第3章 第4节 蛋白质工程的原理和应用-【成才之路·练案】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程同步新课程学习指导(人教版)

DNA分子的生理状态，然后再将重组质粒导入大肠杆菌，C错 误；患禽流感康复的鸡的血清中含相应的抗本，可以与Q蛋白 发生抗原一抗体特异性结合反应，以此可以检测Q蛋白的免 疫反应特性，D正确。 6.A分析题意可知，科学家将目的基因导入了菊花细胞，故受 体细胞可以选择菊花叶片细胞，但不能选择桃蚜细胞，A错 误；基因工程中构建基因表达载体时，由于T-DNA可以转移 到受体细胞内，故可以将目的基因GWA插入质粒的 T-DNA上，B正确：导人目的基因的受体细胞为菊花细胞，要 将其培养成个体，需要经过植物组织培养，C正确：已知雪花 莲凝集素基因GWA的表达产物能有效抑制桃蚜生长，故应用 抗虫接种实验，检测转基因菊花对桃蚜的抗性及抗性的程度 D正确。 7.C构建的基因表达载体在细胞质基质中形成稳定显色的靛 蓝，故本题方案中无须转入能调控液泡pH的基因，A正确：将 办基因插入Ti质粒时只能用BamH I,B正确；s办和idgS基 因具有各自的启动子，表达是相互独立进行的，转录是以DNA 的一条链为模板进行的，由启动子方向可知两基因转录的模 板不同，C错误：将目的基因导人植物细胞可采用农杆菌转化 法，故农杆菌可将Ti质粒上的T-DNA整合到白玫瑰染色体 DNA上，D正确。 8.(1)启动子 (2)(人)胰岛B逆转录酶PCR Tag DNA聚合酶（或耐高 温的DNA聚合酶)氢加热至90℃以上不能：皮肤细胞 中的胰岛素基因不表达，不能形成胰岛素RNA (3)标记基因Ca (4)没有内质网和高尔基体，不能对蛋白质进行加工 【解析】(1)启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了 它才能驱动基因转录出RNA。(2)图中过程①为胰岛素基 因转录出mRNA,过程②为胰岛素mRNA经逆转录获得目的 基因，过程③④⑤为利用P℃R技术扩增目的基因，过程⑥为 用限制酶切割载体，过程⑦为目的基因与载体结合构建基因 表达载体，过程⑧为将目的基因导入受体细胞。只有胰岛B 细胞内才会表达出胰岛素mRNA,逆转录过程需要逆转录酶， 利用PCR技术扩增DNA需要Tag DNA聚合酶（耐高温的 DNA聚合酶)。过程③断开的是DNA两条链间的氢键，在体 外进行PCR操作时，实现该过程的处理方法为加热至90℃ 以上。(3)图中B为质粒，其实质为DNA,基本组成单位为4 种脱氧核苷酸。构建的基因表达载体中必须有标记基因，以 利于重组DNA的鉴定和选择。将目的基因导入大肠杆菌最 常用的转化方法是Ca2+处理法，用Ca2+处理可使大肠杆菌细 胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。(4)大 肠杆菌细胞内没有内质网和高尔基体，不能将肽链加工成为 有活性的人胰岛素。 练案[16] 学业考达标练 1.D蛋白质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。 因此蛋白质工程最终还是要直接对基因进行改造。 2.B蛋白质工程依据蛋白质功能，设蛋白质结构，再推测并 合成相应的基因。 3.C生产鼠一人嵌合抗体的过程属于对现有蛋白质分子进行 改造，属于蛋白质工程，A正确：蛋白质工程操作的对象是基 因，因此改造过程涉及鼠的基因和人的基因的拼接，B正确； 蛋白质工程操作的对象是基因，因此应将鼠抗体可变区基因 与人抗体恒定区基因拼接，C错误；根据题意，由于HAMA效 应是可使鼠源抗体加速被清除，有时可引起过敏性反应，故对 鼠源抗体进行改造的目的是降低过敏性反应等，因此，嵌合抗 体诱发免疫反应的强度就会降低很多，D正确。 4.D蛋白质工程应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质的 改造，原因是①任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造 了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过后蛋白质可以遗 传下去，如果对蛋白质直接进行改造，即使改造成功，被改造 过的蛋白质分子还是无法遗传的；②对基因进行改造比对蛋 白质直接改造要容易操作，难度要小得多， 5.B蛋白质工程在设计蛋白质结构时的依据是预期的蛋白质 功能，B错误。 6.D将编码牛凝乳酶的基因导入酵母菌的基因组中获得凝乳 酶是基因工程的成果，与蛋白质工程没有直接关系，D符合 题意。 7.C蛋白质工程的目的是对蛋白质进行改造，从而使蛋白质功 能可以满足人们的需求。蛋白质行使功能与其高级结构密切 相关，而蛋白质高级结构又非常复杂，所以直接对蛋白质进行 改造非常困难，而蛋白质是由基因控制合成的，对基因进行操 作却容易得多。另外，通过改造基因而改造蛋白质可以遗传， 而对蛋白质直接改造，即使成功也不能遗传。 8.(1)预期的蛋白质的功能预期的蛋白质结构应有的氨基 酸序列相对应的脱氧核苷酸序列（基因）》 (2)自然界已存在人类生产和生活 (3)空间（或高级） 【解析】(1)蛋白质工程的前期操作流程是预期蛋白质的功 能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到 相对应的脱氧核苷酸序列（基因）。(2)基因工程只能生产自 然界已存在的蛋白质，这种蛋白质可能不符合人类生产和生 活的需求。(3)蛋白质的空间（或高级）结构十分复杂，根据 预期功能来推测蛋白质结构相当困难。 选择考提升练 1.D合成天然不存在的蛋白质属于蛋白质工程。实施蛋白质 工程的前提是了解蛋白质的结构与功能的关系，首先要从设 计蛋白质的结构入手，然后再根据基因工程的方法通过基因 修饰或基因合成，合成相应的蛋白质，从而实现对蛋白质的 改造。 2.C蛋白质工程是依据人们设计的蛋白质分子的结构来改造 基因，进而控制合成新的蛋白质或改变自然界中的蛋白质，而 在大肠杆菌中生产人胰岛素利用基因工程技术便可达到。 3.C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，是在分子水平上对基因直接进行操作的，A错误；分 子水平上对基因直接进行操作，使其遗传物质发生改变，可以 遗传给下一代，B错误：蛋白质工程对基因直接进行操作，需 要推测出应有的氨基酸序列，设计出相应的基因，C正确；蛋 白质工程的发展并不成熟，仍需一段时间提升，目前并不能在 各个领域广泛应用，D错误。 4.Ca过程是以DNA的一条链为模板合成mRNA的转录过 程，b过程是以RNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的多 肽链的翻译过程，A正确；蛋白质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，因此蛋白质工程中对蛋白质分子结构的 4 了解是非常关键的工作，B、D正确；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，C错误。 5.D蛋白质工程是在原有蛋白质的基础上，根据人们的需求对 蛋白质分子作出的定向的改造，可以设计并制造出自然界不 存在的全新蛋白质，A正确；蛋白质工程可以根据功能的需要 替代蛋白质中的某一个肽段或一个特定的结构区域，B正确； 可以通过基因工程有目的地改造蛋白质中特定的一个或几个 氨基酸，以获得人类所需要的目的蛋白质，C正确：蛋白质工 程属于第二代基因工程，不能通过人工化学合成的方法直接 对蛋白质的氨基酸进行改造，D错误。 6.D在N。的和B亚基之间加人一段连接肽，可获得热稳定 的融合型腈水合酶(N,),则N,与N。氨基酸序列有所不同， 这可能是影响其热稳定性的原因之一，A正确：蛋白质工程的 作用对象是基因，即加入连接肽需要通过改造基因实现，B正 确：N,为蛋白质，蛋白质的合成需要经过转录和翻译两个过 程，C正确：酶具有高效性，检测N,的活性需先将其置于高温 环境，再与底物充分混合，D错误。 7.A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），A错误。 8.(1)目的基因PCR显微注射法 (2)预期蛋白质的功能应有的氨基酸序列 (3)改造或合成改造 【解析】(1)根据题意，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)根据蛋白质工程的流程示意图可知，整个流程是根据 预期蛋白质的功能设计蛋白质的三维结构，然后推测应有的 氨基酸序列，并找到相应的脱氧核苷酸序列，最后合成相应的 蛋白质。(3)与基因工程相比，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 练案[17] 学业考达标练 1.D单克隆抗体的制备运用的是动物细胞融合技术等动物细 胞工程技术，不涉及转基因技术，D符合题意。 2.D转基因食品对人体一般无害，目前还没有转基因食品对人 体有害的报道，A不合理；转基因食品对人体健康一般无影 响，B不合理：转基因生物对生态环境的危害不能忽略不计，C 不合理；公众需要对转基因生物和转基因食品的安全予以高 度关注，D合理。 3.C微生物具有生理结构和遗传物质简单的优点，便于研究， A正确；微生物的生长周期短，具有生长繁殖快的优点，B正 确；微生物对环境因素敏感，如在某种抗生素的环境中不能生 存，C错误；微生物的遗传物质简单，具有容易进行遗传物质 操作的优点，D正确。 4.B转基因作物可能会造成基因污染，故种植的转基因作物应 与传统农业种植区隔离，A正确；动物取食转基因作物后，要 经过消化吸收才能进入体内，目的基因不可能直接进入动物 体细胞中，B错误：转基因植物可能与野生植物发生杂交而出 现基因交流，从而影响野生植物的遗传多样性，C正确：目的基 因被微生物摄入细胞内后，可能转入这些微生物中，D正确。 2 5.D转基因农作物的外源基因可通过花粉传播到近缘植物，可 能使杂草成为有抗除草剂基因的“超级杂草”，D错误。 6.C转基因技术的原理是基因重组，A错误：转基因技术的应 用解决了人类史上很多难题，但既有有利的一面，也有弊端，B 错误；转基因食品和传统食品各有优缺点，转基因食品不会替 代传统食品，D错误。 7.B大量引入国外转基因作物与本地近缘作物品种杂交，容易 造成基因污染，C错误；转基因技术有其优点和缺点，应正确 判断，不能因噎废食，A、D错误。 8.（1)核糖体内质网和高尔基体 (2)基因表达载体的构建基因突变 (3)不同物种之间存在生殖隔离 (4)减少了农药对环境的污染转基因玉米能够抵抗玉米螟， 但不一定能抵抗其他玉米害虫 (5)这种玉米的籽粒可能含有蛋白酶抑制剂，人食用后可能抑 制人体蛋白酶的活性，影响人体健康 【解析】(1)据题意可知，该蛋白酶抑制剂属于蛋白质，故合 成蛋白酶抑制剂的具体部位是核糖体，合成后还需要在内质 网和高尔基体中加工才具有生物活性。(2)基因工程的核心 步骤是基因表达载体的构建。“转基因玉米”独立种植若干 代以后，也将出现不抗虫的现象，此种现象可能缘于玉米螟发 生了基因突变。 选择考提升练 1.B高产青霉素菌株是人工诱变育种的成果，不是转基因技术 的成果。 2.C校园杂草中没有检测到转基因抗虫棉的转基因成分，不能 说明校园杂草与棉花间一定存在生殖隔离，C错误。 3.B对转基因食品只是要求标注“转基因××”等字样，并没 有在转基因食品标签上警示性注明可能的危害，B错误。 4.A可通过转基因微生物和转基因动物生产药物，A错误。 5.A理性看待转基因技术需要以完备的相关科学知识为基础， 即清晰地了解转基因技术的原理和操作规程，B不符合题意； 还应该看到人们的观点受到许多复杂的政治、经济和文化等 因素的影响，C不符合题意：最重要的是，要靠确凿的证据和 严谨的逻辑进行思考和辩论，D不符合题意。 6.B该玉米合成的蛋白酶抑制剂有可能在玉米粒中存在，可能 对人的消化酶产生影响，也可能不产生影响，因为人的消化酶 与害虫的消化酶的结构不同，A、C正确：蛋白酶抑制剂是多肽 类，很容易被消化降解，很难通过食物链进行富集，B错误；蛋 白酶抑制剂能被高温破坏空间结构，不会对人造成影响，D 正确。 7.D转基因培育大豆过程中可能用到抗病、抗虫等抗性基因， A正确；为育成转基因大豆，受体细胞可以是大豆受精卵，也 可以是体细胞，B正确：转基因大豆的种植过程中减少了农药 等的使用量，既保护了环境又降低了生产成本，C正确：固氮 菌与大豆共生，不需要将固氮基因导人大豆细胞中，D错误。 8.(1)遗传物质都是DNA (2)1146 (3)转基因鱼体内合成了大量生长激素，生长激素能促进蛋白 质合成 (4)转基因鱼与同种野生鱼杂交，使野生鱼带有外源基因，具 有生长优势，使其捕食对象大量减少，加剧与其他物种的竞 争，从而引起生态危机 55练案[16] 第3章 第4节 蛋白质工程的原理和应用 学业考达标练 不直接改造蛋白质的主要原因是 一、选择题 A.缺乏改造蛋白质所必需的工具酶 1.蛋白质工程中需要直接进行操作的对象是 B.蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化，操 ( 作难度大 A.氨基酸结构 C.人类对大多数蛋白质的高级结构知之甚少 B.蛋白质的空间结构 D.改造基因易于操作且改造后能够遗传 C.肽链结构 5.下列关于蛋白质工程的叙述，错误的是（) D.基因结构 A.蛋白质工程的实质是改造基因 2.蛋白质工程在设计蛋白质结构时依据的是 B.蛋白质工程在设计蛋白质结构时的依据是 ( 现有基因的脱氧核苷酸序列 A.基因功能 B.蛋白质功能 C.蛋白质工程的基础是基因工程 C.氨基酸序列 D.mRNA密码子序列 D.蛋白质工程遵循的原理包括中心法则 3.HAMA效应是指人体针对鼠源单克隆抗体所 6.下列各项与蛋白质工程没有直接关系的是 产生的反应，该反应可使鼠源抗体加速被清 () 除，有时可引起过敏性反应，科学家通过基因 A.利用各种高科技手段分析蛋白质的分子 改造完成了下图的改造，下列有关说法错误的 结构 是 B.研究并改变某种蛋白质相关基因的碱基 序列 可变区 C.设计和制造自然界中没有的人工蛋白质 恒定区 鼠抗体 D.将编码牛凝乳酶的基因导入酵母菌的基因 可变区 目目 组中获得凝乳酶 嵌合抗体 恒定☒ 7.科学家为提高玉米中赖氨酸含量，计划将天冬 人抗体 氨酸激酶中第352位的苏氨酸变成异亮氨酸， A.生产鼠一人嵌合抗体的过程属于蛋白质 将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬 工程 酰胺变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子 B.改造过程涉及鼠的基因和人的基因的拼接 中游离赖氨酸的含量分别提高5倍和2倍。 C.把来自不同抗体的可变区和恒定区直接 下列对蛋白质的改造，操作正确的是() 拼接 A.直接通过分子水平改造蛋白质 D.嵌合抗体诱发免疫反应的强度会降低很多 B.直接改造相应的mRNA 4.蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改 C.对相应的基因进行操作 造，必须通过基因修饰或基因合成来完成，而 D.重新合成新的基因 -204 二、非选择题 C.利用蛋白质工程可以在大肠杆菌细胞中得 8.干扰素是动物体内的一种蛋白质，可以用于治 到人的胰岛素 疗病毒感染和癌症，但体外保存相当困难。如 D.蛋白质工程可以对胰岛素进行改造和修 果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，在 饰，合成速效型胰岛素制剂 一定条件下，可以延长保存时间，给广大患者3.蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来 带来福音。 的第二代基因工程，有广阔的发展前景。下列 (1)蛋白质的合成是受基因控制的，因此获得 关于蛋白质工程的描述，正确的是 () 能够控制合成“可以保存的干扰素”的基 A.由于需要对蛋白质直接改造，因此操作 因是生产的关键，依据蛋白质工程原理， 更难 设计实验流程，让动物生产“可以保存的 B.由于蛋白质不能遗传，因此蛋白质工程的 干扰素”：（填写在方框内） 产物不能大量生产 C.蛋白质工程需要设计出相应的基因 设计 推测 找到 D.蛋白质工程在各个领域都有广泛应用 4.如图表示蛋白质工程的操作过程，相关说法不 (2)基因工程和蛋白质工程相比较，基因工程 正确的是 在原则上只能生产 的 基因DNA合成. 氨基酸序列，分子设计 蛋白质←-预期功能 蛋白质，不一定完全符合 DNA。mRNA 多肽链 折叠 维结构 ·生物功能 的需求。 A.a、b过程分别是转录、翻译 (3)蛋白质工程实施的难度很大，主要原因是 B.蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是 蛋白质具有十分复杂的 非常关键的工作 结构。 C.蛋白质工程是完全摆脱基因工程技术的一 选择考提升练 项全新的生物工程技术 一、选择题 D.蛋白质工程中可能构建出一种全新的基因 1.合成天然不存在的蛋白质应首先设计( 5.下列关于蛋白质工程的叙述，错误的是 A.基因结构 B.RNA结构 C.氨基酸序列 D.蛋白质结构 A.可以根据人类的需要，设计并制造出自然 2.下列关于蛋白质工程应用的叙述，不正确的是 界不存在的全新蛋白质 ( B.可以根据功能的需要替代蛋白质中的某一 A.蛋白质工程可以改造酶的结构，提高酶的 个肽段或一个特定的结构区域 热稳定性 C.可以通过基因工程间接地改造蛋白质中特 B.通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性 定的一个或几个氨基酸 —205 D.可以通过人工化学合成的方法直接对蛋白 有遗传型糖尿病和2型糖尿病。遗传型糖尿 质的氨基酸进行改造 病的主要病因之一是胰岛受损。科研机构作 6.腈水合酶(N。)广泛应用于环境保护和医药原 出如下设计：取糖尿病患者的细胞，将人的正 料生产等领域，但不耐高温。利用蛋白质工程 常胰岛素基因导入其中，然后进行细胞培养， 诱导产生胰岛组织，重新植入患者的胰岛，使 技术在N。的a和B亚基之间加入一段连接 胰岛恢复功能。2型糖尿病需要注射胰岛素 肽，可获得热稳定的融合型腈水合酶(N)。 治疗。目前临床使用的胰岛素制剂注射 下列有关叙述错误的是 120min后才出现高峰，与人体生理状态不符。 A.N与N。氨基酸序列的差异是影响其热稳 科研人员通过一定的工程技术手段，将胰岛素 定性的原因之一 B链的28号和29号氨基酸互换，获得了速效 B.加入连接肽需要通过改造基因实现 胰岛素，速效胰岛素已通过临床试验。请回答 C.获得N,的过程需要进行转录和翻译 下列问题： D.检测N的活性时先将N,与底物充分混 (1)对遗传型糖尿病进行基因治疗的方案中， 合，再置于高温环境 胰岛素基因称为 ,实验室中 7.神经科学家设计了一种合成蛋白质LIMK1(结 要先对该基因利用 技术进行扩 合ATP并磷酸化其靶标的蛋白质)，能改善老 增。将该基因导入正常细胞所用的方法 是 年认知退化人群的记忆功能。下列叙述不正 (2)科研人员利用蛋白质工程合成速效胰岛 确的是 ( 素，该技术的实验流程为 A.设计蛋白质LIMK1时，先设计其基因的碱 生产出速 基序列再推测其功能 设吐蛋白质的维国我型相应的脱氧 三维结构 核苷酸序列 效胰岛素 B.通过基因定点突变技术可对LIMK1蛋白基 其中，流程A是 因进行碱基的替换 流程B是 C.设计蛋白质LIMK1利用的技术是蛋白质工 (3)与基因工程相比，蛋白质工程是以蛋白质 程，其可制造新的蛋白质 分子的结构规律及其与生物功能的关系 D.蛋白质的高级结构十分复杂，故蛋白质工 作为基础，通过 基因， 程是一项难度很大的工程 来 现有蛋白质，或制造一种新的 二、非选择题 蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。 8.糖尿病是近年来高发的“富贵病”，常见类型 206