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2019-2020年高三生物總復(fù)習(xí) 第47講 蛋白質(zhì)工程 【考綱要求】 考綱要求 具體內(nèi)容 （4）蛋白質(zhì)工程 （5）DNA的粗提取和鑒定 Ⅱ I 實驗內(nèi)容 (2)從動物組織、植物器官中粗提取DNA的基本操作步 驟與DNA鑒定操作過程 實驗與探究能力 【考點分析】 考點 試卷類型 越型 DNA分子的提取與鑒定 xx江蘇生物 選擇題 xx江蘇生物 選擇題 xx全國理綜 選擇題 xx安徽生物 選擇題 xx廣東理基 選擇題 xx上海理綜 選擇題 【考點預(yù)測】 從近幾年的高考試題看，考點主要集中在考查基因工程的基本工具、操作程序、DNA分子的提取與鑒定上?；蚬こ痰墓ぞ吆筒襟E仍是本專題的重點內(nèi)答，今年高考命題可能會從以下幾個方面展開： 1．基因工程的基本工具。 2．基本操作程序的四個步驟。 3．基因工程的應(yīng)用等知識點。 本專題內(nèi)容側(cè)重考查學(xué)生現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)方面的知識應(yīng)用能力，主要要是以填空題的形式呈現(xiàn)。 【知識梳理】 一、 蛋白質(zhì)工程的崛起 二、 DAN的粗提取和鑒定 【重點解析】 考點一 蛋白質(zhì)工程 1．基本原理 (1)目標(biāo)：根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計。 (2)基本途徑： 蛋白質(zhì)工程的基本途徑：預(yù)期的蛋白質(zhì)功能一設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)一推測應(yīng)有的氨基酸序列一找出相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列。 天然蛋白質(zhì)合成的過程(按照中心法則進(jìn)行)：基因一表達(dá)(轉(zhuǎn)錄和翻譯)一形成氨基酸序列的多肽鏈一形成具有高級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)一行使生物功能。 2.蛋白質(zhì)工程與基因工程的區(qū)別 蛋白質(zhì)工程 基因工程 過程 預(yù)期的蛋白質(zhì)功能一設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)一推測應(yīng)有的氨基酸序列一找出相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列。 獲取目的基因一基因表達(dá)載體的構(gòu)建一將目的基因?qū)耸荏w細(xì)胞一目的基因的檢測與鑒定。 區(qū) 別 實質(zhì) 定向改造或生產(chǎn)人類所需蛋白質(zhì) 定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需要的生物類型或生物產(chǎn)品 結(jié)果 可生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì) 只能生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì) 聯(lián)系 蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代基因工程。因為對現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新的蛋白質(zhì)，必須通過基因修飾或基因合成實現(xiàn)。 例1.胰島素可以用于治療糖尿病，但是胰島素被注射到人體后，會堆積在皮下，要經(jīng)過較長的時間才能進(jìn)人血液，而進(jìn)入血液的胰島素又容易分解，因此，治療效果受到影響。如圖是用蛋白質(zhì)工程設(shè)計速效胰島素的生產(chǎn)過程，請據(jù)圖回答有關(guān)問題： (1)構(gòu)建新的蛋白質(zhì)模型是蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵，圖中構(gòu)建新的胰島素模型的主要依據(jù)是 。 (2)通過DNA合成形成的新基因應(yīng)與 結(jié)合后轉(zhuǎn)移到 中才能得到準(zhǔn)確表達(dá)。 (3)若要利用大腸桿菌生產(chǎn)速效胰島素，需用到的生物工程有 、 和發(fā)酵工程。 (4)圖解中從新的胰島素模型到新的胰島素基因的基本思路是什么? 解析：(1)蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)是根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計，因此，圖中構(gòu)建新的胰島素模型的依據(jù)是預(yù)期胰島素即速效胰島素的功能。 (2)合成的目的基因應(yīng)與載體構(gòu)建成基因表達(dá)載體后導(dǎo)入受體細(xì)胞中才能得以表達(dá)。(3)利用蛋白質(zhì)工程生產(chǎn)自然界原本不存在的新的胰島素，需對原有的胰島素進(jìn)行改造， 根據(jù)新的胰島素中氨基酸的序列推測出其基因中的脫氧核苷酸序列，再人工合成新的胰島素基因，形成目的基因。改造好的目的基因需通過基因工程來生‘產(chǎn)基因產(chǎn)物，并且在生產(chǎn)過程中要借助工程茵，所以還需要進(jìn)行發(fā)酵，因此該過程涉及蛋白質(zhì)工程、基因工程和發(fā)酵工程。 (4)由新的蛋白 質(zhì)模型到構(gòu)建新的基因，其基本設(shè)計思路是根據(jù)新的蛋白質(zhì)中氨基酸的序列，推測出其基因中的脫氧核苷酸序列。然后用DNA合成儀直接合成出新的基因。 答案： (1)蛋白質(zhì)的預(yù)期功能 (2)載體 大腸桿菌等受體細(xì)胞 (3)蛋白質(zhì)工程基因工程 (4)根據(jù)新的胰島素中氨基酸的序列，推測出其基因中的脫氧核苷酸序列，然后利用DNA合成儀來合成出新的胰島素基因。 考點二 DNA的粗提取和鑒定 1．實驗原理 (1)DNA在NaCl溶液中的溶解度隨NaCl濃度的不同而不同。當(dāng)NaCI的濃度為0．14 mol／L時，DI,4A的溶解度最低。利用這一原理，可使溶解在NaCl溶液中的DNA析出。 (2)DNA不溶于酒精溶液，但是細(xì)胞中的其他許多物質(zhì)溶于酒精溶液。利用這一原理，可以進(jìn)一步提取含雜質(zhì)較少的DNA。 (3)DNA遇二苯胺(沸水浴)會染成藍(lán)色；DNA還有遇甲基綠溶液被染成藍(lán)綠色的特性。上述兩種方法均可用于鑒定DNA的存在。 2．方法步驟 制備雞血細(xì)胞液一提取細(xì)胞核物質(zhì)一溶解DNA一析出DNA并濾取----DNA的再溶解一提取較純凈的DNA----DNA分子的鑒定 3. DNA粗提取和鑒定中的規(guī)律總結(jié) 1．次加蒸餾水 ①加到雞血細(xì)胞液，使血細(xì)胞吸水脹裂； ②加到含DNA的2 mol／L NaCl溶液，使DNA析出。 2.次使用紗布 ①過濾血細(xì)胞破裂液，提取細(xì)胞核物質(zhì)(DNA在濾液中)； ②過濾0．14 mol／L NaCl溶液，析出DNA(DNA在黏稠物中)； ③過濾溶液有DNA的2 mol／L的NaCl溶液(DNA在濾液中)。 3．3次使用NaCl溶液 ①加2 mol／L NaCI溶液，溶解提取的細(xì)胞核物質(zhì)； ②加0．14 mol／L NaCl溶液使DNA析出； ③加2 mol／L NaCl溶液，溶解濾取的DNA黏稠物。 例2下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法，正確的是 A．蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對蛋白質(zhì)分子直接進(jìn)行操作 B．蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生出自然界中不曾存在過的新型蛋白質(zhì)分子 c．對蛋白質(zhì)的改造是通過直接改造相應(yīng)的mRNA來實現(xiàn)的 D．蛋白質(zhì)工程的流程和天然蛋白質(zhì)合成的過程是相同的 解析：蛋白質(zhì)工程是對基因進(jìn)行修飾或基因合成，對現(xiàn)有的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或產(chǎn)生新的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程的流程是：從預(yù)期蛋白質(zhì)的功能出發(fā)一設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)一推測應(yīng)有的氨基酸序列一找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)；天然蛋白質(zhì)的合成過程是：基因表達(dá)(轉(zhuǎn)錄和翻譯)一形成氨基酸序列的多肽鏈一形成具有高級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)一行使生物功能。 答案：B 【實戰(zhàn)訓(xùn)練】 （09安徽卷）1．xx年諾貝爾化學(xué)獎授予了“發(fā)現(xiàn)和發(fā)展了水母綠色熒光蛋白“的三位科學(xué)家。將綠色熒光蛋白基因的片段與目的基因連接起來組成一個融合基因，再將該融合基因轉(zhuǎn)入真核生物細(xì)胞內(nèi)，表達(dá)出的蛋白質(zhì)就會帶有綠色熒光。綠色熒光蛋白在該研究中的主要作用是 A．追蹤目的基因在細(xì)胞內(nèi)的復(fù)制過程 B．追蹤目的基因插入到染色體上的位置 C．追蹤目的基因編碼的蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的分布 D．追蹤目的基因編碼的蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu) 答案：C 解析：將綠色熒光蛋白基因的片段與目的基因連接起來組成一個融合基因，將該融合基因轉(zhuǎn)入真核生物細(xì)胞內(nèi)，表達(dá)出的蛋白質(zhì)帶有綠色熒光，從而可以追蹤目的基因編碼的蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的分布。故C正確。 （09廣東理基）2．錢永健先生因在研究綠色熒光蛋白方面的杰出成就而獲xx年諾貝爾獎。在某種生物中檢測不到綠色熒光，將水母綠色熒光蛋白基因轉(zhuǎn)入該生物體內(nèi)后，結(jié)果可以檢測到綠色熒光。由此可知 A．該生物的基因型是雜合的 B．該生物與水母有很近的親緣關(guān)系 C．綠色熒光蛋白基因在該生物體內(nèi)得到了表達(dá) D．改變綠色熒光蛋白基因的1個核苷酸對，就不能檢測到綠色熒光 答案：C 解析：某種生物中檢測不到綠色熒光，將水母綠色熒光蛋白基因轉(zhuǎn)入該生物體內(nèi)后，結(jié)果可以檢測到綠色熒光，說明綠色熒光蛋白基因在該生物體內(nèi)得到了表達(dá)。 （09上海理綜卷）3．科學(xué)家運用基因工程技術(shù)將人胰島素基因與大腸桿菌的質(zhì)粒DNA分子重組，并且在大腸桿菌體內(nèi)獲得成功表達(dá)。圖示a處為胰島素基因與大腸桿菌質(zhì)粒DNA結(jié)合的位置，它們彼此能結(jié)合的依據(jù)是 A．基因自由組合定律 B．半保留復(fù)制原則 C．基因分離定律 D．堿基互補配對原則 答案：D 解析：本題考查基因工程的相關(guān)知識，重組質(zhì)粒依據(jù)的是粘性末端的堿基互補配對原則。 【名師點撥】 蛋白質(zhì)工程與基因工程的區(qū)別 1．蛋白質(zhì)工程就是根據(jù)蛋白質(zhì)的精細(xì)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，利用基因工程的手段，按照人類自身的需要，定向地改造天然的蛋白質(zhì)，甚至創(chuàng)造新的、自然界本不存在的、具有優(yōu)良特性的蛋白質(zhì)分子。蛋白質(zhì)工程自誕生之日起，就與基因工程密不可分。 2．基因工程是通過基因操作把外源基因轉(zhuǎn)入適當(dāng)?shù)纳矬w內(nèi)，并在其中進(jìn)行表達(dá)，它的產(chǎn)品還是該基因編碼的天然存在的蛋白質(zhì)。 3．蛋白質(zhì)工程則更進(jìn)一步。它可以根據(jù)對分子預(yù)先設(shè)計的方案，通過對天然蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行改造，來實現(xiàn)對它所編碼的蛋白質(zhì)，進(jìn)行改造。因此，它的產(chǎn)品已不再是天然的蛋白質(zhì)，而是經(jīng)過改造的、具有了人類所需要的優(yōu)點的蛋白質(zhì)。天然蛋白質(zhì)都是通過漫長的進(jìn)化過程而形成的，而蛋白質(zhì)工程對天然蛋白質(zhì)的改造，好比是在實驗室里加快了進(jìn)化的進(jìn)程。 4．蛋白質(zhì)工程的重點在于對已存在的蛋白質(zhì)進(jìn)行分子改造，改造的對象是編碼蛋白質(zhì)的DNA序列。 5．對基因進(jìn)行改造的蛋白質(zhì)可以遺傳下去，而直接改造的蛋白質(zhì)卻不能遺傳。