3.4 蛋白质工程的原理和应用-【新课程能力培养】2024-2025学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程同步练习（人教版2019）

练 高中生物选择性必修 3 （人教版） 1. 干扰素在体外保存非常困难。 干扰素由 １６６ 个氨基酸组成， 如果将其分子上第 １７ 位的一个半胱氨酸变成丝氨酸， 那么在 －７０ ℃ 的条件下可以保存半年。 若利用蛋 白质工程的原理和方法生产新型干扰素， 下列思路最可行的是 （ ） Ａ. 用 ＤＮＡ 合成仪合成新的干扰素基因 Ｂ. 利用基因定点突变技术改造干扰素基因 Ｃ. 直接改造 ｍＲＮＡ ， 进行密码子的替换 Ｄ. 生产正常干扰素， 再进行氨基酸的替换 ２. Ｔ４ 溶菌酶 （ Ａ ０ ） 在温度较高时易失去活 性， 科学家利用蛋白质工程技术， 使 Ｔ４ 溶菌酶的第 ３ 位的异亮氨酸变为半胱氨 酸。 在该半胱氨酸与第 ９７ 位的半胱氨酸 之间形成了一个二硫键。 获得了耐热性高 的 Ｔ４ 溶菌酶 （ Ａ １ ）。 下列叙述错误的是 （ ） Ａ. 检测 Ａ １ 活性时先将 Ａ １ 与底物混合。 再 置于高温环境 Ｂ. Ａ ０ 和 Ａ １ 空间结构的差异是影响热稳定 性的原因之一 Ｃ. 氨基酸替换和二硫键的形成需要通过 改造基因实现 Ｄ. 获得 Ａ １ 的过程需要进行转录和翻译 ３. 蛋白质工程是在深入了解蛋白质分子的结 构与功能关系的基础上进行的， 它最终要 达到的目的是 （ ） Ａ. 分析蛋白质的三维结构 Ｂ. 研究蛋白质的氨基酸组成 Ｃ. 获取编码蛋白质的基因序列信息 Ｄ. 改造现有蛋白质或制造新的蛋白质， 满 足人类的需求 ４. 下列有关蛋白质工程的叙述， 正确的是 （ ） Ａ. 蛋白质工程不可能用到限制酶和 ＤＮＡ 连接酶 Ｂ. 蛋白质工程只能改造现有的蛋白质而 不能制造新的蛋白质 Ｃ. 蛋白质工程通过对蛋白质分子的结构 直接进行改造， 使之更加符合人类需要 Ｄ. Ｔ４ 溶菌酶中引入二硫键提高了它的热 稳定性， 是蛋白质工程应用的体现 ５. 下列关于基因工程和蛋白质工程的叙述错 误的是 （ ） ① 科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因 组， 目的是降低转基因奶牛分泌的乳汁中 乳糖的含量 ② 人生长激素基因工程菌产 生的生长激素属于该工程菌的初生代谢 物 ③ 基因工程和蛋白质工程都需要在分 子水平对基因进行操作 ④ 蛋白质工程最 终要达到的目的是获取编码蛋白质的基因 序列信息 Ａ. ①② Ｂ. ①③ Ｃ. ②③ Ｄ. ②④ 第 4 节 蛋白质工程的原理和应用 基 础 练 习 50 练 第 3章 基因工程 ６. 下列关于蛋白质工程说法 ， 错误的是 （ ） Ａ. 蛋白质工程是在基因工程基础上延伸 出来的二代基因工程 Ｂ. 实施蛋白质工程的基本途径必须从预 期蛋白质功能出发 Ｃ. 蛋白质工程实施过程中可对关键氨基 酸直接置换或增删 Ｄ. 蛋白质工程的目的是获得满足人类生 产和生活需求的蛋白质 ７. 如图为蛋白质工程操作的基本思路， 下列 叙述不正确的是 （ ） Ａ. 代表蛋白质工程操作思路的过程是 ④⑤ Ｂ. 代表中心法则内容的是 ①② Ｃ. ① 代表转录、 ② 代表翻译、 ④ 代表分 子设计、 ⑤ 代表 ＤＮＡ 合成 Ｄ. 蛋白质工程的目的是对基因的结构进 行分子设计， 通过基因合成或改造实现 ８. 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， 临床治疗食物的 消化不良， 最佳方案是 （ ） Ａ. 对此酶中的少数氨基酸替换， 以改善 其功能 Ｂ. 重新设计与创造一种全新的蛋白酶 Ｃ. 将此酶与人蛋白酶进行拼接， 形成新 的蛋白酶 Ｄ. 减少此酶在片剂中的含量 一、 不定项选择题 １. 某病毒通过刺突蛋白 （ Ｓ 蛋白） 的活性域 （ ＲＢＤ ） 与人体细胞表面的 ＡＣＥ２ 受体相 互作用感染细胞。 科学家设计了一种自然 界中不存在的蛋白质 ＬＣＢ１ ， 可与 Ｓ 蛋白 的 ＲＢＤ 紧密结合， 以干扰该病毒的感染。 下列说法合理的是 （ ） Ａ. ＬＣＢ１ 可能与 Ｓ 蛋白的抗体在结构上 类似 Ｂ. Ｓ 蛋白的 ＲＢＤ 结构可为设计 ＬＣＢ１ 提 供信息 Ｃ. 设计 ＬＣＢ１ 时 ， 需避免在结构上与 ＡＣＥ２ 类似 Ｄ. 生产 ＬＣＢ１ 涉及基因工程的某些操作 技术 ２. 免疫预防以人工主动免疫为主要目的， 其 主要措施是接种疫苗。 第一代疫苗包括灭 活疫苗、 减毒疫苗和类毒素， 第二代疫苗 包括由微生物的天然成分及其产物制成的 重组蛋白疫苗， 第三代疫苗的代表是基因 疫苗。 基因疫苗是将编码外源性抗原的基 因插入到质粒上， 然后将质粒直接导入人 或动物体内， 让其在宿主细胞中表达抗原 蛋白， 诱导机体产生免疫应答。 下列说法 正确的是 （ ） Ａ. 疫苗经注射进入人体后， 可被人体的 浆细胞识别 Ｂ. 注射疫苗后， 人体产生特异性免疫反 提 升 练 习 DNA mRNA 51 练 高中生物选择性必修 3 （人教版） 应， 并产生相应记忆细胞 Ｃ. 基因疫苗能表达蛋白质等抗原结构 ， 从而引起机体产生免疫反应 Ｄ. 利用蛋白质工程生产的蛋白质疫苗就 是基因疫苗 ３. 蛋白质工程是指根据人们对蛋白质功能的 特定需求， 对蛋白质进行分子设计、 生产 的过程。 下图是蛋白质工程的流程图， 据 图分析正确的是 （ ） Ａ. 过程 ① 是目前蛋白质工程难度最大的 环节 Ｂ. 过程 ④ 和 ⑤ 所需原料分别是脱氧核苷 酸和氨基酸 Ｃ. 若使 ③ 设计的基因能表达和发挥作用， 必须在基因的两端添加调控序列 Ｄ. 通过蛋白质工程可以获得自然界不存 在的蛋白质 ４. 下列关于蛋白质工程及其应用的说法， 错 误的是 （ ） Ａ. 蛋白质工程能定向改造蛋白质分子结 构， 使之更加符合人类需要 Ｂ. 蛋白质工程的实质是通过改变氨基酸 的结构改变蛋白质的功能 Ｃ. 当前限制蛋白质工程发展的关键因素 是基因工程技术还不成熟 Ｄ. 蛋白质工程技术中的操作对象是蛋白 质或控制蛋白质合成的基因 二、 非选择题 ５. 干扰素是动物体内合成的一种蛋白质， 可 以用于治疗病毒感染和癌症， 但体外保存 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 ℃ 条件下保 存半年， 给广大患者带来福音。 回答下列 问题： （ １ ） 蛋白质的合成是受基因控制的， 因此 获得能够控制合成 “可以保存的干扰 素” 的基因是生产的关键， 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”： ① ； ② ； ③ ； ④ 。 （ ２ ） 基因工程和蛋白质工程相比较， 基因 工程在原则上只能生产 的蛋 白质， 不一定符合 需要。 而 蛋白质工程是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 或 ， 对现有蛋 白质进行 或制造一种新的蛋 白质， 以满足人类的生产和生活需要。 （ ３ ） 蛋白质工程实施的难度很大， 原因是 蛋白质具有十分复杂的 结构。 DNA mRNA 52 参考答案与解析 第 4节 蛋白质工程的原理和应用 学习手册 知识梳理 1. 结构规律 生物功能 改造 合成 改造 生产 和生活 基因工程 2. （ 1 ） 另一种生物体内 蛋白质 新的性状 （ 2 ） 已存在 3. 功能 结构 4. （ 1 ） ① 蛋白质 ② 多肽链 ③mRNA ④ 目的 基因 （ 2 ） A. 氨基酸序列 B. 脱氧核苷酸序列 （基因 ） 合成新的基因 C. 转录 D. 翻译 教材拓展 提示： 蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结 构， 而这种高级结构往往十分复杂。 要点精析 变式训练 1 D 变式训练 2 A 练习手册 基础练习 １. Ｂ 【解析】 由题意可知， 干扰素分子的改造只需 要一个氨基酸的替换， 不必合成新基因， 改造基因比较 容易， Ａ 错误； 由分析可知中， 蛋白质工程的目的是改 造蛋白质， 但其方法是通过改造或合成基因来实现的， Ｂ 正确； 若直接改造 ｍＲＮＡ ， 可获得改造后的蛋白质， 但不能遗传不能复制， Ｃ 错误； 干扰素属于糖蛋白， 若 直接对其进行氨基酸的替换， 可能会导致干扰素的结构 和功能丧失， Ｄ 错误。 ２. Ａ 【解析】 检测 Ａ １ 活性时应先将 Ａ １ 与底物分别 置于高温环境， 保温一段时间再混合， Ａ 错误； 分析题 意可知， 和 Ａ ０ 相比， Ａ １ 不仅仅是氨基酸的序列不同， 同时还增加了一个二硫键， 导致空间结构也有差异， Ｂ 正确； 据分析可知， 科学家利用蛋白质工程技术， 对编 码 Ｔ ４ 溶菌酶的基因进行改造， 从而实现氨基酸替换和 二硫键的形成， Ｃ 正确； 获得 Ａ １ 的过程需要对基因进 行改造， 进而表达出不一样的蛋白质， 该过程涉及转录 和翻译， Ｄ 正确。 ３. Ｄ 【解析】 分析蛋白质的三维结构是蛋白质工程 的准备工作， 与题意不符， Ａ 错误； 研究蛋白质的氨基 酸组成是为了设计或改造相关基因， 这不是蛋白质工程 的最终目的， Ｂ 错误； 获取编码蛋白质的基因序列信息 实现了对基因的修饰或合成过程， 但不是蛋白质工程的 最终目的， Ｃ 错误； 改造现有蛋白质或制造新的蛋白 质， 从而满足人类的需求， 实现对蛋白质的定向改造， 这是蛋白质工程的最终目标， Ｄ 正确。 ４. Ｄ 【解析】 蛋白质工程的直接操作对象是基因， 蛋白质工程最终是通过基因修饰或基因合成来实现的， 用到限制酶和 ＤＮＡ 连接酶， Ａ 、 Ｃ 错误； 蛋白质工程可 以产生自然界中不存在的蛋白质， 能制造新的蛋白质， Ｂ 错误； 蛋白质工程应先预期其功能后再设计蛋白质的 结构， Ｔ４ 溶菌酶中引入二硫键提高了它的热稳定性 ， 改变了蛋白质的空间结构， 是蛋白质工程应用的体现， Ｄ 正确。 ５. Ｂ 【解析】 ① 将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组， 肠乳糖酶基因表达产物是乳糖酶， 可分解乳糖， 使乳糖 含量降低， 正确； ② 人生长激素基因工程菌产生的生长 激素属于该工程菌的次生代谢物， 错误； ③ 蛋白质工程 本质上属于基因工程的延伸， 基因工程和蛋白质工程都 需要在分子水平对基因进行操作， 正确； ④ 蛋白质工程 是在深入了解蛋白质分子的结构与功能关系的基础上进 行的， 它最终要达到的目的是改造现有蛋白质或制造新 的蛋白质， 满足人类的需求， 错误。 Ｂ 正确。 ６. Ｃ 【解析】 蛋白质工程从属于基因工程， 蛋白质 工程是第二代基因工程， Ａ 正确； 蛋白质工程的过程为 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）， 实施 蛋白质工程的基本途径必须从预期蛋白质功能出发， Ｂ 正确； 蛋白质工程不是对蛋白质分子的直接改造， 而是 通过修改基因或创造合成新基因来改变生物的遗传和表 达性状， 合成新的蛋白质， Ｃ 错误； 蛋白质工程的实质 是定向改造或生产人类所需蛋白质， 故蛋白质工程可以 获得满足人类生产和生活需求的蛋白质， Ｄ 正确。 ７. Ｄ 【解析】 ④ 过程是根据蛋白质的结构推测相应 的氨基酸序列， 进而通过 ⑤ 过程推测应有的基因序列， 进而合成相关的基因， 即代表蛋白质工程操作思路的过 程是 ④⑤ ， Ａ 正确； 图中 ① 代表转录， ② 代表翻译， 显 35 高中生物选择性必修 3 （人教版） 然， 属于中心法则内容的是 ①② ， Ｂ 正确； 根据蛋白质 的设计思路可知， 图中 ① 代表转录， ② 代表翻译， ④ 代 表分子设计， ⑤ 代表 ＤＮＡ 合成， Ｃ 正确； 蛋白质工程 的目的是对蛋白质的结构进行分子设计， 通过基因合成 或修饰实现， Ｄ 错误。 ８. Ａ 【解析】 结合分析可知， 为了提高该酶的热稳 定性， 可以采用蛋白质工程技术通过改造控制该酶合成 的基因， 来替换此酶中的少数氨基酸， 以改善其功能， Ａ 符合题意。 提升练习 １. ＡＢＤ 【解析】 Ｓ 蛋白的抗体能与 Ｓ 蛋白 ＲＢＤ 特 异性结合， 而根据题干可知： ＬＣＢ１ 可与 Ｓ 蛋白 ＲＢＤ 紧 密结合， 说明 ＬＣＢ１ 可能与 Ｓ 蛋白的抗体在结构上类 似 ， Ａ 正确 ； 由于 ＬＣＢ１ 可与 Ｓ 蛋白 ＲＢＤ 紧密结合 ， 故 ＬＣＢ１ 可依据 Ｓ 蛋白的 ＲＢＤ 结构进行设计， Ｂ 正确； 由题干信息分析可知， 新冠病毒是通过其表面的 Ｓ 蛋白 的 ＲＢＤ 与人体细胞表面的 ＡＣＥ２ 受体相互作用； 而人 工合成的 ＬＣＢ１ 可识别并紧密结合 Ｓ 蛋白的 ＲＢＤ ， 阻止 Ｓ 蛋白的 ＲＢＤ 与 ＡＣＥ２ 受体结合， 由此说明 ＬＣＢ１ 可能 与 ＡＣＥ２ 受体的某些区域结构类似， Ｃ 错误； 可用蛋白 质工程进行 ＬＣＢ１ 的设计和生产， 而蛋白质工程是建立 在基因工程的基础之上的， 因此生产 ＬＣＢ１ 用到了基因 工程的操作技术， Ｄ 正确。 ２. ＢＣ 【解析】 人体中的浆细胞不能识别抗原， Ａ 错 误； 注射疫苗后， 人体产生特异性免疫反应， 并产生相 应记忆细胞， 保持对抗原的记忆， Ｂ 正确； 基因的表达 产物是蛋白质， 其他生物的蛋白质可成为人体的抗原， Ｃ 正确； 基因疫苗的本质是 ＤＮＡ 或 ＲＮＡ ， 不是蛋白质， Ｄ 错误。 ３. ＡＣＤ 【解析】 图中 ① 表示从预期的蛋白质功能出 发， 设计预期的蛋白质结构， 这目前是蛋白质工程难度 最大的环节， Ａ 正确； ④ 是转录过程， ⑤ 是翻译过程， 这两个过程的原料依次是核糖核苷酸和氨基酸 ， Ｂ 错 误； 若使 ③ 设计的基因能表达和发挥作用， 必须在基因 的两端添加调控序列 ， 如启动子和终止子 ， Ｃ 正确 ； 通过蛋白质工程可以获得自然界不存在的蛋白质 ， Ｄ 正确。 ４. ＢＣＤ 【解析】 蛋白质工程能通过基因修饰或基因 合成， 定向对现有蛋白质分子的结构进行改造， 使之更 加符合人类需要， Ａ 正确； 蛋白质工程的实质是通过改 变基因的结构达到改变蛋白质功能的目的， Ｂ 错误； 当 前限制蛋白质工程发展的关键因素是对蛋白质的高级结 构了解不够， Ｃ 错误； 蛋白质工程技术中的操作对象是 控制蛋白质合成的基因， Ｄ 错误。 ５. （ １ ） ① 预期蛋白质的功能 ② 预期的蛋白质结构 ③ 应有的氨基酸序列 ④ 相应的脱氧核苷酸序列 （基 因） 或合成新基因 （ ２ ） 自然界已存在 人类生产和生活 基因修饰 基因合成 改造 （ ３ ） 高级 【解析】 （ １ ） 由蛋白质工程的基本途径可知图中的 ① 为预期蛋白质的功能； ② 为设计预期的蛋白质结构； ③ 为推测应有的氨基酸序列； ④ 为找到相应的脱氧核苷 酸序列 （基因） 或合成新基因。 （ ２ ） 基因工程和蛋白质工程相比较， 基因工程将一 种生物已有的基因转移到另一种生物中， 在原则上只能 生产自然界中存在的蛋白质， 且不一定符合人类生产生 活需要。 而蛋白质工程是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， 通过基因的修饰或基因合 成， 对现有蛋白质进行改造， 或制造一种新的蛋白质， 以满足人类的生产和生活需要。 蛋白质工程实质上也是 对基因进行操作， 因而蛋白质工程又被称为 “第二代基 因工程”。 （ ３ ） 蛋白质工程实施的难度很大， 原因是蛋白质具 有十分复杂的高级结构， 而且蛋白质的功能也具有多 样性。 第 3章 章末测试 １. Ｄ 【解析】 本题考查生物反应器。 生物反应器是 利用生物体所具有的生物功能， 在体外或体内通过生化 反应或生物自身的代谢获得目标产物的装置系统、 细 胞、 组织器官等。 科学家利用转基因山羊， 生产血清蛋 白， 既可以大量生产， 又方便了蛋白的提取。 人体成熟 的红细胞细胞核退化消失， 细胞中无 ＤＮＡ ， 无基因， Ａ 错误； 由于膀胱上皮细胞没有全能性， 应选用受精卵作 为目的基因的受体细胞， 以培育得到转基因羊 ， Ｂ 错 误； 由于体细胞都是有丝分裂而来， 遗传物质没有改 变， 因此人体所有体细胞均含有血清白蛋白基因 （红细 36