课时梯级训练(16) 蛋白质工程的原理和应用（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程（人教版2019 不定项）

课时梯级训练(16)　蛋白质工程的原理和应用 一、选择题 1．(2024·南昌高二检测)凝乳酶是奶酪生产中的关键性酶。通过蛋白质工程生产高效凝乳酶，不需要的步骤是(　　) A．蛋白质的结构设计 B．蛋白质的结构和功能分析 C．凝乳酶基因的定向改造 D．将定向改造的凝乳酶导入受体细胞 D　解析：蛋白质的结构设计、蛋白质的结构和功能分析均属于蛋白质工程的步骤；蛋白质工程通过改造或合成基因来实现对现有蛋白质的改造，或制造一种新的蛋白质；应将定向改造的凝乳酶基因导入受体细胞，而不是将定向改造的凝乳酶导入受体细胞。 2．(2024·武汉高二检测)基因疫苗是将编码外源性抗原的基因插入质粒上，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，诱导机体产生免疫反应。下列说法正确的是(　　) ①疫苗经注射进入人体后，可被人体的浆细胞识别 ②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 ③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 ④利用蛋白质工程生产的蛋白质疫苗就是基因疫苗 A．①③ B．②④ C．②③ D．③④ C　解析：浆细胞不能识别抗原，①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，②正确；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，③正确；基因通常是具有遗传效应的DNA片段，利用蛋白质工程生产的蛋白质疫苗不是基因疫苗，④错误。故选C。 3．(2024·遵义高二检测)萤火虫的荧光素酶能催化ATP 激活荧光素(DTZ)氧化发光，这一现象在生物检测和成像方面有重要的应用价值。为解决天然荧光素酶不能高效催化人工合成的荧光素发光的问题，研究人员采用蛋白质工程对其进行了改造。下列相关叙述错误的是(　　) A．根据荧光素酶与DTZ的结合位点推测合适的酶空间结构 B．提取荧光素酶的mRNA，转录合成多种荧光素酶基因 C．依据荧光素酶应有的氨基酸序列设计多种候选荧光素酶 D．将改造后的荧光素酶基因转入受体细胞表达荧光素酶 B　解析：酶分子与底物的结合与其空间结构有关，因此根据荧光素酶与DTZ的结合位点推测合适的酶空间结构，A正确；提取荧光素酶的mRNA通过逆转录合成多种荧光素酶基因，B错误；肽链经过盘曲折叠形成具有一定空间结构的蛋白质，因此可依据荧光素酶应有的氨基酸序列设计多种候选荧光素酶，C正确；将改造后的荧光素酶基因转入受体细胞，经过转录、翻译可以表达出荧光素酶，D正确。 4．为提高葡萄糖异构酶的热稳定性，将其第138位的甘氨酸替换为脯氨酸，使该酶最适反应温度提高了10～12 ℃。下列有关叙述不正确的是(　　) A．应直接将蛋白质分子的甘氨酸替换为脯氨酸 B．可通过基因改造的方法对葡萄糖异构酶进行改造 C．该技术能按照人类的需求生产出蛋白质 D．该项技术要先预期蛋白质的功能再设计预期的蛋白质结构 A　解析：为提高葡萄糖异构酶的热稳定性，将其第138位的甘氨酸替换为脯氨酸，应对葡萄糖异构酶的基因进行改造，A错误、B正确；该技术能按照人类的需求生产出新的蛋白质，C正确；该项技术要先预期蛋白质的功能再设计预期的蛋白质结构，D正确。 5．蛋白质工程可以改造生物的蛋白质，因此我们可以通过改造大熊猫体内的某些蛋白质，使大熊猫的生命活动更加适应环境。下列关于改造大熊猫体内某蛋白质的说法，错误的是(　　) A．改造后的蛋白质有可能成为一种新抗原，使大熊猫产生免疫反应，从而将其排除或产生过敏反应，因此应慎重施行 B．改造蛋白质从根本上是通过改造基因来实现的 C．改造蛋白质后的大熊猫和现在的大熊猫仍是一个物种 D．改造蛋白质后的大熊猫的后代不具有改造的蛋白质 D　解析：蛋白质工程改造的是基因，可以遗传给子代，因此改造后的大熊猫的后代也具有改造的蛋白质，D错误。 二、非选择题 6．已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中第158位的丝氨酸变成亮氨酸，第240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保留了P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题： (1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的____________________进行改造。 (2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有改造________基因或合成________基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括________________的复制以及遗传信息在不同分子之间的流动，即________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过________________________和________________________，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物________进行鉴定。 答案：(1)氨基酸序列 (2)P　P1　DNA和RNA(或遗传物质)　DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录、翻译) (3)设计预期的蛋白质结构　推测应有的氨基酸序列　功能 解析：(1)从题述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的氨基酸序列进行改造。(2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有改造P基因或合成P1基因。所获得的基因表达时遵循中心法则，中心法则的全部内容包括DNA和RNA的复制以及遗传信息在不同分子之间的流动，即DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质。(3)蛋白质工程的过程：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)或合成新的基因，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物功能进行鉴定。 一、选择题 1．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。下图是利用蛋白质工程设计改造干扰素的生产流程图，据图分析，下列叙述错误的是(　　) A．图中构建新的干扰素模型的主要依据是蛋白质的预期功能 B．图中新的干扰素基因必须加上启动子和终止子才能表达 C．图中改造干扰素结构的实质是改造干扰素基因 D．图中各项技术并没有涉及基因工程技术 D　解析：图中新的干扰素基因导入受体细胞中表达新的干扰素的过程涉及基因工程技术，D错误。 2．在研究溶菌酶时，科研人员通过蛋白质工程来设计改变酶的构象，得到了多种突变酶，并测得50%的酶发生变性时的温度(Tm)，部分结果见下表。下列有关叙述正确的是(　　) 酶 半胱氨酸(Cys) 的位置和数目 二硫键 数目 Tm/℃ 野生型T4 溶菌酶 Cys51、Cys97 0 41.9 突变酶C Cys21、Cys143 1 52.9 突变酶F Cys3、Cys9、Cys21、 Cys142、Cys164 3 65.5 注：Cys右上角的数字表示半胱氨酸在肽链中的位置。 A．突变酶的出现是基因突变的结果 B．突变酶F的最适温度为65.5 ℃ C．溶菌酶热稳定性的提高可能与其空间结构的改变有关 D．溶菌酶热稳定性的提高，是通过改变半胱氨酸的位置实现的 C　解析：由题意可知，突变酶是通过蛋白质工程产生的，与基因突变无关，A错误；突变酶F 50%的酶发生变性时的温度是65.5 ℃，不是其最适温度，B错误；改变溶菌酶的构象，50%的酶变性的温度发生改变，即酶的稳定性改变，因此溶菌酶热稳定性的提高可能与其空间结构的改变有关，C正确；分析表格中信息可知，溶菌酶热稳定性的提高，是通过改变半胱氨酸的位置和数目，增加二硫键的数目实现的，D错误。 3．已知生物体内有一种转运蛋白Y，由300个氨基酸组成。如果将Y中第157位的L­异亮氨酸变成亮氨酸，第261位的酪氨酸变成丝氨酸，改变后的蛋白质Y1不但保留了原有Y的功能，且具备了催化活性。下列说法正确的是(　　) 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．可以通过对Y蛋白基因进行改造或人工合成获得Y1蛋白基因 C．蛋白质工程操作过程中，不需要酶和载体作为工具 D．细胞内合成Y1蛋白与Y蛋白的过程中，遗传信息的流向是相反的 B　解析：蛋白质工程和基因工程的根本区别是蛋白质工程可产生自然界中没有的蛋白质，A错误；蛋白质工程操作过程中，需要酶和载体作为工具，C错误；细胞内合成Y1蛋白与Y蛋白的过程中，遗传信息的流向是相同的，D错误。 4．(2024·济南高二检测)腈水合酶(N0)广泛应用于环境保护和医药原料生产等领域，但不耐高温。利用蛋白质工程技术在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽，可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)。下列有关叙述正确的是(　　) A．N1与N0氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的唯一原因 B．加入连接肽需要通过改造蛋白质实现 C．获得N1的过程需要进行转录和翻译 D．检测N1的活性时，先将N1与底物充分混合，再置于高温环境 C　解析：利用蛋白质工程技术在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽，可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)，N1与N0氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一，A错误；加入连接肽需要利用蛋白质工程，通过改造基因实现，B错误；获得N1蛋白质的过程需要进行转录和翻译，C正确；检测N1的活性时，先将N1与底物分别置于高温环境，然后再置于高温环境中充分混合，D错误。 5．(不定项) (2024·长沙高二期中)蜘蛛丝(丝蛋白)有着超强的抗张强度，可制成防弹背心、降落伞绳等。科学家研究出集中生产蜘蛛丝的方法——培育转基因蜘蛛羊。下列叙述不正确的是(　　) A．从蜘蛛细胞中直接提取的丝蛋白基因与逆转录获得的丝蛋白基因，两者的主要区别在于有无启动子、终止子 B．在PCR中获取引物可以从GenBank(序列数据库)获得丝蛋白基因序列，设计两个不同的引物 C．该过程需要在蜘蛛羊的泌乳期定向诱导蜘蛛丝蛋白基因进行选择性表达 D．可以使用抗原—抗体杂交技术检测山羊的染色体DNA上是否插入了丝蛋白基因或者检测丝蛋白基因是否转录出mRNA CD　解析：蜘蛛细胞中直接提取的丝蛋白基因与逆转录获得的丝蛋白基因，两者的主要区别在于逆转录获得的丝蛋白基因没有启动子、终止子，A正确；在PCR中获取引物可以从GenBank(序列数据库)获得丝蛋白基因序列，设计两个不同的引物，以保证两条子链从5→3端延伸，B正确；该过程不需要在蜘蛛羊的泌乳期诱导，蜘蛛丝蛋白基因会自行在相应细胞进行选择性表达，C错误；分子水平的检测，可以使用PCR等技术检测山羊的染色体DNA上是否插入了丝蛋白基因或者检测丝蛋白基因是否转录出mRNA，D错误。 二、非选择题 6．糖尿病是近年来高发的疾病，常见类型有1型糖尿病和2型糖尿病。1型糖尿病的主要病因之一是胰岛受损，科研人员作出如下设计：取糖尿病患者的细胞，将人的正常胰岛素基因导入其中，然后做细胞培养，诱导产生胰岛组织，重新植入患者的胰岛，使胰岛恢复功能。2型糖尿病需要注射胰岛素治疗，目前临床使用的胰岛素制剂注射后120 min后才出现高峰，与人体生理状态不符，科研人员通过一定的工程技术手段，将胰岛素B链的28号和29号氨基酸互换，获得了速效胰岛素，并已通过临床试验。请回答下列问题。 (1)对1型糖尿病进行基因治疗的方案中，胰岛素基因称为____________，实验室中要先对该基因利用________技术进行扩增。将该基因导入正常细胞所用的方法是____________。 (2)对1型糖尿病患者进行治疗的基因工程步骤中的核心步骤是____________________。 (3)科研人员利用蛋白质工程合成速效胰岛素，该技术的实验流程见下图。 其中，A是____________________，B是________________________。 答案：(1)目的基因　PCR　显微注射法 (2)基因表达载体的构建 (3)预期的蛋白质功能　应有的氨基酸序列 解析：(1)根据题意可知，在进行基因治疗时，胰岛素基因是目的基因，在体外条件下可利用PCR技术对其进行扩增。在基因工程中，将目的基因导入动物细胞的常用方法是显微注射法。(2)基因工程操作的核心步骤是基因表达载体的构建。(3)根据蛋白质工程的流程示意图可知，A是预期蛋白质的功能，再设计预期的蛋白质结构，然后推测应有的氨基酸序列，最后找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列。 学科网（北京）股份有限公司 $$