[推荐学习]高三生物二轮复习 第一部分 知识落实篇 专题九 现代生物科技 第1讲 基因工程和细胞工程
发布时间:2019-02-27 20:19:37
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1.基因工程的诞生(Ⅰ)。
2.基因工程的原理及技术(Ⅱ)。
3.基因工程的应用(Ⅱ)。
4.蛋白质工程(Ⅰ)。
5.植物的组织培养(Ⅱ)。
6.动物的细胞培养与体细胞克隆(Ⅰ)。
7.细胞融合与单克隆抗体(Ⅱ)。
1.(2015·新课标卷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:本题考查蛋白质工程相关知识,难度较小。(1)对蛋白质的氨基酸序列(或结构)进行改造,可达到改变蛋白质的功能的目的。(2)以P基因序列为基础,获得P1基因,可以对P基因进行修饰改造,也可以用人工方法合成P1基因;中心法则的全部内容包括DNA的复制、DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录、翻译)。(3)蛋白质工程的基本途径是从预期蛋白质功能出发,通过设计蛋白质结构和推测氨基酸序列,推测相应的核苷酸序列,并获取基因。经表达的蛋白质,要对其进行生物功能鉴定。
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
2.(2015·新课标卷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属于逆转录病毒,它的遗传物质是RNA,在逆转录酶的作用下可以逆转录为cDNA,用于构建基因表达载体,从而制备HIV的某蛋白。(2)HIV的某蛋白作为抗原进入机体后,能刺激人体产生针对该抗原的一种特殊的分泌蛋白——抗体;可用该抗体进行抗原—抗体进行杂交来检测血清中是否含有HIV。(3)HIV病毒营寄生生活,寄生在T淋巴细胞内,T细胞参与体液免疫和细胞免疫,因此少了T细胞,特异性免疫几乎全部丧失,降低了机体的免疫功能。(4)人体的免疫系统具有防卫、监控和清除的功能,可及时清除体内产生的癌细胞,艾滋病患者的整个免疫功能缺陷,机体会发生一系列顽固性机会感染和肿瘤的发生。
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
3.(2015·安徽卷)科研人员采用转基因体细胞克隆技术获得转基因绵羊,以便通过乳腺生物反应器生产人凝血因子IX医用蛋白,其技术路线如图。
(1)由过程①获得的A为____________________。
(2)在核移植之前,必须先去掉受体卵母细胞的核,目的是__________________。受体应选用________________期卵母细胞。
(3)进行胚胎移植时,代孕母羊对移入子宫的重组胚胎基本上不发生________________,这为重组胚胎在代孕母羊体内的存活提供了可能。
(4)采用胎儿成纤维细胞进行转基因体细胞克隆,理论上可获得无限个转基因绵羊,这是因为_________________________________。
解析:(1)根据题意可知,要将人凝血因子IX基因导入绵羊胎儿成纤维细胞,必须构建基因表达载体,所以由过程①获得的A为基因表达载体。(2)为保证核遗传物质来自含目的基因的成纤维细胞,在核移植之前,必须先去掉受体卵母细胞的核。受体应选用减数第二次分裂中(MⅡ中)期卵母细胞。(3)进行胚胎移植时,代孕母羊对移入子宫的重组胚胎基本上不发生免疫排斥反应,这为重组胚胎在代孕母羊体内的存活提供了可能。(4)采用胎儿成纤维细胞进行转基因体细胞克隆,理论上可获得无限个转基因绵羊,这是因为整合有目的基因的成纤维细胞可进行传代培养。
答案:(1)含目的基因的表达载体
(2)保证核遗传物质来自含目的基因的成纤维细胞 MⅡ
(3)免疫排斥反应
(4)整合有目的基因的成纤维细胞可进行传代培养
4.(2015·福建卷)GDNF是一种神经营养因子。对损伤的神经细胞具有营养和保护作用。研究人员构建了含GDNF基因的表达载体(如图1所示),并导入到大鼠神经干细胞中,用于干细胞基因治疗的研究。请回答:
(1)在分离和培养大鼠神经干细胞的过程中,使用胰蛋白酶的目的是______________________。
(2)构建含GDNF基因的表达载体时,需选择图1中的______________________限制酶进行酶切。
(3)经酶切后的载体和GDNF基因进行连接,连接产物经筛选得到的载体主要有三种:单个载体自连、GDNF基因与载体正向连接、GDNF基因与载体反向连接(如图1所示)。为鉴定这3种连接方式,选择HpaI酶和BamHI酶对筛选的载体进行双酶切,并对酶切后的DNA片段进行电泳分析,结果如图2所示。图中第______________泳道显示所鉴定的载体是正向连接的。
(4)将正向连接的表达载体导入神经干细胞后,为了检测GDNF基因是否成功表达,可用相应的______________与提取的蛋白质杂交。当培养的神经干细胞达到一定的密度时,需进行________________培养以得到更多数量的细胞,用于神经干细胞移植治疗实验。
解析:(1)动物细胞培养时,可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶作用,使细胞分散开。(2)质粒上有XhoⅠ识别位点,而且在启动子之后,所以选用XhoⅠ限制酶进行酶切。(3)泳道①仅有一种条带,属于载体自连;泳道②有两种条带,且长度分别与质粒和GDNF基因长度相同,为正向连接;泳道③有两种条带,长度与BamHⅠ酶切后结果相同,为反向连接。(4)检测基因是否表达采用抗原抗体杂交法。培养动物细胞采用动物细胞培养法,当细胞密度达到一定程度,需要进行分瓶,进行传代培养。
答案:(1)使细胞分散开 (2)XhoⅠ (3)② (4)抗体 传代
1.阅读如下资料:
资料甲 科学家将牛生长激素基因导入小鼠受精卵中,得到了体型巨大的“超级小鼠”;科学家采用农杆菌转化法培育出转基因烟草。
资料乙 T4溶菌酶在温度较高时易失去活性,科学家对编码T4溶菌酶的基因进行改造,使其表达的T4溶菌酶的第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸,在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键,提高了T4溶菌酶的耐热性。
回答下列问题:
(1)资料甲属于基因工程的范畴。将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用________法。构建基因表达载体常用的工具酶有__________________和______________。在培育转基因植物时,常用农杆菌转化法,农杆菌的作用是______________________________
______________________________________________________。
(2)资料乙属于__________工程范畴。该工程是指以分子生物学相关理论为基础,通过基因修饰或基因合成,对__________进行改造,或制造一种____________的技术。在该实例中,引起T4溶菌酶空间结构改变的原因是组成该酶肽链的__________序列发生了改变。
解析:动物细胞基因工程中,最常用的导入基因的方法是显微注射法;植物细胞基因工程中,最常用的导入基因的方法是农杆菌转化法。
答案:(1)显微注射 限制性核酸内切酶 DNA连接酶 农杆菌可感染植物将目的基因转移到受体细胞中 (2)蛋白质 现有蛋白质 新的蛋白质 氨基酸
2.甲、乙是染色体数目相同的两种二倍体药用植物,甲含有效成分A,乙含有效成分B。某研究小组拟培育同时含有A和B的新型药用植物。
回答下列问题:
(1)为了培育该新型药用植物,可取甲和乙的叶片,先用________酶和________酶去除细胞壁,获得具有活力的________,再用化学诱导剂诱导二者融合。形成的融合细胞进一步培养形成______组织,然后经过________形成完整的杂种植株。这种培育技术称为___________________________________________________________
__________________________________________________________。
(2)上述杂种植株属于多倍体,多倍体是指__________________。假设甲与乙有性杂交的后代是不育的,而上述杂种植株是可育的,造成这种差异的原因是________________________________________
______________________________________________________。
(3)这种杂种植株可通过制作人工种子的方法来大量繁殖。经植物组织培养得到的________________________等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。
解析:(1)该新型药用植物是通过植物体细胞杂交技术获得的。要获得有活力的原生质体才能进行体细胞杂交,
因此首先用纤维素酶和果胶酶去掉植物的细胞壁,然后用PEG化学诱导剂(物理方法:离心、振动等)诱导二者的原生质体融合。再采用植物组织培养技术获得杂种植株,植物组织培养的主要过程是:先脱分化形成愈伤组织,然后再分化形成植物体,利用了植物细胞的全能性。(2)如果植物甲、乙是两个物种,二者不能通过有性杂交产生可育后代,原因是甲、乙有性杂交所产生的后代在减数分裂过程中同源染色体联会异常,也就是存在着生殖隔离。但植物甲、乙通过植物体细胞杂交技术产生的后代却是可育的,因为在减数分裂过程中同源染色体能完成正常的联会,产生正常的配子。由于甲、乙都是二倍体,因此,植物体细胞杂交得到的后代是异源多倍体(四倍体)。(3)人工种子生产不受气候、季节和地域等因素限制,而且可以避免后代发生性状分离等优点,因此,植物细胞工程重要的应用之一是制备人工种子,用到的核心技术是植物组织培养技术。将植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。
答案:(1)纤维素 果胶 原生质体 愈伤 再分化(分化) 植物体细胞杂交技术 (2)体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体 在减数分裂过程中,前者染色体联会异常,而后者染色体联会正常
(3)胚状体、不定芽、顶芽、腋芽