第3章 第4节 蛋白质工程的原理和应用-【新课程能力培养】2025-2026学年高中生物选择必修3 生物技术与工程练习手册（人教版）

N 高中生物学选择性必修3（人教版） 第4节 蛋白质！ 基 础 1.干扰素在体外保存非常困难。干扰素由 166个氨基酸组成，如果将其分子上第17 位的一个半胱氨酸变成丝氨酸，那么在 -70℃的条件下可以保存半年。若利用蛋 白质工程的原理和方法生产新型干扰素， 下列思路最可行的是() A.用DNA合成仪合成新的干扰素基因 B.利用基因定点突变技术改造干扰素基因 C.直接改造mRNA,进行密码子的替换 D.生产正常干扰素，再进行氨基酸的替换 2.T4溶菌酶(A)在温度较高时易失去活 性，科学家利用蛋白质工程技术，使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，获得了耐热性高 的T4溶菌酶(A)。下列叙述错误的是 () A.检测A活性时先将A1与底物混合，再 置于高温环境 B.A,和A,空间结构的差异是影响热稳定 性的原因之一 C.氨基酸替换和二硫键的形成需要通过 改造基因实现 D.获得A,的过程需要进行转录和翻译 3.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() (42)练 工程的原理和应用 练习 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，满 足人类的需求 4.下列有关蛋白质工程的叙述，正确的是 ( A.蛋白质工程不可能用到限制酶和DNA 连接酶 B.蛋白质工程只能改造现有的蛋白质而 不能制造新的蛋白质 C.蛋白质工程通过对蛋白质分子的结构 直接进行改造，使之更加符合人类需要 D.T4溶菌酶中引入二硫键提高了它的热 稳定性，是蛋白质工程应用的体现 5.下列关于基因工程和蛋白质工程的叙述正 确的是（) ①科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因 组，目的是降低转基因奶牛分泌的乳汁中 乳糖的含量②人生长激素基因工程菌产 生的生长激素属于该工程菌的初生代谢 物③基因工程和蛋白质工程都需要在分 子水平对基因进行操作④蛋白质工程最 终要达到的目的是获取编码蛋白质的基因 序列信息 A.①② B.①③ C.②③ D.②④ 6.下列关于蛋白质工程的说法，错误的是 A.蛋白质工程是在基因工程基础上延伸 出来的二代基因工程 B.实施蛋白质工程的基本途径必须从预 期蛋白质功能出发 C.蛋白质工程实施过程中可对关键氨基 酸直接置换或增删 D.蛋白质工程的目的是获得满足人类生 产和生活需求的蛋白质 7.如图为蛋白质工程操作的基本思路，下列 叙述错误的是( ⑤ 基因 氨基酸序，④蛋白质预期功能 DNA MRNA②列多肽链SE维结构生物功能 A.代表蛋白质工程操作思路的过程是④⑤ B.代表中心法则内容的是①② 提 升 一、不定项选择题 1.某病毒通过刺突蛋白(S蛋白)的活性域 (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 的RBD紧密结合，以干扰该病毒的感染。 下列说法合理的是( A.LCB1可能与S蛋白的抗体在结构上 类似 B.S蛋白的RBD结构可为设计LCB1提 供信息 C.设计LCB1时，需避免在结构上与 ACE2类似 D.生产LCB1涉及基因工程的某些操作 第3章基因工程。 C.①代表转录、②代表翻译、④代表分 子设计、⑤代表DNA合成 D.蛋白质工程的目的是对基因的结构进 行分子设计，通过基因合成或改造实现 8.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，用于临床治疗食 物消化不良，最佳方案是() A.对此酶中的少数氨基酸进行替换，以 改善其功能 B.重新设计与创造一种全新的蛋白酶 C.将此酶与人蛋白酶进行拼接，形成新 的蛋白酶 D.减少此酶在片剂中的含量 练 习 技术 2.免疫预防以人工主动免疫为主要目的，其 主要措施是接种疫苗。第一代疫苗包括灭 活疫苗、减毒疫苗和类毒素，第二代疫苗 包括由微生物的天然成分及其产物制成的 重组蛋白疫苗，第三代疫苗的代表是基因 疫苗。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，诱导机体产生免疫应答。下列说法正 确的是() A.疫苗经注射进入人体后，可被人体的 浆细胞识别 B.注射疫苗后，人体产生特异性免疫反 练 43 高中生物学选择性必修3（人教版） 应，并产生相应记忆细胞 C.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 D.利用蛋白质工程生产的蛋白质疫苗就 是基因疫苗 3.蛋白质工程是指根据人们对蛋白质功能的 特定需求，对蛋白质进行分子设计、生产 的过程。下图是蛋白质工程的流程图，据 图分析正确的是( ③ 基因 氨基酸序 ②蛋白质P 预期功能 DNA①mRNA5列多肽链→三维结构→生物功能 A.过程①是目前蛋白质工程难度最大的 环节 B.过程④和⑤所需原料分别是脱氧核苷 酸和氨基酸 C.若使③设计的基因能表达和发挥作用， 必须在基因的两端添加调控序列 D.通过蛋白质工程可以获得自然界不存 在的蛋白质 4.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.蛋白质工程技术的操作对象是蛋白质 (44)练 或控制蛋白质合成的基因 二、非选择题 5.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，就可在-70℃条件下保 存半年，给广大患者带来福音。回答下列 问题： (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 质工程原理，设计实验流程，让动物 生产“可以保存的干扰素”： ①设计②推③合感④ ① ；② ③ ；④ (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，不一定符合 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需要。 (3)蛋白质工程实施的难度很大，原因是 蛋白质具有十分复杂的 结构。到转基因工具，包括限制酶、DNA连接酶和载体，A正 确；目前制约人体器官移植的两大难题是器官短缺和免 疫排斥，B正确；由于猪的内脏构造、大小、血管分布 与人极为相似，而且猪体内隐藏的、可导致人类疾病的 病毒要远远少于灵长类动物，科学家由此提出是否可以 用猪的器官来解决人类器官来源的问题，C正确；由题 意可知，将器官供体基因组中导人某种调节因子，以抑 制抗原决定基因的表达或设法除去抗原决定基因，不是 作为标记基因，D错误。 6.D【解析】阿斯巴甜主要由天冬氨酸和苯丙氨酸 形成，这两种氨基酸可以通过基因工程实现大规模生 产，A正确：将编码牛凝乳酶的基因导人大肠杆菌、黑 曲霉或酵母菌的基因组中，再通过发酵生产凝乳酶，B 正确：通过基因工程生产的工业用酶，纯度高、成本 低，生产效率高，C正确：用基因工程技术还可以生 产出“超级细菌”，可以处理环境中部分的污染物，D 错误。 提升练习 1.ABCD【解析】将胰岛素基因表达质粒转入大肠 杆菌，获得的工程菌中含有相应的遗传物质并可以遗 传给后代，A正确：将花青素代谢基因导入植物体细 胞，获得的植株花色发生了变异，说明花青素代谢基 因成功表达，此性状可通过无性繁殖遗传给后代，B 正确；向奶牛受精卵中导入肠乳糖酶基因，培育出的 奶牛可合成乳糖酶，乳糖酶分解乳糖，使牛乳中乳糖 含量降低，说明乳糖酶基因成功表达，该基因也能遗 传给子代，C正确；将牛凝乳酶基因导人酵母菌的基 因组中，培育出凝乳酶产量高的酵母菌，故能遗传给 后代，D正确。 2.AD【解析】科学家培养转基因动物时利用了基 因工程技术、动物细胞培养和胚胎移植等技术，A正 确；培育乳腺生物反应器需要将人的生长激素基因与乳 腺中特异性表达基因的启动子等调控元件重组在一起， B错误；将人的生长激素基因导入动物受精卵，常通过 显微注射法导入哺乳动物的受精卵中，C错误；由于转 入的目的基因在乳腺中可以高效表达，利用乳腺可以分 泌乳汁的特点，需要进人泌乳期才能大量产生人的生长 激素，D正确。 3.(1)启动子显微注射法RNA聚合酶识别和 结合(2)PCR(3)目的基因进人受体细胞内，并 且在受体细胞内维持稳定和表达的过程 【解析】(1)将药用蛋白基因与乳腺中特异性表达 的基因的启动子等调控组件重组在一起，通过显微注射 等方法导入哺乳动物的受精卵中，这样才能让药用蛋白 基因特异性表达。启动子位于基因的首端，它是RNA 参考答案与解析。 聚合酶识别和结合的部位。(2)检测受体细胞染色体 的DNA上是否插人目的基因可用PCR技术检测。 (3)转化是指目的基因进入受体细胞内，并且在受体细 胞内维持稳定和表达的过程。 。"第4节蛋白质工程的原理和应用 基础练习 1.B【解析】由题意可知，干扰素分子的改造只需 要一个氨基酸的替换，不必合成新基因，改造基因比较 容易，A错误；由分析可知，蛋白质工程的目的是改造 蛋白质，但其方法是通过改造或合成基因来实现的，B 正确；若直接改造mRNA,可获得改造后的蛋白质，但 不能遗传、不能复制，C错误；干扰素属于糖蛋白，若 直接对其进行氨基酸的替换，可能会导致干扰素的结构 和功能丧失，D错误。 2.A【解析】检测A活性时应先将A1与底物分别 置于高温环境，保温一段时间再混合，A错误；分析题 意可知，和A相比，A:不仅仅是氨基酸的序列不同， 同时还增加了一个二硫键，导致空间结构也有差异，B 正确：据分析可知，科学家利用蛋白质工程技术，对编 码T:溶菌酶的基因进行改造，从而实现氨基酸替换和 二硫键的形成，C正确；获得A的过程需要对基因进 行改造，进而表达出不一样的蛋白质，该过程涉及转录 和翻译，D正确。 3.D【解析】分析蛋白质的三维结构是蛋白质工程 的准备工作，与题意不符，A错误；研究蛋白质的氨基 酸组成是为了设计或改造相关基因，这不是蛋白质工程 的最终目的，B错误；获取编码蛋白质的基因序列信息 实现了对基因的修饰或合成过程，但不是蛋白质工程的 最终目的，C错误；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标，D正确。 4.D【解析】蛋白质工程的直接操作对象是基因， 蛋白质工程最终是通过基因修饰或基因合成来实现的， 用到限制酶和DNA连接酶，A、C错误；蛋白质工程可 以产生自然界中不存在的蛋白质，能制造新的蛋白质， B错误；蛋白质工程应先预期其功能，再设计蛋白质的 结构，T4溶菌酶中引入二硫键提高了它的热稳定性， 改变了蛋白质的空间结构，这是蛋白质工程应用的体 现，D正确。 5.B【解析】①将肠乳糖酶基因导人奶牛基因组， 肠乳糖酶基因的表达产物是乳糖酶，可分解乳糖，使乳 糖含量降低，正确：②人生长激素基因工程菌产生的生 长激素属于该工程菌的次生代谢物，错误；③蛋白质工 程本质上属于基因工程的延伸，基因工程和蛋白质工程 53 高中生物学选择性必修3（人教版） 都需要在分子水平对基因进行操作，正确；④蛋白质工 程是在深人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改造现有蛋白质或制造 新的蛋白质，满足人类的需求，错误。B正确。 6.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正确；蛋白质工程的过程为 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→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因），实 施蛋白质工程的基本途径必须从预期蛋白质功能出发， B正确；蛋白质工程不是对蛋白质分子的直接改造，而 是通过修改基因或创造合成新基因来改变生物的遗传和 表达性状，合成新的蛋白质，C错误；蛋白质工程的实 质是定向改造或生产人类所需蛋白质，故蛋白质工程可 以获得满足人类生产和生活需求的蛋白质，D正确。 7.D【解析】④过程是根据蛋白质的结构推测相应 的氨基酸序列，进而通过⑤过程推测应有的基因序列， 进而合成相关的基因，即代表蛋白质工程操作思路的过 程是④⑤，A正确；图中①代表转录，②代表翻译，显 然，属于中心法则内容的是①②，B正确：根据蛋白质 的设计思路可知，图中①代表转录，②代表翻译，④代 表分子设计，⑤代表DNA合成，C正确；蛋白质工程 的目的是对蛋白质的结构进行分子设计，通过基因合成 或修饰实现，D错误。 8.A【解析】结合分析可知，为了提高该酶的热稳 定性，可以采用蛋白质工程技术通过改造控制该酶合成 的基因，来替换此酶中的少数氨基酸，以改善其功能， A符合题意。 提升练习 1.ABD【解析】S蛋白的抗体能与S蛋白RBD特 异性结合，而根据题干可知：LCB1可与S蛋白RBD紧 密结合，说明LCB1可能与S蛋白的抗体在结构上类 似，A正确；由于LCB1可与S蛋白RBD紧密结合， 故LCB1可依据S蛋白的RBD结构进行设计，B正确； 由题干信息分析可知，该病毒是通过其表面的S蛋白的 RBD与人体细胞表面的ACE2受体相互作用，而人工合 成的LCB1可识别并紧密结合S蛋白的RBD,阻止S蛋 白的RBD与ACE2受体结合，由此说明LCB1可能与 ACE2受体的某些区域结构类似，C错误；可用蛋白质 工程进行LCB1的设计和生产，而蛋白质工程是建立在 基因工程的基础之上的，因此生产LCB1用到了基因工 程的操作技术，D正确。 2.BC【解析】人体中的浆细胞不能识别抗原，A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，保持对抗原的记忆，B正确：基因的表达 产物是蛋白质，其他生物的蛋白质可成为人体的抗原， 54 C正确；基因疫苗的本质是DNA或RNA,不是蛋白质， D错误。 3.ACD【解析】图中①表示从预期的蛋白质功能出 发，设计预期的蛋白质结构，这是目前蛋白质工程难度 最大的环节，A正确；④是转录过程，⑤是翻译过程， 这两个过程的原料依次是核糖核苷酸和氨基酸，B错 误；若使③设计的基因能表达和发挥作用，必须在基因 的两端添加调控序列，如启动子和终止子，C正确；通 过蛋白质工程可以获得自然界不存在的蛋白质，D正确。 4.BCD【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。 5.(1)①预期蛋白质的功能②预期的蛋白质结构 ③应有的氨基酸序列④相应的脱氧核苷酸序列（基 因)或合成新基因(2)自然界已存在人类生产和 生活基因修饰基因合成改造(3)高级 【解析】(1)由蛋白质工程的基本途径可知图中的 ①为预期蛋白质的功能；②为设计预期的蛋白质结构； ③为推测应有的氨基酸序列：④为找到相应的脱氧核苷 酸序列（基因）或合成新基因。(2)基因工程和蛋白 质工程相比较，基因工程将一种生物已有的基因转移到 另一种生物中，在原则上只能生产自然界中存在的蛋白 质，且不一定符合人类生产生活需要。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为基 础，通过基因的修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改 造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活 需要。蛋白质工程实质上也是对基因进行操作，因而蛋 白质工程又被称为“第二代基因工程”。(3)蛋白质工 程实施的难度很大，原因是蛋白质具有十分复杂的高级 结构，而且蛋白质的功能也具有多样性。 >"感知高考3 1.A【解析】在“DNA的粗提取与鉴定”实验中， 可将获得的研磨液用纱布过滤后，在4℃的冰箱中放置 几分钟，再取上清液，也可以直接将研磨液用离心机进 行离心后取上清液，A正确：研磨液在4℃冰箱中放置 几分钟后，DNA在上清液中，应取上清液倒人烧杯中， B错误；鉴定过程中用沸水浴加热，DNA双螺旋结构会 发生改变，C错误；加入二苯胺试剂后沸水浴处理的时 间要在5分钟以上，且要等到冷却后再观察结果，这样 才可以观察到较为明显的显色反应，仅设置一个对照组