通用版高考生物学一轮复习课时突破练55 基因工程的应用及蛋白质工程(含解析）
文档属性
| 名称 | 通用版高考生物学一轮复习课时突破练55 基因工程的应用及蛋白质工程(含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 419.8KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 通用版 | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2025-10-20 10:27:30 | ||
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文档简介
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通用版高考生物学一轮复习
课时突破练55 基因工程的应用及蛋白质工程
必备知识基础练
一、单项选择题
考点1 基因工程的应用
1.(2025山东济南1月期末)mRNA疫苗的研制思路是:确定病原体关键蛋白,推测其编码基因的序列并对目标基因序列进行设计;体外获得目标基因后构建重组质粒导入大肠杆菌来获得大量DNA模板;利用DNA模板体外合成关键蛋白的mRNA,把合成的mRNA纯化包装后注入人体,让mRNA指导人体细胞合成关键蛋白,引发人体的免疫应答。下列说法错误的是( )
A.可使用BLAST在GenBank中对编码蛋白质的序列进行搜索,找出对应的病毒基因序列
B.可以在提取病原体RNA后逆转录获得目标基因
C.mRNA疫苗注射入人体后被运输至细胞核中指导翻译过程
D.上述mRNA疫苗研制过程属于基因工程的范畴
2.(2024江苏盐城模拟)常见的启动子可分为三类:组成型启动子,驱动基因在所有细胞、组织和器官中持续表达;组织特异型启动子,调控基因只在某些特定的部位中表达;诱导型启动子,通常在光、盐等信号作用下,使目的基因的转录水平有所提高。下列相关叙述错误的是( )
A.细胞分化与组织特异型启动子的调控和组成型启动子均有关
B.膀胱生物反应器的构建需要将目的基因连接在诱导型启动子的下游
C.真核生物细胞中,一般一个启动子只能启动一个基因的转录
D.强启动子可使基因高水平表达,启动子的强弱主要取决于其与RNA聚合酶的亲和性
3.(2024湖北襄阳一模)噬菌体展示技术是将外源蛋白基因插入噬菌体外壳蛋白基因的适当位置,使外源基因随外壳蛋白基因的表达而表达,外源蛋白随噬菌体的重新组装而展示到噬菌体表面的生物技术(如图所示)。下列叙述错误的是( )
A.噬菌体抗体展示过程,抗体的合成场所一定是受体细胞的核糖体
B.噬菌体展示库的构建需将特定的基因片段拼接重组在噬菌体载体上并转染受体细胞
C.建立噬菌体展示库需要的工具酶有限制酶、DNA聚合酶和RNA聚合酶
D.通过图中诱变处理及筛选,最终可能筛选出与某种抗原亲和力更强的抗体及其基因
考点2 蛋白质工程的原理和应用
4.利用AI(人工智能)破解蛋白质结构和功能之谜,建立蛋白质数据库,并在此基础上进行蛋白质结构设计和优化,会给未来蛋白质工程的发展带来翻天覆地的变化。关于该技术的实施,下列说法错误的是 ( )
A.用AI预测新型蛋白质的基因结构应依据中心法则原理
B.可以通过改造或合成基因来获得AI设计的蛋白质
C.根据设计的某种蛋白质的氨基酸序列推理的基因序列中包含启动子和终止子
D.用蛋白质的氨基酸序列推测的RNA编码序列有多种可能,原因是密码子具有简并性
5.(2024吉林一模)蛋白质工程是新崛起的一项生物工程,又称第二代基因工程。如图示意蛋白质工程流程。下列叙述正确的是( )
A.蛋白质工程就是根据人们需要,直接对蛋白质进行加工修饰
B.蛋白质工程是通过改造或合成基因等方法,对现有蛋白质进行改造
C.①②过程都从模板的5'端开始
D.蛋白质工程是从①开始的
关键能力提升练
二、不定项选择题
6.苏云金芽孢杆菌中的杀虫晶体蛋白Cry具有杀虫毒性,但Cry蛋白存在杀虫谱窄、毒力有限等问题,制约了其在农业生产中的进一步应用。科学家通过定点突变,将Cry蛋白第168位的组氨酸替换为精氨酸后,Cry蛋白对烟草天蛾的毒性提高了3倍;将Cry蛋白第282位、第283位的丙氨酸和亮氨酸分别替换成甘氨酸和丝氨酸后,Cry蛋白对舞毒蛾的毒性提高了7倍。下列叙述正确的是( )
A.对Cry蛋白改造需要重新合成新的基因
B.通过测定DNA的序列确定定点突变是否成功
C.根据Cry蛋白的氨基酸序列只能推测出一种相应的mRNA序列
D.经改造后的苏云金芽孢杆菌中的Cry蛋白毒性提高这一性状不可遗传
三、非选择题
7.(2024江苏南京调研)1965年中国科学家人工合成了具有生物活性的结晶牛胰岛素,摘取了人工合成蛋白质的桂冠。人胰岛素基因表达的最初产物是一条肽链构成的前胰岛素原,经图1所示的过程形成具生物活性的胰岛素。此后科学家又提出了利用基因工程改造大肠杆菌生产人胰岛素的两种方法:AB法是根据胰岛素A、B两条肽链的氨基酸序列人工合成两种DNA片段,利用工程菌分别合成两条肽链后将其混合自然形成胰岛素;BCA法是利用胰岛B细胞中的mRNA得到胰岛素基因,表达出胰岛素原后再用特定酶切掉C肽段。这两种方法使用同一种质粒作为载体。请据图分析并回答下列问题。
图1
图2
(1)在人体胰岛B细胞内,图1中前胰岛素原形成具生物活性的胰岛素过程中参与的细胞器有 。
(2)由于密码子的 特性,AB法中人工合成的两种DNA片段均有多种可能的序列。 (填“AB”“BCA”或“AB和BCA”)法获取的目的基因中不含人胰岛素基因启动子。
(3)图2是利用基因工程生产人胰岛素过程中使用的质粒及目的基因的部分结构。为使目的基因与载体正确连接,在设计PCR引物时可添加限制酶 的识别序列。通过上述方法获得人的胰岛素基因后,需要通过PCR技术进行扩增,已知胰岛素基因左端①处的碱基序列为—CCTTTCAGCTCA—,则其中一种引物设计的序列是5' 3'。
(4)对重组表达载体进行酶切鉴定,若选择限制酶SalⅠ,最多能获得 种大小不同的DNA片段。
(5)β-半乳糖苷酶可以分解无色的X-gal产生蓝色物质使菌落呈现蓝色,否则菌落为白色。经Ca2+处理的大肠杆菌与重组质粒混合培养一段时间后,采用 法将大肠杆菌接种到添加了 的培养基上筛选出 色的菌落即为工程菌种。
(6)科学家利用蛋白质工程技术,研制出了赖脯胰岛素,与天然胰岛素相比,其皮下注射后易吸收、起效快。获得赖脯胰岛素基因的途径是:从预期的蛋白质功能出发→ →推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列。
参考答案
1.C 2.B 3.C 4.C 5.B 6.B
7.答案 (1)内质网、高尔基体和线粒体
(2)简并 AB和BCA
(3)XhoⅠ和MunⅠ —CTCGAGCCTTTCAGCTCA—
(4)7
(5)稀释涂布平板 氨苄青霉素和X-gal 白
(6)设计预期的蛋白质结构
解析 (1)胰岛素属于分泌蛋白,前胰岛素原形成具生物活性的胰岛素过程中参与的细胞器有内质网、高尔基体和线粒体。(2)密码子具有简并的特性,故AB法中人工合成的两种DNA片段均有多种可能的序列;结合题意“BCA法是利用胰岛B细胞中的mRNA得到胰岛素基因,表达出胰岛素原后再用特定酶切掉C肽段”可知,BCA法是从人体胰岛B细胞中获取mRNA,在基因的结构中,启动子在非编码区,是不会被转录和翻译的,根据题干信息“AB法是根据胰岛素A、B两条肽链的氨基酸序列人工合成两种DNA片段,利用工程菌分别合成两条肽链后将其混合自然形成胰岛素”可知,由AB法中的“胰岛素A、B两条肽链的氨基酸序列”和BCA法中的“胰岛B细胞中的mRNA”得到的目的基因中均不含人胰岛素基因启动子。(3)根据图2,对于目的基因,SalⅠ和NheⅠ的作用位点在目的基因的中间,会破坏目的基因,则在引物设计时不能选用这两种限制酶,那么只能在XhoⅠ和MunⅠ和EcoRⅠ中选择;同时质粒上EcoRⅠ的其中一个作用位点是在标记基因上,所以只能选择XhoⅠ和MunⅠ两种限制酶,则需要在设计PCR引物时添加限制酶XhoⅠ和MunⅠ的识别序列。已知胰岛素基因左端①处的碱基序列为—CCTTTCAGCTCA—,在设计PCR引物时需要添加限制酶XhoⅠ和MunⅠ的识别序列,根据两种酶在质粒上的位置上可知,XhoⅠ的识别序列需要添加在目的基因左侧、MunⅠ的识别序列需要添加在目的基因右侧,已知胰岛素基因左端①处的碱基序列为—CCTTTCAGCTCA—,由于DNA合成时,新链的延伸方向是:5'→3',即其中一种引物与模板链3'端(①处互补的位置)碱基互补配对,同时该引物序列需要包含XhoⅠ的识别序列,所以其中一种引物设计的序列是5'-CTCGAGCCTTTCAGCTCA-3'。(4)对重组表达载体进行酶切鉴定,由(3)可知用限制酶XhoⅠ和MunⅠ来构建重组表达载体,根据图2可知,目的基因中含有2个SalⅠ的识别位点,若用酶切要获得最多DNA片段,则质粒中的SalⅠ的识别位点不被目的基因破坏,则重组表达载体中一共含有3个SalⅠ的识别位点,所以选择限制酶SalⅠ来酶切重组表达载体,最多可以获得7种大小不同的DNA片段。(5)常见的微生物接种方法为稀释涂布平板法和平板划线法,其中常用的是稀释涂布平板法,获得的菌落能均匀分布;由于重组质粒中含有氨苄青霉素抗性基因,成功导入重组质粒的大肠杆菌可以在含有氨苄青霉素的培养基上存活下来,而未导入的则会死亡,将目的基因导入微生物细胞常用Ca2+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;目的基因的插入的位置是在lacZ基因中,会破坏lacZ基因的结构,不能产生β-半乳糖苷酶,根据题干信息“β-半乳糖苷酶可以分解无色的X-gal产生蓝色物质”,可知目的基因的插入破坏了lacZ基因的结构,使其不能正常表达产生β-半乳糖苷酶,底物X-gal不会被分解。因此筛选导入重组质粒的大肠杆菌时,在添加了氨苄青霉素和X-gal的培养基上应选择白色的菌落。
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通用版高考生物学一轮复习
课时突破练55 基因工程的应用及蛋白质工程
必备知识基础练
一、单项选择题
考点1 基因工程的应用
1.(2025山东济南1月期末)mRNA疫苗的研制思路是:确定病原体关键蛋白,推测其编码基因的序列并对目标基因序列进行设计;体外获得目标基因后构建重组质粒导入大肠杆菌来获得大量DNA模板;利用DNA模板体外合成关键蛋白的mRNA,把合成的mRNA纯化包装后注入人体,让mRNA指导人体细胞合成关键蛋白,引发人体的免疫应答。下列说法错误的是( )
A.可使用BLAST在GenBank中对编码蛋白质的序列进行搜索,找出对应的病毒基因序列
B.可以在提取病原体RNA后逆转录获得目标基因
C.mRNA疫苗注射入人体后被运输至细胞核中指导翻译过程
D.上述mRNA疫苗研制过程属于基因工程的范畴
2.(2024江苏盐城模拟)常见的启动子可分为三类:组成型启动子,驱动基因在所有细胞、组织和器官中持续表达;组织特异型启动子,调控基因只在某些特定的部位中表达;诱导型启动子,通常在光、盐等信号作用下,使目的基因的转录水平有所提高。下列相关叙述错误的是( )
A.细胞分化与组织特异型启动子的调控和组成型启动子均有关
B.膀胱生物反应器的构建需要将目的基因连接在诱导型启动子的下游
C.真核生物细胞中,一般一个启动子只能启动一个基因的转录
D.强启动子可使基因高水平表达,启动子的强弱主要取决于其与RNA聚合酶的亲和性
3.(2024湖北襄阳一模)噬菌体展示技术是将外源蛋白基因插入噬菌体外壳蛋白基因的适当位置,使外源基因随外壳蛋白基因的表达而表达,外源蛋白随噬菌体的重新组装而展示到噬菌体表面的生物技术(如图所示)。下列叙述错误的是( )
A.噬菌体抗体展示过程,抗体的合成场所一定是受体细胞的核糖体
B.噬菌体展示库的构建需将特定的基因片段拼接重组在噬菌体载体上并转染受体细胞
C.建立噬菌体展示库需要的工具酶有限制酶、DNA聚合酶和RNA聚合酶
D.通过图中诱变处理及筛选,最终可能筛选出与某种抗原亲和力更强的抗体及其基因
考点2 蛋白质工程的原理和应用
4.利用AI(人工智能)破解蛋白质结构和功能之谜,建立蛋白质数据库,并在此基础上进行蛋白质结构设计和优化,会给未来蛋白质工程的发展带来翻天覆地的变化。关于该技术的实施,下列说法错误的是 ( )
A.用AI预测新型蛋白质的基因结构应依据中心法则原理
B.可以通过改造或合成基因来获得AI设计的蛋白质
C.根据设计的某种蛋白质的氨基酸序列推理的基因序列中包含启动子和终止子
D.用蛋白质的氨基酸序列推测的RNA编码序列有多种可能,原因是密码子具有简并性
5.(2024吉林一模)蛋白质工程是新崛起的一项生物工程,又称第二代基因工程。如图示意蛋白质工程流程。下列叙述正确的是( )
A.蛋白质工程就是根据人们需要,直接对蛋白质进行加工修饰
B.蛋白质工程是通过改造或合成基因等方法,对现有蛋白质进行改造
C.①②过程都从模板的5'端开始
D.蛋白质工程是从①开始的
关键能力提升练
二、不定项选择题
6.苏云金芽孢杆菌中的杀虫晶体蛋白Cry具有杀虫毒性,但Cry蛋白存在杀虫谱窄、毒力有限等问题,制约了其在农业生产中的进一步应用。科学家通过定点突变,将Cry蛋白第168位的组氨酸替换为精氨酸后,Cry蛋白对烟草天蛾的毒性提高了3倍;将Cry蛋白第282位、第283位的丙氨酸和亮氨酸分别替换成甘氨酸和丝氨酸后,Cry蛋白对舞毒蛾的毒性提高了7倍。下列叙述正确的是( )
A.对Cry蛋白改造需要重新合成新的基因
B.通过测定DNA的序列确定定点突变是否成功
C.根据Cry蛋白的氨基酸序列只能推测出一种相应的mRNA序列
D.经改造后的苏云金芽孢杆菌中的Cry蛋白毒性提高这一性状不可遗传
三、非选择题
7.(2024江苏南京调研)1965年中国科学家人工合成了具有生物活性的结晶牛胰岛素,摘取了人工合成蛋白质的桂冠。人胰岛素基因表达的最初产物是一条肽链构成的前胰岛素原,经图1所示的过程形成具生物活性的胰岛素。此后科学家又提出了利用基因工程改造大肠杆菌生产人胰岛素的两种方法:AB法是根据胰岛素A、B两条肽链的氨基酸序列人工合成两种DNA片段,利用工程菌分别合成两条肽链后将其混合自然形成胰岛素;BCA法是利用胰岛B细胞中的mRNA得到胰岛素基因,表达出胰岛素原后再用特定酶切掉C肽段。这两种方法使用同一种质粒作为载体。请据图分析并回答下列问题。
图1
图2
(1)在人体胰岛B细胞内,图1中前胰岛素原形成具生物活性的胰岛素过程中参与的细胞器有 。
(2)由于密码子的 特性,AB法中人工合成的两种DNA片段均有多种可能的序列。 (填“AB”“BCA”或“AB和BCA”)法获取的目的基因中不含人胰岛素基因启动子。
(3)图2是利用基因工程生产人胰岛素过程中使用的质粒及目的基因的部分结构。为使目的基因与载体正确连接,在设计PCR引物时可添加限制酶 的识别序列。通过上述方法获得人的胰岛素基因后,需要通过PCR技术进行扩增,已知胰岛素基因左端①处的碱基序列为—CCTTTCAGCTCA—,则其中一种引物设计的序列是5' 3'。
(4)对重组表达载体进行酶切鉴定,若选择限制酶SalⅠ,最多能获得 种大小不同的DNA片段。
(5)β-半乳糖苷酶可以分解无色的X-gal产生蓝色物质使菌落呈现蓝色,否则菌落为白色。经Ca2+处理的大肠杆菌与重组质粒混合培养一段时间后,采用 法将大肠杆菌接种到添加了 的培养基上筛选出 色的菌落即为工程菌种。
(6)科学家利用蛋白质工程技术,研制出了赖脯胰岛素,与天然胰岛素相比,其皮下注射后易吸收、起效快。获得赖脯胰岛素基因的途径是:从预期的蛋白质功能出发→ →推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列。
参考答案
1.C 2.B 3.C 4.C 5.B 6.B
7.答案 (1)内质网、高尔基体和线粒体
(2)简并 AB和BCA
(3)XhoⅠ和MunⅠ —CTCGAGCCTTTCAGCTCA—
(4)7
(5)稀释涂布平板 氨苄青霉素和X-gal 白
(6)设计预期的蛋白质结构
解析 (1)胰岛素属于分泌蛋白,前胰岛素原形成具生物活性的胰岛素过程中参与的细胞器有内质网、高尔基体和线粒体。(2)密码子具有简并的特性,故AB法中人工合成的两种DNA片段均有多种可能的序列;结合题意“BCA法是利用胰岛B细胞中的mRNA得到胰岛素基因,表达出胰岛素原后再用特定酶切掉C肽段”可知,BCA法是从人体胰岛B细胞中获取mRNA,在基因的结构中,启动子在非编码区,是不会被转录和翻译的,根据题干信息“AB法是根据胰岛素A、B两条肽链的氨基酸序列人工合成两种DNA片段,利用工程菌分别合成两条肽链后将其混合自然形成胰岛素”可知,由AB法中的“胰岛素A、B两条肽链的氨基酸序列”和BCA法中的“胰岛B细胞中的mRNA”得到的目的基因中均不含人胰岛素基因启动子。(3)根据图2,对于目的基因,SalⅠ和NheⅠ的作用位点在目的基因的中间,会破坏目的基因,则在引物设计时不能选用这两种限制酶,那么只能在XhoⅠ和MunⅠ和EcoRⅠ中选择;同时质粒上EcoRⅠ的其中一个作用位点是在标记基因上,所以只能选择XhoⅠ和MunⅠ两种限制酶,则需要在设计PCR引物时添加限制酶XhoⅠ和MunⅠ的识别序列。已知胰岛素基因左端①处的碱基序列为—CCTTTCAGCTCA—,在设计PCR引物时需要添加限制酶XhoⅠ和MunⅠ的识别序列,根据两种酶在质粒上的位置上可知,XhoⅠ的识别序列需要添加在目的基因左侧、MunⅠ的识别序列需要添加在目的基因右侧,已知胰岛素基因左端①处的碱基序列为—CCTTTCAGCTCA—,由于DNA合成时,新链的延伸方向是:5'→3',即其中一种引物与模板链3'端(①处互补的位置)碱基互补配对,同时该引物序列需要包含XhoⅠ的识别序列,所以其中一种引物设计的序列是5'-CTCGAGCCTTTCAGCTCA-3'。(4)对重组表达载体进行酶切鉴定,由(3)可知用限制酶XhoⅠ和MunⅠ来构建重组表达载体,根据图2可知,目的基因中含有2个SalⅠ的识别位点,若用酶切要获得最多DNA片段,则质粒中的SalⅠ的识别位点不被目的基因破坏,则重组表达载体中一共含有3个SalⅠ的识别位点,所以选择限制酶SalⅠ来酶切重组表达载体,最多可以获得7种大小不同的DNA片段。(5)常见的微生物接种方法为稀释涂布平板法和平板划线法,其中常用的是稀释涂布平板法,获得的菌落能均匀分布;由于重组质粒中含有氨苄青霉素抗性基因,成功导入重组质粒的大肠杆菌可以在含有氨苄青霉素的培养基上存活下来,而未导入的则会死亡,将目的基因导入微生物细胞常用Ca2+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;目的基因的插入的位置是在lacZ基因中,会破坏lacZ基因的结构,不能产生β-半乳糖苷酶,根据题干信息“β-半乳糖苷酶可以分解无色的X-gal产生蓝色物质”,可知目的基因的插入破坏了lacZ基因的结构,使其不能正常表达产生β-半乳糖苷酶,底物X-gal不会被分解。因此筛选导入重组质粒的大肠杆菌时,在添加了氨苄青霉素和X-gal的培养基上应选择白色的菌落。
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