【备考2027】高考生物学一轮复习 课时规范练56 基因工程的应用及蛋白质工程(含答案)

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2027全国版高考生物学一轮复习
课时规范练56　基因工程的应用及蛋白质工程
(选择题每小题3分)
必备知识基础练
考点一　基因工程的应用
1.(2025·四川宜宾模拟)人的血清白蛋白在临床上需求量很大。将人的血清白蛋白基因转入奶牛细胞中,就可以利用牛的乳腺细胞生产人血清白蛋白。如图是利用奶牛乳腺生产人血清白蛋白的图解,下列相关说法错误的是(　　)
A.作为乳腺生物反应器的奶牛B体内几乎所有细胞中都含有血清白蛋白基因
B.将②导入③之前要将目的基因与乳腺蛋白基因的启动子等结合构建表达载体
C.在④中检测到人血清白蛋白基因,说明目的基因在受体细胞中完成了表达
D.此过程涉及的现代生物技术有核移植技术、动物细胞培养技术、转基因技术等
2.(2026·江苏南通模拟)某研究小组拟仿照制备乳腺生物反应器的研究思路来制备山羊膀胱生物反应器,可以从转基因动物尿液中分离纯化出所需要的W蛋白。下列说法正确的是(　　)
A.可使用显微注射法将含有W蛋白基因的表达载体导入膀胱细胞中
B.制备的膀胱生物反应器,只有膀胱细胞中才含有W蛋白基因
C.用膀胱生物反应器和乳腺生物反应器生产W蛋白使用的启动子相同
D.与乳腺生物反应器相比,膀胱生物反应器不受受体生物性别和年龄限制
考点二　蛋白质工程的原理和应用
3.(2026·安徽安庆模拟)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。若将枯草杆菌蛋白酶分子表面的Asp(99)和Glu(156)改造成Lys,其在pH=6时的活力可以提高10倍。下列说法正确的是(　　)
A.若要对蛋白质中的氨基酸进行替换,需通过改造基因实现
B.该研究成果体现了蛋白质工程在培育新物种方面具有优势
C.改造后的枯草杆菌蛋白酶活性提高这一性状不可遗传
D.蛋白质工程的最终目的是获取编码蛋白质的基因序列
4.(2026·四川模拟)已知某水生动物体内存在一种酶X,由363个氨基酸构成。科学家利用蛋白质工程技术将X中的133位的苏氨酸变为丝氨酸,将254位的精氨酸变为甘氨酸,改变后的蛋白质X不仅仅具有原来X的催化功能还额外具有了转运蛋白的活性。下列相关说法正确的是(　　)
A.蛋白质工程生产的蛋白质是自然界本来就存在的
B.改造该酶的实质是要改造控制该酶合成的基因
C.可以利用PCR技术从该水生动物基因组中扩增出所需目的基因
D.蛋白质工程也可以对蛋白质直接进行改造,操作时不需要构建基因表达载体
5.(2026·江苏南通模拟)下图为利用定点突变技术改造基因的过程示意图,相关叙述正确的是(　　)
A.导入受体细胞后复制产生的子代DNA大多为突变型
B.上述过程需要人工设计核糖核苷酸片段作为引物
C.通过电泳检测,可确认基因突变是否成功
D.上述技术流程属于蛋白质工程的范畴
关键能力提升练
6.(2026·陕西咸阳模拟)CAR-T细胞是利用基因工程制备的一种T细胞,其表面的嵌合抗原受体(CAR)能直接识别肿瘤细胞的特异性靶抗原(如CD19)。CAR-T细胞的制备过程如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A.过程①需要用到DNA连接酶形成磷酸二酯键
B.pCDH质粒作为载体将融合的CAR基因导入受体细胞中
C.用患者T细胞制备CAR-T细胞能避免自身免疫系统的攻击
D.CAR-T细胞在患者体内主要发挥免疫系统的免疫防御功能
7.(10分)(2026·吉林松原模拟)OsCYP2基因是存在于水稻植株中的一种抗盐碱基因,研究人员提取水稻植株的OsCYP2基因,通过农杆菌转化法将其导入烟草中,以期获得抗盐碱烟草品种。如图1表示OsCYP2基因示意图,图2表示Ti质粒的结构(其中Mav35S表示真核细胞基因启动子,多克隆位点为外源基因插入区,HindⅢ和AarⅠ为限制酶切割位点),回答下列问题。
图1
图2
(1)根据PCR扩增OsCYP2基因时的引物设计可知,a链的最右端为　　　　(填“3'端”或“5'端”)。OsCYP2基因的两端都不具有限制酶切点,为了保证OsCYP2基因和Ti质粒相连,应在PCR扩增OsCYP2基因时,在引物的　　　　端分别添加限制酶　　　　的识别序列。
(2)将目的基因导入Ti质粒后,应将农杆菌置于含　　　　的培养基上培养,以筛选含目的基因的农杆菌。农杆菌转化法导入目的基因时,要将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA片段上,其原因是T-DNA片段具有　 　的特点。
(3)将含有目的基因的农杆菌与烟草细胞共培养后,需进行脱菌处理(去除农杆菌),脱菌的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　。之后,还需将烟草细胞置于含有　　　　的培养基上进行筛选,以获得成功导入目的基因的烟草细胞。
8.(12分)(2025·湖南卷)非洲猪瘟病毒是一种双链DNA病毒,可引起急性猪传染病。基因A编码该病毒的主要结构蛋白A,其在病毒侵入宿主细胞和诱导机体免疫应答过程中发挥重要作用。回答下列问题。
(1)制备特定抗原
①获取基因A,构建重组质粒(该质粒的部分结构如图所示)。重组质粒的必备元件包括目的基因、限制酶切割位点、标记基因、启动子和　　　　　　　等;为确定基因A已连接到质粒中且插入方向正确,应选用图中的一对引物　　　　对待测质粒进行PCR扩增,预期扩增产物的片段大小为　　　　bp。
注:P1、P2和P3表示引物。
②将DNA测序正确的重组质粒转入大肠杆菌构建重组菌。培养重组菌,诱导蛋白A合成。收集重组菌发酵液进行离心,发现上清液中无蛋白A,可能的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出两点即可)。
(2)制备抗蛋白A单克隆抗体
用蛋白A对小鼠进行免疫后,将免疫小鼠B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合,诱导融合的常用方法有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出一种即可)。选择培养时,对杂交瘤细胞进行克隆化培养和　　　　,多次筛选获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞。体外培养或利用小鼠大量生产的抗蛋白A单克隆抗体,可用于非洲猪瘟的早期诊断。
参考答案
必备知识基础练
1.C　解析 经过转基因技术和核移植技术之后,重组细胞中含有血清白蛋白基因,由该细胞经过有丝分裂、分化得来的细胞都含有血清白蛋白基因,因此,作为乳腺生物反应器的奶牛B体内几乎所有细胞中都含有血清白蛋白基因,A项正确。将②导入③之前要将目的基因与乳腺蛋白基因的启动子等结合构建表达载体,目的是让目的基因在乳腺细胞中特异性表达,B项正确。在④中检测到人血清白蛋白基因,说明目的基因成功导入受体细胞,不能说明目的基因在受体细胞中完成了表达,C项错误。此过程涉及的现代生物技术有核移植技术、动物细胞培养技术、转基因技术等,D项正确。
2.D　解析 显微注射法通常用于将目的基因导入动物受精卵,而非体细胞(如膀胱细胞),A项错误。转基因动物的所有体细胞均由受精卵分裂、分化而来,均含有W蛋白基因,但W蛋白基因仅在膀胱细胞中表达,B项错误。乳腺生物反应器使用乳腺组织特异性启动子(如乳蛋白基因启动子),而膀胱生物反应器需用膀胱上皮细胞特异性启动子,两者不同,C项错误。乳腺生物反应器需雌性个体在泌乳期生产蛋白,而膀胱生物反应器通过尿液持续分泌W蛋白,不受性别和年龄限制,D项正确。
3.A　解析 蛋白质的氨基酸序列由基因控制,直接替换蛋白质中的氨基酸不可行,需通过改造基因来改变对应的碱基序列,从而表达出所需蛋白质,A项正确。本题中蛋白质工程通过改造基因获得特定功能的蛋白质,并未涉及新物种的培育,B项错误。改造后的蛋白酶活性提高是因为基因被定向修改,属于可遗传的变异,C项错误。蛋白质工程的最终目的是生产符合需求的蛋白质,获取相应的基因序列是过程而非最终目的,D项错误。
4.B　解析 蛋白质工程可以生产自然界中可能不存在的新蛋白质,A项错误。蛋白质工程的实质是通过修改基因来改变蛋白质结构,因此改造酶的实质是改造控制该酶合成的基因,B项正确。PCR扩增需以目标基因为模板,但原基因组中不含改造后的基因序列,无法直接扩增,需人工合成或改造基因,C项错误。蛋白质工程需通过改造或合成基因间接实现,不能直接对蛋白质进行改造,且操作时需要构建基因表达载体,D项错误。
5.D　解析 定点突变通常通过PCR或质粒复制实现,但子代DNA是否为突变型取决于突变效率和筛选方式,若未特别筛选,由题图可知,野生型和突变型数量可能相等,A项错误。定点突变通常使用脱氧核糖核酸片段作为引物,B项错误。电泳可用于检测PCR产物或质粒大小,但确认突变需结合测序或限制性酶切分析,仅凭电泳检测无法直接确认基因突变是否成功,C项错误。蛋白质工程是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,上述技术流程属于蛋白质工程的范畴,D项正确。
关键能力提升练
6.D　解析 过程①是将不同的DNA序列拼接形成CAR基因,这需要DNA连接酶来催化形成磷酸二酯键,将DNA片段连接起来,A项正确。从图中可以看出,pCDH质粒与CAR基因结合形成pCDH-CAR,然后将融合的CAR基因导入受体细胞(患者T细胞)中,pCDH质粒起到了载体的作用,B项正确。用患者自身的T细胞制备CAR-T细胞,由于是自身细胞,自身免疫系统不会将其识别为外来异物进行攻击,能避免自身免疫系统的攻击,C项正确。CAR-T细胞表面的嵌合抗原受体(CAR)能直接识别肿瘤细胞的特异性靶抗原,主要发挥的是免疫系统的免疫监视功能,可识别并清除体内发生癌变的细胞,而不是免疫防御功能(免疫防御主要是针对外来病原体等的防御作用),D项错误。
7.答案 (1)3'端　5'　HindⅢ和AarⅠ
(2)卡那霉素　可以转移到受体细胞并且整合到受体细胞的染色体DNA上
(3)防止农杆菌影响烟草细胞的生长　潮霉素
解析 (1)根据PCR扩增OsCYP2基因时的引物设计可知,子链的延伸方向为5'→3',因此a链的最右端为3'端。OsCYP2基因的两端都不具有限制酶切点,为了保证OsCYP2基因和Ti质粒相连,应在PCR扩增OsCYP2基因时,在引物的5'端分别添加限制酶HindⅢ和AarⅠ的识别序列,进而可以保证目的基因和质粒的正向连接。
(2)将目的基因导入Ti质粒后,应将农杆菌置于含卡那霉素的培养基上培养,以筛选含目的基因的农杆菌,因为卡那霉素的抗性基因在农杆菌体内正常表达,而潮霉素抗性基因在农杆菌体内不表达。农杆菌转化法导入目的基因时,要将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA片段上,这是因为T-DNA片段可以转移到受体细胞并且整合到受体细胞的染色体DNA上,据此使用Ti质粒作为转运工具。
(3)将含有目的基因的农杆菌与烟草细胞共培养后,需进行脱菌处理(去除农杆菌),脱菌的目的是防止农杆菌影响烟草细胞的生长。之后,还需将烟草细胞置于含有潮霉素的培养基上进行筛选,因为潮霉素抗性基因可以整合到烟草细胞的染色体上,且带有在真核细胞中高表达的启动子,进而将成功导入目的基因的烟草细胞筛选出来。
8.答案 (1)①终止子、复制原点　P1和P3　782　②蛋白A在大肠杆菌细胞内合成,缺失分泌到细胞外的信号,不能分泌到细胞外;基因A未表达;基因A丢失
(2)聚乙二醇(PEG)融合法(或灭活病毒诱导法、电融合法)　抗体检测
解析 (1)①重组质粒的必备元件包括目的基因、限制酶切割位点、标记基因、启动子和终止子、复制原点等。要确定基因A已连接到质粒中且插入方向正确,应选用引物P1和P3。因为P1与基因A下游的非编码区互补配对,P3与基因A上游且靠近启动子的区域互补配对,这样扩增产物的片段大小为200+582=782(bp)。②上清液中无蛋白A的原因可能是蛋白A在大肠杆菌细胞内合成,缺失分泌到细胞外的信号,因此不能分泌到细胞外;也可能是基因A未表达或基因A丢失。
(2)诱导动物细胞融合的常用方法有聚乙二醇(PEG)融合法、灭活病毒诱导法、电融合法等,这里答出其中一种即可,比如聚乙二醇(PEG)融合法。选择培养时,对杂交瘤细胞进行克隆化培养和抗体检测,多次筛选获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞。
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