3.4 蛋白质工程的原理和应用课后习题-2023-2024学年高二下学期生物人教版选择性必修3

蛋白质工程的原理和应用 一、选择题 1．从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是（　　） A.合成编码目的肽的DNA片段 B．构建含目的肽DNA片段的表达载体 C．依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽 D．筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽 2．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 3．人体内的t－PA蛋白能高效降解由血纤维蛋白凝聚而成的血栓，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，其原因在于t－PA与血纤维蛋白结合的特异性不高。研究证实，通过某技术，将t－PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，可制造出性能优异的改良t－PA蛋白，进而显著降低出血副作用。下列相关叙述中错误的是（　　） A．该技术的关键工作是了解t－PA蛋白质分子结构 B．该技术生产改良t－PA蛋白的过程遵循中心法则 C．该技术是在蛋白质分子水平上直接改造蛋白质的 D．该技术构建出了一种自然界中原先不存在的全新的基因 4．（不定项选择）蛋白质工程是指根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计、生产的过程。下面是蛋白质工程的基本途径，据图分析下列叙述正确的是（　　） ABC―→D―→生产相应蛋白 A．过程A所需原料是脱氧核苷酸，过程B所需原料是氨基酸 B．参与C过程的细胞器有核糖体、内质网、高尔基体、线粒体等 C．D过程主要依据每种氨基酸都有其对应的密码子 D．通过蛋白质工程可以获得人类需要的蛋白质 5．科学家将胰岛素的第28和29位的氨基酸调换顺序，成功获得了速效胰岛素，生产速效胰岛素时需要定向改造的对象是（　　） A．胰岛素B．胰岛素mRNA C．胰岛素基因D．胰岛B细胞 6．科学家将β－干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达，使干扰素第十七位的半胱氨酸，改变成丝氨酸，结果大大提高了β－干扰素的抗病活性，并且提高了储存稳定性。该生物技术为（　　） A．基因工程B．蛋白质工程 C．基因突变D．细胞工程 7．合成天然不存在的蛋白质应首先设计（　　） A．基因结构B．RNA结构 C．氨基酸序列D．蛋白质结构 8．下列哪项不是蛋白质工程的研究内容（　　） A．分析蛋白质分子的精细结构 B．对蛋白质进行有目的的改造 C．分析氨基酸的化学组成 D．按照人的意愿将天然蛋白质改造成新的蛋白质 9．下列关于蛋白质工程的叙述，不正确的是（　　） A．可以根据人类的需要，设计并制造出自然界不存在的全新蛋白质 B．可以根据功能的需要替代蛋白质中的某一个肽链片段或一个特定的结构区域 C．可以通过基因工程间接地改造蛋白质中特定的一个或几个氨基酸 D．可以通过人工化学合成的方法直接对蛋白质的氨基酸进行改造 10．下列关于蛋白质工程应用的叙述不正确的是　　（　　） A．蛋白质工程可以改造酶的结构，提高酶的热稳定性 B．通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性 C．利用蛋白质工程可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素 D．蛋白质工程可以对胰岛素进行改造和修饰，合成速效型胰岛素制剂 11．蛛丝的强度和柔韧度得益于蛛丝蛋白的特殊布局，使它产生了一个由坚硬的结晶区和非结晶区构成的混合区域。有人试图通过破解蛛丝蛋白的结构从而推测出其相应的基因结构，以指导对蚕丝蛋白的修改，从而让蚕也吐出像蛛丝蛋白一样坚韧的丝。此过程运用的技术及流程分别是（　　） A．基因突变；DNA→RNA→蛋白质 B．基因工程；RNA→RNA→蛋白质 C．基因工程；DNA→RNA→蛋白质 D．蛋白质工程；蛋白质→RNA→DNA→RNA→蛋白质 12．（不定项选择）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 13．阅读如下材料： 材料甲：科学家将牛生长激素基因导入小鼠受精卵内，得到了体型巨大的“超级小鼠”；科学家采用农杆菌转化法培育出转基因烟草。 材料乙：T4溶菌酶在温度较高时易失去活性，科学家对编码T4溶菌酶的基因进行改造，使其表达的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，提高了T4溶菌酶的耐热性。 材料丙：兔甲和兔乙是同一物种的两个雌性个体，科学家将兔甲受精卵发育成的胚胎移植到兔乙的体内，成功产出兔甲的后代，证实了同一物种的胚胎可在不同个体的体内发育。 回答下列问题： （1）材料甲属于基因工程的范畴。将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用　　　　法。在培育转基因植物时，常用农杆菌转化法，农杆菌的作用是感染植物，将　　　　转移到受体细胞中。 （2）材料乙属于　　　　工程范畴。该工程是指以分子生物学相关理论为基础，通过基因修饰或基因合成，对　　　　进行改造，或制造一种　　　　的技术。在该实例中，引起T4溶菌酶空间结构改变的原因是组成该酶肽链的　　　　序列发生了改变。 （3）材料丙属于胚胎工程的范畴。胚胎移植是指将获得的早期胚胎移植到　　　　种的、生理状况相同的另一个雌性动物体内，使之继续发育成新个体的技术。在材料丙的实例中，兔甲称为　　　　体。 14．烟草是我国重要的经济作物，其栽培容易受到气候、土壤等诸多生态因子的强烈制约，因而烟草的栽培区域受到限制。土壤中的盐分是制约烟草生长的重要因素，它不仅造成烟草产量和品质降低，同时还使土壤板结。某科研团队为获得抗逆性强的耐盐烟草品种，将抗盐基因H与质粒重组，再借助农杆菌导入烟草细胞中。叶绿体是植物基因工程的理想受体，将外源基因整合到叶绿体DNA中往往能够获得高效表达，由此发展出叶绿体基因工程。回答下列有关问题： （1）基因工程的核心是构建基因表达载体，质粒作为基因工程的工具，应具备的基本条件有　　　　　　　　　　　　　　　（答出2点即可）。而作为目的基因的表达载体，除满足上述基本条件外，还需要有启动子和终止子，其中启动子的作用是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 （2）检测目的基因是否成功导入受体细胞的叶绿体时，实验组以待测的样本DNA为模板，使用目的基因的特异性引物进行PCR技术扩增，利用PCR技术扩增的前提条件是：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 原理是：　　　　　　　　　　　　　　　　。扩增过程中为什么需要加引物？ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 （3）转入叶绿体中的基因　　　　（填“会”或“不会”）随花粉传递给子代，理由是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 （4）若要获得抗盐能力更强的抗盐基因，可以对基因H进行改造，最终得到相应的蛋白质，该过程可以通过蛋白质工程完成，该过程的基本思路是：①　　　　　　　　　　　　、②设计耐盐蛋白质的结构、③　　　　　　　　　　　　、④找到对应的基因序列。 15．我国研制的重组新冠疫苗目前已在全世界广泛应用。重组新冠疫苗的制备流程如下图。 回答下列问题。 （1）图中的S蛋白基因　　　　（填“有”或“无”）启动子，图中Ad5的作用是作　　　　，它应具有的特点是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________（答出3点）。 （2）基因工程中步骤④的目的是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 （3）重组疫苗注入人体的作用是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________，以对抗新型冠状病毒的入侵。 （4）新冠疫苗也可能通过蛋白质工程来生产。蛋白质工程是在　　　　的基础上发展起来的，通过　　　　制造一种新的蛋白质，或通过　　　　对现有蛋白质进行改造，以满足人类的需求。 参考答案 1．解析：该工程属于蛋白质工程，已经获得该目的基因片段，不需要合成编码目的肽的DNA片段；需要构建含目的肽的DNA片段的表达载体，但这不是第一步；蛋白质工程的第一步是根据蛋白质的功能，设计P1氨基酸序列，从而推出其基因序列；该基因表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1，目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，而目的多肽是抗菌性强但溶血性弱，所以必须对其改造，保持其抗菌性强，抑制其溶血性。 答案：C 2．解析：要想使蛋白酶热稳定性有所提高，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。 答案：A 3．解析：将t－PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸需要采用蛋白质工程技术，该技术的关键工作是了解t－PA蛋白质分子结构，A正确；该技术生产改良t－PA蛋白的过程遵循中心法则，B正确；该技术是在基因分子水平上通过改造基因来实现对蛋白质的改造，C错误；该技术中进行了基因修饰或基因合成，可以构建出了一种自然界中原先不存在的全新的基因，D正确。 答案：C 4．解析：据图分析可知，过程A是预期蛋白质的功能，过程B是设计预期蛋白质的结构，因此A、B过程均不需要原料，A错误；图中C过程只是推测应有的氨基酸序列，因此不需要核糖体、内质网、高尔基体、线粒体等参与，B错误；D过程是推测相应基因中脱氧核苷酸序列，然后改造或合成目的基因，根据氨基酸与mRNA中密码子的对应关系，先推测出mRNA中的碱基序列，再根据碱基互补配对的原则推测出相应基因中的脱氧核苷酸序列，C正确；蛋白质工程的目的就是通过对基因的改造或者合成新的基因，从而获得人类需要的蛋白质，D正确。 答案：CD 5．解析：蛋白质工程是以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活需求。因此生产速效胰岛素时需要定向改造的对象是胰岛素基因。综上，C正确，A、B、D错误。 答案：C 6．解析：基因工程是将符合人们要求的目的基因导入适宜的生物体内，使其高效表达，从中提取人们所需的蛋白质，或表现出某种性状，蛋白质产品仍然是天然存在的蛋白质。蛋白质工程是对控制蛋白质合成的基因进行改造，从而实现对相应蛋白质的改变，所得到的蛋白质已不是天然存在的蛋白质。题干中的操作涉及的基因显然不再是原来的基因，其合成的β－干扰素也不是天然的β－干扰素，而是经过人工改造的、符合人类需求的蛋白质，因而该生物技术为蛋白质工程。 答案：B 7．解析：合成天然不存在的蛋白质属于蛋白质工程。实施蛋白质工程的前提是了解蛋白质的结构与功能的关系，首先要从设计蛋白质的结构入手，然后再根据基因工程的方法通过基因修饰或基因合成，合成相应的蛋白质，从而实现对蛋白质的改造。 答案：D 8．解析：蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构和生物活性之间的关系，按照人的意愿改造蛋白质分子，形成自然界不存在的蛋白质分子。为了改造某种蛋白质分子，必须对其精细结构进行分析，但不包括对组成蛋白质的氨基酸的化学组成的分析。 答案：C 9．解析：蛋白质工程是在原有蛋白质的基础上，根据人们的需求对蛋白质分子作出的定向的改造，可以设计并制造出自然界不存在的全新蛋白质，A正确；蛋白质工程可以根据功能的需要替代蛋白质中的某一个肽链片段或一个特定的结构区域，B正确；可以通过基因工程有目的地改造蛋白质中特定的一个或几个氨基酸，以获得人类所需要的目的蛋白质，C正确；蛋白质工程属于第二代基因工程，不能通过人工化学合成的方法直接对蛋白质的氨基酸进行改造，D错误。 答案：D 10．解析：蛋白质工程是依据人们设计的蛋白质分子的结构来改造基因，进而控制合成新的蛋白质或改变自然界中的蛋白质，而在大肠杆菌中生产人胰岛素利用基因工程技术便可达到。 答案：C 11．解析：根据题干信息“通过破解蛛丝蛋白的结构从而推测出其相应的基因结构，以指导对蚕丝蛋白的修改，从而让蚕也吐出像蛛丝蛋白一样坚韧的丝”可知，该工程运用的技术是蛋白质工程，操作的流程是蛋白质→RNA→DNA→RNA→蛋白质。D正确。 答案：D 12．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。 答案：BCD 13．解析：本题考查了基因工程、蛋白质工程、胚胎工程的基本技术，并且深入考查了相关基础知识，要求考生能够构建一定的知识网络。基因工程是考查的重点知识，与细胞工程、胚胎工程等现代生物技术都有一定联系。复习时可以建立知识框架，帮助记忆和理解。(1)将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用显微注射法。构建基因表达载体常用的工具酶有限制性内切核酸酶和DNA连接酶。在培育转基因植物时，常用农杆菌转化法，使用农杆菌的原因是农杆菌可感染植物，农杆菌的作用是将目的基因转移到受体细胞中。(2)材料乙属于蛋白质工程范畴。该工程是指以分子生物学相关理论为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新蛋白质的技术。在该实例中，引起T4溶菌酶空间结构改变的原因是组成该酶肽链的氨基酸序列发生了改变。(3)胚胎移植是指将获得的早期胚胎移植到同种的、生理状况相同的另一个雌性动物体内，使之继续发育成新个体的技术。在材料丙的实例中，兔甲称为供体，兔乙称为受体。 答案：(1)显微注射法　目的基因 (2)蛋白质　现有蛋白质　新蛋白质　氨基酸 (3)同　供 14．解析：(1)基因工程的核心是构建基因表达载体，质粒作为基因工程的工具，应具备的基本条件有稳定并能自我复制或整合到染色体的DNA上；有一个至多个限制酶切割位点；具有特殊的标记基因；对受体细胞无毒害作用等。启动子的作用是驱动目的基因转录。(2)检测目的基因是否成功导入受体细胞的叶绿体时，实验组以待测的样本DNA为模板，使用目的基因的特异性引物进行PCR技术扩增，利用PCR技术扩增的前提条件是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物。原理是DNA半保留复制。扩增过程中DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从3′端延伸DNA链。(3)因为叶绿体中的基因遗传为细胞质遗传，而花粉作为父本，因此不会随花粉遗传给后代。(4)蛋白质工程的基本思路是①预期耐盐蛋白质的功能、②设计耐盐蛋白质的结构、③推测应有的氨基酸序列、④找到对应的基因序列。 答案：(1)稳定并能自我复制或整合到染色体的DNA上　有一个至多个限制酶切割位点　具有特殊的标记基因　对受体细胞无毒害作用(答出2点即可)　驱动目的基因转录 (2)要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物　DNA半保留复制　DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从3′端延伸DNA链(答案合理即可) (3)不会　因为叶绿体中的基因遗传为细胞质遗传，而花粉作为父本，因此不能随花粉遗传给后代 (4)①预期耐盐蛋白质的功能　③推测应有的氨基酸序列 15．解析：(1)图中的S蛋白基因是由cDNA文库中提取的，cDNA是通过RNA逆转录形成的，无启动子，图中Ad5的作用是作载体，载体具有的特点：能自我复制，有一个或多个限制酶切位点，有标记基因，对受体细胞无害。(2)步骤④是构建基因表达载体，其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。(3)重组疫苗注入人体的作用是刺激机体产生相应的抗体和记忆细胞，当新型冠状病毒侵入机体时，可刺激记忆细胞迅速增殖分化形成浆细胞，浆细胞产生大量抗体，抗体可与新型冠状病毒结合，阻止其在体内的传播。(4)蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，通过基因合成，合成一种新基因、控制形成一种新的蛋白质，或通过基因修饰对目的基因进行修饰，从而达到对蛋白质进行改造，以满足人类的需求。 答案：(1)无　载体　能自我复制，有一个或多个限制酶切位点，有标记基因，对受体细胞无害　(2)使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用　(3)刺激机体产生相应的抗体和记忆细胞　(4)基因工程　基因合成　基因修饰 学科网（北京）股份有限公司 $$