高三生物一轮复习练习基因工程的应用蛋白质工程及生物技术的安全性和伦理问题

基因工程的应用、蛋白质工程及生物技术的安全性和伦理问题练习一、选择题1.限制性内切酶EcoRⅠ识别并切割双链DNA，用EcoRⅠ完全酶切果蝇基因组DNA，理论上得到DNA片段的平均长度(碱基对)约为()A.6 B.250C.4000 D.240002.下列有关DNA连接酶的说法，正确的是()A.DNA连接酶和限制酶的作用恰好相反，DNA连接酶可以将限制酶切开的双链DNA片段“缝合”起来B.DNA连接酶和DNA聚合酶一样能连接单链DNA片段C.E.coliDNA连接酶可以连接有平末端的DNA片段，也能连接有黏性末端的DNA片段D.T4DNA连接酶只能连接有平末端的DNA片段3.转基因抗虫棉培育过程中，下列有关目的基因检测与鉴定方法的叙述，错误的是()A.检测抗虫基因是否导入——农杆菌转化法B.检测抗虫基因是否转录——PCR技术等C.检测抗虫基因是否翻译——抗原—抗体杂交D.检测抗虫蛋白生物功能——抗虫接种实验4.构建基因表达载体时，可利用碱性磷酸单酯酶催化载体的5′－P变成5′－OH，如图所示。将经过该酶处理的载体与外源DNA连接时，由于5′－OH与3′－OH不能连接而形成切口(nick)。下列说法错误的是()A.经碱性磷酸单酯酶处理的载体不会发生自身环化B.外源DNA也必须用碱性磷酸单酯酶处理C.T4DNA连接酶可连接黏性末端和平末端D.重组DNA经过2次复制可得到不含nick的子代DNA5.我国科研人员在实验室中通过构建多种酶催化体系的方法，首次实现了在细胞外从二氧化碳固定到合成淀粉的过程。下列有关叙述错误的是()A.可采用PCR技术从不同物种的基因组中扩增得到多酶催化体系中的目标酶基因B.在多酶催化体系中，可能会因为酶的最适反应条件不同而使反应中断C.该方法可在分子水平上直接改变氨基酸的序列，实现对酶特性的改造和优化D.若该科研成果成熟后推广应用有助于摆脱耕地和自然环境限制，解决粮食危机6.下图是一种靶向基因敲除技术即TALEN技术。该技术的敲除工具是由DNA识别域TALE和非特异性内切核酸酶FoKI两个部分组成的蛋白质。TALE的二连氨基酸(字母N、I、G、H、D分别代表一种氨基酸)与四种碱基(A、G、C、T)有恒定的对应关系。FoKI是一种形成二聚体后具有内切核酸酶活性的蛋白单体。下列相关叙述错误的是()A.单独使用FoKI对基因的切割敲除具有随机性B.TALE蛋白的合成通常涉及PCR技术和蛋白质工程C.二连氨基酸能与四种含氮碱基发生恒定的碱基互补配对D.TALE蛋白左右臂的二连氨基酸序列的设计依据靶基因碱基序列7.(多选)B基因存在于水稻基因组中，其仅在体细胞(2n)和精子(n)中正常表达，但在卵细胞中不转录。为研究B基因表达对卵细胞的影响，设计了如下实验(Luc基因表达的荧光素酶能催化荧光素产生荧光，融合基因表达的蛋白质能保留两种蛋白质各自的功能)。下列相关叙述正确的是()A.由于DNA聚合酶不能合成导致B基因在水稻卵细胞中不能转录B.过程①中T－DNA以单链形式整合到受体细胞的染色体DNA上C.过程②转化筛选水稻愈伤组织时，需在培养基中加入潮霉素D.可通过检测加入荧光素的卵细胞中是否发出荧光鉴定B基因是否表达二、非选择题8.中国甜柿的自然脱涩与乙醛代谢关键酶基因(PDC)密切相关，推测涩味程度可能与PDC基因的表达情况有关。为筛选PDC基因的调控蛋白，科研人员构建了质粒A和质粒G(如图1、图2所示)，利用酵母菌进行了相关实验探究。(1)启动子位于基因首端，是________的位点，启动子区域还存在着许多调控蛋白的结合位点，可影响基因的转录水平。PDC基因的启动子序列未知，为获得大量该基因启动子所在片段，可利用限制酶将基因组DNA进行酶切，然后在________的作用下将已知序列信息的接头片段连接在PDC基因的上游，根据接头片段和PDC基因编码序列设计引物进行________。(2)利用质粒A构建含有PDC基因启动子片段的重组质粒并导入代谢缺陷型酵母菌，用不含________的培养基可筛选出成功转化的酵母菌Y1H。质粒G上的AD基因表达出的AD蛋白与启动子足够靠近时，能够激活后续基因转录，因此需获得待测蛋白与AD蛋白的融合蛋白用于后续筛选。科研人员从中国甜柿中提取RNA，将逆转录形成的各种________与质粒G连接后导入酵母菌，此时应选择质粒G中的位点________(填序号1～5)作为cDNA的插入位点，最终获得携带不同cDNA片段的酵母菌群Y187。(3)重组酵母Y187与Y1H能够进行接合生殖，形成的接合子含有两种酵母菌质粒上的所有基因。若接合子能在含有金担子素的培养基中生存，则推测待测蛋白是PDC基因的调控蛋白，请结合图3阐述作出该推测的理由________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)筛选出PDC基因的调控蛋白后，为满足生产上的需要对其进行改良，这种技术属于________工程，该工程的起点是_________________________________。9.干扰素是动物体内的一种蛋白质，可以用于治疗病毒的感染和癌症，但在体外保存相当困难。如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可在－70℃下保存半年，给广大患者带来福音。回答下列问题：Ⅰ.(1)天然蛋白质合成的过程是按照克里克提出的________进行的，而蛋白质工程却与之相反。依据蛋白质工程原理，设计实验流程，让动物生产可以保存的干扰素，其基本途径是：预期蛋白质的功能→设计________→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。(2)上述过程设计的脱氧核苷酸序列________(填“是”或“不是”)唯一的。该方法获得的干扰素基因与细胞内干扰素基因相比，结构上不同之处有________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)设计改造干扰素，最终还必须通过________来完成，原因是___________________________________________________________________。Ⅱ.我国研究人员通过利用一只Bmal1基因(影响生物节律)敲除彻底，且生物节律紊乱特征最为明显的猕猴的体细胞细胞核，成功获得5只克隆疾病猴。请回答下列问题：(1)为得到更多的卵母细胞用于核移植，可对卵细胞供体猴使用________处理，使其超数排卵，收集并选取处于________(时期)的卵母细胞。(2)在体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞之前，必须去掉____________________，原因是________________________________________________________________________________________________________。(3)体细胞克隆猴常作为人类疾病研究的实验动物模型，与用多只普通猴做实验相比，使用遗传背景相同的克隆猴做实验的优点是________________________________________________________________________________________________________________________________________。10.β－地中海贫血是一种常染色体隐性遗传病，我国南方这种遗传病的常见病因是血红蛋白β珠蛋白基因(HBB)编码区4个碱基(3′－CTTT－5′)缺失。下图1是一种基因治疗β－地中海贫血的技术路线，图2是图1过程③外源DNA导入iPS细胞(诱导多能干细胞)后，在细胞内利用CRISPR/Cas9基因编辑系统和外源单链DNA及DNA自我修复系统进行基因治疗的主要过程。请据图回答问题。图2(1)利用患者的成纤维细胞诱导形成iPS细胞，不仅可以避免在进行细胞移植时发生________，还因为iPS细胞能_______________________________________________________________________________________________________，可获得足够多的回输细胞。(2)根据图2分析，在利用CRISPR/Cas9基因编辑技术进行基因修复时，需要根据_______________________________________________________________________________________________________________________________________设计2种gRNA；导入单链DNA作为修复模板的目的是___________________________________________________________________。(3)图1过程③中，研究人员将gRNA基因与Cas9基因分别整合到不同的载体中，这是因为整合到同一载体中会__________________________________________，不容易导入细胞。研究人员将gRNA载体、Cas9载体和单链DNA按一定比例与iPS细胞混合后，对混合液进行瞬时高压电激处理，其目的是_______________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)导入iPS细胞的gRNA基因和Cas9基因需要利用细胞中的________催化合成gRNA和Cas9mRNA，后者指导合成Cas9蛋白，并组装成CRISPR/Cas9系统。图2中酶B的功能是________。(5)为检测iPS细胞中HBB基因是否正确修复，研究人员设计特异引物时，最好将插入片段(CTTT)或互补序列设计在引物的________端。在PCR时可________，以提高引物结合的特异性。11.乳腺炎和口蹄疫分别是由细菌和病毒引起的危害奶牛养殖业的两种严重疾病。研究者利用生物技术培育出转牛乳铁蛋白肽(抗细菌)和干扰素(抗病毒)基因的双转基因奶牛品种。下图1为基因表达载体，图2为培育流程。请据图回答问题：(1)构建基因表达载体时需要用到的工具酶是__________________________________________________________________。(2)基因表达过程包括________，图1中一般能同时表达的基因是___________________________________________________________________。新霉素抗性基因的作用是____________________________________________。(3)图2中研究者可利用_______________________________________________技术筛选出干扰素基因成功表达的胚胎进行移植。(4)若利用PCR技术增加目的基因的数量，由图3可知，A、B、C、D四种单链DNA片段中应选取________作为引物(DNA复制子链的延伸方向5′→3′)。若上图所示基因复制2次，则共需要这两种引物各________个；PCR程序中“适温延伸”中的适温是________酶的最适温度。答案：1.C据题意可知，限制性内切核酸酶EcoRⅠ的识别序列为则理论上，该序列出现的概率为1/(4×4×4×4×4×4)＝1/4096，即4096个碱基对序列中会出现一个限制性内切核酸酶EcoRⅠ的识别序列，故用限制性内切核酸酶EcoRⅠ完全酶切果蝇基因组DNA，理论上得到DNA片段的平均长度(碱基对个数)约为4000，C符合题意。2.ADNA连接酶不能连接单链DNA片段，DNA聚合酶是将单个脱氧核苷酸加到已有的核苷酸片段上，B错误；E.coliDNA连接酶只能连接有黏性末端的DNA片段，C错误；T4DNA连接酶既可以连接有黏性末端的DNA片段，也可以连接有平末端的DNA片段，D错误。3.A将抗虫基因导入受体细胞可以采用农杆菌转化法，但检测目的基因是否导入受体细胞一般采用PCR等技术，A错误；检测抗虫基因是否转录mRNA，用PCR等技术，B正确；检测目的基因是否翻译成蛋白质，常用抗原—抗体杂交技术，C正确；检测抗虫蛋白生物功能，可在个体水平进行抗虫接种实验，让害虫来食用棉花叶片，做毒性检测，D正确。4.B将经过碱性磷酸单酯酶处理的载体与外源DNA连接时，由于5′－OH与3′－OH不能连接而形成切口(nick)，因此经碱性磷酸单酯酶处理的载体不会发生自身环化，A正确；外源DNA不能用碱性磷酸单酯酶处理，如用碱性磷酸单酯酶处理，载体与外源DNA不能连接形成重组DNA，B错误；T4DNA连接酶可连接黏性末端和平末端，C正确；DNA进行半保留复制，1个重组DNA经过2次复制，可得到2个不含nick的子代DNA，D正确。5.C获得的目的基因可利用PCR技术在体外反应体系中扩增，A正确；酶的作用条件较温和，不同的酶其适宜的温度和pH不同，在多酶催化体系中，可能会因为酶的最适反应条件不同而使反应中断，B正确；该方法在分子水平上，通过改变基因的碱基序列，间接改变氨基酸的序列，从而改变蛋白质的结构，实现对酶特性的改造和优化，C错误；该科研实现了在细胞外从二氧化碳固定到合成淀粉的过程，若成熟后推广应用有助于摆脱耕地和自然环境限制，解决粮食危机，D正确。6.CFoKI是非特异性内切核酸酶，单独使用FoKI对基因的切割敲除具有随机性，A正确；TALE蛋白的合成通常涉及PCR技术(扩增得到很多TALE基因)和蛋白质工程(对基因进行改造，得到很多蛋白质)，B正确；氨基酸内没有碱基，不能与四种含氮碱基发生恒定的碱基互补配对，只是存在恒定的对应关系，C错误；由于TALE的二连氨基酸(字母N、I、G、H、D分别代表一种氨基酸)与四种碱基(A、G、C、T)有恒定的对应关系，TALE蛋白左右臂的二连氨基酸序列的设计依据靶基因碱基序列，D正确。7.CD转录需要RNA聚合酶，DNA聚合酶与DNA复制有关，A错误；T－DNA以双链形式整合到受体细胞的染色体DNA上，B错误；重组质粒上含有潮霉素抗性基因，可以在培养基中加入潮霉素，筛选含有重组质粒的水稻细胞，C正确；Luc基因表达的荧光素酶能催化荧光素产生荧光，融合基因表达的蛋白质能保留两种蛋白质各自的功能，B－Luc融合基因表达，会使加入荧光素的卵细胞中发出荧光，D正确。8.(1)RNA聚合酶识别和结合DNA连接酶PCR(2)尿嘧啶cDNA2(3)接合子中待测蛋白与AD蛋白形成了融合蛋白，若待测蛋白是PDC基因的调控蛋白，就能与PDC基因启动子结合，AD蛋白也能靠近PDC基因启动子并激活金担子素抗性基因的表达，使酵母菌表现出金担子素抗性(4)蛋白质预期蛋白质的功能解析(1)启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点，直接决定转录起始。限制酶切割后需要在DNA连接酶的作用下将已知序列信息的接头片段连接在PDC基因的上游；已知接头片段连接在PDC基因的上游，且已知序列信息，则可以按照PDC基因启动子上游的接头片段与PDC基因编码序列设计引物进行PCR扩增。(2)由质粒A的图谱可知带有选择功能的基因片段有尿嘧啶合成基因、金担子素抗性基因两种，但是金担子素抗性基因无法启动，所以选择尿嘧啶合成基因作为选择依据，则在选择培养基配制时不加尿嘧啶。从中国甜柿中提取的RNA可以通过逆转录形成各种cDNA，将各种cDNA片段与质粒G连接后导入酵母菌，插入时不能破坏其他蛋白质基因的表达，而且需要插入到启动子和终止子之间才能保证表达，因此选择位点2作为cDNA的插入位点。(3)依据题干，重组酵母Y187与Y1H接合子应同时含有质粒A、质粒G，质粒A为含有PDC基因、金担子素抗性基因的质粒；质粒G为可正常表达AD蛋白、待测蛋白的质粒，接合子中待测蛋白与AD蛋白形成了融合蛋白，若待测蛋白是PDC基因的调控蛋白，就能与PDC基因启动子结合，则AD蛋白携带的待测蛋白靠近PDC基因启动子，激活PDC基因的转录，并激活金担子素抗性基因的表达，使酵母菌表现出金担子素抗性。(4)筛选出PDC基因的调控蛋白后，为满足生产上的需要对其进行改良，这种技术属于蛋白质工程，蛋白质工程的设计流程为预期蛋白质的功能→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)，所以起点是预期蛋白质的功能。9.Ⅰ.(1)中心法则预期的蛋白质结构(2)不是该方法获得的干扰素基因不含内含子、启动子和终止子(3)改造基因基因控制蛋白质的合成，并且基因能遗传给下一代Ⅱ.(1)促性腺激素MⅡ(2)受体卵母细胞的细胞核确保核移植的胚胎或动物细胞核中的遗传物质全部来自供体细胞(3)避免个体间差异对实验的干扰解析Ⅰ.(1)天然蛋白质合成的过程是按照克里克提出的中心法则进行的，蛋白质工程基本途径是预期蛋白质的功能→设计预期蛋白质的结构→推测应有的氨基酸序列→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。(2)因为密码子的简并性，由氨基酸序列推测得到的相应脱氧核苷酸序列不是唯一的，通过该方法获得的干扰素基因序列是由氨基酸序列推测的，所以与细胞内的干扰素基因相比，缺少内含子、启动子和终止子等片段。(3)干扰素的本质是蛋白质，是由基因控制编码的，基因控制蛋白质的合成，并且基因能遗传给下一代，所以改造干扰素最终需要改造基因。Ⅱ.(1)为得到更多的卵母细胞，可以对供体猴使用促性腺激素处理，使其超数排卵，收集处于MⅡ时期的卵母细胞。(2)本实验使用细胞核移植技术，为了使核移植的胚胎或动物细胞核中的遗传物质全部来自供体细胞，在体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞之前，必须去掉受体卵母细胞的细胞核。(3)使用遗传背景相同的克隆猴做实验的优点是避免个体间差异对实验的干扰。10.(1)免疫排斥在体外培养时不断增殖，并可诱导分化形成造血干细胞(2)HBB碱基缺失部位两侧的核苷酸序列正确修复基因(能获得在指定部位插入缺失碱基CTTT的正常HBB基因)(3)使重组DNA分子过大使重组载体和单链DNA更易导入iPS细胞(4)RNA聚合酶催化游离脱氧核苷酸连接到核苷酸链上(催化以导入的单链DNA为模板的核苷酸链的延伸)(5)3′适当提高复性温度解析(1)由于iPS细胞是从病人体内获取并改造的，故将iPS细胞增殖分化出的不同细胞移植回病人体内，理论上可以避免免疫排斥反应；iPS细胞具有干细胞的特点，能够在体外培养时不断增殖，并可诱导分化形成造血干细胞，故在体外培养可获得足够多的回输