第3章 第4节 蛋白质工程的原理和应用-【金版教程】2024-2025学年高中生物必修3 生物技术与工程 作业与测评word（人教版2019 单选版）

第4节　蛋白质工程的原理和应用 知识点一　蛋白质工程概念和崛起的缘由 1．蛋白质工程崛起的缘由是(　　) A．天然蛋白质使生物适应环境 B．天然蛋白质均为自然界已经存在的种类 C．天然蛋白质不能够完全满足人类生产、生活的需要 D．天然蛋白质的结构和种类是长期自然选择的结果 答案　C 解析　天然蛋白质均为自然界已经存在的种类，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要，这是蛋白质工程崛起的缘由。 知识点二　蛋白质工程的基本原理 2．科学家为提高玉米中赖氨酸的含量，计划将天冬氨酸激酶中第352位的苏氨酸变为异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺变为异亮氨酸，下列说法中正确的是(　　) 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．对天冬氨酸激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．经改造后的玉米赖氨酸含量提高这一性状不可遗传 答案　B 解析　蛋白质工程和基因工程的操作对象都是基因，A错误；基因指导蛋白质的合成，蛋白质工程以基因工程为基础，即对天冬氨酸激酶(本质是蛋白质)的改造需要以基因工程为基础，B正确；蛋白质工程的操作对象是基因，故需要酶和载体作为工具，C错误；由题意可知，对天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶进行了基因改造，其遗传物质发生改变，故经改造后的玉米赖氨酸含量提高这一性状是可以遗传的，D错误。 3．人们发现，蛛丝蛋白比蚕丝蛋白更细，但强度却更大，于是有人试图通过破解蛛丝蛋白的结构从而推出其基因结构，以指导对蚕丝蛋白基因的修改，从而让蚕也吐出像蛛丝一样坚韧的丝，此过程的名称和依据的原理分别是(　　) 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→DNA→RNA→蛋白质 答案　D 解析　通过修改已知蛋白的基因，从而创造出全新蛋白质的过程属于蛋白质工程，其原理是：蛋白质→DNA→RNA→蛋白质。 4．科研人员以β­甘露葡萄糖酶为核心研究材料，在其N端找到了两个关键的氨基酸位点，将这两个位点的组氨酸和脯氨酸分别替换为酪氨酸后，其热稳定性得到了显著提高。下列说法正确的是(　　) A．细胞内合成改造后的高热稳定性蛋白质的过程不遵循中心法则 B．替换蛋白质中的氨基酸实际可通过改造基因中的碱基序列实现 C．在分子水平上，可利用PCR等技术检测细胞内是否合成新的目的蛋白质 D．制备过程中应先获得目标蛋白质的三维结构，再预期其生物学功能 答案　B 解析　细胞内蛋白质的合成过程都遵循中心法则，A错误；蛋白质是DNA经过转录、翻译得到的，所以替换蛋白质中的氨基酸实际可通过改造基因中的碱基序列实现，B正确；PCR等技术能检测目的基因是否导入细胞或是否转录，检测细胞内是否合成新的蛋白质可使用抗原—抗体杂交法，C错误；蛋白质的结构进行设计改造要先预期目标蛋白质的生物学功能，再设计获得该蛋白质的三维结构，D错误。 知识点三　蛋白质工程的应用 5．下列关于蛋白质工程应用的叙述，正确的是(　　) A．科学家对相关酶进行改造的过程中，需要合成全新的基因 B．利用蛋白质工程才能从大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素 C．使干扰素在适宜的条件下可以大量自我复制 D．蛋白质工程可以对胰岛素基因进行改造，从而得到速效胰岛素类似物 答案　D 解析　科学家对相关酶进行改造的过程中，不需要合成全新的基因，而是对原有基因进行必要的改造，A错误；从大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素利用的是基因工程，B错误；干扰素的本质是蛋白质，不能自我复制，C错误。 6．蛋白质工程在实施中遇到的最大的难题是(　　) A．生产的蛋白质无法应用 B．发展前景太窄 C．对大多数蛋白质的高级结构不清楚 D．无法人工合成目的基因 答案　C 解析　蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，这种高级结构十分复杂，而很多蛋白质的空间结构是人们目前还不清楚的，所以蛋白质工程仍需要经历艰辛的探索，C正确。 7．下列关于蛋白质工程和基因工程的比较，不合理的是(　　) A．蛋白质工程和基因工程都是分子水平的操作 B．蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成 C．基因工程遵循中心法则，蛋白质工程完全不遵循中心法则 D．基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的 答案　C 解析　蛋白质工程和基因工程都属于分子水平的操作；蛋白质工程的基本途径是根据中心法则反推出来的，而且最后还要根据中心法则生产出蛋白质。 8．人体内的t­PA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t­PA会诱发颅内出血，其原因在于t­PA与血纤维蛋白结合的特异性不高。研究证实，通过某技术，将t­PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，可制造出性能优异的改良t­PA蛋白，进而显著降低出血。下列相关叙述错误的是(　　) A．该技术的关键是了解t­PA蛋白质分子的结构 B．该技术生产改良t­PA蛋白的过程遵循中心法则 C．该技术是在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 答案　C 解析　将t­PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸需要采用蛋白质工程技术，该技术的关键是了解t­PA蛋白质分子的结构，A正确；该技术是在分子水平上通过改造基因来改造蛋白质的，C错误；该技术进行了基因改造，构建出了一种自然界中原先不存在的全新的基因，D正确。 9．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，在一定条件下可以延长保存时间，给广大患者带来福音。 (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，依据蛋白质工程的原理，设计实验流程，让动物生产“可以保存的干扰素”：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (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，不一定能满足______________的需要。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的需求。 (3)对天然蛋白质进行改造，应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？______________________。原因是__________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 答案　(1)从预期的蛋白质功能出发预期的蛋白质结构应有的氨基酸序列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列或合成新的基因所需要的蛋白质 (2)自然界已存在　人类生产和生活　改造　合成基因　改造 (3)应该通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造　首先，任何一种蛋白质都是由基因编码的，改造了基因也就是对相应蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以通过改造过的基因遗传下去。如果直接对蛋白质进行改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子也无法遗传；其次，对基因进行改造要比直接对蛋白质进行改造容易操作，难度也小得多 10．人胰岛素由A链和B链构成，其中B链的第20～29位氨基酸是胰岛素分子间相互作用形成多聚体的关键区域。丹麦科学家将B28位脯氨酸替换为天冬氨酸，从而有效抑制了胰岛素分子间的聚合，由此研发出速效胰岛素类似物，并已经在临床上广泛应用。回答下列相关问题： (1)蛋白质工程是指以____________________________________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要。 (2)蛋白质工程的基本思路如下图所示，物质a是________；在制备速效胰岛素类似物时可能出现物质b不同但合成的速效胰岛素类似物空间构象相同的现象，原因是____________________________________________________________________。 (3)若要比较蛋白质工程改造后的速效胰岛素和天然胰岛素的降血糖能力的差异，简要写出实验设计思路：___________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 答案　(1)蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系 (2)多肽链　密码子具有简并性，使不同mRNA翻译出来的氨基酸序列相同 (3)将生理状况相同的糖尿病小鼠均分为三组，编号为A、B、C，分别腹腔注射等量的蛋白质工程改造后的速效胰岛素、天然胰岛素和生理盐水，一段时间后检测三组小鼠的血糖情况 解析　(2)蛋白质工程的基本途径是：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→找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)，据此推测，图中的a是多肽链；由于密码子的简并性，即一种氨基酸可能由一个或多个密码子决定，故在制备速效胰岛素类似物时可能出现物质b mRNA不同但合成的速效胰岛素类似物空间构象相同的现象。 (3)若要比较蛋白质工程改造后的速效胰岛素和天然胰岛素的降血糖能力的差异，可以以两种物质作为自变量，分别检测它们的降血糖能力(因变量)，故实验设计思路为：将生理状况相同的糖尿病小鼠均分为三组，编号为A、B、C，分别腹腔注射等量的蛋白质工程改造后的速效胰岛素、天然胰岛素和生理盐水，一段时间后检测三组小鼠的血糖情况。 5 学科网（北京）股份有限公司 $$