第3章 第4节 蛋白质工程的原理和应用-【精讲精练】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程知能达标训练（人教版）

[基础达标练] 1．科学家将β­干扰素基因进行定点突变后，导入大肠杆菌表达，使β­干扰素第17位的半胱氨酸变成了丝氨酸，结果大大提高了β­干扰素的抗病毒活性，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．胚胎工程 D．细胞工程 解析　题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 2．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 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。 答案　B 3．(2025·黑龙江哈尔滨三中期末)下列叙述不是蛋白质工程研究内容的是(　　) A．分析蛋白质分子的三维结构 B．分析氨基酸的分子结构 C．对现有蛋白质进行有目的的改造 D．按照人的意愿生产自然界没有的新的蛋白质 解析　蛋白质工程是根据预期蛋白质功能设计预期的蛋白质分子的三维结构，A不符合题意；蛋白质工程要分析、设计蛋白质分子不分析氨基酸的分子结构，B符合题意；蛋白质工程通过改造基因或合成基因来对蛋白质进行有目的的改造，C不符合题意；按照人的意愿将天然蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质属于蛋白质工程，D不符合题意。 答案　B 4．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．单个胰岛素分子 B．胰岛素mRNA C．胰岛素基因的碱基序列 D．胰岛B细胞 解析　采用蛋白质工程技术将胰岛素的第28和29位氨基酸调换顺序后可获得速效胰岛素，而蛋白质工程通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，因此要生产速效胰岛素，需要对胰岛素基因进行定向改造。 答案　C 5．某生物中发现一种基因的表达产物是具有较强抗菌性和溶血性的多肽P1，科研人员预期在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的蛋白质药物，下一步要做的是(　　) A．合成编码多肽P1的DNA片段 B．构建含目的肽DNA片段的表达载体 C．设计抗菌性强但溶血性弱的蛋白质结构 D．利用抗原—抗体杂交的方法对表达产物进行检测 解析　蛋白质工程的基本思路：预期蛋白质功能→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→获得所需要的蛋白质。因此，预期蛋白质功能的下一步要做的是设计预期的蛋白质结构，即设计抗菌性强但溶血性弱的蛋白质结构。 答案　C 6．人体内的蛋白质t­PA能降解由血纤维蛋白凝聚而成的血栓，但为心肌梗死患者注射大剂量的t­PA会诱发颅内出血。研究证实，通过蛋白质工程，将t­PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，制造出的性能优异的改良t­PA可显著降低出血副作用。下列关于该蛋白质工程的叙述正确的是(　　) A．制造改良t­PA无须用到基因工程的操作技术 B．可利用X射线衍射技术分析t­PA的晶体结构 C．该例t­PA基因增添碱基时可使用基因定点突变技术 D．需要在分子水平上直接对t­PA进行定向改造 解析　蛋白质工程需要用到基因工程的操作技术，A错误；X射线衍射技术可分析蛋白质的晶体结构，B正确；该例t­PA基因不是增添碱基，而是替换碱基，C错误；不是在分子水平上直接对t­PA进行改造，而是对t­PA的基因进行改造，D错误。 答案　B 7．以下有关蛋白质工程的叙述，不正确的是(　　) A．蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程 B．蛋白质工程的原理是从预期的蛋白质结构出发最终找到脱氧核苷酸序列的过程 C．干扰素结构中改变某个氨基酸提高了它的保存时间是蛋白质工程应用的体现 D．蛋白质工程不是对蛋白质结构的直接改造 解析　蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程，A正确；蛋白质工程的原理是从预期的蛋白质功能出发最终找到脱氧核苷酸序列的过程，B错误；干扰素结构中改变某个氨基酸，提高了它的保存时间是蛋白质工程应用的体现，C正确；蛋白质工程不是对蛋白质结构的直接改造，而是对基因进行改造或基因合成，D正确。 答案　B 8．某病毒的表面刺突蛋白(S蛋白)的受体结合域(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RBD紧密结合，以干扰该病毒的感染。下列说法不合理的是(　　) A．LCB1的作用机理与S蛋白的抗体类似 B．LCB1可依据S蛋白的RBD结构进行设计 C．LCB1是通过细胞中原有基因表达产生的 D．可用蛋白质工程进行LCB1的设计和生产 解析　由题意可知，LCB1是自然界中不存在的蛋白质，故无法通过细胞中原有基因表达产生，C不合理。 答案　C [素能提升练] 9．(多选)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，下列分析正确的是(　　) 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 解析　A为转录，合成mRNA的过程，原料是核糖核苷酸，A错误；图中C过程为多肽链的加工与折叠，参与C过程的细胞器有内质网、高尔基体、线粒体等，核糖体是合成多肽链的场所，B错误；D过程为DNA的合成，主要依据是每种氨基酸都有其对应的密码子，C正确；蛋白质工程的目的就是通过对基因的修饰和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 10．(多选)纤维素酶广泛应用于医药、食品发酵、造纸、废水处理等领域。研究人员利用蛋白质工程将细菌纤维素酶的第137、179、194位相应氨基酸替换为赖氨酸后，纤维素酶热稳定性得到了提高。下列有关该技术说法正确的是(　　) A．经改造后的纤维素酶热稳定性提高这一性状可遗传 B．对纤维素酶的改造是通过直接改造mRNA实现的 C．改造纤维素酶也需要构建基因表达载体 D．改造后的纤维素酶和原纤维素酶不是同一种酶 解析　蛋白质工程通过基因改造或基因合成，然后进行表达，对现有蛋白质进行改造，改造后的性状是可遗传的，A正确；对纤维素酶的改造需要以基因工程为基础，通过基因改造或基因合成来完成，B错误；蛋白质工程是对基因进行改造或重新合成，然后进行表达，因此需要构建基因表达载体，C正确；改造纤维素酶是通过基因改造或基因合成来完成的，改造后的纤维素酶和原纤维素酶不是同一种酶，D正确。 答案　ACD 11．胰岛素是治疗胰岛素依赖型糖尿病的特效药物，但是天然胰岛素在人体内的寿命只有几个小时，通过蛋白质工程改变胰岛素的空间结构，以延长胰岛素的半衰期，可以得到长效胰岛素。如图是用蛋白质工程设计长效胰岛素的生产过程。 (1)基因工程中限制酶切割后的载体与目的基因能再次拼接的理由：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (2)在基因工程中获取目的基因的方法除图中方法，还有利用PCR技术扩增和________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)上述基因工程中除质粒外，________也可作为载体。 (4)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (5)若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下，不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞，原因是_____________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (6)新的胰岛素为什么还要加工、修饰？_________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析　(1)构建基因表达载体时，需要选择一种或两种限制性内切核酸酶对目的基因和载体进行切割，产生相同的末端。(2)题图中获取目的基因的方法是人工合成法，除此之外还有从基因文库中获取和PCR技术扩增。(3)基因工程中可以选择质粒、噬菌体、动植物病毒等作为载体。(4)题图中改造胰岛素用到的是蛋白质工程，其基本途径是从预期的蛋白质的功能出发，设计预期的蛋白质结构，推测应有的氨基酸序列，找到相应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因，进而合成符合要求的蛋白质。(5)基因工程中，若受体细胞是大肠杆菌，需要用钙离子处理使其处于感受态，因为未处理的大肠杆菌吸收质粒的能力极弱。(6)大肠杆菌是原核生物，没有内质网和高尔基体等复杂的结构，无法对蛋白质进行加工、修饰，故需要对其进行加工、修饰。 答案　(1)切割产生的末端相同　(2)从基因文库中获取　(3)噬菌体、动植物病毒　(4)预期蛋白质的功能　(5)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱　(6)大肠杆菌没有内质网和高尔基体无法加工胰岛素 12．请根据下图回答有关问题： (1)在上图所示的蛋白质工程流程中，A指的是________，B指的是________________。 (2)对获得的目的基因可采用________技术扩增其数量。在该过程中所用酶的最大理化特点是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)⑤过程中将构建的基因表达载体导入受精卵常用的方法是_____________________ ___________________________________________________________________________________________________________________________。 (4)目的基因是否成功导入受精卵可用________等技术进行检测。 解析　(1)在题图所示的蛋白质工程流程中，A指的是蛋白质结构，B指的是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。(2)目的基因的获取有多种方式，对获得的目的基因可采用PCR等技术扩增其数量。在该过程中所用Taq DNA聚合酶的最大理化特点是耐高温。(3)据图分析可知，⑤过程中将构建的基因表达载体导入受精卵常用的方法是显微注射法。(4)目的基因的检测与鉴定步骤中，目的基因是否成功导入受精卵可用PCR技术进行检测。 答案　(1)蛋白质结构　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　(2)PCR　耐高温　(3)显微注射法　(4)PCR 学科网（北京）股份有限公司 $