核心素養(yǎng)測(cè)評(píng)(第九單元第56講基因工程的應(yīng)用和蛋白質(zhì)工程)

核心素養(yǎng)測(cè)評(píng)(30分鐘36分)【基礎(chǔ)過(guò)關(guān)練】1.(2分)下列關(guān)于培育轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的敘述,正確的是 ()A.轉(zhuǎn)基因植物不會(huì)威脅生態(tài)系統(tǒng)中其他生物的生存B.轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)植物不會(huì)導(dǎo)致昆蟲(chóng)群體抗性基因頻率增加C.種植轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉可以減少農(nóng)藥使用量,降低生產(chǎn)成本D.需制備好相應(yīng)抗原來(lái)檢測(cè)Bt抗蟲(chóng)蛋白【解析】選C。轉(zhuǎn)基因生物可能擁有某些特定的更適應(yīng)環(huán)境、更具有競(jìng)爭(zhēng)力的性狀,則其可能威脅到生態(tài)系統(tǒng)中其他生物的生存,A錯(cuò)誤;由于植物與害蟲(chóng)間是相互選擇的,轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)植物可使昆蟲(chóng)群體抗性基因頻率增加,B錯(cuò)誤;對(duì)于具有抗病、抗蟲(chóng)等抗性的轉(zhuǎn)基因作物,在種植過(guò)程中可以減少農(nóng)藥等的使用量,從而使生產(chǎn)成本更低,C正確;要檢測(cè)目的基因是否成功翻譯,可用抗原—抗體雜交技術(shù)進(jìn)行檢測(cè),目的基因翻譯的蛋白質(zhì)作為抗原,故需制備好相應(yīng)抗體來(lái)檢測(cè)Bt抗蟲(chóng)蛋白,D錯(cuò)誤。2.(2分)利用基因工程技術(shù)可使大腸桿菌生產(chǎn)人的胰島素。下列相關(guān)敘述,正確的是 ()A.人和大腸桿菌在合成胰島素時(shí),轉(zhuǎn)錄和翻譯的場(chǎng)所是相同的B.DNA連接酶能把兩個(gè)黏性末端經(jīng)堿基互補(bǔ)配對(duì)后留下的縫隙“縫合”C.通過(guò)檢測(cè),大腸桿菌中沒(méi)有胰島素產(chǎn)生則可判斷重組質(zhì)粒未導(dǎo)入受體菌D.在培養(yǎng)大腸桿菌的工程菌過(guò)程中,獲得目的基因的工具酶有限制性內(nèi)切核酸酶和DNA聚合酶【解析】選B。本題主要考查基因工程的基本工具以及基本操作步驟。人是真核生物,轉(zhuǎn)錄的場(chǎng)所主要在細(xì)胞核,大腸桿菌是原核生物,轉(zhuǎn)錄的場(chǎng)所主要在細(xì)胞質(zhì),A錯(cuò)誤;DNA連接酶的作用是在基因工程第二步將目的基因與載體連接成重組DNA分子或形成基因表達(dá)載體,它能把兩個(gè)黏性末端經(jīng)堿基互補(bǔ)配對(duì)后留下的縫隙“縫合”,B正確;大腸桿菌中沒(méi)有胰島素產(chǎn)生,可能是重組質(zhì)粒導(dǎo)入受體菌,但目的基因未表達(dá),C錯(cuò)誤;獲得目的基因的工具酶只有限制性內(nèi)切核酸酶,D錯(cuò)誤。3.(2分)下列有關(guān)基因工程與蛋白質(zhì)工程的說(shuō)法,正確的是 ()A.基因工程需要對(duì)基因進(jìn)行分子水平操作,蛋白質(zhì)工程不對(duì)基因進(jìn)行操作B.基因工程合成的是天然的蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)工程合成的不一定是天然存在的蛋白質(zhì)C.基因工程是分子水平操作,蛋白質(zhì)工程是在蛋白質(zhì)分子水平上改造蛋白質(zhì)的D.蛋白質(zhì)工程改造后的蛋白質(zhì)的性狀不遺傳給子代【解析】選B。基因工程和蛋白質(zhì)工程都需要對(duì)基因進(jìn)行分子水平操作,A錯(cuò)誤;基因工程合成的是天然的蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)工程合成的不一定是天然存在的蛋白質(zhì),B正確;基因工程是分子水平操作,蛋白質(zhì)工程通過(guò)改造基因來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)蛋白質(zhì)的改造,C錯(cuò)誤;蛋白質(zhì)工程要改造蛋白質(zhì),最終是通過(guò)改造基因來(lái)實(shí)現(xiàn),基因結(jié)構(gòu)的改變屬于可遺傳的變異,D錯(cuò)誤。4.(2分)天然胰島素制劑容易發(fā)生聚合,會(huì)在一定程度上延緩藥效。科學(xué)家通過(guò)蛋白質(zhì)工程將胰島素B鏈第28位脯氨酸替換為天冬氨酸或者將它與B鏈第29位的賴氨酸交換位置,從而有效抑制了胰島素的聚合,研發(fā)出速效胰島素。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 ()A.設(shè)計(jì)速效胰島素首先要從避免胰島素形成聚合體這一預(yù)期功能開(kāi)始B.該過(guò)程通過(guò)改造胰島素基因?qū)崿F(xiàn)了對(duì)相應(yīng)氨基酸序列的改造C.速效胰島素在受體細(xì)胞中合成時(shí)遵循中心法則D.該過(guò)程若使用大腸桿菌作為受體細(xì)胞,可直接生產(chǎn)有生物活性的胰島素【解析】選D。對(duì)胰島素進(jìn)行分子設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是胰島素的預(yù)期功能,而后再進(jìn)行預(yù)期胰島素結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),A正確;設(shè)計(jì)胰島素的改造中,要對(duì)胰島素基因的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造,因此,蛋白質(zhì)工程又叫做第二代基因工程,B正確;速效胰島素的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì),因此其在受體細(xì)胞中合成時(shí)遵循中心法則,C正確;該過(guò)程若使用大腸桿菌作為受體細(xì)胞,不能直接生產(chǎn)有生物活性的胰島素,因?yàn)榇竽c桿菌是原核生物,細(xì)胞中沒(méi)有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體,因而不能對(duì)多肽鏈進(jìn)行加工,D錯(cuò)誤。5.(2分)動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器是一項(xiàng)利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的乳腺代替?zhèn)鹘y(tǒng)的生物發(fā)酵,進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)可供治療人類疾病或用于保健的活性蛋白質(zhì)的現(xiàn)代生物技術(shù)。目前科學(xué)家已在牛和羊等動(dòng)物的乳腺生物反應(yīng)器中表達(dá)出了抗凝血酶、血清白蛋白、生長(zhǎng)激素等重要藥品,大致過(guò)程如圖所示。下列有關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是 ()A.通過(guò)③形成的重組質(zhì)粒具有人的藥用蛋白基因、啟動(dòng)子、終止子和標(biāo)記基因即可B.④通常采用顯微注射法C.在轉(zhuǎn)基因母牛的乳腺細(xì)胞中人的藥用蛋白基因才會(huì)得以表達(dá),因此可以從乳汁中提取藥物D.該技術(shù)生產(chǎn)藥物的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)量高、質(zhì)量好、易提取【解析】選A。分析如下表:基因表達(dá)載體組成主要由下列部分組成:復(fù)制原點(diǎn)、啟動(dòng)子、目的基因、終止子、標(biāo)記基因等。要讓藥用蛋白基因在乳腺細(xì)胞內(nèi)表達(dá)并分泌含藥物的乳汁,重組質(zhì)粒上還必須具有乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子等調(diào)控組件,A錯(cuò)誤。目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞的方法利用顯微注射法將目的基因注入動(dòng)物受精卵,B正確。從乳汁中提取藥用蛋白的原因乳腺生物反應(yīng)器是將目的基因與乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子等調(diào)控組件重組在一起,目的基因只在由受精卵發(fā)育而成的動(dòng)物的乳腺細(xì)胞中表達(dá),即在所分泌的乳汁中才含有所需的蛋白質(zhì),C正確。乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥品優(yōu)點(diǎn)產(chǎn)量高、質(zhì)量好、易提取,D正確。6.(2分)(2025·遼寧名校聯(lián)考)線粒體和葉綠體都是與能量轉(zhuǎn)換有關(guān)的細(xì)胞器,在精細(xì)胞形成精子的過(guò)程中,細(xì)胞的很多結(jié)構(gòu)退化消失,但仍保留了大量線粒體。為了避免基因通過(guò)花粉外逸造成污染,科學(xué)家將外源抗蟲(chóng)基因整合到煙草的葉綠體DNA中,獲得了能產(chǎn)生抗蟲(chóng)蛋白的轉(zhuǎn)基因煙草。下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是 ()A.精子中保留大量的線粒體,對(duì)動(dòng)物通過(guò)有性生殖繁育后代具有積極的意義B.外源基因需要穿過(guò)葉綠體的外膜和內(nèi)膜才能與葉綠體DNA結(jié)合C.將轉(zhuǎn)基因煙草的花粉授給普通煙草,產(chǎn)生的后代也能抗蟲(chóng)D.葉肉細(xì)胞中有多個(gè)葉綠體,有利于增加外源抗蟲(chóng)蛋白的含量【解析】選C。精子中保留大量的線粒體可以為精子的游動(dòng)提供能量,對(duì)動(dòng)物通過(guò)有性生殖繁育后代具有積極的意義,A正確;葉綠體是具有雙層膜結(jié)構(gòu)的細(xì)胞器,外源基因需要穿過(guò)葉綠體的外膜和內(nèi)膜才能與葉綠體DNA結(jié)合,B正確;花粉細(xì)胞中通常不存在葉綠體,所以將轉(zhuǎn)基因煙草的花粉授給普通煙草,產(chǎn)生的后代不能抗蟲(chóng),C錯(cuò)誤;葉肉細(xì)胞中有多個(gè)葉綠體,則葉綠體轉(zhuǎn)化獲得的抗蟲(chóng)基因數(shù)量多,其表達(dá)量遠(yuǎn)高于核轉(zhuǎn)化的水平,有利于增加外源抗蟲(chóng)蛋白的含量,D正確。7.(2分)枯草桿菌蛋白酶能催化蛋白質(zhì)水解為氨基酸,在有機(jī)溶劑中也能催化多肽的合成,被廣泛應(yīng)用于洗滌劑、制革及絲綢工業(yè)。通過(guò)將枯草桿菌蛋白酶分子表面的Asp(99)和Glu(156)改成Lys,使其在pH=6時(shí)的活力提高了10倍。下列說(shuō)法正確的是 ()A.需要通過(guò)改造基因?qū)崿F(xiàn)對(duì)蛋白質(zhì)中氨基酸的替換B.該成果體現(xiàn)了蛋白質(zhì)工程在培育新物種方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)C.經(jīng)蛋白質(zhì)工程改造后的枯草桿菌蛋白酶活性提高這一性狀不可遺傳D.蛋白質(zhì)工程最終要達(dá)到的目的是獲取編碼蛋白質(zhì)的基因序列信息【解析】選A。氨基酸的排列順序是由基因決定的,因此完成氨基酸的替換需要通過(guò)改造基因?qū)崿F(xiàn),A正確;該成果培育了新品種,而不是新物種,B錯(cuò)誤;經(jīng)蛋白質(zhì)工程改造后的枯草桿菌蛋白酶的基因發(fā)生了改變,因此經(jīng)蛋白質(zhì)工程改造后的枯草桿菌蛋白酶活性提高這一性狀可以遺傳,C錯(cuò)誤;蛋白質(zhì)工程是在深入了解蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,雖然合成了改造的基因,但它最終要達(dá)到的目的是改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造一種新的蛋白質(zhì),以滿足人類的需求,D錯(cuò)誤。8.(2分)(不定項(xiàng))(2025·聊城模擬)每年我國(guó)約30萬(wàn)人在器官移植等待的名單中,但僅1萬(wàn)多人能獲得器官移植的機(jī)會(huì),供體來(lái)源不足是目前器官移植最大的問(wèn)題。基因工程為器官移植提供了新的思路,如果能在豬的基因組中導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)基因,抑制其抗原決定基因的表達(dá),就可以結(jié)合克隆技術(shù)培育出不會(huì)引起免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。下列關(guān)于轉(zhuǎn)基因克隆豬器官的敘述,正確的是 ()A.選用豬做克隆器官供體是因?yàn)槠鋬?nèi)臟構(gòu)造、大小與血管分布和人的類似,且豬體內(nèi)可導(dǎo)致人類疾病的病毒少B.該操作的核心步驟是基因表達(dá)載體的構(gòu)建,需要用到限制酶、DNA連接酶兩種工具酶C.調(diào)節(jié)基因?qū)氲氖荏w細(xì)胞取決于需要的器官類型,若需要移植肝臟,則受體細(xì)胞為肝細(xì)胞D.若要檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入了受體細(xì)胞,可以利用PCR等技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)【解析】選A、B、D。豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小、血管分布與人的極為相似,而且豬體內(nèi)可導(dǎo)致人類疾病的病毒遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于靈長(zhǎng)類動(dòng)物,A正確;在構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí),首先會(huì)用一定的限制酶切割載體和含有目的基因的DNA片段,再利用DNA連接酶將目的基因片段拼接到載體的切口處,這樣就形成了一個(gè)重組DNA分子,B正確;將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞,受體細(xì)胞一般是受精卵,受精卵具有發(fā)育的全能性,肝細(xì)胞無(wú)法發(fā)育為完整的肝臟,因此不會(huì)選擇肝細(xì)胞作為受體細(xì)胞,C錯(cuò)誤;可以通過(guò)PCR等技術(shù)檢測(cè)受體細(xì)胞DNA上是否插入了目的基因或檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA,D正確。【思維進(jìn)階練】9.(10分)膠原蛋白是一種生物性高分子物質(zhì),應(yīng)用領(lǐng)域包括生醫(yī)材料、化妝品、食品工業(yè)、研究用途等。隨著科技的不斷進(jìn)步,可運(yùn)用基因工程技術(shù)等進(jìn)行膠原蛋白的生產(chǎn)重組,在先進(jìn)技術(shù)驅(qū)動(dòng)下,重組膠原蛋白生產(chǎn)量有所提升。回答下列問(wèn)題:(1)(2分)從理論上看,可利用轉(zhuǎn)基因鼠來(lái)獲得大量重組膠原蛋白。科學(xué)家已將αS1-乳腺酪蛋白基因片段及膠原蛋白基因片段進(jìn)行基因工程重組,獲得重組DNA分子。后續(xù)的操作是________________________________,再將受精卵送入母體內(nèi),使其生長(zhǎng)發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物,轉(zhuǎn)基因的雌鼠進(jìn)入泌乳期后,可通過(guò)分泌乳汁來(lái)獲得所需的重組膠原蛋白。

(2)(6分)當(dāng)前基因工程技術(shù)生產(chǎn)重組膠原蛋白,存在動(dòng)、植物細(xì)胞成本高、難度大的限制,無(wú)法實(shí)現(xiàn)規(guī)模化膠原蛋白生產(chǎn),故從產(chǎn)業(yè)發(fā)展角度來(lái)看,宿主細(xì)胞選擇微生物較為合適。微生物作為基因工程宿主細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)有_____________(寫兩項(xiàng))。

利用大腸桿菌作宿主細(xì)胞,首先要用Ca2+處理,這一處理是否完成了轉(zhuǎn)化?_________,原因是__________________________。

(3)(2分)目前,通過(guò)基因工程獲得的膠原蛋白與天然膠原蛋白相比,羥脯氨酸含量低。為此,可以通過(guò)蛋白質(zhì)工程對(duì)_________________進(jìn)行改造,生產(chǎn)出與天然膠原蛋白一樣的膠原蛋白,滿足人們的生產(chǎn)和生活需求。

【解析】(1)基因工程中動(dòng)物受體細(xì)胞一般選擇受精卵來(lái)獲得重組DNA分子。然后將重組DNA分子導(dǎo)入受精卵,再將受精卵送入母體內(nèi),可獲得轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。(2)微生物作為基因工程宿主細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)有:多為單細(xì)胞,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,繁殖速度快,遺傳物質(zhì)少等。轉(zhuǎn)化指目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi),并在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過(guò)程。Ca2+處理只是使細(xì)胞成為處于能吸收周圍環(huán)境中DNA分子狀態(tài)的感受態(tài)細(xì)胞,目的基因未進(jìn)入受體細(xì)胞。Ca2+處理并沒(méi)有完成轉(zhuǎn)化。(3)蛋白質(zhì)工程是對(duì)控制蛋白質(zhì)合成的基因進(jìn)行改造,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)蛋白質(zhì)的改變。通過(guò)基因工程獲得的膠原蛋白與天然膠原蛋白相比,羥脯氨酸含量低。為此,可以通過(guò)蛋白質(zhì)工程對(duì)(膠原蛋白)基因進(jìn)行改造。答案:(1)將重組DNA分子導(dǎo)入受精卵(2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、繁殖速度快、遺傳物質(zhì)少等否(或沒(méi)有)轉(zhuǎn)化指目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi),并在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過(guò)程,Ca2+處理只是使細(xì)胞成為處于能吸收周圍環(huán)境中DNA分子狀態(tài)的感受態(tài)細(xì)胞,目的基因未進(jìn)入受體細(xì)胞(3)(膠原蛋白)基因10.(10分)重組酵母乙肝疫苗是一種乙肝表面抗原(HbsAg)亞單位疫苗,它是采用轉(zhuǎn)基因的方法將控制合成HbsAg的基因轉(zhuǎn)入啤酒酵母菌中,通過(guò)培養(yǎng)這種重組酵母菌來(lái)表達(dá)HbsAg。回答下列問(wèn)題:(1)(2分)在重組酵母乙肝疫苗的生產(chǎn)中,應(yīng)該選擇__________________________作為目的基因。該目的基因可以和質(zhì)粒進(jìn)行重組,據(jù)此推斷乙肝病毒的遺傳物質(zhì)是_________。

(2)(2分)基因工程所用的工具中,作為載體的質(zhì)粒應(yīng)具備的條件有:抗生素抗性基因作為標(biāo)記基因、_______________、

____________________(答出2點(diǎn)即可)。

(3)(2分)研究人員根據(jù)HbsAg的氨基酸序列推斷出控制合成HbsAg的基因的核苷酸序列,進(jìn)而人工合成了控制合成HbsAg的基因。從基因結(jié)構(gòu)上看,酵母菌的基因與該人工合成基因明顯的區(qū)別是______________。

(4)(4分)用上述基因拼接得到的重組質(zhì)粒生產(chǎn)乙肝疫苗時(shí),選用酵母菌比較合適。若選用細(xì)菌為受體細(xì)胞,不能得到引起免疫反應(yīng)的基因表達(dá)產(chǎn)物,其原因是________________________,

對(duì)該基因表達(dá)產(chǎn)物進(jìn)行分子水平的檢測(cè)所用的物質(zhì)是________________________。

【解析】(1)生產(chǎn)疫苗應(yīng)選擇待表達(dá)的基因:控制合成HbsAg的基因?yàn)槟康幕颉Ｙ|(zhì)粒是一段DNA,該目的基因能與質(zhì)粒進(jìn)行重組,說(shuō)明乙肝病毒的遺傳物質(zhì)是DNA。(2)作為載體的質(zhì)粒應(yīng)當(dāng)能夠自我復(fù)制、DNA分子上有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)、對(duì)受體細(xì)胞無(wú)害等。(3)從基因結(jié)構(gòu)上看