菌转化法。将耐旱基因导入植物乙的体细胞后，经过植物组织培养得到再生植株。要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确表达，应检测该耐旱基因是否合成了相应的蛋白质，即检测此再生植株中该基因的表达产物，如果检测结果呈阳性，说明已经合成了相应的蛋白质，这时再进行个体生物学检测，即在田间试验中检测植株的耐旱性是否得到提高。(4)假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交，子代中耐旱和不耐旱植株的数量比为3∶1，符合基因的分离定律，说明得到的二倍体转基因耐旱植株为杂合子，因此可推测该耐旱基因只整合到了同源染色体的一条上。‎ ‎【答案】　(1)全部　部分　(2)筛选　(3)乙　表达产物　耐旱性　(4)同源染色体的一条上 ‎1．限制酶具有特异性：一种限制酶只能识别特定的碱基序列，并在特定的位点上进行切割。‎ ‎2．DNA连接酶的作用部位是磷酸二酯键。‎ ‎3．质粒是常用的载体，它是一种小型的环状DNA分子，具有一个至多个限制酶切割位点及标记基因。‎ ‎4．目的基因的获取有从基因文库中获取和人工合成两类方法。‎ ‎5．基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因。‎ ‎6．目的基因导入植物细胞常用农杆菌转化法；导入动物细胞常用显微注射法，导入微生物细胞常用感受态细胞法。‎