2023届高考生物一轮复习讲义(新人教新高考) 第10单元 第7课时 基因工程的应用和蛋白质工程.docx
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1、第7课时基因工程的应用和蛋白质工程课标要求1.举例说明基因工程在农牧、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质。2.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。考点一基因工程的应用1基因工程在农牧业方面的应用2基因工程在医药卫生领域的应用3基因工程在食品工业方面的应用辨析乳腺生物反应器与工程菌的比较比较内容乳腺生物反应器工程菌含义让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指用基因工程的方法,使外源基因得到高效表达的微生物基因表达合成的药物蛋白与天然蛋白相同细菌合成的药物蛋白可能没有活性受体细胞动物受精卵微生物细胞目的基因导入方式显微注射
2、法Ca2处理法生产条件不需要严格灭菌,温度等外界条件对其影响不大需要严格灭菌,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或其培养液中提取考向基因工程的应用1下列有关基因工程及其应用的相关叙述,不正确的是()A基因工程育种能够定向改造生物性状BDNA连接酶可催化脱氧核苷酸链间形成氢键C可利用转基因细菌降解有毒有害的化合物D能够使植物体表达动物蛋白的育种方法是基因工程育种答案B2为研究拟南芥的AtCIPK基因对烟草抗旱能力的影响,科研人员将该基因转入烟草得到甲、乙、丙三个转基因品种,变量处理后的第7天检测AtCIPK基因和抗干旱基因NtLE5的表达量
3、,结果如下表所示。下列分析错误的是()表达量品种AtCIPK基因相对表达量NtLE5基因的表达量0天7天甲5.311.011.81乙5.521.051.83丙7.051.263.08丁00.980.95A.丁组与其他实验组在变量处理前都需要提供适宜光照和进行干旱处理B基因表达量的分析过程中存在UA碱基配对C除了检测基因的表达量外,还需进行个体水平的检测DAtCIPK基因的表达产物可能促进NtLE5基因的表达,从而提高植物对干旱的适应性答案A解析丁组与其他实验组在变量处理前都需要提供适宜的光照并浇水使其正常生长,变量处理时,实验组和对照组停止浇水,A错误;检测基因表达量时先提纯RNA,用逆转录的
4、方法得到DNA,定时定量分析特定基因的含量,用于反映转录的情况,此过程中存在UA碱基配对,B正确;除了检测基因的表达量,实验还需比较转基因烟草植株与普通烟草植株的生长量,用于检测转基因烟草的抗旱能力,C正确;由图中的数据可以看出,AtCIPK基因的相对表达量与抗干旱基因NtLE5的表达量存在正相关关系,说明AtCIPK基因的表达产物可能促进NtLE5基因的表达,从而提高植物的抗旱能力,D正确。考点二蛋白质工程的原理和应用1蛋白质工程的概念2蛋白质工程与基因工程的异同项目蛋白质工程基因工程过程从预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或
5、合成新的基因获得所需要的蛋白质目的基因的筛选与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实质定向改造或生产人类所需要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或生物产品结果可生产自然界中不存在的蛋白质只能生产自然界中已存在的蛋白质联系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思考蛋白质工程为什么通过对基因操作来实现对天然蛋白质的改造?提示(1)蛋白质具有十分复杂的空间结构,基因的结构相对简单,容易改造。(2)改造后的基因可以遗传给下一代,被改造的蛋白质无法遗传。考向蛋白质工程的原理和应用3纤维素酶广泛应用于医药、食品发酵、造纸、废水处理等领域。
6、研究人员利用蛋白质工程将细菌纤维素酶的第137、179、194位相应氨基酸替换为赖氨酸后,纤维素酶热稳定性得到了提高。下列有关该技术,说法错误的是()A经改造后的纤维素酶热稳定性提高,这一性状可遗传B对纤维素酶的改造是通过直接改造mRNA实现的C改造纤维素酶也需要构建基因表达载体D改造后的纤维素酶和原纤维素酶不是同一种酶答案B解析蛋白质工程是对基因进行修饰改造或重新合成,然后进行表达,改造后的蛋白质的性状能遗传给子代,A正确;对纤维素酶的改造需要以基因工程为基础,是通过修改基因或创造合成新基因来实现的,B错误;蛋白质工程是对基因进行修饰改造或重新合成,然后进行表达,需要构建基因表达载体,C正确
7、。4胰岛素可用于治疗糖尿病,但胰岛素注射后易在皮下堆积,需较长时间才能进入血液,进入血液后又易被分解,因此治疗效果受到影响。下图是新的速效胰岛素的生产过程,有关叙述错误的是()A新的胰岛素的预期功能是构建新胰岛素模型的主要依据B新的胰岛素生产过程中不涉及中心法则C若用大肠杆菌生产新的胰岛素,常用Ca2处理大肠杆菌D新的胰岛素功能的发挥必须依赖于蛋白质正确的高级结构答案B解析新的胰岛素生产过程中涉及中心法则,B错误;若要利用大肠杆菌生产新的胰岛素,常用Ca2处理法提高导入的成功率,C正确;根据结构与功能相适应的原理分析,新的胰岛素功能的发挥必须依赖于蛋白质正确的高级结构,D正确。重温高考真题演练
8、1(经典高考题)从某海洋动物中获得一基因,其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物,首先要做的是()A合成编码目的肽的DNA片段B构建含目的肽DNA片段的表达载体C依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽D筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽答案C解析由题分析可知,多肽P1为抗菌性和溶血性均较强的多肽,要设计出抗菌性强但溶血性弱的多肽,即在P1的基础上设计出自然界原本不存在的蛋白质,用蛋白质工程技术可以实现。蛋白质工程的基本途径是从预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因
9、获得所需要的蛋白质。故要想在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物,首先要做的是依据P1的氨基酸序列设计出多条模拟肽,然后进行改造,从而确定抗菌性强但溶血性弱的多肽的氨基酸序列。2(2020山东,25)水稻胚乳中含直链淀粉和支链淀粉,直链淀粉所占比例越小糯性越强。科研人员将能表达出基因编辑系统的DNA序列转入水稻,实现了对直链淀粉合成酶基因(Wx基因)启动子序列的定点编辑,从而获得了3个突变品系。(1)将能表达出基因编辑系统的DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时,所需的酶是_,重组载体进入水稻细胞并在细胞内维持稳定和表达的过程称为_。(2)根据启动子的作用推测,Wx基因启动子序列的改变影
10、响了_,从而改变了 Wx基因的转录水平。与野生型水稻相比,3个突变品系中Wx基因控制合成的直链淀粉合成酶的氨基酸序列_(填“发生”或“不发生”)改变,原因是_。(3)为检测启动子变化对Wx基因表达的影响,科研人员需要检测Wx基因转录产生的mRNA (Wx mRNA)的量。检测时分别提取各品系胚乳中的总RNA,经_过程获得总cDNA。通过PCR技术可在总cDNA中专一性的扩增出 Wx基因的cDNA,原因是_。(4)各品系Wx mRNA量的检测结果如图所示,据图推测糯性最强的品系为_,原因是_。答案(1)限制性内切核酸酶和DNA连接酶转化(2)RNA聚合酶与启动子的识别和结合不发生编码直链淀粉合成
11、酶的碱基序列中不含启动子(3)逆转录引物是根据Wx基因的一段已知序列设计合成的(或引物能与Wx基因的cDNA特异性结合)(4)品系3品系3的Wx mRNA量最少,控制合成的直链淀粉合成酶的量最少,直链淀粉合成量最少,糯性最强解析(1)构建基因表达载体需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶,可以对目的基因和载体进行切割和连接,重组载体进入受体细胞内维持稳定和表达的过程称为转化。(2)RNA聚合酶与启动子识别和结合后启动转录,启动子的序列改变会影响与RNA聚合酶的识别和结合,从而改变基因的转录,3个突变品系中改变的是启动子的序列,影响mRNA的转录,而编码直链淀粉合成酶的碱基序列中不含有启动子的序列,
12、所以编码合成的直链淀粉酶的氨基酸序列不发生改变。(3)通过mRNA获得cDNA是逆转录过程。PCR过程中需要模板、原料、酶、引物等,其中引物是根据已知基因上的一段序列合成的,这样要从总cDNA中专一性的扩增出Wx基因的cDNA,关键是要根据Wx基因的一段已知序列合成出相应的引物。(4)据题中信息可知,水稻胚乳中直链淀粉所占比例越小,糯性越强,题图中品系3中的Wx mRNA量最少,这样合成的直链淀粉合成酶的量最少,则合成的直链淀粉所占比例最小,糯性最强。3(2020天津,16节选)1型糖尿病是因免疫系统将自身胰岛素作为抗原识别而引起的自身免疫病。小肠黏膜长期少量吸收胰岛素抗原,能诱导免疫系统识别
13、该抗原后应答减弱,从而缓解症状。科研人员利用1型糖尿病模型小鼠进行动物实验,使乳酸菌在小鼠肠道内持续产生人胰岛素抗原,为此构建重组表达载体,技术路线如下。据图回答:(1)为使人胰岛素在乳酸菌中高效表达,需改造其编码序列。下图是改造前后人胰岛素B链编码序列的起始30个核苷酸序列。据图分析,转录形成的mRNA中,该段序列所对应的片段内存在碱基替换的密码子数有_个。(2)在人胰岛素A、B肽链编码序列间引入一段短肽编码序列,确保等比例表达A、B肽链。下列有关分析正确的是_(多选)。A引入短肽编码序列不能含终止子序列B引入短肽编码序列不能含终止密码子编码序列C引入短肽不能改变A链氨基酸序列D引入短肽不能
14、改变原人胰岛素抗原性(3)在重组表达载体中,Sac和Xba限制酶仅有图示的酶切位点。用这两种酶充分酶切重组表达载体,可形成_种DNA片段。答案(1)6(2)ABCD(3)3解析(1)据图分析,人胰岛素B链编码序列的起始30个核苷酸序列改造后,第6、15、16、18、21、24、30位的核苷酸与改造前不同,则转录产生的密码子中第2、5、6、7、8、10个密码子发生了碱基的替换。(2)在人胰岛素A、B肽链编码序列间引入一段短肽编码序列,以确保等比例表达A、B肽链。若引入的短肽编码序列含有终止子序列,则会使控制合成胰岛素的基因在表达时提前终止转录过程,引起构成胰岛素的肽链变短;若引入的短肽编码序列含
15、有终止密码子编码序列,则会使控制合成胰岛素的基因在表达时提前终止翻译过程,引起构成胰岛素的肽链变短;引入的短肽编码序列应当位于A链和B链之间,不能改变A、B链的氨基酸序列,也不能改变原人胰岛素抗原性,新产生的胰岛素具备原有的抗原性才能在被小肠黏膜吸收后,诱导免疫系统识别该抗原后应答减弱,从而缓解症状,因此A、B、C、D四个选项均正确。(3)在重组表达载体中,Sac和Xba限制酶的酶切位点共有3个,则用这两种限制酶充分酶切后,能够将环状的重组表达载体切成3种不同长度的链状DNA片段。4(经典高考题)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
16、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
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