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（5）基因工程及其延伸技术应用广泛
——高二生物学浙科版（2019）选择性必修三期末易错题集训
【易错点分析】
1.对蛋白质工程概念的理解
易错点：将蛋白质工程与基因工程混淆，认为蛋白质工程是直接对蛋白质分子进行操作
分析：蛋白质工程的直接操作对象是基因，而不是蛋白质。因为基因的结构相对简单，容易改造，且改造后的基因可以遗传给下一代，而直接改造蛋白质无法遗传
2.蛋白质工程的基本思路
易错点：不清楚蛋白质工程基本思路中各环节的顺序，或对其中的推测过程理解不准确
分析：蛋白质工程的基本思路是预期蛋白质功能→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。要明确这是一个逆向的设计过程，且推测氨基酸序列和脱氧核苷酸序列时，由于密码子的简并性，推测出的基因中的碱基序列通常不唯一
3.基因工程与蛋白质工程的区别和联系
易错点：不能准确区分基因工程和蛋白质工程的操作对象、产物等；或忽视两者之间的联系
分析：基因工程的操作对象是天然基因，只能生产自然界中已存在的蛋白质；而蛋白质工程的操作对象是天然基因改造后的基因，可生产自然界中不存在的蛋白质。两者都属于分子水平的操作，且蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的，基因工程是蛋白质工程的关键技术
4.蛋白质工程的实际应用和限制
易错点：对蛋白质工程在实际应用中的成果理解不深，或高估蛋白质工程的能力，忽视其目前面临的困难
分析：蛋白质工程在生产速效胰岛素类似物、改造干扰素以便体外保存、培育富含赖氨酸的玉米新品种等方面有成功应用。但蛋白质工程难度较大，因为蛋白质具有十分复杂的空间结构，人们对大多数蛋白质复杂的高级结构没有完全认识，很难设计出一个全新的而又具有特定功能的蛋白质
【易错点练习】
1.组织型纤溶酶原激活物(t-PA)能激活纤溶酶原转化为纤溶酶,将沉积在血管内外的纤维蛋白溶解，从而保持血管畅通。T-PA进入血浆后大部分与纤溶酶原激活剂抑制物形成复合物，并迅速失去活性。科学家对其进行改造,增加溶栓效能、减少药用剂量和降低副作用等。下列叙述错误的是( )
A.改造t-PA可通过改造基因或合成基因来实现
B.改造t-PA的过程不需要构建基因表达载体
C.需根据t-PA氨基酸序列合成出相应的基因
D.利用蛋白质工程生产的改造t-PA在自然界中不存在
2.蛋白质工程可以说是基因工程的延伸，下列叙述正确的是( )
A.蛋白质工程需要制备蛋白质晶体，然后通过X射线衍射技术，分析晶体结构，建立蛋白质三维模型后，才能设计预期蛋白质的功能
B.蛋白质工程和基因工程在分子水平对基因进行定点突变时，只能实现碱基对的替换
C.蛋白质工程和基因工程原则上都能生产自然界中不存在的，但是满足人类生产生活需要的蛋白质
D.蛋白质工程可以通过增加酶内部的二硫键数目，来提高酶的热稳定性
3.基因工程产物可能存在着一些安全性问题，下列叙述不必担心的是( )
A.三倍体转基因鲤鱼与正常鲤鱼杂交，会导致自然种群被淘汰
B.载体上的标记基因（如抗生素抗性基因）可能指导合成有利于抗性进化的产物
C.目的基因（如杀虫基因）本身编码的产物可能会对人体产生毒性
D.将转基因生物释放到环境中，可能会对生物多样性造成危害
4.中国科学家将黄肥尾蝎的神经毒素基因（AaIT基因）导入能寄生在许多害虫体内的绿僵菌中，增强了绿僵菌致死害虫的效应，从而可有效控制虫害；将长穗偃麦草的Fhb7基因导人小麦，其表达产物可减轻赤霉菌对小麦的感染。下列说法错误的是( )
A.将Fhb7基因导入小麦，可采用农杆菌转化法
B.将Fhb7基因导入小麦，可影响赤霉菌对小麦的寄生能力
C.只有将目的基因导人防治对象，才能达到生物防治目的
D.用绿僵菌工程菌减少虫害，不改变绿僵菌与害虫的种间关系
5.科学家选取纤维素酶分子中若干个氨基酸位点作为改造点，结合中心法则原理，构建了“小而精”的突变体文库，最终获得催化效率更高的纤维素酶分子。下列说法错误的是( )
A.改造纤维素酶分子的前提是已知纤维素酶的氨基酸序列及其空间结构
B.该过程设计出的高效纤维素酶分子可能是自然界中不存在的蛋白质
C.该过程的实质是对纤维素酶基因在分子水平上进行改造
D.纤维素酶和高效纤维素酶在细胞内合成过程中遗传信息的流向不同
6.某科学家设计了一种球状的人工蛋白质,计划用其携带20种不同的流感病毒蛋白，涵盖所有可能的流感突变组合，以抵御未来流感肆虐。下列有关分析错误的是( )
A.能利用蛋白质工程直接对蛋白质的结构进行改造来制作该球状人工蛋白质
B.制作该人工蛋白质时需要用到限制酶和DNA连接酶
C.获得该人工蛋白质的过程需要进行转录和翻译
D.接种该蛋白疫苗可能防御多种类型的流感病毒
7.T4溶菌酶在高温时易失去活性。研究人员对编码T4溶菌酶的基因进行改造，使T4溶菌酶第3位的异亮氨酸变成半胱氨酸，该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成一个二硫键，提高了T4溶菌酶的耐热性。下列相关叙述正确的是( )
A.蛋白质工程与中心法则的流程方向一致，即DNA→mRNA→蛋白质
B.T4溶菌酶耐热性提高的原因是组成该酶的氨基酸种类和数目发生了改变
C.若高温等使蛋白质分子的空间结构发生改变,则蛋白质的功能也可能会受到影响
D.T4溶菌酶的改造属于蛋白质工程，自然界中的酶都可通过蛋白质工程进行改造
8.对微生物或动物的细胞进行基因改造，使它们能够生产药物，是目前基因工程取得实际应用成果非常多的领域，如用大肠杆菌生产人的干扰素：将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，构建乳腺生物反应器等。下列说法错误的是( )
A.干扰素是具有干扰病毒复制作用的糖蛋白
B.经发酵产生的干扰素属于大肠杆菌的次生代谢物
C.用显微注射法将基因表达载体导入哺乳动物的乳腺细胞构建乳腺生物反应器
D.乳腺生物反应器的局限是只适用于雌性动物的泌乳期
9.黑曲霉广泛分布于土壤、空气中，可引起谷物和果蔬等腐败变质，但在发酵工程和基因工程中，黑曲霉得到了泛的应用。下列说法错误的是( )
A.通过黑曲霉发酵生产的柠檬酸，是一种广泛应用的食品酸度调节剂
B.以大豆为主要原料，可利用黑曲霉发酵制成酱油产品
C.在中性和弱碱性条件下，可利用黑曲霉发酵得到谷氨酸，进一步制成味精
D.将编码牛凝乳酶的基因导入黑曲霉的基因组中，经发酵可批量生产牛凝乳酶
10.动物乳腺生物反应器是一项利用转基因动物的乳腺代替传统的生物发酵，进行大规模生产可供治疗人类疾病或用于保健的活性蛋白质的现代生物技术。科学家已在牛和羊等动物的乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等重要的医药产品，大致过程如图所示。以下叙述错误的是( )
A.通过③形成的重组质粒具有人的药用蛋白基因、启动子、终止子和标记基因即可
B.④通常采用显微注射技术
C.只有在转基因母牛的乳腺细胞中人的药用蛋白基因才会表达，因此应从乳汁中提取药物
D.该技术生产药物的优点是产量高、质量好、易提取
11.科学家将葡萄糖异构酶的第138位甘氨酸用脯氨酸替代，结果它的最适温度提高了10~12℃。据分析，脯氨酸替代甘氨酸后，由于引入了一个吡咯环侧链，刚好填充了第138位甘氨酸附近的空洞，使蛋白质空间结构更具刚性，从而提高了酶的热稳定性。下列说法正确的是( )
A.蛋白质工程和基因工程的根本区别是操作对象的差异
B.对葡萄糖异构酶的改造需要以基因工程为基础
C.蛋白质工程操作过程中，不需要酶和载体作为工具
D.经改造后的葡萄糖异构酶热稳定性提高这一性状不可遗传
12.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，据图分析错误的是( )
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插入质粒时，必须插到质粒上的启动子和终止子之间
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
13.下列不属于蛋白质工程的是( )
A.对胰岛素进行改造，生产速效型药品
B.改造酶的结构，提高酶的热稳定性
C.将天冬氨酸激酶中的一个苏氨酸替换为异亮氨酸
D.将控制人的胰岛素合成的基因导入大肠杆菌体内生产胰岛素
14.ACC合成酶是乙烯合成的关键酶，乙烯的合成会影响番茄的储藏和运输。如图为科学家利用ACC合成酶基因的反向连接构建载体，通过基因工程设计的耐储转基因番茄流程图。
下列说法错误的是( )
A.引物的特异性是能够从番茄DNA中获取ACC合成酶基因的关键
B.反向连接的ACC合成酶基因合成的mRNA通过与正常的ACC合成酶基因的mRNA互补，限制了细胞内乙烯的合成
C.可以在培养基中加入氨苄青霉素和四环素，存活下来的细胞内则含有携带目的基因的质粒
D.设计双酶切处理目的基因及载体是为了更好地保证目的基因的反向连接
15.如图是利用基因工程的方法培育抗烟草花叶病毒（TMV）烟草的过程。下列说法错误的是( )
A.图中①②③过程分别需要不同的酶催化，如①需要逆转录酶
B.构建成功的Ti质粒能直接进入受体细胞并将T-DNA整合到染色体上
C.⑤过程的原理是植物细胞的全能性
D.⑥过程进行鉴定时可以用病原体感染法，也可以用抗原—抗体杂交法
16.新冠病毒通过其表面刺突蛋白（S蛋白）的受体结合结构域（RBD）与人体细胞表面的ACE2受体相互作用，侵入人体细胞。研究人员设计并合成了一种自然界不存在的LCB1蛋白药物，可识别并紧密结合S蛋白的RBD，以干扰新冠病毒的侵染。下列叙述错误的是( )
A.LCB1可能与ACE2受体的某些区域结构类似
B.LCB1可以依据S蛋白的RBD结构进行设计
C.LCB1是通过细胞中原有的基因表达产生的
D.LCB1的设计和合成是通过蛋白质工程实现的
17.人体内的t-PA蛋白能高效降解血栓，是心梗和脑血栓的急救药。然而，为心梗患者注射大剂量的基因工程t-PA会诱发颅内出血。研究证实，将t-PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，能显著降低出血副作用。据此，先对天然的t-PA基因进行序列改造，然后再采取传统的基因工程方法表达该突变基因，可制造出性能优异的t-PA突变蛋白。下图是通过重叠延伸PCR技术获取t-PA改良基因和利用质粒pCLYII构建含t-PA改良基因的重组质粒示意图(图中重叠延伸PCR过程中引物a、b用来扩增突变位点的上游DNA序列，引物c、d用来扩增突变位点的下游DNA序列)。请回答下列问题。
(1)科学家将t-PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，生产出性能优良的t-PA突变蛋白的生物技术手段属于______范畴。
(2)获得性能优良的t-PA突变蛋白的正确顺序是_____________(选择正确编号并排序)。
①t-PA蛋白功能分析和结构设计
②借助定点突变改造t-PA基因序列
③检验t-PA蛋白的结构和功能
④设计t-PA蛋白氨基酸序列和基因序列
⑤利用工程菌发酵合成t-PA蛋白
(3)已知t-PA蛋白第84位是半胱氨酸，相应的基因模板链(图中t-PA基因的上链)上的碱基序列是ACA，丝氨酸的密码子是UCU。重叠延申PCR示意图中的黑点便是突变部位的碱基，引物b中该突变位点的碱基是_______，引物c中该突变位点的碱基是_______。
(4)据图可知，重叠延伸时，需要的引物是______，引物的作用是______。若扩增图中序列时引物选择正确，PCR操作过程没有问题，但对产物进行电泳时，发现除了目标序列外还有很多非特异性条带，请分析出现此情况的原因____。
(5)若获得的t-PA突变基因如图所示，那么质粒pCLY11需用限制酶_______切开，才能与t-PA突变基因高效连接。
答案以及解析
1.答案：B
解析：改造蛋白质需要改造基因或合成基因来实现，A正确；通过蛋白质工程改造t-PA的过程仍需要构建基因表达载体，B错误；根据中心法则逆推以确定目的基因的碱基序列：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因），故推测出改造t-PA应有的氨基酸序列之后，需要根据其氨基酸序列合成相应DNA,C正确；利用蛋白质工程生产的蛋白质是自然界中不存在的蛋白质，D正确。
2.答案：D
解析：A、蛋白质工程常常先设计预期蛋白质功能，后设计预期蛋白质结构；
B、蛋白质和基因工程在分子水平对基因进行定点突变时，还可以实现碱基对的增添和缺失；
C、蛋白质工程和原则上都能生产自然界中不存在的，但是满足人类生产生活需要的蛋白质，基因工程一般生产已知的；
D、蛋白质工程可以通过增加二硫键数目来提高热稳定性，例如为了提高T4溶菌酶的耐热性，将3号位的异亮氨酸换成半胱氨酸，在3号和97号半胱氨酸之间形成一个二硫键，使得T4溶菌酶耐热性得到提高。
3.答案：A
解析：三倍体转基因鲤鱼不能产生可育配子，不能与正常鲤鱼杂交，所以不必担心自然种群被淘汰，A符合题意。
4.答案：C
解析：将Fhb7基因导入小麦可用农杆菌转化法，A正确；将Fhb7基因导入小麦，其表达产物可减轻赤霉菌对小麦的感染，所以影响了赤霉菌对小麦的寄生能力， B正确；要想达到生物防治的目的，不一定要将目的基因导入防治对象，如题干所述，可将目的基因导入能寄生在多种害虫体内的绿僵菌中，这种方法同样可以达到生物防治的目的，C错误；生物的种间关系是协同进化的结果，通过绿僵菌工程菌减少虫害，不改变绿僵菌与害虫的种间关系，D正确。
5.答案：D
解析：根据题意，题中改造纤维素酶分子的过程属于蛋白质工程，蛋白质工程的前提是已知纤维素酶的氨基酸序列及其空间结构，A正确；设计出的高效纤维素酶分子可能是自然界中不存在的蛋白质，B正确；蛋白质工程的实质是对纤维素酶基因在分子水平上进行改造，C正确；纤维素酶和高效纤维素酶在细胞内合成过程中遗传信息的流向相同，D错误。
6.答案：A
解析：对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造或合成基因来完成，A错误；基因工程过程需要用到限制酶和DNA连接酶，B正确；蛋白质的合成过程包含转录和翻译，C正确；该人工蛋白涵盖所有可能的流感突变组合，理论上制成疫苗可预防多种流感病毒，D正确。
7.答案：C
解析：蛋白质工程与中心法则的流程方向相反，其流程是从预期蛋白质的功能出发→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或合成新的基因→获得所需的蛋白质，A错误；由题意可知，T4溶菌酶耐热性提高的原因是组成该酶的氨基酸序列和空间结构发生了改变，但氨基酸的数目并没有改变，B错误；蛋白质的功能是由蛋白质的结构决定的，故蛋白质的空间结构发生改变，其功能也可能会受到影响，C正确；由题意可知，T4溶菌酶的化学本质是蛋白质，对其进行改造属于蛋白质工程，在自然界中绝大多数酶的化学本质是蛋白质，但也有少数酶的化学本质是RNA，这类酶就不能通过蛋白质工程进行改造，D错误。
8.答案：C
解析：干扰素是具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛应用于治疗病毒感染性疾病，A正确；初级代谢物是生物生长和繁殖所必需的物质，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类等，转基因大肠杆菌发酵产生的干扰素不是该生物所必需的，属于次生代谢物，B正确；用显微注射法将基因表达载体导入哺乳动物的受精卵中，由这个受精卵发育成的转基因动物在进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物，这称为乳腺生物反应器，乳腺生物反应器的局限是只适用于雌性动物的泌乳期，C错误，D正确。
9.答案：C
解析：柠檬酸是一种应用广泛的食品酸度调节剂，可以淀粉为原料，通过黑曲霉发酵制得，A正确；以大豆为主要原料，利用产生蛋白酶的霉菌（如黑曲霉），将原料中的蛋白质水解成小分子的肽和氨基酸，然后经淋洗、调制可以制成酱油产品，B正确；在中性和弱碱性条件下，可利用谷氨酸棒状杆菌发酵得到谷氨酸，进一步制成味精，C错误；将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，通过工业发酵可批量生产牛凝乳酶，D正确。
10.答案：A
解析：通过③过程形成的重组质粒具有人的药用蛋白基因、启动子、终止子、标记基因以及复制原点等，A错误；受体细胞为动物细胞时，将目的基因导入受体细胞的方法为显微注射技术，B正确；乳腺生物反应器生产药用蛋白时，目的基因只在乳腺细胞内表达，应从乳汁中提取药物，C正确；相对于传统方法，利用乳腺生物反应器生产药物的优点是产量高、质量好、易提取，D正确。
11.答案：B
解析：蛋白质工程和基因工程都要对基因进行操作，其操作对象相同，A错误；对葡萄糖异构酶的改造属于蛋白质工程，需要以基因工程为基础，B正确；蛋白质工程要通过基因工程实施，需要酶和载体作为工具，C错误；蛋白质工程由于是对基因进行改造，遗传物质发生改变，属于可遗传的变异，D错误。
12.答案：D
解析：题图是利用蛋白质工程设计生产干扰素的流程图，蛋白质工程的主要依据是蛋白质的预期功能，因此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，A正确；启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，作用是驱动基因转录，而终止子提供转录终止的信号，因此图中新的干扰素基因插入质粒时，必须插到质粒上的启动子和终止子之间，这样新的干扰素基因才能表达，B正确；蛋白质工程的实质是对基因进行操作，故图中改造干扰素结构的实质是改造干扰素基因的结构，C正确；合成新的干扰素基因后，要构建基因表达载体，使其在受体细胞中表达，这属于基因工程技术，D错误。
13.答案：D
解析：将控制人的胰岛素合成的基因导入大肠杆菌体内生产胰岛素，属于基因工程，D符合题意。
14.答案：C
解析：引物能与ACC合成酶基因通过碱基互补配对结合定位ACC合成酶基因，因此引物的特异性是能够从番茄DNA中获取ACC合成酶基因的关键，A正确；反向连接的ACC合成酶基因合成的mRNA通过与正常的ACC合成酶基因的mRNA互补，使ACC合成酶基因不能正常表达，限制了细胞内乙烯的合成，B正确；从题图中可知，基因表达载体中ACC合成酶基因破坏了四环素抗性基因，因此含有携带目的基因的质粒的细胞能在含氨苄青霉素培养基中存活，但不能在含有四环素的培养基中存活，C错误；设计双酶切处理目的基因及载体是为了更好地保证目的基因的反向连接，D正确。
15.答案：B
解析：题图中①为逆转录，需要逆转录酶，②为切割目的基因，需要限制性内切核酸酶，③为重组质粒的构建，需要DNA连接酶，A说法正确；Ti质粒需要先导入农杆菌，再用农杆菌感染植物，然后Ti质粒才会进入宿主细胞，这种方法属于农杆菌转化法，B说法错误；⑤过程将植物细胞培养成一个完整植株，体现了植物细胞的全能性，C说法正确；目的基因表达的鉴定可以在分子水平上进行，如抗原—抗体杂交法，也可以在个体水平上进行，如用病原体感染的方法，D说法正确。
16.答案：C
解析：人类合成的LCB1和ACE2受体都可以与S蛋白的RBD结合，说明LLCB1可能与ACE2受体的某些区域结构类似，A正确；
由于人类合成的LCB1和ACE2受体都可以与S蛋白的RBD结合，因此可以依据S蛋白的RBD结构设计LCB1，B正确；
LCB1是研究人员设计的，是自然界不存在的，因此不可能是通过细胞中原有的基因表达产生的，C错误；
基因工程只能合成自然界已经存在的蛋白质，而LCB1蛋白药物是自然界不存在的，是通过蛋白质工程设计和合成的，D正确。
17.答案：(1)蛋白质工程
(2)①④②⑤③
(3)G；C
(4)引物a和引物d；使DNA聚合酶从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸退火(复性)温度过低、引物特异性不高
(5)Xmal、Bg1II
解析：(1)由题干信息可知，上述生产改良t-PA蛋白的技术是先对天然的t-PA基因进行序列改造，然后在大肠杆菌中表达改造后的基因，可得到性能优异的改良t-PA蛋白，因此属于蛋白质工程。
(2)蛋白质工程的一般过程是:根据新蛋白质预期功能设计相关蛋白质结构一设计对应的氨基酸序列→合成可产生新蛋白质的相关脱氧核苷酸序列→利用基因工程技术合成新的蛋白质，获得性能优良的t-PA突变蛋白的正确顺序是①t-PA蛋白功能分析和结构设计→④设计t-PA蛋白氨基酸序列和基因序列→②借助定点突变改造t-PA基因序列→⑤利用工程菌发酵合成t-PA蛋白→③检验t-PA蛋白的结构和功能。
(3)已知t-PA蛋白第84位是半胱氨酸，相应的基因模板链(图中t-PA基因的上链)上的碱基序列是ACA，则半胱氨酸的密码子为UGU，而丝氨酸的密码子是UCU，由此可知，若要将t-PA蛋白第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，则t-PA基因上链第84位发生碱基替换为ACA→AGA，图中显示引物b与t-PA基因的下链互补，故其中相应部位的碱基与上链相同，即该部位的碱基是G，引物c与t-PA基因的上链互补，故其中相应部位的碱基与下链相同，即该部位的碱基是C.
(4)由于DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，而只能从3端延伸DNA链，因此PCR中需要加入合适的引物来完成子链的延伸，引物需要与模板的3端结合，故据图可知，重叠延伸时，需要的引物是引物x和引物b;DNA聚合酶不能从头合成DNA，只能从引物的3端开始廷伸DN人链，因此引物的作用是使DNA聚合酶从引物的3’端开始连接脱氧核苷酸;出现非目的序列产物的原因有:引物设计太短(或引物特异性不强，即与非目的序列有同源性)、两引物之间碱基互补配对(形成引物二聚体)、复性温度过低、Mg2+浓度过高、DNA模板出现污染等。
(5)根据图中目的基因两端的黏性末端以及各种限制酶的切割位点可知，在构建重组质粒时。选用限制醇XmaI和Bg1I切割质粒，才能与目的基因t-PA改良基因高效连接。

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