课时作业16 蛋白质工程的原理和应用（Word练习）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中生物学选择性必修第三册（人教版2024）

课时作业(十六)　蛋白质工程的原理和应用 题组一　蛋白质工程 1．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地改造 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 答案　C 解析　蛋白质工程就是指根据蛋白质分子的结构规律及其与生物功能之间的关系，按照人的意愿改造蛋白质分子，合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进行分析。 2．在设计合成自然界中不存在的蛋白质时，首先应该设计(　D　) A．基因结构 B． mRNA结构 C．氨基酸序列 D．蛋白质结构 3．蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改造，必须通过改造或合成基因来完成，而不直接改造蛋白质的原因是(　　) A．缺乏改造蛋白质所必需的工具酶 B．改造基因易于操作且改造后能够遗传 C．人类对大多数蛋白质高级结构知之甚少 D．蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化，操作难度大 答案　B 解析　由于基因控制蛋白质的合成，所以对蛋白质设计改造可通过对基因进行改造或合成来完成，且改造后的基因能够遗传给子代。 4．(教材P96“联系与应用”)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 答案　D 解析　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的，D项正确。 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 答案　C 解析　对天然蛋白质进行改造，是通过对基因的操作来实现的。 6．下列有关蛋白质工程的说法不正确的是(　　) A．蛋白质工程需构建基因表达载体 B．通过蛋白质工程改造后的蛋白质不再是天然的蛋白质 C．蛋白质工程需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶 D．蛋白质工程是在蛋白质分子水平上改造蛋白质的 答案　D 解析　蛋白质工程需对编码蛋白质的基因进行有目的地设计和改造，需构建基因表达载体，A项正确；蛋白质工程通过基因的改造或基因的合成，对现有的基因进行改造或制造一种新的蛋白质，改造后的蛋白质有的不再是天然的蛋白质，B项正确；蛋白质工程需对编码蛋白质的基因进行有目的的设计和改造，需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶，C项正确；蛋白质工程是通过基因的改造或基因的合成，对现有的基因进行改造或制造一种新的蛋白质，是在基因水平上改造蛋白质的，D项错误。 7．蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时，主要包括(　　) ①进行少数氨基酸的替换　②对不同来源的蛋白质进行拼接　③从氨基酸的排列顺序出发设计全新的蛋白质　④直接改变蛋白质的空间结构 A．①② B．①②③ C．②③④ D．①②④ 答案　B 解析　蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时，不能直接改变蛋白质的空间结构，但是能进行少数氨基酸的替换，能对不同来源的蛋白质进行拼接，能够从氨基酸的排列顺序出发设计全新的蛋白质。 题组二　蛋白质工程与基因工程的比较 8．下列关于蛋白质工程的叙述，不正确的是(　　) A．蛋白质工程的基础是基因工程 B．蛋白质工程遵循的原理包括中心法则 C．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构 D．蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子 答案　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项正确；蛋白质工程遵循的原理包括中心法则，B项正确；蛋白质工程是在分子水平上对基因直接进行操作，进而改变蛋白质的分子结构，C项错误；蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子，D项正确。 9．基因工程与蛋白质工程的区别是(　　) A．基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程不对基因进行操作 B．基因工程合成自然界已存在的蛋白质，蛋白质工程可以合成自然界不存在的蛋白质 C．基因工程是分子水平操作，蛋白质工程是细胞水平(或性状水平)的操作 D．基因工程完全不同于蛋白质工程 答案　B 解析　基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程是通过改造基因或基因合成来改变生物的性状，进而合成新的蛋白质，可见两者都需要对基因进行操作，A项错误；基因工程是将一种生物的基因转移到另一种生物体内，实现对目标生物的定向改造，但只能生产自然界已存在的蛋白质；而蛋白质工程是通过基因改造或基因合成来改变生物的性状，进而合成自然界不存在的蛋白质，B项正确；基因工程是分子水平操作，蛋白质工程也是分子水平操作，C项错误；基因工程是蛋白质工程的关键技术，故蛋白质工程又被称为第二代基因工程，D项错误。 10．下列关于蛋白质工程的叙述，正确的是(　　) A．通过对基因结构的定点改造实现对玉米中赖氨酸合成过程中的关键酶结构的改造属于蛋白质工程 B．将人的胰岛素基因导入大肠杆菌细胞内，使大肠杆菌生产人的胰岛素的技术属于蛋白质工程 C．蛋白质工程不需要构建基因表达载体 D．通过蛋白质工程改造后的蛋白质的特性不能遗传给子代 答案　A 解析　通过对基因结构的定点改造实现对玉米中赖氨酸合成过程中的关键酶结构的改造属于蛋白质工程，A项正确；将人的胰岛素基因导入大肠杆菌细胞内，使大肠杆菌生产人的胰岛素的技术属于基因工程，B项错误；在蛋白质工程中，改造后的基因需要导入受体细胞内才能表达出相应的蛋白质，故需要构建基因表达载体，C项错误；蛋白质工程的实质是对基因进行改造，从而实现对蛋白质的改造，改造后的蛋白质的特性可遗传给子代，D项错误。 11．下列有关蛋白质工程的叙述，错误的是(　　) A．蛋白质工程是分子水平的操作，但无须构建基因表达载体 B．蛋白质工程对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质 C．蛋白质工程前景诱人，科学家通过对胰岛素的改造，已经使其成为速效型药品 D．天然蛋白质的合成过程是按照中心法则进行的，而蛋白质工程的基本途径却与之相反 答案　A 解析　蛋白质工程又被称为第二代基因工程，该过程也需构建基因表达载体，A项错误；蛋白质工程对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，B项正确；蛋白质工程前景诱人，科学家通过对胰岛素的改造，已经使其成为速效型药品，C项正确；天然蛋白质的合成过程是按照中心法则进行的，而蛋白质工程的基本途径是从蛋白质功能逆向推导DNA结构，反向于中心法则，D项正确。 12．科研人员将葡萄糖异构酶的第138位的甘氨酸替换为脯氨酸，使葡萄糖异构酶的热稳定性提高，最适反应温度提高10～12 ℃。下列有关对葡萄糖异构酶进行改造的叙述，错误的是(　　) A．该技术为蛋白质工程，为第二代基因工程 B．直接在蛋白质分子水平上对葡萄糖异构酶进行改造 C．改造前可以先预期所需蛋白质的功能，再设计预期的蛋白质结构 D．改造时需对葡萄糖异构酶基因的碱基对进行替换 答案　B 解析　通过对葡萄糖异构酶基因的改造，定向改造葡萄糖异构酶，属于蛋白质工程，蛋白质工程是第二代基因工程，A项正确；对葡萄糖异构酶进行改造，是改造葡萄糖异构酶基因，不是直接在蛋白质分子水平上进行改造，B项错误；该蛋白质工程的基本步骤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)→获得所需要的蛋白质，C项正确；改造时要将葡萄糖异构酶的第138位的甘氨酸替换为脯氨酸，因此要对葡萄糖异构酶基因的相应碱基对进行替换，D项正确。 13．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溶菌酶的第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，提高了酶的耐热性。下列相关叙述正确的是(　　) A．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 B．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 C．蛋白质工程与中心法则的流程方向一致，即DNA→mRNA→蛋白质 D．若高温等使蛋白质分子的空间结构发生改变，蛋白质的功能也会受到影响 答案　D 解析　由题意可知，T4溶菌酶耐热性提高的原因是组成该酶的肽链的氨基酸序列发生了改变，氨基酸的数目并没有改变，A项错误；由题意可知，T4溶菌酶的化学本质是蛋白质，其改造属于蛋白质工程，在自然界中绝大多数酶的本质是蛋白质，但也有少数酶的本质是RNA，化学本质是RNA的酶不能通过蛋白质工程进行改造，B项错误；蛋白质工程与中心法则的流程方向相反，其流程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，C项错误；蛋白质的结构决定其功能，蛋白质的空间结构发生改变，其功能也会受到影响，D项正确。 14．如图是某种动物蛋白质工程的示意图，请分析回答： (1)目前，蛋白质工程中难度最大的是图中编号________所示的过程，实现③过程的依据有________________________________。 (2)若相关蛋白质的核酸片段是从细胞质中获取的，则④过程包括________、________。 (3)⑤过程中对核苷酸序列有严格要求的工具酶是__________，进行⑤过程的目的是____________________________________。 解析　(1)在蛋白质工程中，根据预期蛋白质的功能设计预期蛋白质的结构是蛋白质工程的首要任务，也是难度最大的任务。过程③根据蛋白质应有的氨基酸序列推断mRNA上密码子的排列顺序，再根据逆转录中碱基互补配对原则推断DNA的碱基排列顺序。(2)从细胞质中提取的核酸片段应为mRNA，因此过程④为逆转录合成目的基因。由于经过①②③过程人工合成的目的基因与生物体内的基因不同，所以，该过程还需要诱导基因发生突变。(3)⑤过程为基因表达载体的构建，此过程中对核苷酸序列有严格要求的工具酶是限制性内切核酸酶(限制酶)。进行此过程的目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在并遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。 答案　(1)①　氨基酸对应的密码子、mRNA与DNA间的碱基互补配对原则　(2)逆转录 诱导突变　(3)限制性内切核酸酶(限制酶) 使目的基因在受体细胞中稳定存在并遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用 15．阅读如下材料： 材料甲：科学家将人的生长激素基因导入母牛的体内，待母牛进入泌乳期后，其变成了批量生产人生长激素的“乳腺生物反应器”。 材料乙：干扰素可用于治疗病毒感染和癌症，科学家将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，在一定条件下可以延长保存时间。 回答下列问题： (1)材料甲属于______工程的范畴。欲使转基因母牛仅在乳汁中含有人生长激素，需在构建基因表达载体时将人生长激素基因与牛__________________重组在一起，再将构建成功的基因表达载体导入牛的________(填细胞名称)中，常用的导入方法为________。 (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________或________，对原有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质的技术。它是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程。我们为什么要进行蛋白质工程的研究呢？____________________________________________。 解析　(1)据材料可知，材料甲属于转基因技术，为基因工程范畴。欲使转基因母牛仅在乳汁中含有人生长激素，构建基因表达载体时需要将人的生长激素基因与牛的乳腺中特异性表达基因的启动子等调控元件重组在一起，再将构建成功的基因表达载体注入牛的受精卵中，常用的导入方法是显微注射法。(2)据材料可知，材料乙中改变了蛋白质的结构，属于蛋白质工程。该工程是指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，以满足人类生产和生活的需求。而基因工程生产的蛋白质不一定完全符合人类生产和生活的需求。 答案　(1)基因　乳腺中特异性表达基因的启动子等调控元件　受精卵　显微注射技术　(2)蛋白质　基因改造　基因合成　基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，这些天然蛋白质不一定完全符合人类生产和生活的需要 学科网（北京）股份有限公司 $$