课时测评16 蛋白质工程的原理和应用-【金版新学案】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程同步课堂高效讲义配套练习word（人教版，单选）

课时测评16　蛋白质工程的原理和应用 (时间：40分钟　满分：60分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (1－8题，每小题2分，共16分) 知识点一　蛋白质工程崛起的缘由及基本原理 1.(2024·江苏宿迁高二期末)关于蛋白质工程的基本流程，下列叙述正确的是(　　) ①蛋白质分子结构设计　②DNA合成　③预期蛋白质功能　④据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列 A.①→②→③→④　 B.④→②→①→③ C.③→①→④→②　 D.③→④→①→② 答案：C 解析：蛋白质工程的基本流程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，然后进行DNA合成或改造，即为③→①→④→②，C正确。 2.(2025·黑龙江哈尔滨三中高二期末)下列不属于蛋白质工程的研究内容的是(　　) 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 答案：B 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。 3.(2024·辽宁本溪高三期中)近年来，人工智能(AI)算法在蛋白质工程领域的应用已经被开发，下列关于AI算法在蛋白质工程领域应用的设想中，实现难度最大的是(　　) A.根据人类对蛋白质的功能需求设计蛋白质的高级结构 B.根据蛋白质的空间结构推测其氨基酸序列 C.按照设定的氨基酸序列推测mRNA的碱基序列 D.按照设定的mRNA的碱基序列设计新基因 答案：A 解析：根据中心法则逆推以确定目的基因的碱基序列：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→找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。其中根据人类对蛋白质的功能需求设计蛋白质的高级结构是最难实现的，A正确。 4.(2025·山东德州期中)蛋白质生成模型是利用人工智能生成技术设计全新蛋白质的新方法。该模型可从零开始创造，生成全新的自然界不存在的蛋白质结构。下列说法错误的是(　　) A.全新蛋白质除含有氨基酸残基外还可能结合其他有机物和无机盐离子 B.全新蛋白质生成过程中通过脱水缩合形成大量的肽键和二硫键 C.欲规模化生产全新蛋白质，需设计该蛋白质对应的基因碱基序列 D.基因工程菌能高效表达全新蛋白质的性状且可遗传给子代 答案：B 解析：蛋白质生成模型可以生成全新的自然界不存在的蛋白质结构，由此推测全新蛋白质除含有氨基酸残基外还可能结合其他有机物和无机盐离子，A正确；肽键是脱水缩合形成的结构，但二硫键由巯基氧化脱H形成，与脱水缩合无关，B错误；欲规模化生产全新蛋白质，其本质是设计该蛋白质对应的基因碱基序列，C正确；蛋白质工程的本质是对基因进行改造，因此基因工程菌能高效表达全新蛋白质的性状且可遗传给子代，D正确。 知识点二　蛋白质工程的应用 5.(2024·吉林白山二模)纸浆漂白需要在高温、碱性条件下进行，因此需要耐高温、耐碱的木聚糖酶。科学家利用蛋白质工程对已知氨基酸序列的木聚糖酶进行改造，获得了耐高温、耐碱的新木聚糖酶，提高了生产效率。下列叙述错误的是(　　) A.新木聚糖酶是依据蛋白质的功能改造其结构得到的 B.木聚糖酶的基因可定向突变成耐高温、耐碱的木聚糖酶基因 C.已知木聚糖酶的氨基酸序列是预测其空间结构的重要基础 D.可通过基因工程将耐高温、耐碱的木聚糖酶基因传递和保存 答案：B 解析：蛋白质工程的基本思路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。结合题干信息可知，新木聚糖酶是科学家依据蛋白质的功能改造其结构得到的，A正确。基因突变具有不定向性，B错误。组成蛋白质的氨基酸的种类、数量和排列顺序不同会影响蛋白质的功能，因此已知木聚糖酶的氨基酸序列是预测其空间结构的重要基础，C正确。改造后的耐高温、耐碱的木聚糖酶基因，可通过培养基因工程获得的目的微生物，从而保存在基因文库中代代传递，D正确。 6.(2024·江苏南京高二期中)胰岛素可用于治疗糖尿病，但胰岛素注射后易在皮下堆积，需较长时间才能进入血液，进入血液后又易被分解，因此治疗效果受到影响。下图是新的速效胰岛素的生产过程，有关叙述错误的是(　　) A.新的胰岛素的预期功能是构建新胰岛素模型的主要依据 B.新的胰岛素生产过程中不涉及中心法则 C.用大肠杆菌生产新的胰岛素不具有生物学活性 D.新的胰岛素功能的发挥必须依赖于蛋白质正确的高级结构 答案：B 解析：构建新胰岛素模型主要从新胰岛素的预期功能出发，A正确；新的胰岛素生产过程中，经过转录、翻译等过程，涉及中心法则，B错误；大肠杆菌属于原核生物，不具有内质网和高尔基体，其不能对蛋白质进行相应的加工，产生新的胰岛素不具有生物学活性，C正确；结构决定功能，新的胰岛素功能的发挥必须依赖于蛋白质正确的高级结构，D正确。 7.(2024·吉林延边一模)干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病。如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸(密码子：UGU、UGC)变成丝氨酸(密码子：UCU、UCC、UCA、UCG)，就可以延长干扰素的体外保存时间。下列相关叙述错误的是(　　) A.对干扰素的设计和改造，以基因的结构和功能的关系为基础 B.对干扰素基因进行定点突变(C→G)来实现碱基的替换 C.改造后的干扰素基因仍需导入受体细胞完成表达过程 D.改造后的干扰素的功能与天然干扰素不是完全不同 答案：A 解析：蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造，理论基础是蛋白质的结构与功能相适应，A错误；比较半胱氨酸和丝氨酸的密码子，若第二个碱基由G替换为C，就可引起氨基酸的替换，所以基因上发生定点突变(C→G)，可实现基因的改造，B正确；基因的表达需要众多物质和结构的参与，还需要细胞呼吸提供能量，故改造后的干扰素基因仍需导入受体细胞完成表达过程，C正确；改造后的干扰素由于氨基酸序列改变，导致结构改变，从而延长体外保存时间，但其仍具有干扰病毒复制的功能，即改造后的干扰素与天然干扰素的功能不是完全不同，D正确。 8.(2024·安徽阜阳高三开学考试)已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种载体蛋白，由305个氨基酸组成。科学家将P分子中第158位的丝氨酸替换成亮氨酸，第240位的谷氨酰胺替换成苯丙氨酸，从而得到了新的蛋白质，将其命名为P1，P1不但保留P的功能，而且还具有了酶的催化活性。下列说法正确的是(　　) A.P1蛋白与P蛋白相比，可以提高相关化学反应的活化能 B.P1蛋白与P蛋白一样，分子或离子通过时不需要与之结合 C.P1蛋白与P蛋白相比，肽键数目相等但是必需氨基酸含量降低 D.P蛋白改造成P1蛋白可用基因定点突变技术来进行碱基的替换 答案：D 解析：P1蛋白与P蛋白相比，具有了酶的催化活性，酶的作用机理是降低化学反应的活化能，A错误；P蛋白是一种载体蛋白，P1蛋白与P蛋白一样，分子或离子通过时需要与之结合，B错误；P1蛋白与P蛋白相比，氨基酸的数目不变，肽键数目相等，由题意可知，P蛋白第158位的丝氨酸变成亮氨酸，第240位的谷氨酰胺替换成苯丙氨酸得到P1蛋白，P1蛋白的必需氨基酸含量增加，C错误；P蛋白改造成P1蛋白可用基因定点突变技术来进行碱基的替换，D正确。 (9－13题，每小题4分，共20分) 9.(2025·安徽三模)蛋白质组指某个时刻，某个组织、器官或个体中所有蛋白质的集合。中国科学家率先倡导并领衔了人类第一个器官(肝脏)国际蛋白质组计划(HLPP)，构建了人类第一个器官(肝脏)蛋白质组图谱，有利于揭示肝病的发病机制和病理过程，可发现新型诊断标志物、治疗和创新药物，全面提高疾病防治水平。下列叙述正确的是(　　) A.肝细胞中的核糖体、线粒体均直接参与蛋白质的合成过程 B.特定时间、空间的蛋白质组能够表征人体是否处于某种疾病状态 C.肝脏与其他器官蛋白质组图谱有差异的原因是基因组图谱有差异 D.人体每个器官都拥有一张蛋白质组图谱，且保持终身不变 答案：B 解析：肝细胞中的线粒体为蛋白质的合成过程提供能量，但不直接参与该过程，A错误；不同的疾病状态下，人体特定时间、空间的蛋白质组会发生变化，所以特定时间、空间的蛋白质组能够表征人体是否处于某种疾病状态，B正确；肝脏与其他器官蛋白质组图谱有差异的原因是基因的选择性表达，其基因组图谱相同，C错误；基因的表达具有时间和空间差异，人体的某个器官的蛋白质组图谱在个体发育的不同时期存在差异，因此不是保持终身不变，D错误。 10.(2025·天津静海高二期末)某生物制品公司用如图方法生产干扰素。下列说法正确的是(　　) A.能产生干扰素的酵母菌是基因工程创造的新物种 B.干扰素是由淋巴细胞产生的，所以只有淋巴细胞中才有干扰素基因 C.该过程所运用的生物学原理是基因重组 D.若要获得更耐储存的干扰素则利用蛋白质工程来直接改造蛋白质 答案：C 解析：新物种产生标志是形成生殖隔离，能产生干扰素的酵母菌只是赋予酵母菌新性状，并未创造新物种，A错误；干扰素基因除了在淋巴细胞存在外，在其他体细胞也存在，只是干扰素基因只在淋巴细胞中表达，B错误；将干扰素基因导入酵母细胞中，属于基因工程的应用，基因工程运用的原理是基因重组，C正确；利用蛋白质工程对干扰素进行改造，基本思路是：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，D错误。 11.(2025·北京东城二模)天然β-淀粉酶耐热性较差，难以满足工业化生产需求。通过PCR对天然β-淀粉酶基因进行改造，将其导入大肠杆菌表达后，获得了一种耐高温的β-淀粉酶。与天然酶相比，改造后的酶在第476位发生了氨基酸替换，由天冬氨酸改变为天冬酰胺。下列叙述错误的是(　　) A.天冬酰胺与天冬氨酸的R基不同，该替换导致酶的空间结构改变 B.根据新的氨基酸序列可逆推出唯一对应的基因编码序列 C.PCR技术在此过程中实现了对β-淀粉酶基因的定点突变 D.这种通过设计并合成新蛋白质的技术属于蛋白质工程 答案：B 解析：不同氨基酸的差异在于R基不同，氨基酸的改变会影响蛋白质的空间结构，天冬酰胺与天冬氨酸的R基不同，该替换会导致酶的空间结构改变，A正确；由于密码子的简并，根据新的氨基酸序列推导出的基因编码序列不是唯一的，B错误；通过PCR技术可以对基因进行定点突变，从而实现对天然β-淀粉酶基因的改造，C正确；蛋白质工程是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，对蛋白质分子的设计和改造是通过蛋白质工程来实现的，题中通过对天然β-淀粉酶基因改造获得耐高温的β-淀粉酶属于蛋白质工程，D正确。 12.(2024·辽宁朝阳高三开学考试)天然人白细胞介素-2(IL-2)是一种由133个氨基酸残基组成的多肽，该多肽含有3个半胱氨酸，其中一个半胱氨酸(Cys125)残基以游离方式存在，另两个(Cys58和Cys105)缩合成活性所必需的二硫键，人们利用定位诱变技术将基因中编码Cys125的碱基TGT转换成TCT或GCA，使Cys125转换成丝氨酸或丙氨酸，不仅避免了错误配对发生，而且产生的新IL-2的生物活性不受影响，其热稳定性也得到了明显的改善。下列相关叙述正确的是(　　) A.天然的IL-2是由白细胞分泌的具有免疫能力的抗体 B.人工改造合成新IL-2，属于蛋白质工程 C.可通过直接改造IL-2的氨基酸成为新IL-2从而改善其稳定性 D.利用定位诱变后的基因表达新IL-2的过程不遵循中心法则 答案：B 解析：白细胞介素-2属于免疫活性物质，但不是抗体，A错误；蛋白质工程可以生产自然界中本不存在的蛋白质，据题可知，通过题中过程可以产生新的蛋白质，所以属于蛋白质工程，B正确；题中的蛋白质工程通过改造或合成基因间接改造蛋白质的结构从而改变其稳定性，C错误；基因表达蛋白质的过程遵循中心法则，D错误。 13.(2025·安徽模拟预测)纤维素合酶(CesA)定位于质膜上，催化纤维素的合成。通过实验发现，改变CesA的第540位天冬氨酸、第742位天冬氨酸、第784位色氨酸会导致CesA活性明显降低，影响棉花的产量。下列叙述错误的是(　　) A.由葡萄糖组成的纤维素是植物细胞壁的组成成分 B.氨基酸分子在核糖体上脱水缩合，形成CesA的肽链结构 C.第540、742、784位氨基酸改变不会影响CesA的空间结构 D.可通过蛋白质工程提高CesA的活性，提高棉花纤维的品质 答案：C 解析：纤维素由葡萄糖组成，是植物细胞壁的组成成分，A正确；纤维素合酶(CesA)由氨基酸组成，氨基酸分子在核糖体上脱水缩合，形成CesA的肽链结构，B正确；改变CesA的第540位天冬氨酸、第742位天冬氨酸、第784位色氨酸会导致CesA的活性明显降低，说明第540、742、784位氨基酸改变会影响CesA的空间结构，C错误；对蛋白质分子的设计和改造是通过蛋白质工程来实现的，可通过蛋白质工程提高CesA活性，提高棉花纤维的品质，D正确。 14.(10分)人的T细胞可以产生某种具有临床价值的蛋白质(Y)。该蛋白质由一条多肽链组成。目前可以利用现代生物技术生产Y。回答下列问题： (1)若要获得Y的基因，可从人的T细胞中提取　　　　　作为模板，在　　　　　 　　　催化下合成cDNA。再利用　　　　　　技术在体外扩增获得大量Y的基因。 (2)将目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法。若将上述所得Y的基因插入农杆菌Ti质粒上的　　　　　　中，得到含目的基因的重组Ti质粒，则可用农杆菌转化法将该基因导入某种植物的叶肉细胞中。若该叶肉细胞经培养、筛选等得到了能稳定表达Y的愈伤组织，则说明Y的基因已经　　　　　　　。 (3)天然的Y通常需要在低温条件下保存。假设将Y的第6位氨基酸甲改变为氨基酸乙可提高其热稳定性，若要根据蛋白质工程的原理对Y进行改造以提高其热稳定性，具体思路是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 答案：(1)mRNA　逆转录酶　PCR　(2)T-DNA　整合到叶肉细胞染色体DNA上　(3)找到决定第6位氨基酸的碱基所在的基因位置，参照密码子表，将第6位氨基酸甲的碱基替换为氨基酸乙的碱基 解析：(1)cDNA是以mRNA为模板，在逆转录酶的催化下，通过逆转录过程合成的。若要获得大量目的基因可利用PCR技术在体外扩增。(2)若用农杆菌转化法将该基因导入某种植物的叶肉细胞中，需将目的基因插入农杆菌Ti质粒上的T-DNA中。若该叶肉细胞经培养、筛选等得到了能稳定表达Y的愈伤组织，则说明Y的基因已经整合到叶肉细胞染色体DNA上。(3)若要根据蛋白质工程的原理对Y进行改造以提高其热稳定性，应该通过对基因的操作来实现。 15.(14分)水蛭是我国的传统中药材，主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构，提高其抗凝血活性。回答下列问题： (1)蛋白质工程流程如图所示，物质a是　　　　　　　　，物质b是　　　　　　 　　。在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是　　　　　　　　　　　　　　。 (2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有　　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是　　　　　　　　　　　　。 (3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性，结果如图所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的　　 　　(填“种类”或“含量”)有关，导致其活性不同的原因是　　　　　　　　　。 (4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异，简要写出实验设计思路：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 答案：(1)多肽链　mRNA　密码子的简并，使不同mRNA翻译出来的氨基酸序列相同　(2)从基因文库中获取目的基因　人工合成　DNA半保留复制　(3)种类　对水蛭蛋白进行酶解时的酶的种类不同，导致水蛭蛋白水解产物的空间结构不同　(4)取3支试管，分别加入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素；取同一种动物(如家兔)血液，将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，放在相同且适宜条件下静置一段时间，观察统计三支试管中血液凝固情况 解析：(1)根据蛋白质工程的基本流程，a是多肽链，b是mRNA。在生产过程中，mRNA可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是密码子的简并，即一种氨基酸可能有几个对应的密码子，使不同mRNA翻译出来的氨基酸序列相同。(2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有从基因文库中获取、人工合成和利用PCR技术扩增。PCR技术是体外扩增DNA的技术，遵循的基本原理是DNA半保留复制。(3)分析曲线图可知，酶甲、酶乙处理，水解产物中的肽含量都随着酶解时间的延长而逐渐升高，且两种酶作用下差别不大；经酶甲处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先升高而后保持相对稳定；经酶乙处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升而后有所下降，且酶甲处理后的产物的抗凝血活性最终高于酶乙处理后的酶解产物的抗凝血活性。据此推测两种酶处理后水解产物的抗凝血活性差异主要与肽的种类有关，导致其活性不同的原因是对水蛭蛋白进行酶解时的酶的种类不同，导致水蛭蛋白水解产物的空间结构不同。(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异，可以以三种物质作为自变量，分别检测它们的抗凝血活性，故实验设计思路为：取3支试管，分别加入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素；取同一种动物(如家兔)血液，将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，放在相同且适宜条件下静置一段时间，观察统计三支试管中血液凝固情况。 学科网（北京）股份有限公司 $