2024届高三生物一轮复习基础夯实练63：基因工程的应用和蛋白质工程

基础夯实练63  基因工程的应用和蛋白质工程

一、选择题

1．人乳铁蛋白是乳汁中主要的铁结合蛋白，可提高人体吸收铁的能力，增强免疫力。研究者通过生物工程技术制备山羊乳腺反应器，过程如图。下列相关叙述错误的是(　　)

A．①过程构建的表达载体含有组织特异性启动子

B．②过程通常在显微镜下进行去核、注入等操作

C．该过程培养的山羊所有组织细胞均能分泌人乳铁蛋白

D．该过程利用了转基因、核移植和胚胎移植等工程技术

2. 草甘膦是一种非选择性的除草剂，在基因工程中，如果把导入的抗草甘膦基因整合到大豆体细胞(二倍体)的一条染色体上，将该细胞组织培养获得的多个大豆植株混种在一块实验田，得到F1，科研人员用草甘膦对F1大豆植株进行处理，有1/4的个体被淘汰掉，将剩下的大豆植株再进行田间混种得到F2，再用除草剂处理，如此下去。下列有关说法错误的是(　　)

A．用草甘膦处理大豆植株是一种人为的定向选择

B．实验田中的抗草甘膦转基因大豆种群发生了进化

C．在获得的F3中，能稳定遗传的抗草甘膦转基因大豆植株占4/9

D．能稳定遗传的抗草甘膦转基因大豆，后代偶然会出现不抗草甘膦的个体，且这种特性能够遗传，可能是发生了基因突变或者染色体变异

3．(2023·河北石家庄高三模拟)下列有关利用乳腺生物反应器与微生物生产药物的叙述，错误的是(　　)

A．前者可在乳汁中提取药物，后者可在细胞中提取

B．两者都是基因工程在医药卫生领域的应用

C．前者合成的蛋白质可加工成熟，后者合成的蛋白质一般不能加工成熟

D．动物和微生物的基因结构与人体的基因结构均相同

4．几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分，几丁质酶可催化其水解。将几丁质酶基因转入菊花体内，可增强其抗真菌病的能力。下列有关叙述错误的是(　　)

A．将几丁质酶基因插入Ti质粒的T－DNA上构建表达载体

B．可通过显微注射法将农杆菌导入菊花受体细胞

C．可用PCR等技术检测目的基因是否成功导入

D．可用真菌接种实验检测转基因菊花对真菌的抗性程度

5．(2023·安徽阜阳高三模拟)乙烯生物合成酶基因可以控制乙烯的合成，科学家将该基因的反义基因导入番茄细胞内，培育转基因延熟番茄，延长其储藏期。反义基因的作用机制如图所示，下列说法错误的是(　　)

A．有意义mRNA和反义mRNA是通过相应基因转录而来的

B．乙烯生物合成酶基因的模板链的序列与反义基因的是互补的

C．乙烯是乙烯生物合成酶基因的表达产物，可促进果实成熟

D．因为mRNA形成双链后无法进行翻译，所以无乙烯生物合成酶生成

6．(2023·江苏无锡高三调研)动物乳腺生物反应器是一项利用转基因动物的乳腺代替传统的生物发酵，进行大规模生产可供治疗人类疾病或用于保健的活性蛋白质的现代生物技术。科学家已在牛和羊等动物乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等重要药品，其大致过程如图所示。下列有关说法错误的是(　　)

A．通过③形成的重组质粒具有人的药用蛋白基因、启动子、终止子和标记基因即可

B．④通常采用显微注射技术

C．在转基因母牛的乳腺细胞中人的药用蛋白基因才会得以表达，因此可以从乳汁中提取药物

D．该技术生产药物的优点是产量高、质量好、易提取

7．(2023·江苏金沙中学高三期中)葡萄糖异构酶在工业上应用广泛，科学家将其第138位甘氨酸替换为脯氨酸后，其最适温度提高了10 ℃左右。下列相关叙述正确的是(　　)

A．蛋白质功能是由氨基酸的种类和数量决定

B．改造蛋白质结构可通过改造基因结构实现

C．蛋白质工程不可以定向改变蛋白质的结构

D．酶最适温度提高是因为脯氨酸比甘氨酸更耐热

8．(2023·安徽淮南高三检测)下列关于蛋白质工程的说法正确的是(　　)

A．蛋白质工程无需构建基因表达载体

B．蛋白质工程需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶

C．对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的

D．蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是相同的

9．甲醇酵母菌是基因工程中常用的受体菌，它可以高效表达外源蛋白，但自身蛋白分泌到培养基的较少。研究人员将人的胶原蛋白基因导入甲醇酵母中并成功表达。下列有关叙述不正确的是(　　)

A．用两种酶切割目的基因和质粒，可防止目的基因反向连接和质粒的自身环化

B．常用显微注射法将胶原蛋白基因导入甲醇酵母中

C．与大肠杆菌相比，甲醇酵母作受体菌所表达出的胶原蛋白与人体产生的胶原蛋白结构更相近

D．与其他酵母菌相比，甲醇酵母作受体菌便于表达出的胶原蛋白的分离与纯化

10．(2023·河北石家庄高三期末)枯草杆菌蛋白酶能催化蛋白质水解为氨基酸，在有机溶剂中也能催化多肽的合成，被广泛应用于洗涤剂、制革及丝绸工业。通过将枯草杆菌蛋白酶分子表面的Asp(99)和Glu(156)改成Lys，使其在pH＝6时的活力提高了10倍。下列说法正确的是(　　)

A．需要通过改造基因实现对蛋白质中氨基酸的替换

B．该成果体现了蛋白质工程在培育新物种方面具有独特的优势

C．经蛋白质工程改造后的枯草杆菌蛋白酶活性提高这一性状不可遗传

D．蛋白质工程最终要达到的目的是获取编码蛋白质的基因序列信息

11．阅读如下资料，判断下列各项描述不合理的是(　　)

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”。

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。

A．甲属于基因工程，乙属于蛋白质工程

B．甲中将目的基因导入小鼠细胞中常用显微注射法

C．乙中通过对基因改造实现了对蛋白质的改造

D．从资料乙可看出，T4溶菌酶是一种直接利用氨基酸制造出来的新蛋白质

12．(2023·江苏南京高三模拟)下面是蛋白质工程的基本途径，据图分析，下列叙述错误的是(　　)

A．a过程所需原料是核糖核苷酸，b过程所需原料是氨基酸

B．参与c过程的细胞器有核糖体、内质网、高尔基体、线粒体等

C．d过程的主要依据是每种氨基酸都有其对应的密码子

D．通过蛋白质工程可以获得人类需要的蛋白质

二、非选择题

13．已知镰状细胞贫血是一种单基因遗传病，患者的血红蛋白分子β肽链第6位氨基酸谷氨酸被缬氨酸代替，导致功能异常；而人类是乙型肝炎病毒的唯一宿主，接种乙肝疫苗是预防乙肝病毒感染的最有效方法。乙型肝炎疫苗的研制先后经历了血源性疫苗和基因工程疫苗阶段。回答下列问题：

(1)将正常的血红蛋白基因导入患者的骨髓造血干细胞中，可以合成正常的血红蛋白达到治疗的目的。此操作__________(填“属于”或“不属于”)蛋白质工程，理由是该操作________

_______________________________________________________________________________。

(2)用基因工程方法制备血红蛋白时，可先提取早期红细胞中的__________，以其作为模板，在________酶的作用下反(逆)转录合成cDNA。cDNA与载体需在限制酶和____________酶的作用下，构建基因表达载体，导入受体菌后进行表达。

(3)如图为“乙肝基因工程疫苗”的生产和使用过程，质粒中lacZ基因可使细菌利用加入培养基的物质X－gal，从而使菌落显现出蓝色，若无该基因，菌落则成白色。图中过程①有两种限制酶选择方案，它们分别是____________或________________________。

(4)获取目的基因的方法除了图中用酶切的方法从细胞中分离以外，还可以通过______________来获得。据图可知，该目的基因的具体功能是__________________________。

(5)为了筛选含目的基因的重组质粒的大肠杆菌，可在培养大肠杆菌的通用培养基中加入________________，培养一段时间挑选出__________色的菌落进一步培养获得大量目的菌。

14．甜蛋白是一种高甜度的特殊蛋白质。为了改善黄瓜的品质，科学家采用农杆菌转化法将一种甜蛋白基因成功导入黄瓜细胞，得到了转基因植株。回答下列问题：

(1)通常，基因工程操作主要有4个步骤，即目的基因获取、重组表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。因此，基因工程的含义可概括为_____________

_______________________________________________________________________________。

(2)若在转基因黄瓜中检测到这种甜蛋白，则表明该重组质粒中__________________已转移到植物细胞中且能够表达；用该转基因黄瓜的某一植株与一株非转基因植株杂交，发现子代中含甜蛋白个体数与不含甜蛋白个体数之比为1∶1，则说明甜蛋白基因已经整合到____________________(填“核基因组”“线粒体基因组”或“叶绿体基因组”)中。

(3)用农杆菌感染时，应优先选用黄瓜________________(填“受伤的”或“完好的”)叶片与含重组质粒的农杆菌共同培养，选用这种叶片的理由是_______________________________

_______________________________________________________________________________。

(4)基因工程中可以通过PCR技术扩增目的基因。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____________________。目前在PCR反应中使用TaqDNA聚合酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是______________________________________________

_______________________________________________________________________________。

参考答案

1．C

2. C　[由于导入的抗草甘膦基因整合到大豆体细胞(二倍体)的一条染色体上，假设相关基因用A、a表示，相当于Aa，自交一代，F1种植的抗草甘膦的植株基因型为1/3AA、2/3Aa，进行田间混种得到F2，再用除草剂处理，如此下去，F2中为4/9AA 、4/9Aa、1/9aa，即F2种植了1/2AA、1/2Aa，产生的配子种类及比例为A∶a＝3∶1，在获得的F3中，AA＝9/16、Aa＝6/16、aa＝1/16，能稳定遗传的抗草甘膦转基因大豆植株占9/16，C错误。]

3．D　4.B　5.C

6．A　[要让药用蛋白基因在乳腺细胞内表达并分泌含药物的乳汁，重组质粒上必须具有乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件，A错误。]

7．B

8．B　[蛋白质工程是以基因工程为基础的，蛋白质工程需要限制性内切核酸酶(切割目的基因和载体)和DNA连接酶(连接切割后的目的基因和载体)，构建基因表达载体，A错误，B正确；对蛋白质的改造是通过直接改造相应的基因来实现的，C错误；蛋白质工程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，找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)，获得所需要的蛋白质，故蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是不完全相同的，D错误。]

9．B　 [常用Ca2＋处理细胞，使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，然后再将重组目的基因导入微生物细胞，B错误；与大肠杆菌作受体相比，甲醇酵母为真核生物，表达出的胶原蛋白经过内质网和高尔基体的加工，所以与人体产生的胶原蛋白结构更相近，C正确；与其他酵母菌相比，甲醇酵母可以高效表达外源蛋白，但自身蛋白分泌到培养基的较少，便于目的蛋白的分离和纯化，D正确。]

10．A　[氨基酸的排列顺序是由基因决定的，因此完成氨基酸的替换需要通过改造基因实现，A正确；该成果培育了新品种，而不是新物种，B错误；经蛋白质工程改造后的枯草杆菌蛋白酶的基因发生了改变，因此经蛋白质工程改造后的枯草杆菌蛋白酶活性提高这一性状可以遗传，C错误；蛋白质工程是在深入了解蛋白质分子的结构与功能关系的基础上进行的，虽然合成了改造的基因，但它最终要达到的目的是改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，满足人类的需求，D错误。]

11．D　[甲中的“超级小鼠”的培育，与导入的牛生长激素基因有关，属于基因工程，资料乙显示科学家将编码T4溶菌酶的基因进行了改造，这属于蛋白质工程，A合理；甲中小鼠的受精卵属于动物细胞，将目的基因导入动物细胞中常用显微注射法，B合理；乙中通过对编码T4溶菌酶的基因进行改造，导致组成T4溶菌酶的肽链中的氨基酸序列发生了改变，实现了对蛋白质的改造，C合理；从资料乙可看出，T4溶菌酶是一种通过改造“编码T4溶菌酶的基因”而制造出来的新蛋白质，D不合理。]

12．B　[a过程为转录，是合成mRNA的过程，所需的原料是核糖核苷酸，A正确；c过程为多肽的加工与折叠，参与c过程的细胞器有内质网、高尔基体、线粒体等，核糖体是合成多肽的场所，B错误；d过程为DNA合成，主要依据是每种氨基酸都有其对应的密码子，C正确。]

13．(1)不属于　没有对现有的蛋白质进行改造(或没有对基因进行修饰)　(2)mRNA(或RNA)　逆转录　DNA连接　(3)只用BamHⅠ　同时用EcoRⅠ和BamHⅠ　(4)人工合成(或PCR技术扩增)　指导乙肝病毒蛋白质外壳的合成　(5)青霉素和X－gal　白

解析　(1)蛋白质工程通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，由于该操作中没有对蛋白质进行改造或合成新的基因，因此不属于蛋白质工程。(2)因为血红蛋白基因只在早期红细胞中表达，所以可从其中提取mRNA，以mRNA为模板，在逆转录酶的作用下反(逆)转录合成cDNA。构建基因表达载体需要限制酶和DNA连接酶协助。(3)根据图解可知，含有目的基因的外源DNA和载体上都有限制酶BamHⅠ、EcoRⅠ和EcoRV的识别序列和切割位点，用EcoRV切割会破坏目的基因，因此图中过程①有两种限制酶选择方案，它们分别是只用BamHⅠ或同时用 EcoRⅠ和BamHⅠ。(4)获取目的基因的方法：从基因文库中获取、利用PCR技术扩增和人工合成。根据图中④目的基因最终产生乙肝病毒外壳进行接种，说明该目的基因具体功能是指导合成乙肝病毒蛋白质外壳。(5)用限制酶BamHⅠ切割时破坏了lacZ基因，但没有破坏青霉素抗性基因，因此为了筛选含目的基因的重组质粒的大肠杆菌，可在培养大肠杆菌的通用培养基中加入青霉素和X－gal，根据题干信息“质粒中lacZ基因可使细菌利用加入培养基的物质X－gal，从而使菌落显现出蓝色，若无该基因，菌落则成白色”可知，培养一段时间挑选出白色的菌落进一步培养获得大量目的菌。

14．(1)按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品　(2)甜蛋白基因　核基因组　(3)受伤的　叶片伤口处的细胞释放出大量酚类物质，可吸引农杆菌移向这些细胞　(4)解旋酶　加热至90～95 ℃　氢键　TaqDNA聚合酶耐高温，而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活