高中生物人教版 (2019)选择性必修3第3章 基因工程第4节 蛋白质工程的原理和应用综合训练题

这是一份高中生物人教版 (2019)选择性必修3第3章 基因工程第4节 蛋白质工程的原理和应用综合训练题，共27页。试卷主要包含了回答下列问题等内容，欢迎下载使用。
考点1 基因工程的基本工具
1.(2018北京理综,5,6分,)用XhⅠ和SalⅠ两种限制性核酸内切酶分别处理同一DNA片段,酶切位点及酶切产物分离结果如图。以下叙述不正确的是( )
图1 酶切位点图
图2 电泳结果示意图
A.图1中两种酶识别的核苷酸序列不同
B.图2中酶切产物可用于构建重组DNA
C.泳道①中是用SalⅠ处理得到的酶切产物
D.图中被酶切的DNA片段是单链DNA
2.(2016课标全国Ⅲ,40,15分,)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ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EcRⅠ、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BamHⅠ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 。
考点2 DNA的粗提取与鉴定
3.(2019江苏单科,10,2分,)下列关于DNA粗提取与鉴定的叙述,错误的是( )
A.用同样方法从等体积兔血和鸡血中提取的DNA量相近
B.DNA析出过程中,搅拌操作要轻柔以防DNA断裂
C.预冷的乙醇可用来进一步纯化粗提的DNA
D.用二苯胺试剂鉴定DNA需要进行水浴加热
4.(2018江苏单科,17,2分,)关于还原糖、蛋白质和DNA的鉴定实验,下列叙述正确的是( )
A.在甘蔗茎的组织样液中加入双缩脲试剂,温水浴后液体由蓝色变成砖红色
B.在大豆种子匀浆液中加入斐林试剂,液体由蓝色变成紫色
C.提取DNA时,在切碎的洋葱中加入适量洗涤剂和食盐,充分研磨,过滤并弃去滤液
D.将DNA粗提物溶解在2 ml/L NaCl溶液中,加入二苯胺试剂,沸水浴后液体由无色变成蓝色
考点3 基因工程的操作程序
5.(2019课标全国Ⅰ,38节选,)基因工程中可以通过PCR技术扩增目的基因。回答下列问题。
(2)生物体细胞内的DNA复制开始时,解开DNA双链的酶是 。在体外利用PCR技术扩增目的基因时,使反应体系中的模板DNA解链为单链的条件是 。上述两个解链过程的共同点是破坏了DNA双链分子中的 。
(3)目前在PCR反应中使用Taq酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是
。
6.(2020江苏单科,33,8分,)如果已知一小段DNA的序列,可采用PCR的方法,简捷地分析出已知序列两侧的序列,具体流程如图(以EcRⅠ酶切为例):
请据图回答问题:
(1)步骤Ⅰ用的EcRⅠ是一种 酶,它通过识别特定的 切割特定位点。
(2)步骤Ⅱ用的DNA连接酶催化相邻核苷酸之间的3'-羟基与5'-磷酸间形成 ;PCR循环中,升温到95 ℃是为了获得 ;Taq DNA聚合酶的作用是催化 。
(3)若下表所列为已知的DNA序列和设计的一些PCR引物,步骤Ⅲ选用的PCR引物必须是 (从引物①②③④中选择,填编号)。
(4)对PCR产物测序,经分析得到了片段F的完整序列。下列DNA单链序列中(虚线处省略了部分核苷酸序列),结果正确的是 。
A.5'-AACTATGCG…………AGCCCTT-3'
B.5'-AATTCCATG…………CTGAATT-3'
C.5'-GCAATGCGT…………TCGGGAA-3'
D.5'-TTGATACGC…………CGAGTAC-3'
7.(2019江苏单科,33,8分,)图1是某基因工程中构建重组质粒的过程示意图,载体质粒P0具有四环素抗性基因(tetr)和氨苄青霉素抗性基因(ampr)。请回答下列问题:
图1
(1)EcRⅤ酶切位点为…GAT↓ATC…
…CTA↑TAG…,EcRⅤ酶切出来的线性载体P1为 末端。
(2)用Taq DNA聚合酶进行PCR扩增获得的目的基因片段,其两端各自带有一个腺嘌呤脱氧核苷酸。载体P1用酶处理,在两端各添加了一个碱基为 的脱氧核苷酸,形成P2;P2和目的基因片段在 酶作用下,形成重组质粒P3。
(3)为筛选出含有重组质粒P3的菌落,采用含有不同抗生素的平板进行筛选,得到A、B、C三类菌落,其生长情况如下表(“+”代表生长,“-”代表不生长)。根据表中结果判断,应选择的菌落是 (填表中字母)类,另外两类菌落质粒导入情况分别是 、 。
(4)为鉴定筛选出的菌落中是否含有正确插入目的基因的重组质粒,拟设计引物进行PCR鉴定。图2所示为甲、乙、丙3条引物在正确重组质粒中的相应位置,PCR鉴定时应选择的一对引物是 。某学生尝试用图中另外一对引物从某一菌落的质粒中扩增出了400 bp片段,原因是 。
图2
8.(2018课标全国Ⅰ,38,15分,)回答下列问题:
(1)博耶(H.Byer)和科恩(S.Chen)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞中进行了表达。该研究除证明了质粒可以作为载体外,还证明了 (答出两点即可)。
(2)体外重组的质粒可通过Ca2+参与的 方法导入大肠杆菌细胞;而体外重组的噬菌体DNA通常需与 组装成完整噬菌体后,才能通过侵染的方法将重组的噬菌体DNA导入宿主细胞。在细菌、心肌细胞、叶肉细胞中,可作为重组噬菌体宿主细胞的是 。
(3)真核生物基因(目的基因)在大肠杆菌细胞内表达时,表达出的蛋白质可能会被降解。为防止蛋白质被降解,在实验中应选用 的大肠杆菌作为受体细胞,在蛋白质纯化的过程中应添加 的抑制剂。
9.(2018课标全国Ⅱ,38,15分,)某种荧光蛋白(GFP)在紫外光或蓝光激发下会发出绿色荧光,这一特性可用于检测细胞中目的基因的表达。某科研团队将某种病毒的外壳蛋白(L1)基因连接在GFP基因的5'末端,获得了L1-GFP融合基因(简称为甲),并将其插入质粒P0,构建了真核表达载体P1,其部分结构和酶切位点的示意图如下,图中E1~E4四种限制酶产生的黏性末端各不相同。
回答下列问题:
(1)据图推断,该团队在将甲插入质粒P0时,使用了两种限制酶,这两种酶是 。使用这两种酶进行酶切是为了保证 ,也是为了保证 。
(2)将P1转入体外培养的牛皮肤细胞后,若在该细胞中观察到了绿色荧光,则说明L1基因在牛的皮肤细胞中完成了 和 过程。
(3)为了获得含有甲的牛,该团队需要做的工作包括:将能够产生绿色荧光细胞的 移入牛的 中、体外培养、胚胎移植等。
(4)为了检测甲是否存在于克隆牛的不同组织细胞中,某同学用PCR方法进行鉴定,在鉴定时应分别以该牛不同组织细胞中的 (填“mRNA”“总RNA”或“核DNA”)作为PCR模板。
10.(2018江苏单科,32节选,)为生产具有特定性能的α-淀粉酶,研究人员从某种海洋细菌中克隆了α-淀粉酶基因(1 656个碱基对),利用基因工程大量制备α-淀粉酶,实验流程见图。请回答下列问题:
(1)利用PCR技术扩增α-淀粉酶基因前,需先获得细菌的 。
(2)为了便于扩增的DNA片段与表达载体连接,需在引物的 端加上限制性酶切位点,且常在两条引物上设计加入不同的限制性酶切位点,主要目的是 。
(3)进行扩增时,反应的温度和时间需根据具体情况进行设定,下列选项中 的设定与引物有关, 的设定与扩增片段的长度有关。(填序号)
①变性温度 ②退火温度 ③延伸温度 ④变性时间 ⑤退火时间 ⑥延伸时间
(4)下图表示筛选获得的工程菌中编码α-淀粉酶的mRNA的部分碱基序列:
图中虚线框内mRNA片段包含 个密码子,如虚线框后的序列未知,预测虚线框后的第一个密码子最多有 种。
考点4 基因工程的应用和蛋白质工程
11.(2020山东,25,11分,)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中专一性地扩增出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 。
12.(2020课标Ⅲ,38,15分,)W是一种具有特定功能的人体蛋白质。某研究小组拟仿照制备乳腺生物反应器的研究思路,制备一种膀胱生物反应器来获得W,基本过程如图所示。
回答下列问题:
(1)步骤①中需要使用的工具酶有 。步骤②和③所代表的操作分别是 和 。步骤④称为 。
(2)与乳腺生物反应器相比,用膀胱生物反应器生产W的优势在于不受转基因动物的 (答出2点即可)的限制。
(3)一般来说,在同一动物个体中,乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞的细胞核中染色体DNA所含的遗传信息 (填“相同”或“不同”),原因是
。
(4)从上述流程可知,制备生物反应器涉及胚胎工程,胚胎工程中所用到的主要技术有 (答出2点即可)。
13.(2019海南单科,31,15分,)人的T细胞可以产生某种具有临床价值的蛋白质(Y),该蛋白质由一条多肽链组成。目前可以利用现代生物技术生产Y。回答下列问题。
(1)若要获得Y的基因,可从人的T细胞中提取 作为模板,在 催化下合成cDNA,再利用 技术在体外扩增获得大量Y的基因。
(2)将目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法。若将上述所得Y的基因插入农杆菌Ti质粒上的 中,得到含目的基因的重组Ti质粒,则可用农杆菌转化法将该基因导入某种植物的叶肉细胞中。若该叶肉细胞经培养、筛选等得到了能稳定表达Y的愈伤组织,则说明Y的基因已经 。
(3)天然的Y通常需要在低温条件下保存。假设将Y的第6位氨基酸甲改变为氨基酸乙可提高其热稳定性,若要根据蛋白质工程的原理对Y进行改造以提高其热稳定性,具体思路是 。
三年模拟练
应用实践
1.(2020黑龙江铁人中学高二期中,)下列有关蛋白质工程的叙述,不正确的是( )
A.根据人们的需要,直接对氨基酸的分子结构进行重新设计
B.可以预测具有一定氨基酸序列的蛋白质的空间结构和生物功能
C.根据特定的生物功能,设计蛋白质的氨基酸序列和空间结构
D.收集大量的蛋白质分子结构的信息,以便分析结构与功能之间的关系
2.(2020陕西洛南中学高二期末,)下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的构建需要限制性内切核酸酶和DNA聚合酶的参与
B.③侵染植物细胞的这种方法,可以应用于所有的植物
C.④的染色体上若含抗虫基因,则⑤就一定表现出抗虫性状
D.⑤只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异
3.(2020江苏省启东中学高二期中,)限制酶BamHⅠ和BglⅡ是两种常见的工具酶,它们的识别序列及切割位点依次为 ↓
—GGATCC—和 ↓
—AGATCT—。研究中用BamHⅠ切割DNA获得目的基因,用BglⅡ切割质粒,并连接得到重组质粒。相关叙述正确的是( )
A.酶切过程中,需控制好酶浓度、温度和反应时间等因素
B.目的基因经BamHⅠ切割后形成的黏性末端是—CTAGG
C.分别用两种限制酶切割,保证了目的基因定向插入质粒
D.经两种酶处理得到的重组质粒能再被这两种酶所识别
4.(2020江西九江高三二模,)新型冠状病毒肺炎疫情对我国民生健康和经济造成极大影响。新型冠状病毒相关的实验室检测技术,对新型冠状病毒的诊断与防控尤为重要。新型冠状病毒的检测方法最常见的是逆转录PCR,简称RT-PCR(逆转录聚合酶链式反应),RT-PCR的具体过程如图。回答下列问题:
(1)过程Ⅰ和Ⅱ都需要加入缓冲液、原料、酶和引物等,其中加入的酶分别是 、 。
(2)RT-PCR过程通过对 的控制影响酶的活性和DNA分子结构,从而使得整个反应过程有序地进行。
(3)过程Ⅱ拟对单链cDNA进行n次循环的扩增,理论上需要 个引物B。
(4)新型冠状病毒的检测方法还可采用病毒抗原检测、病毒抗体检测,这些检测方法的原理是 。检测到新型冠状病毒感染者抗体滞后于病毒核酸和抗原的理由是 ,因此 检测对传染性极高的新型冠状病毒疑似患者早期确诊意义不大。
5.(2020福建福州高三模拟,)1965年,中国科学家在世界上首次合成了具有生物活性的牛胰岛素,开启了人工合成胰岛素的新纪元。但是,这种通过化学合成法得到的人胰岛素,由于成本很高,药源依然匮乏,价格仍居高不下。直到二十世纪80年代基因重组技术的成熟,难题才得到圆满解决。科研人员将人类胰岛素基因植入细菌的基因中,如大肠杆菌,然后大量繁殖细菌,收集细菌所分泌的“人胰岛素”。请回答下列问题:
(1)科学家从胰岛B细胞中提取胰岛素基因转录的RNA,然后通过 (过程)合成胰岛素基因(目的基因)。若要得到大量的目的基因,可利用PCR技术来扩增,扩增时需要 种引物参与。
(2)将人工合成的胰岛素基因导入大肠杆菌细胞之前,需要先构建 ,该结构要有 ,以便筛选出含有目的基因的受体细胞。将此结构导入大肠杆菌细胞中,通常要用 对大肠杆菌进行处理,使之变成感受态细胞,该细胞的特性是 。
(3)人胰岛素编码基因是用限制酶PstⅠ切开的,质粒应用限制酶NsiⅠ切开,才能保证人胰岛素编码基因与质粒直接拼接。如果人胰岛素基因和质粒的大小分别为0.5 kb和3.2 kb(1 kb=1 000对碱基),那么下图中安装了单个人胰岛素基因的重组质粒用限制酶EcR Ⅰ和Aat Ⅱ联合酶切后,所产生的DNA片段大小应为 kb和 kb。
6.(2020河南中原名校高三第四次质量考评,)弓形虫病是全球性分布和流行的人畜共患病,弓形虫寄生在人和动物的有核细胞内,危害严重。近年来,随着对弓形虫相关基因和抗原结构的研究不断深入,弓形虫基因工程疫苗的研发取得了重大进展。科学家发现,弓形虫DNA中有一段P30基因,该基因突变会使弓形虫的感染能力显著下降。据此,他们构建了弓形虫P30基因的乳酸乳球菌表达质粒L2Ps-P30-T(表达载体)。请回答有关基因工程疫苗的问题。
(1)弓形虫与乳酸乳球菌相比较,弓形虫的DNA以 和 的形式存在。
(2)如果表达质粒L2Ps-P30-T在乳酸乳球菌中的表达产物能使小鼠对弓形虫感染具有免疫力,该表达产物属于 (填“抗原”或“抗体”)。
(3)科学家还发现,一类MIC2蛋白是弓形虫感染的主要毒力物质,其毒力作用的关键位点是色氨酸。请完成该项研究的下列步骤。
①科学家采用蛋白质工程技术构建MIC2缺陷株,以此开发有效的活弱毒疫苗。
②该蛋白质工程首先需要进行的是设计改变MIC2蛋白中的 ;
③需要推测经蛋内质工程改变后毒力减弱的MIC2蛋白的 ;
④检验获得的新的MIC2蛋白免疫小鼠的毒力;
⑤根据新的MIC2蛋白的氨基酸序列,找到相对应的 。
7.(2020河北武邑中学高三第二次质量检测,)人参是一种名贵药材,具有良好的滋补作用。口服α-干扰素在慢性乙肝、丙肝及部分肿瘤的治疗中有一定疗效。下图为科研人员制备能合成干扰素的人参愈伤组织细胞的流程,①~④表示相关的操作,EcRⅠ、BamHⅠ为限制酶,它们的识别序列及切割位点如表所示。请回答下列问题:
(1)步骤①中,利用PCR技术扩增干扰素基因时,设计引物序列的主要依据是 。
科研人员还在两种引物的一端分别加上了 和 序列,以便于后续的剪切和连接。
(2)过程②所构建的基因表达载体中未标注出的必需元件还有 ;过程③中需先用 处理农杆菌,以便将基因表达载体导入细胞。
(3)过程④中,科研人员提取愈伤组织细胞的RNA后,先通过 过程获得DNA,再进行PCR扩增,若最终未能检测出干扰素基因,其可能原因是 。
(4)科研人员认为,将转干扰素基因的人参愈伤组织加工成的药物比单纯干扰素的疗效要好,其依据是 。

迁移创新
8.(不定项)(2020山东济南高三模拟改编,)血清白蛋白对于治疗由肝炎引发的肝硬化和肝腹水等疾病具有显著疗效,之前只能从血液中提取。我国某生物科技公司利用农杆菌转化法将血清白蛋白基因导入水稻胚乳细胞,一段时间后成功提取的植物源重组人血清白蛋白,已通过临床前试验。下列说法中错误的是 ( )
A.利用从血液中提取的血清白蛋白治疗疾病,存在使人感染传染病的隐患
B.不能利用农杆菌转化法将目的基因导入水稻胚乳细胞
C.构建植物源重组人血清白蛋白基因表达载体的目的是使农杆菌T-DNA中的目的基因转入受体细胞并稳定表达
D.水稻胚乳细胞可以对植物源重组人血清白蛋白基因表达的初始翻译产物进行加工
9.(不定项)(2020山东泰安高三模拟改编,)B基因存在于水稻基因组中,仅在体细胞和精子中正常表达,在卵细胞中不转录。为研究B基因表达对卵细胞的影响,设计并完成了如图所示的实验来获取能够在卵细胞中表达B基因的转基因植株。下列关于该实验的叙述,正确的是( )
注:启动子指可在水稻卵细胞中启动转录的启动子;Luc基因表达的荧光素酶能催化荧光素产生荧光
A.B基因在水稻卵细胞中不转录,可能是B基因的启动子在卵细胞中无法启动转录
B.可利用水稻体细胞和精子中的RNA构建DNA文库,从中获得B基因中编码蛋白的序列
C.过程②在培养基中应加入卡那霉素以检测T-DNA是否整合到水稻细胞染色体DNA上
D.在鉴定和筛选转基因植株时,可以检测加入荧光素的该植株卵细胞中是否发出荧光
第1~4节综合拔高练
五年选考练
1.D 限制酶能识别双链DNA分子特定的脱氧核苷酸序列,不同的限制酶识别不同的核苷酸序列,由图1可知用XhⅠ和SalⅠ两种酶分别切割同一DNA片段时,两种酶的酶切位点不同,说明其识别的序列不同,A正确;同种限制酶切割出的DNA片段具有相同的末端,再用DNA连接酶进行连接,可以构成重组DNA,B正确;由图1可知,SalⅠ将DNA片段切成4段,XhⅠ将DNA片段切成3段,根据图2可知泳道①为SalⅠ,泳道②为XhⅠ,C正确;限制酶切割双链DNA,酶切后的DNA片段仍然是双链DNA,D错误。
2.答案 (1)Sau3AⅠ 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 (3)E·cliDNA连接酶 T4DNA连接酶 T4DNA连接酶
解析 (1)由于限制性内切核酸酶Sau3AⅠ与BamHⅠ切割后形成的黏性末端相同(互补),所以经BamHⅠ酶切割得到的目的基因可以与题述表达载体被Sau3AⅠ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上游,终止子应位于目的基因的下游,这样目的基因才能表达。图中甲、丙均不符合,所以不能在宿主细胞中表达目的基因的产物。(3)常见的DNA连接酶有E·cliDNA连接酶(E·cli DNA连接酶)和T4DNA连接酶(T4 DNA连接酶),其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是T4DNA连接酶(T4 DNA连接酶)。
3.A 兔属于哺乳动物,其成熟红细胞没有细胞核及众多细胞器,提取不到DNA,而鸡属于鸟类,其红细胞内含有细胞核与众多细胞器,DNA含量较多,A错误;DNA分子是非常容易断裂的,轻柔搅拌的目的是获得较完整的DNA分子,B正确;DNA不溶于酒精,但某些蛋白质溶于酒精,所以冷却的体积分数为95%的酒精溶液可以进一步纯化粗提的DNA,C正确;将析出的DNA溶解在2 ml/L的NaCl溶液中,加入二苯胺试剂后需要水浴加热才会呈现蓝色,D正确。
4.D 在甘蔗茎的组织样液中加入双缩脲试剂,液体由蓝色变成紫色,说明含有蛋白质,而甘蔗茎中主要含蔗糖,蔗糖不是还原糖,一般不用于还原糖的检测,A错误;在大豆种子匀浆液中加入双缩脲试剂,液体由蓝色变成紫色,B错误;提取DNA时,在切碎的洋葱中加入适量洗涤剂和食盐,充分研磨,因DNA溶解于氯化钠溶液中,过滤后应取滤液,C错误;二苯胺试剂可作为鉴定DNA的试剂,将析出的DNA溶解在2 ml/L的NaCl溶液中,加入二苯胺试剂沸水浴后液体可呈现蓝色,D正确。
5.答案 (2)解旋酶 加热至90~95 ℃ 氢键 (3)Taq酶(Taq DNA聚合酶)热稳定性高,而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活
解析 (2)体内进行DNA复制时,需要解旋酶和DNA聚合酶等,解旋酶可以打开DNA双链中碱基对之间的氢键,DNA聚合酶可以催化磷酸二酯键的形成。在体外进行PCR扩增时,利用高温即加热至90 ℃以上破坏DNA双链之间的氢键,解旋酶和高温处理都破坏了DNA双链中碱基对之间的氢键。(3)在PCR过程中,需要不断改变温度,该过程中涉及较高温度处理变性,细胞内的DNA聚合酶在高温处理下会变性失活,因此PCR过程中需要用耐高温的DNA聚合酶催化。
6.答案 (1)限制性核酸内切(或限制) 核苷酸序列 (2)磷酸二酯键 DNA单链 以DNA为模板的DNA链的延伸 (3)②④ (4)B
解析 (1)EcRⅠ是一种限制酶(限制性内切核酸酶),它能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。(2)DNA连接酶是在相邻的核苷酸之间形成磷酸二酯键。PCR循环中,加热到95℃是为了使双链DNA解聚为单链。Taq DNA聚合酶的作用是催化以DNA为模板的DNA链的延伸,将游离的脱氧核苷酸连接到已有的一段DNA链上。(3)要通过设计引物进行反向PCR,从而得到已知序列在两端、未知序列在中间段的PCR引物,则需要反向的互补引物来扩增两引物以外的DNA片段,所以需要引物②④。(4)观察题图可知,片段F两侧均有EcRⅠ切割后的末端,EcRⅠ的识别序列和切割位点是 ↓
—GAATTC—,所以F片段一条链的5'端开始肯定是AATTC,只有B符合。
7.答案 (1)平 (2)胸腺嘧啶(T) DNA连接 (3)B A类菌落含有P0 C类菌落未转入质粒 (4)乙丙 目的基因反向连接
解析 (1)EcRⅤ酶的酶切位点为…GAT↓ATC…
…CTA↑TAG…,在识别序列的中心轴线处进行切割,因此其切割出来的线性载体P1为平末端。(2)目的基因片段的两端各自带有一个腺嘌呤脱氧核苷酸,所以需要在载体P1的两端各添加一个胸腺嘧啶脱氧核苷酸,形成载体P2,再用DNA连接酶将P2与目的基因连接起来形成重组质粒P3。(3)EcRⅤ酶切割后破坏了四环素抗性基因,但是没有破坏氨苄青霉素抗性基因,因此含有重组质粒P3的菌落在添加四环素的培养基中不能生长,而在无抗生素和添加氨苄青霉素的培养基中能生长,结合表格分析可知,应该选择B类菌落。根据表格分析,A类菌落在添加氨苄青霉素、四环素、氨苄青霉素+四环素的培养基中都能生长,说明其导入的是质粒P0;C类菌落在添加氨苄青霉素、四环素、氨苄青霉素+四环素的培养基中都不能生长,说明其没有导入质粒。(4)选择的一对引物组合、目的基因与重组质粒的连接方向及扩增片段长度的可能情况如表:
由表可知,PCR鉴定时应选择的一对引物是乙丙。若扩增出了400 bp片段,则原因是目的基因反向连接。
8.答案 (1)体外重组的质粒可以进入受体细胞;真核生物基因可在原核细胞中表达 (2)转化 外壳蛋白(或答噬菌体蛋白) 细菌 (3)蛋白酶缺陷型 蛋白酶
解析 (1)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌中进行了表达,该过程利用的技术是基因工程。该研究除了证明质粒可作为载体外,还证明了体外重组的质粒可以进入受体细胞,真核生物基因可在原核细胞中表达等。(2)重组质粒导入大肠杆菌细胞可采用Ca2+参与的转化方法;体外重组噬菌体通常是通过体外重组的噬菌体DNA和外壳蛋白(或噬菌体蛋白)进行组装获得的。因为噬菌体是专门寄生在细菌中的病毒,所以宿主细胞选用细菌。(3)为防止蛋白质被降解,在实验中应选用蛋白酶缺陷型的大肠杆菌作为受体细胞,在蛋白质纯化过程中,需要添加蛋白酶的抑制剂。
9.答案 (1)E1和E4 甲的完整 甲与载体正确连接 (2)转录 翻译 (3)细胞核 去核卵母细胞 (4)核DNA
解析 (1)据图示信息分析:将L1-GFP融合基因(甲)插入质粒P0时使用酶E1和E4进行酶切,既能保证L1-GFP融合基因的完整,又能保证L1-GFP融合基因与载体的正确连接。(2)目的基因在受体细胞中的表达包括转录和翻译两个过程。(3)将体外培养的含有目的基因的动物体细胞核移入去核卵母细胞中,经过体外胚胎培养、胚胎移植等技术可获得转基因动物。(4)采用PCR技术检测目的基因是否存在于克隆牛的不同组织细胞中,应以该牛不同组织细胞中的核DNA作为PCR模板。
10.答案 (1)基因组DNA (2)5' 使DNA片段能定向插入表达载体,减少自连 (3)② ⑥ (4)8 13
解析 (1)α-淀粉酶基因来自海洋细菌,因此为了利用PCR技术扩增α-淀粉酶基因,必须先获得细菌的基因组DNA。(2)目的基因与载体结合前需要用限制酶对两者进行切割,延伸是在引物的3'端延伸,为了保证目的基因的完整性,需在引物的5'端加上限制性酶切位点,且为了使DNA片段能定向插入表达载体,减少自连,常在两条引物上设计加入不同的限制性酶切位点。(3)进行扩增时,退火温度的设定与引物有关,延伸时间的设定与扩增片段的长度有关。(4)根据题意分析,虚线框内mRNA片段含有24个碱基,每3个碱基构成一个密码子,包含24÷3=8(个)密码子;构成mRNA的碱基有4种,因为虚线框后第一个密码子的第一个碱基是U,后面两位的组合可能有4×4=16(种),除去三个终止密码子UAA、UAG、UGA,最多有13种密码子。
11.答案 (1)限制性核酸内切酶和DNA连接酶 转化 (2)RNA聚合酶与启动子的识别和结合 不发生 编码直链淀粉合成酶的碱基序列中不含启动子 (3)逆转录(或:反转录) 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最少,控制合成的直链淀粉合成酶最少,直链淀粉合成量最少,糯性最强
解析 (1)将目的基因与Ti质粒构建基因表达载体时,需要限制酶的切割,将目的基因插入载体时需要DNA连接酶的连接。重组载体进入水稻细胞内,并且在水稻细胞内维持稳定和表达的过程叫作转化。(2)启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点,如果启动子序列改变将会影响RNA聚合酶与之的识别和结合,进而影响基因的转录水平。在真核生物中,编码蛋白质的序列是基因中的编码区,编码区中不含启动子,因此编码直链淀粉合成酶的碱基序列中不含有启动子,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不发生改变。(3)以mRNA为模板合成cDNA的过程为逆转录。利用PCR技术扩增Wx基因的cDNA,需要根据Wx基因的一段已知序列设计特定引物,从而专一性地扩增出Wx基因的cDNA。(4)由图分析可知,图中品系3的Wx基因的mRNA的含量最少,那么合成的直链淀粉酶最少,直链淀粉合成量最少,因此该水稻胚乳中含有的直链淀粉比例最小,糯性最强。
12.答案 (1)限制性核酸内切酶、DNA连接酶 显微注射 体外培养 胚胎移植 (2)性别、年龄 (3)相同 两种上皮细胞都是体细胞,且来源于同一个受精卵 (4)体外受精、胚胎移植
解析 (1)构建基因表达载体时,需要用限制酶切割W基因和载体,再用DNA连接酶将两者连接起来。步骤②是将重组表达载体导入受体细胞,受体细胞为动物细胞(受精卵)时采用的方法是显微注射技术。步骤③是将受精卵在体外培养成早期胚胎。步骤④是将早期胚胎移植到代孕母体的子宫内。(2)乳腺生物反应器必须是雌性动物,而且需要发育到一定年龄才能分泌乳汁。膀胱生物反应器可以不受性别和年龄的限制。(3)由受精卵经有丝分裂和细胞分化发育形成的同一动物个体中,乳腺上皮细胞和膀胱上皮细胞的细胞核中染色体DNA所含的遗传信息相同,两种细胞中表达的基因不同。(4)结合膀胱生物反应器的制备过程图可知,制备生物反应器涉及的胚胎工程技术主要有体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植等。
13.答案 (1)mRNA 逆转录酶 PCR (2)T-DNA 整合到叶肉细胞染色体DNA上 (3)找到第6位氨基酸中的碱基所在的基因位置,参照密码子表,将第6位氨基酸甲的碱基替换为氨基酸乙的碱基
解析 (1)由于人的T细胞可以产生蛋白质Y,要获得Y的基因,可从人的T细胞中提取mRNA作为模板,在逆转录酶催化下,利用四种游离的脱氧核苷酸合成cDNA,再利用PCR技术在体外扩增获得大量Y的基因。(2)农杆菌转化法中,T-DNA可以携带目的基因转移至受体细胞,并整合到受体细胞的染色体DNA上,故需要将Y的基因插入农杆菌Ti质粒上的T-DNA中,得到含目的基因的重组Ti质粒,把含目的基因的重组Ti质粒导入农杆菌中,再让含目的基因的农杆菌侵染植物的叶肉细胞。若该叶肉细胞经培养、筛选等得到了能稳定表达Y的愈伤组织,则说明Y的基因已经整合到叶肉细胞染色体DNA上。(3)蛋白质工程的基本思路: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→获得所需要的蛋白质,故要根据蛋白质工程的原理对Y进行改造以提高其热稳定性,需要找到第6位氨基酸中的碱基所在的基因位置,参照密码子表,将第6位氨基酸甲的碱基替换为氨基酸乙的碱基。
三年模拟练
1.A 蛋白质工程直接改造的是基因,而不是氨基酸的分子结构,A错误;蛋白质工程可以预测具有一定氨基酸序列的蛋白质的空间结构和生物功能,B正确;蛋白质工程的基本思路: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→获得所需要的蛋白质,C正确;蛋白质工程是从预期的蛋白质功能出发,所以要收集大量蛋白质分子结构的信息,以便分析结构与功能之间的关系,D正确。
2.D ②重组Ti质粒的构建需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶的参与,细胞内的DNA复制需要DNA聚合酶的参与,A错误;③侵染植物细胞后,重组Ti质粒上的T-DNA整合到植物细胞的染色体DNA上,农杆菌易侵染双子叶植物和裸子植物,对大部分单子叶植物没有侵染能力,B错误;如果受体细胞④的染色体上含抗虫基因,由于基因的选择性表达,抗虫基因不一定成功表达,因此不能确定⑤是否表现出抗虫性状,C错误;⑤只要表现出抗虫性状就表明基因工程操作成功,植株发生了可遗传变异——基因重组,D正确。
3.A 影响酶促反应的因素有温度、pH、酶浓度和底物浓度等,因此酶切过程中,需控制好酶浓度、温度和反应时间等因素,A正确;目的基因经BamHⅠ切割后形成的黏性末端是—GATC—,B错误;分别用两种限制酶切割,由于形成的黏性末端相同,因此并不能保证目的基因定向插入质粒,C错误;两种限制酶切割产生的黏性末端均为—GATC—,经过DNA连接酶处理后获得的序列是—AGATCC—
—TCTAGG—,不能被BamHⅠ和BglⅡ识别,D错误。
4.答案 (1)逆(反)转录酶 耐高温的DNA聚合酶(Taq DNA聚合酶) (2)温度(或温度、pH) (3)2n-1 (4)抗原和抗体发生特异性结合 病毒进入人体后,刺激人体免疫系统产生相应的抗体需要一段时间 病毒抗体
解析 (1)过程Ⅰ是由mRNA形成cDNA的过程,表示逆转录过程,需要加入逆转录酶,过程Ⅱ是PCR过程,需要加入耐高温的DNA聚合酶(Taq DNA聚合酶)。(2)RT-PCR过程通过对温度的控制影响酶的活性和DNA分子结构,从而使得整个反应过程有序地进行。(3)过程Ⅱ拟对单链cDNA进行n次循环的扩增,根据DNA分子半保留复制的特点可知,该过程理论上需要(2n-1)个引物B。(4)新型冠状病毒的检测方法可采用病毒抗原检测、病毒抗体检测,其原理是抗原和抗体发生特异性结合。病毒进入人体后,刺激人体免疫系统产生相应的抗体需要一段时间,故检测到新型冠状病毒感染者抗体滞后于病毒核酸和抗原,因此病毒抗体检测对传染性极高的新型冠状病毒疑似患者早期确诊意义不大。
5.答案 (1)反转录 2 (2)基因表达载体 标记基因 CaCl2或Ca2+ 能吸收周围环境中的DNA分子 (3)1.4 2.3
解析 (1)以RNA为模板合成DNA的过程为反转录过程。利用PCR技术扩增目的基因时,需要2种引物参与。(2)目的基因不能直接导入受体细胞,需要先构建基因表达载体。基因表达载体要有标记基因,以便筛选出含有目的基因的受体细胞。如果要将此表达载体导入大肠杆菌细胞中,通常要用CaCl2或Ca2+对大肠杆菌进行处理,使之处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。(3)已知人胰岛素编码基因和质粒的大小分别为0.5 kb和3.2 kb,则重组质粒的大小为0.5+3.2=3.7(kb)。将重组质粒用限制酶EcRⅠ和AatⅡ联合酶切后,所产生的DNA片段有两个,一个是0.4+0.2+0.5+0.3=1.4(kb),另一个是3.7-1.4=2.3(kb)。
6.答案 (1)线粒体DNA 染色体DNA (2)抗原 (3)②色氨酸 ③氨基酸序列(或多肽链的氨基酸序列) ⑤脱氧核苷酸序列(或弱毒的MIC2蛋白基因)
解析 (1)弓形虫为真核动物,其DNA分布在线粒体和细胞核中,故弓形虫的DNA以线粒体DNA和染色体DNA的形式存在。(2)如果表达质粒L2Ps-P30-T在乳酸乳球菌中的表达产物能使小鼠对弓形虫感染具有免疫力,由于该物质对小鼠来说是外来物质,所以该表达产物属于抗原。(3)MIC2蛋白是弓形虫感染的主要毒力物质,其毒力作用的关键位点是色氨酸,因此科学家通过蛋白质工程改造MIC2蛋白,降低弓形虫感染的毒力,关键是改造其蛋白质中的色氨酸。所以,该蛋白质工程需要改变色氨酸,改变蛋白质的氨基酸序列,以获得新的基因,步骤为设计改变MIC2蛋白中的色氨酸;需要推测改变色氨酸后毒力减弱的MIC2蛋白的氨基酸序列;获得的新的MIC2蛋白是否有免疫作用,且毒力又很低,需要通过免疫小鼠来检验其毒力;最后,根据新的MIC2蛋白的氨基酸序列,即可找到相对应的脱氧核苷酸序列(弱毒的MIC2蛋白基因)。
7.答案 (1)干扰素基因两端的部分核苷酸序列 GAATTC GGATCC (2)复制原点 Ca2+ (3)反转录 干扰素基因未能导入人参愈伤组织细胞(或导入人参愈伤组织细胞的干扰素基因未能转录) (4)将干扰素的治疗作用与人参的滋补作用相结合,能在抗病毒、抗肿瘤和免疫调节等方面发挥协同作用
解析 (1)步骤①中,利用PCR技术扩增干扰素基因时,设计引物序列的主要依据是干扰素基因两端的部分核苷酸序列。由于需要用EcRⅠ、BamHⅠ两种限制酶切割目的基因和质粒,因此科研人员还在两种引物的一端分别加上了GAATTC和GGATCC序列,以便于后续的剪切和连接。(2)基因表达载体的组成包括目的基因、标记基因、启动子、终止子和复制原点等,因此过程②所构建的基因表达载体中未标注出的必需元件还有复制原点;微生物细胞作为受体细胞时,需要用钙离子处理,使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态,因此过程③中需先用Ca2+处理农杆菌,以便将基因表达载体导入细胞。(3)在利用反转录法合成目的基因时,科研人员提取愈伤组织细胞的RNA后,先通过反转录过程获得DNA,再进行PCR扩增。干扰素基因未能导入人参愈伤组织细胞或导入人参愈伤组织细胞的干扰素基因未能转录,会导致通过该方法不能检测出干扰素基因。(4)科研人员认为,转干扰素基因的人参愈伤组织既有干扰素的治疗作用,又有人参的滋补作用,因此将转干扰素基因的人参愈伤组织加工成的药物比单纯干扰素的疗效要好。
8.BC 由于血液中可能存在一些导致传染病发生的病原体(如艾滋病病毒),故利用从血液中提取的血清白蛋白治疗疾病,存在使人感染传染病的隐患,A正确。结合题干信息可知,已经实现了利用农杆菌转化法将血清白蛋白基因导入水稻胚乳细胞,并已成功表达,因此可以利用农杆菌转化法将目的基因导入水稻胚乳细胞,B错误。构建植物源重组人血清白蛋白基因表达载体的目的是使人血清白蛋白基因在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传给下一代;同时,使人血清白蛋白基因能够表达和发挥作用,C错误。由于水稻为真核细胞,含有复杂的细胞器,所以水稻胚乳细胞可以对植物源重组人血清白蛋白基因表达的初始翻译产物进行加工,D正确。
9.ABD 启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位,有了它才能驱动基因转录出mRNA,所以B基因在水稻卵细胞中不转录,可能是B基因的启动子在卵细胞中无法启动转录,A正确;目的基因获取途径之一就是从DNA文库中获得,B正确;检测T-DNA是否整合到水稻细胞染色体DNA上,应用PCR技术检测,C错误;由于基因表达载体上有Luc基因,其表达的荧光素酶能催化荧光素产生荧光,所以在鉴定和筛选转基因植株时,可以检测加入荧光素的该植株卵细胞中是否发出荧光,D正确。DNA序列(虚线处省略了部分核苷酸序列)
已知
序列
PCR
引物
①5'-AACTATGCGCTCATGA-3'
②5'-GCAATGCGTAGCCTCT-3'
③5'-AGAGGCTACGCATTGC-3'
④5'-TCATGAGCGCATAGTT-3'
菌落类型
平板类型
A
B
C
无抗生素
+
+
+
氨苄青霉素
+
+
-
四环素
+
-
-
氨苄青霉素+四环素
+
-
-
1.D
3.A
4.D
引物组合扩增片段(bp)连接方向
甲乙
乙丙
甲丙
正向
0
350
450
反向
400
0
450
1.A
2.D
3.A
8.BC
9.ABD