【高考真題鏈接】
1、（2015年·全國卷Ⅱ第40題）
40.[生物——選修3:現代生物科技專(zhuān)題](15分)
已知生物體內有一種蛋白質(zhì)(P),該蛋白質(zhì)是一種轉動(dòng)蛋白,由305個(gè)氨基酸組成。如果將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸,240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸,改變后的蛋白質(zhì)(P1)不但保留P的功能,而且具有了酶的催化活性?；卮鹣铝袉?wèn)題:
(1)從上述資料可知,若要改變蛋白質(zhì)的功能,可以考慮對蛋白質(zhì)的_____ 進(jìn)行改造。
(2)以P基因序列為基礎,獲得P1基因的途徑有修飾_____ 基因或合成_____ 基因。所獲得的基因表達時(shí)是遵循中心法則的,中心法則的全部?jì)热莅╛____ 的復制;以及遺傳信息在不同分子之間的流動(dòng),即_____ 。
(3)蛋白質(zhì)工程也被程為第二代基因工程,其基本途徑是從預期蛋白質(zhì)功能出發(fā),通過(guò)_____ 和_____ ,進(jìn)而確定相對應的脫氧核苷酸序列。據此獲得基因,再經(jīng)表達、純化獲得蛋白質(zhì),之后還需要對蛋白質(zhì)的生物_____ 進(jìn)行鑒定。
【答案】(15分)
氨基酸序列(或結構)(1分,其他合理答案也給分)
PP1(每空2分,共4分)DNA和RNA(或遺傳物質(zhì))(2分)
DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白質(zhì)(或轉錄、逆轉錄、翻譯)(3分)
(3)設計蛋白質(zhì)的結構 推測氨基酸序列(每空2分,共4分) 功能(1分)
【考點(diǎn)】本題考查蛋白質(zhì)工程。
【解析】(1)蛋白質(zhì)的結構決定蛋白質(zhì)的功能,題中蛋白質(zhì)P更改2個(gè)氨基酸后,不但保留原有功能,還具有了酶的催化活性,所以可以通過(guò)改造蛋白質(zhì)的結構來(lái)改變蛋白質(zhì)的功能。
(2)獲得新的基因序列可以通過(guò)對原有基因的修飾或者利用化學(xué)方法人工合成,所以可以修飾P基因或合成P1基因?？茖W(xué)家克里克總結了遺傳信息傳遞的一般規律,并把它命名為中心法則。包括DNA的復制、轉錄、翻譯、逆轉錄、RNA的自我復制等過(guò)程。
(3)蛋白質(zhì)工程的基本途徑是從預期蛋白質(zhì)的功能出發(fā),設計預期的蛋白質(zhì)結構,推測應有氨基酸序列,找到相對應的脫氧核苷酸序列。經(jīng)過(guò)表達獲得的蛋白質(zhì),還要鑒定其生物功能。
2、（2015·江蘇卷第32題）
32.(9 分)胰島素A、B 鏈分別表達法是生產(chǎn)胰島素的方法之一。圖1 是該方法所用的基因表達載體,圖2 表示利用大腸桿菌作為工程菌生產(chǎn)人胰島素的基本流程(融合蛋白A、B 分別表示β -半乳糖苷酶與胰島素A、B 鏈融合的蛋白)。請回答下列問(wèn)題:
圖2
(1)圖1基因表達載體中沒(méi)有標注出來(lái)的基本結構是_____ 。
(2)圖1中啟動(dòng)子是_____ 酶識別和結合的部位,有了它才能啟動(dòng)目的基因的表達;氨芐青霉素抗性基因的作用是_____ 。
(3)構建基因表達載體時(shí)必需的工具酶有______ 。
(4)β -半乳糖苷酶與胰島素A 鏈或B 鏈融合表達,可將胰島素肽鏈上蛋白酶的切割位點(diǎn)隱藏在內部,其意義在于_____ 。
(5)溴化氰能切斷肽鏈中甲硫氨酸羧基端的肽鍵,用溴化氰處理相應的融合蛋白能獲得完整的A 鏈或B 鏈,且β -半乳糖苷酶被切成多個(gè)肽段,這是因為_(kāi)____ 。
(6)根據圖2 中胰島素的結構,請推測每個(gè)胰島素分子中所含游離氨基的數量。你的推測結果是_____ ,理由是_____ 。
【答案】(1)終止子
(2)RNA聚合 作為標記基因,將含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌篩選出來(lái)
(3)限制酶和DNA連接酶
(4)防止胰島素的A、B鏈被菌體內蛋白酶降解
(5)β-半乳糖苷酶中含多個(gè)甲硫氨酸,而胰島素A、B鏈中不含甲硫氨酸
(6)至少2個(gè) 兩條肽鏈的一端各有一個(gè)游離的氨基,氨基酸R基團中可能還含有游離的氨基
【考點(diǎn)】本題考查基因工程的相關(guān)知識。難度適中。
【解析】(1)基因表達載體包括復制原點(diǎn)、啟動(dòng)子、終止子、標記基因和目的基因,圖1基因表達載體缺少終止子。
(2)啟動(dòng)子是RNA聚合酶識別和結合的部位,啟動(dòng)目的基因轉錄;氨芐青霉素抗性基因是標記基因,能夠將含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌篩選出來(lái)。
(3)構建基因表達載體需要的工具酶是限制酶和DNA連接酶。
(4)將胰島素肽鏈上蛋白酶的切割位點(diǎn)隱藏在內部,可防止胰島素的A、B鏈被菌體內蛋白酶降解。
(5)由于β-半乳糖苷酶中含多個(gè)甲硫氨酸,而胰島素A、B鏈中不含甲硫氨酸,所以用溴化氰處理相應的融合蛋白,可獲得完整的A鏈或B鏈,β-半乳糖苷酶被切成多個(gè)肽段。
(6)胰島素共有兩條肽鏈,每條肽鏈的一端各有一個(gè)游離的氨基,而氨基酸的R基中可能還含有游離的氨基,所以每個(gè)胰島素分子中至少含有2個(gè)游離的氨基。
【知識點(diǎn)總結】
一、基因工程
基因工程是指按照人們的愿望，進(jìn)行嚴格的設計，通過(guò)體外DNA重組和轉基因技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，創(chuàng )造出更符合人們需要的新的生物類(lèi)型和生物產(chǎn)品?；蚬こ淌窃贒NA分子水平上進(jìn)行設計和施工的，又叫做DNA重組技術(shù)。
（一）基因工程的基本工具：
1.“分子手術(shù)刀”——限制性核酸內切酶（限制酶）
（1）來(lái)源：主要是從原核生物中分離純化出來(lái)的。
（2）功能：能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈 中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開(kāi)，因此具有專(zhuān)一性。
（3）結果：經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式：黏性末端和平末端。
2.“分子縫合針”——DNA連接酶
（1）兩種DNA連接酶（E·coliDNA連接酶和T4-DNA連接酶）的比較：
①相同點(diǎn)：都縫合磷酸二酯鍵。
②區別：E·coliDNA連接酶來(lái)源于T4噬菌體，只能將雙鏈DNA片段互補的黏性末端之間的磷酸二酯鍵連接起來(lái)；而T4DNA連接酶能縫合兩種末端，但連接平末端的之間的效率較低。
（2）與DNA聚合酶作用的異同: DNA聚合酶只能將單個(gè)核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯鍵。DNA連接酶是連接兩個(gè)DNA片段的末端，形成磷酸二酯鍵。
3.“分子運輸車(chē)”——載體
（1）載體具備的條件：①能在受體細胞中復制并穩定保存。
②具有一至多個(gè)限制酶切點(diǎn)，供外源DNA片段插入。
③具有標記基因，供重組DNA的鑒定和選擇。
（2）最常用的載體是--質(zhì)粒,它是一種裸露的、結構簡(jiǎn)單的、獨立于細菌染色體之外，并具有自我復制能力的雙鏈環(huán)狀DNA分子。
（3）其它載體：噬菌體的衍生物、動(dòng)植物病毒
（二）基因工程的基本操作程序
第一步：目的基因的獲取
1.目的基因是指：編碼蛋白質(zhì)的結構基因。
2.原核基因采取直接分離獲得，真核基因是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有反轉錄法和化學(xué)合成法。
3.PCR技術(shù)擴增目的基因
（1）原理：DNA雙鏈復制
（2）過(guò)程：第一步：加熱至90～95 ℃DNA解鏈；第二步：冷卻到55～60 ℃，引物結合到互補DNA鏈；第三步：加熱至70～75 ℃，熱穩定DNA聚合酶從引物起始互補鏈的合成。
第二步：基因表達載體的構建
1.目的：使目的基因在受體細胞中穩定存在，并且可以遺傳至下一代，使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。
2.組成：目的基因＋啟動(dòng)子＋終止子＋標記基因
（1）啟動(dòng)子：是一段有特殊結構的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶識別和結合的部位，能驅動(dòng)基因轉錄出mRNA，最終獲得所需的蛋白質(zhì)。
（2）終止子：也是一段有特殊結構的DNA片段，位于基因的尾端。
（3）標記基因的作用：鑒定受體細胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來(lái)。常用的標記基因是抗生素基因。
第三步：將目的基因導入受體細胞
1.轉化：目的基因進(jìn)入受體細胞內，并且在受體細胞內維持穩定和表達的過(guò)程。
2.常用的轉化方法：
將目的基因導入植物細胞：采用最多的方法是農桿菌轉化法，其次還有基因槍法和花粉管通道法等。
將目的基因導入動(dòng)物細胞：最常用的方法是顯微注射技術(shù)。此方法的受體細胞多是受精卵。
將目的基因導入微生物細胞：原核生物作為受體細胞的原因是繁殖快、多為單細胞、遺傳物質(zhì)相對較少，最常用的原核細胞是大腸桿菌，其轉化方法是：先用 Ca2+處理細胞，使其成為感受態(tài)細胞，再將重組表達載體DNA分子溶于緩沖液中與感受態(tài)細胞混合，在一定的溫度下促進(jìn)感受態(tài)細胞吸收DNA分子，完成轉化過(guò)程。
3.重組細胞導入受體細胞后，篩選含有基因表達載體受體細胞的依據是標記基因是否表達。
第四步：目的基因的檢測和表達
1.首先要檢測轉基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，方法是采用DNA分子雜交技術(shù)。
2.其次還要檢測目的基因是否轉錄出了mRNA，方法是采用用標記的目的基因作探針與 mRNA雜交。
3.最后檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)，方法是從轉基因生物中提取蛋白質(zhì)，用相應的抗體進(jìn)行抗原－抗體雜交。
4.有時(shí)還需進(jìn)行個(gè)體生物學(xué)水平的鑒定。如轉基因抗蟲(chóng)植物是否出現抗蟲(chóng)性狀。
（三）基因工程的應用
1.植物基因工程：抗蟲(chóng)、抗病、抗逆轉基因植物，利用轉基因改良植物的品質(zhì)。
2.動(dòng)物基因工程：提高動(dòng)物生長(cháng)速度、改善畜產(chǎn)品品質(zhì)、用轉基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物。
3.基因治療：把正常的外源基因導入病人體內，使該基因表達產(chǎn)物發(fā)揮作用。
二、蛋白質(zhì)工程的概念
蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結構規律及其生物功能的關(guān)系作為基礎，通過(guò)基因修飾或基因合成，對現有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿(mǎn)足人類(lèi)的生產(chǎn)和生活的需求。（基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)）
1.蛋白質(zhì)工程的基本原理：它可以根據人的需求來(lái)設計蛋白質(zhì)的結構，又稱(chēng)為第二代的基因工程。
2.基本途徑：從預期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)，設計預期的蛋白質(zhì)結構，推測應有的氨基酸序列，找到相對應的脫氧核苷酸序列（基因）是蛋白質(zhì)工程特有的途徑；以下按照基因工程的一般步驟進(jìn)行。（注意：目的基因只能用人工合成的方法）
3.設計中的困難：如何推測非編碼區以及內含子的脫氧核苷酸序列。
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