【备考2026】生物学高考一轮同步基础练--课时规范练61　基因工程的应用及蛋白质工程（含解析）

课时规范练61　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·河北唐山开学模拟)不同生物编码同种氨基酸时,对简并密码子的使用频率存在差异。为在棉花植株中准确高效表达苏云金杆菌的Bt抗虫蛋白,科研人员通过对Bt基因改造,将部分密码子改变为棉花偏爱的密码子。将改造后的Bt基因通过农杆菌转化法导入棉花叶圆片,以获得抗虫棉花植株。下列叙述错误的是(　　)
A.苏云金杆菌、农杆菌及棉花共用一套遗传密码
B.改造后的Bt基因编码的蛋白质中氨基酸序列发生改变
C.将基因导入棉花叶圆片后需经组织培养以获得转基因抗虫棉
D.通过采摘抗虫棉的叶片饲喂棉铃虫来检测棉花抗虫特性以及抗性的程度
2.(2024·江西卷)γ-氨基丁酸在医药等领域有重要的应用价值。利用L-谷氨酸脱羧酶(GadB)催化L-谷氨酸脱羧是高效生产γ-氨基丁酸的重要途径之一。研究人员采用如图方法将酿酒酵母S的L-谷氨酸脱羧酶基因(gadB)导入生产菌株E.coliA,构建了以L-谷氨酸钠为底物高效生产γ-氨基丁酸的菌株E.coliB。下列叙述正确的是 (　　)
A.上图表明,可以从酿酒酵母S中分离得到目的基因gadB
B.E.coliB发酵生产γ-氨基丁酸时,L-谷氨酸钠的作用是供能
C.E.coliA和E.coliB都能高效降解γ-氨基丁酸
D.可以用其他酶替代NcoⅠ和KpnⅠ构建重组质粒
考点二　蛋白质工程的原理和应用
3.(2024·重庆联考模拟)蛋白质工程是基因工程的延伸,下列关于蛋白质工程的叙述,错误的是 (　　)
A.通过蛋白质工程改造后的蛋白质的性状不可以遗传
B.蛋白质工程和基因工程都需要构建基因表达载体
C.蛋白质工程需要限制酶、DNA连接酶和载体等工具
D.蛋白质工程经常要建立蛋白质高级结构的三维模型
4.腈水合酶(N0)广泛应用于环境保护和医药原料生产等领域,但不耐高温。利用蛋白质工程技术在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽,可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)。下列有关叙述错误的是(　　)
A.N1与N0氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一
B.加入连接肽需要通过改造基因实现
C.获得N1的过程需要进行转录和翻译
D.检测N1的活性时先将N1与底物充分混合,再置于高温环境
5.(9分)(2022·湖南卷)水蛭是我国的传统中药材,主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一,具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构,提高其抗凝血活性。回答下列问题。
(1)蛋白质工程流程如图所示,物质a是　　　,物质b是　　　　　。在生产过程中,物质b可能不同,合成的蛋白质空间构象却相同,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)蛋白质工程是基因工程的延伸,基因工程中获取目的基因的常用方法有　　　　　　、　　　　　和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后,分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性,结果如图所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的　　　　　(填“种类”或“含量”)有关,导致其活性不同的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异,简要写出实验设计思路:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
关键能力提升练
6.(2025·四川成都开学模拟)干扰素是动物体内合成的一种糖蛋白,体外很难保存。如将干扰素分子的一个半胱氨酸改造成丝氨酸,体外-70 ℃下可以保存半年。下图是利用蛋白质工程设计生产干扰素的流程图,有关叙述错误的是(　　)
A.干扰素是具有干扰病毒复制作用的糖蛋白,被广泛应用于治疗病毒感染性疾病
B.蛋白质工程是改造现有蛋白质或制造新的蛋白质,以满足人类的需求
C.将新的干扰素基因插入启动子和终止子之间是其成功表达的条件之一
D.新的干扰素基因在大肠杆菌体内正常表达即可得到预期的新的干扰素
7.(13分)(2024·河北卷)新城疫病毒可引起家禽急性败血性传染病,我国科学家将该病毒相关基因改造为r2HN,使其在水稻胚乳特异表达,制备获得r2HN疫苗,并对其免疫效果进行了检测。回答下列问题。
(1)实验所用载体的部分结构及其限制酶识别位点如图1所示。其中GtP为启动子,若使r2HN仅在水稻胚乳表达,GtP应为　　　　　　　　　　　　　　　　启动子。Nos为终止子,其作用为　　　　　　　　　　　。r2HN基因内部不含载体的限制酶识别位点。因此,可选择限制酶　　　　和　　　　　对r2HN基因与载体进行酶切,用于表达载体的构建。
图1
(2)利用　　　　　　　　　　　　方法将r2HN基因导入水稻愈伤组织。为检测r2HN表达情况,可通过PCR技术检测　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,通过　　　　　　　　　　　　技术检测是否翻译出r2HN蛋白。
(3)获得转基因植株后,通常选择单一位点插入目的基因的植株进行研究。此类植株自交一代后,r2HN纯合子植株的占比为　　　。选择纯合子进行后续研究的原因是　　　　　　　　　　。
(4)制备r2HN疫苗后,为研究其免疫效果,对实验组鸡进行接种,对照组注射疫苗溶剂。检测两组鸡体内抗新城疫病毒抗体水平和特异应答的CD8+T细胞(细胞毒性T细胞)水平,结果如图2所示。据此分析,获得的r2HN疫苗能够成功激活鸡的　　　　免疫和　　　　免疫。
图2
(5)利用水稻作为生物反应器生产r2HN疫苗的优点是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。(答出两点即可)
参考答案
课时规范练61　基因工程的应用及蛋白质工程
必备知识基础练
1.B　解析 一种生物的基因能在另一种生物细胞中表达,是因为所有生物共用一套遗传密码,即苏云金杆菌、农杆菌及棉花共用一套遗传密码,A项正确;由题意“通过对Bt基因改造,将部分密码子改变为棉花偏爱的密码子”可知,由于密码子的简并性,改造后的Bt基因编码的蛋白质中氨基酸序列没有发生改变,B项错误;将改造后的Bt基因通过农杆菌转化法导入棉花叶圆片,需通过植物组织培养技术才能培育出转基因抗虫棉,C项正确;用棉花的叶片饲喂棉铃虫,根据棉铃虫的死亡情况来确定Bt基因是否赋予棉花抗虫特性以及抗性程度,D项正确。
2.A　解析 题意显示,研究人员采用如图方法将酿酒酵母S的L-谷氨酸脱羧酶基因(gadB)导入生产菌株E.coliA,说明可以从酿酒酵母S中分离得到目的基因gadB,A项正确;用L-谷氨酸脱羧酶(GadB)催化L-谷氨酸脱羧是高效生产γ-氨基丁酸的重要途径之一,E.coliB中能表达L-谷氨酸脱羧酶(GadB),因此可用E.coliB发酵生产γ-氨基丁酸,该过程中L-谷氨酸钠的作用不是供能,B项错误;E.coliA中没有L-谷氨酸脱羧酶基因(GadB),不能降解L-谷氨酸,而E.coliB中含有该酶的基因,能高效生产γ-氨基丁酸,C项错误;图中质粒上含有NcoⅠ和KpnⅠ的酶切位点,因而不可以用其他酶替代NcoⅠ和KpnⅠ构建重组质粒,D项错误。
3.A　解析 蛋白质工程是通过对基因进行修饰改造或重新合成,从而改造蛋白质进而改造性状,其本质是通过基因控制性状,故可遗传,A项错误;蛋白质工程通过对基因进行修饰改造或重新合成,然后进行基因表达,同基因工程一样,都需要构建基因表达载体,也需要限制酶、DNA连接酶和载体等工具,B、C两项正确;蛋白质工程先要根据预期的蛋白质功能设计建立蛋白质高级结构的三维模型,D项正确。
4.D　解析 据题意可知,利用蛋白质工程技术在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽,可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1),故N1与N0氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一,A项正确;改造蛋白质的结构需要通过改造基因来实现,B项正确;利用蛋白质工程技术获得N1的过程涉及转录和翻译,C项正确;检测N1的活性时,应先分别将N1和底物置于高温环境中,再将N1与底物充分混合,D项错误。
5.答案 (1)多肽链　mRNA　密码子的简并
(2)化学合成法　从基因文库中获取　DNA双链复制
(3)种类　提取的水蛭蛋白的酶解时间和处理的酶的种类不同,导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏
(4)取三支试管,分别放入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素,再分别加入等量的同一动物的新鲜血液,静置一段时间后,观察三支试管中血液凝集情况
解析 (1)根据蛋白质工程的原理可知,物质a是多肽链,物质b是mRNA,由于密码子的简并,密码子不同,合成的蛋白质空间构象也可能相同。(2)基因工程中获取目的基因的方法有PCR技术扩增、化学合成法、cDNA法以及从基因文库中获取等。PCR技术的原理是DNA双链复制。(3)根据图解可以看出,两种肽的含量差异不大,因此主要是种类的差异。导致两种酶解产物抗凝血活性不同的原因可能是提取的水蛭蛋白的酶解时间和处理的酶的种类不同,导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏。(4)取三支试管,分别放入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素,再分别加入等量的同一动物的新鲜血液,静置一段时间后,观察三支试管中血液凝集情况。
关键能力提升练
6.D　解析 干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白,在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病,A项正确;蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础,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,以满足人类生产和生活的需求,B项正确;启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点,从而驱动转录,而终止子提供转录终止的信号,因此将新的干扰素基因插入启动子和终止子之间是其成功表达的条件之一,C项正确;动物体内有高尔基体和内质网对蛋白质进行加工,但是大肠杆菌属于原核生物,没有内质网和高尔基体,不能对蛋白质进行加工,能产生没有活性的干扰素,D项错误。
7.答案 (1)水稻胚乳中特异表达的基因的　终止转录过程　HindⅢ　EcoRⅠ
(2)农杆菌转化　r2HN基因是否转录出了mRNA　抗原—抗体杂交
(3)1/4　遗传性状稳定
(4)体液　细胞
(5)成本低、生物安全性较高、提取和处理目标产物容易(答出两点即可)
解析 (1)由题意可知,若使r2HN基因仅在水稻胚乳表达,GtP(启动子)应为水稻胚乳中特异表达的基因的启动子。Nos为终止子,其作用为终止转录过程。GtP内部含有KpnⅠ的酶切位点,用KpnⅠ酶切会破坏启动子,Nos下游含有SacⅠ的酶切位点,用SacⅠ酶切会使目的基因无法插入启动子和终止子之间,进而无法表达,故构建基因表达载体时,可选择限制酶HindⅢ和EcoRⅠ对r2HN基因与载体进行酶切。(2)水稻是单子叶植物,可用农杆菌转化法将r2HN基因导入水稻愈伤组织。为检测r2HN基因表达情况,可通过PCR技术检测r2HN基因是否转录出了mRNA,通过抗原—抗体杂交技术检测r2HN基因是否翻译出r2HN蛋白。(3)选择单一位点插入目的基因的植株(用AO表示)进行自交一代,根据分离定律,r2HN纯合子植株(AA)占1/4,无r2HN基因的纯合子植株(OO)占1/4,杂合子植株(AO)占1/2。由于纯合子植株遗传性状稳定,故选择r2HN纯合子植株进行后续研究。(4)通过体液免疫,机体可产生较多抗体,通过细胞免疫,机体可产生较多细胞毒性T细胞。由题图可知,实验组的抗体和CD8+T细胞(细胞毒性T细胞)的相对值明显高于对照组,因此获得的r2HN疫苗能够成功激活鸡的体液免疫和细胞免疫。(5)利用水稻作为生物反应器生产r2HN疫苗,具有生产成本低、生物安全性较高、提取和处理目标产物容易等优点。
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