课时作业(12) 基因工程的应用 蛋白质工程的原理和应用（Word练习）-【金榜题名】2025-2026学年高二生物选择性必修3 生物技术与工程同步学案（人教版）

课时作业(十二) 一、选择题 1．蛋白质工程的实质是(　　) A．设计改造蛋白质 B．设计改造mRNA C．设计改造基因 D．设计改造氨基酸 解析：选C　蛋白质工程的目的是获取人类需要的蛋白质，由于蛋白质的合成是受基因控制的，所以要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过基因来完成。 2．动物和人体内产生的干扰素，可以用于治疗病毒的感染和癌症，但在体外保存相当困难。若要获得容易保存的新型干扰素，下列操作中需要最先完成的是(　　) A．从特定动物体内获得新型干扰素的基因 B．设计新型干扰素的mRNA核苷酸序列 C．设计出相应多肽链的氨基酸序列 D．设计新型干扰素的三维结构 解析：选D　蛋白质工程的基本途径是：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→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。本题预期新型干扰素的功能是在体外易保存，故最先需要设计预期的蛋白质结构。 3．蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时，主要包括哪几种(　　) ①进行少数氨基酸的替换　②对不同来源的蛋白质的拼接　③从预期蛋白质的功能出发去推测氨基酸的排列顺序　④直接改变蛋白质的空间结构 A．①②　　　　　　 B．①②③ C．②③④ D．①②④ 解析：选B　蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时，主要包括：制造出自然界中不存在的全新的蛋白质；在蛋白质分子中替代一个肽段或一个特定的结构域；改造蛋白质分子中的几个氨基酸残基。由于蛋白质分子通常都较大，而直接改变蛋白质的空间结构不易于操作，因此蛋白质工程是在基因的水平上进行操作的。 4．转基因抗虫棉可以有效地用于棉铃虫的防治。在大田种植抗虫棉的同时，间隔种植少量非转基因的棉花等其他农作物，供棉铃虫取食。这种做法的主要目的是(　　) A．维持棉田物种的多样性 B．减缓棉铃虫相关抗性基因频率增加的速度 C．使食虫鸟有虫可食 D．维持棉田生态系统中的能量流动 解析：选B　在大田种植抗虫棉的同时，间隔种植少量非转基因的棉花等其他农作物，供棉铃虫取食，这样能减缓棉铃虫相关抗性基因频率增加的速度，B正确。 5．番茄营养丰富，是人们喜爱的蔬菜之一。普通番茄细胞中含有多聚半乳糖醛酸酶基因，控制细胞产生多聚半乳糖醛酸酶，该酶能破坏细胞壁，使番茄软化，不耐储存。科学家通过基因工程将一种抗多聚半乳糖醛酸酶的基因导入番茄细胞，获得了抗软化番茄。下列关于培育抗软化番茄的叙述，错误的是(　　) A．质粒可作为载体 B．受体细胞是番茄细胞 C．目的基因为多聚半乳糖醛酸酶基因 D．目的基因的表达延缓了番茄的软化 解析：选C　培育抗软化番茄时可以质粒作为载体，目的基因是多聚半乳糖醛酸酶的反义基因，受体细胞是番茄细胞。 6．采用基因工程技术可培育出含人凝血因子基因的转基因羊，但是人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中。下列有关叙述，正确的是(　　) A．人体细胞中凝血因子基因的碱基对数目小于凝血因子氨基酸数目的3倍 B．在该转基因羊中，人凝血因子基因也会存在于成熟的红细胞中 C．人凝血因子基因开始转录后，在DNA连接酶的作用下合成mRNA D．科学家将目的基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控元件重组在一起，制成乳腺生物反应器 解析：选D　人体细胞中凝血因子基因的碱基对数目大于凝血因子氨基酸数目的3倍，A错误；由于羊的成熟的红细胞中没有细胞核，所以人的凝血因子基因不会存在于该转基因羊的成熟红细胞中，B错误；人凝血因子基因转录过程中，所需要的酶是RNA聚合酶，C错误。 7．科学家利用转基因技术成功培育出一头转入了赖氨酸基因的转基因牛，从其乳汁中可获得大量的赖氨酸。以下相关叙述中，正确的是(　　) A．该题中基因表达载体的受体细胞的性染色体组成可以是XX，也可以是XY B．将赖氨酸基因导入牛的卵细胞中，通过组织培养也能形成转基因牛 C．人们只在转基因牛的乳汁中才能获取赖氨酸，是因为只在转基因牛的乳腺细胞中才有赖氨酸基因 D．运用基因工程技术让牛合成大量的赖氨酸，该技术将导致定向变异 解析：选D　根据题干信息可知，从转基因牛的乳汁中可获得大量的赖氨酸，这说明基因表达载体的受体细胞的性染色体组成应为XX，A错误；在基因工程中，常将目的基因导入动物的受精卵中，B错误；由于将赖氨酸基因导入哺乳动物的受精卵中，因此转基因动物的体细胞中都有赖氨酸基因，但是该基因只在乳腺细胞中表达，C错误；基因工程是人为地将目的基因导入受体细胞，定向地改造生物的性状，D正确。 8．下列有关乳腺生物反应器与微生物生产药物的叙述错误的是(　　) A．前者在乳汁中提取药物，后者在细胞中提取药物 B．前者是在畜牧业中的应用，后者是在工业生产中的应用 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可加工成熟 D．两者与人体基因结构均相同 解析：选D　动物基因的结构与人类基因的结构基本相同，微生物基因的结构与人类基因的结构不同。 9．科研人员以抗四环素基因为标记基因，通过基因工程的方法让大肠杆菌生产鼠的β­珠蛋白，治疗鼠的镰状细胞贫血。下列相关实验设计中正确的是(　　) A．用β­珠蛋白基因的编码序列加启动子、终止子、抗四环素基因等元件来构建表达载体 B．利用小鼠的成熟红细胞提取mRNA，再经反转录可获得β­珠蛋白基因的编码序列 C．用含有四环素的培养基筛选出能繁殖的大肠杆菌，即可产生β­珠蛋白 D．用Ca2＋处理大肠杆菌后，将表达载体导入具有四环素抗性的大肠杆菌中 解析：选A　基因表达载体的组成包括启动子、目的基因、标记基因和终止子等，因此用β­珠蛋白编码序列加启动子、终止子、抗四环素基因等元件来构建基因表达载体，A正确；哺乳动物的成熟红细胞中没有细胞核和核糖体等结构，所以不能利用小鼠的成熟红细胞提取mRNA，B错误；用含有四环素的培养基筛选出的大肠杆菌不一定能产生β­珠蛋白，C错误；标记基因是抗四环素基因，受体细胞不能含有该抗四环素基因，因此用Ca2＋处理大肠杆菌后，将表达载体导入不具有抗四环素的大肠杆菌中，D错误。 10．某种微生物合成的蛋白酶与人体消化液中的蛋白酶的结构和功能很相似，只是其热稳定性较差，进入人体后容易失效。现要将此酶开发成一种片剂，临床治疗食物消化不良，最佳方案是(　　) A．替换此酶中的少数氨基酸，以改善其功能 B．将此酶与人蛋白酶进行拼接，形成新的蛋白酶 C．重新设计与创造一种蛋白酶 D．减少此酶在片剂中的含量 解析：选A　蛋白质的结构包括一级结构和空间结构，一级结构是指组成蛋白质的氨基酸的种类、数量和排列顺序，蛋白质的功能是由一级结构和空间结构共同决定的，特别是空间结构与蛋白质的功能关系更密切。要使蛋白酶的热稳定性有所提高，就要改变蛋白质的结构，此类问题一般是对蛋白质中的个别氨基酸进行替换。 11．(不定项)干扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染后产生的一种糖蛋白，可以用于对抗病毒的感染和癌症，但体外保存相当困难。如图是利用蛋白质工程设计生产干扰素的流程图，据图分析正确的是(　　) A．图中构建新的干扰素模型的主要依据是蛋白质的预期功能 B．图中新的干扰素基因必须插入到质粒上的启动子和终止子之间才能表达 C．图中改造干扰素结构的实质是改造干扰素基因的结构 D．图中各项技术并没有涉及基因工程技术 解析：选ABC　构建新的干扰素模型的主要依据是干扰素的预期功能，A正确；新的干扰素基因必须插入到质粒上的启动子和终止子之间才能表达，B正确；设计新的干扰素的实质是对干扰素基因的结构进行改造，C正确；题图中从“人工合成DNA”到“在受体细胞中表达”运用了基因工程技术，D错误。 12．(不定项)北美有一种常见的单基因遗传病称为α1­抗胰蛋白酶缺乏症，患者成年后会出现肺气肿及其他疾病，严重者甚至死亡。利用基因工程技术将控制该酶合成的基因导入羊的受精卵，最终培育出能在乳腺细胞表达人α1­抗胰蛋白酶的转基因羊，从而更容易获得这种酶。下列对于该过程的相关叙述正确的是(　　) A．目的基因与载体重组过程需要DNA连接酶的催化 B．将目的基因在羊的膀胱细胞中表达，将会更加容易得到α1­抗胰蛋白酶 C．培养出的转基因羊的所有细胞中都含有该目的基因，故该羊有性生殖产生的后代也都能产生α1­抗胰蛋白酶 D．载体上绿色荧光蛋白基因(GFP)的作用是便于筛选含有目的基因的受体细胞 解析：选ABD　目的基因与载体重组需要DNA连接酶的催化，A正确；将目的基因在羊的膀胱细胞中表达，可以从尿液中提取到α1­抗胰蛋白酶，膀胱反应器没有时间和性别的限制，B正确；通常目的基因在受体细胞中不是成对的，只有一个，相当于杂合子Aa(设A为目的基因)，因此该羊有性生殖产生的后代可能不含目的基因，即可能不产生α1­抗胰蛋白酶，C错误；载体上绿色荧光蛋白基因(GFP)为标记基因，便于筛选含有目的基因的受体细胞，D正确。 二、非选择题 13．从牛胃液中分离到的凝乳酶以催化能力强而被广泛应用，研究人员运用基因工程技术，将编码该酶的基因转移到了微生物细胞中。请回答下列问题： (1)从牛胃细胞中提取________________，再反转录形成cDNA。以此cDNA为模板通过PCR扩增目的基因，有时需要在引物的5′端设计________(填“限制酶”“DNA连接酶”或“RNA聚合酶”)的识别序列，以便构建重组DNA分子。 (2)构建重组DNA分子(如图所示)最好选用________________(填限制酶种类)，理由是_________________________________________________________________。 (3)工业化生产过程中，最初多采用重组大肠杆菌或芽孢杆菌生产凝乳酶，现多采用重组毛霉生产，毛霉作为受体细胞的优势是___________________________________。 (4)研究发现，如果将该凝乳酶第20位和24位氨基酸变为半胱氨酸，其催化能力将提高2倍。通过蛋白质工程生产高效凝乳酶，所需步骤有________(按步骤的先后顺序填写字母)。 a．蛋白质的结构设计 b．蛋白质的结构和功能分析 c．蛋白质结构的定向改造 d．凝乳酶基因的定向改造 e．将改造后的凝乳酶基因导入受体细胞 f．将定向改造的凝乳酶导入受体细胞 解析：(1)制备cDNA，需以mRNA为模板。构建重组DNA分子，需用相同的限制酶切割质粒和目的基因，因此需在引物的5′端设计限制酶识别序列。(2)分析题图，目的基因内部存在EcoRⅠ切割位点，将目的基因从DNA上切下并保持其完整性需用BamHⅠ和PstⅠ这两种限制酶，这样可以防止自身的黏性末端连接和目的基因与载体反向连接。(3)凝乳酶为分泌蛋白，其合成需要内质网和高尔基体加工和修饰，而大肠杆菌或芽孢杆菌为细菌不具有这两种细胞器，毛霉为真菌，具有这两种细胞器。(4)蛋白质工程的过程为根据蛋白质的结构和功能，设计蛋白质的结构，再对目的基因进行定向改造，然后将目的基因导入受体细胞。 答案：(1)mRNA　限制酶　(2)BamHⅠ和PstⅠ　不破坏目的基因，并能提高重组DNA分子的比例(或防止自身的黏性末端连接，防止目的基因与载体反向连接) (3)含有内质网和高尔基体，可对蛋白质进行加工和修饰　(4)b、a、d、e 14．医学研究发现，番茄红素具有一定的抗癌效果，其合成、转化途径如图1所示。由于普通番茄合成的番茄红素易发生转化，科学家设计了一种重组DNA(质粒三)，它能转录出双链RNA(发卡)，番茄细胞可以识别侵入的双链RNA并将该双链RNA及具有相同序列的单链RNA一起降解，提高了果实中番茄红素的含量(图2)。请分析回答下列问题： (1)转录出“发卡”的DNA片段实际上是两个反向连接的________________基因，由于“发卡”阻止了其在细胞内的________(填“转录”或“翻译”)过程，所以提高了果实中番茄红素的含量。 (2)为保证第二个目的基因片段反向连接，处理已开环质粒二所用的两种限制酶是________和________。 (3)科学家发现，培育成功的转基因番茄植株对光能的利用能力有所下降，据图1推测可能的原因是_____________________________________。为解决此问题，可以按照乳腺生物反应器的原理，在转录出“发卡”的DNA片段前面加入只在果实中发挥作用的__________。 (4)去磷酸化是去掉黏性末端最外侧游离的磷酸基团。对已开环的质粒二两端去磷酸化的主要目的是阻止其____________。 解析：(1)重组DNA(质粒三)能转录出双链RNA(发卡)，从而提高果实中番茄红素的含量，根据题干信息和图1可知其阻止了番茄红素环化酶的翻译，所以转录出“发卡”的DNA片段实际上是两个反向连接的番茄红素环化酶基因。(2)图2中，目的基因的两侧存在限制酶Ecl、BamH Ⅰ 切点，所以为保证第二个目的基因片段反向连接，处理已开环质粒二所用的两种限制酶是Ecl和BamH Ⅰ。(3)转基因番茄植株对光能的利用能力有所下降，据图1推测可能的原因是转基因番茄细胞中缺乏番茄红素环化酶，胡萝卜素、叶黄素合成受阻，光反应减弱。要使目的基因只在果实中发挥作用，可以在目的基因两侧加上只在果实中发挥作用的启动子。(4)对已开环的质粒二两端去磷酸化的主要目的是阻止其自身成环(环化)。 答案：(1)番茄红素环化酶　翻译　(2)Ecl　BamHⅠ　(3)胡萝卜素、叶黄素合成受阻，光反应减弱　启动子　(4)自身成环(或自身环化) 15．利用动物乳腺生产产品的技术称为动物乳腺反应器技术。该技术生产的药用蛋白具有表达效率高、成本低、安全性高、易于分离纯化的优点，可产生乙肝表面抗原及抗凝血酶Ⅲ等医药产品，造福人类健康。如图为利用生物技术获得这一生物新品种和抗虫棉的过程，据图回答： (1)在基因工程中，A表示__________，如果直接从苏云金杆菌中获得抗虫基因，①过程使用的酶的功能特点是__________________________________，B表示______________________。 (2)在研究过程中，研究人员首先从相关基因组中获取了目的基因，并采用________技术对目的基因进行了扩增，然后将目的基因与质粒等载体组合形成了重组载体。在重组载体的构建过程中需要的工具酶___________________________________。 (3)基因表达载体的构建是基因工程的核心，一个完整的基因表达载体至少包括哪些部分？____________________________________________________________。 (4)将目的基因导入受体细胞的过程中，在③过程中一般是采用______________，在②过程中一般采用______________，受体细胞一般是____________。 (5)由于转基因表达产物存在于山羊的乳汁中，检测其体内是否出现药用蛋白，在分子水平上的检测方法及结果是什么？______________________________________________。 (6)要确定目的基因(抗虫基因)导入棉花细胞后，是否能稳定遗传并表达，需进行检测和鉴定工作，请写出在个体水平上的鉴定过程：_______________________________________。 解析：(1)据题图可知，A是从人的DNA分子上获取的合成乙肝表面抗原或抗凝血酶Ⅲ的基因，或者是从苏云金杆菌中提取的Bt毒蛋白基因，是基因工程中的目的基因；基因工程的工具有限制酶、DNA连接酶、载体等，其中限制酶的功能特点是：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的位点上切割DNA分子；B是由载体和目的基因重组形成的基因表达载体(重组DNA分子)。(2)目的基因的获取一般有3种途径：从基因文库中获取目的基因；利用PCR技术扩增目的基因；通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成目的基因。构建基因表达载体需要限制酶和DNA连接酶。(3)一个完整的基因表达载体至少包括目的基因、启动子、终止子、标记基因等部分。(4)目的基因导入受体细胞的方法因受体细胞的不同而不同，植物细胞通常采用农杆菌转化法，动物细胞采用显微注射法，微生物细胞采用Ca2＋处理法。其中动物通常的受体细胞是受精卵。(5)检测目的基因是否已经表达出相应的蛋白质，通常采用抗原—抗体杂交技术。(6)进行个体生物学水平的鉴定时，通常采用抗虫或抗病的接种实验。 答案：(1)目的基因　一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的位点上切割DNA分子　基因表达载体(或重组DNA分子)　(2)PCR　限制酶、DNA连接酶　(3)至少包括目的基因、启动子、终止子、标记基因等部分　(4)农杆菌转化法 显微注射技术　受精卵　(5)从转基因羊的乳汁中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原—抗体杂交，若出现杂交带，表明乳汁中出现了该药用蛋白，实验成功；若没有出现杂交带，表明乳汁中没有出现该药用蛋白，实验失败　(6)让害虫食用转基因棉花的叶子，观察害虫的存活情况，以确定其是否具有抗虫性状 学科网（北京）股份有限公司 $