3.4蛋白质工程的原理和应用练习题2026-2027学年高二下学期生物人教版选择性必修3

**基本信息** 以蛋白质工程原理与应用为核心，通过基础辨析-进阶应用-综合探究三层设计，实现从概念理解到科研实践的知识巩固，培养结构与功能观及科学思维。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础层|蛋白质工程操作流程、基本原理|选择题1-5聚焦转录翻译过程、工程起点等基础辨析，强化生命观念| |进阶层|基因改造与蛋白质功能关系|选择题6-8结合嵌合抗体、水蛭素改造等案例，训练科学思维| |综合层|实验设计与结果分析|填空题9-11以P450酶、天冬酰胺酶改造为情境，融合PCR、基因工程操作，提升探究实践能力|

2026-2027学年高中生物人教版选择性必修三 3.4蛋白质工程的原理和应用 模拟练习题 一、选择题 1 . 如图表示蛋白质工程的操作过程，下列说法错误的是（        ） A．a、b过程分别是转录、翻译 B．蛋白质工程不涉及基因表达载体的构建 C．蛋白质工程是从预期功能开始的 D．蛋白质工程可能构建出一种全新的基因 2 . 干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可用于治疗病毒感染和癌症，但体外保存相当困难。若将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，则可在-70℃条件下保存半年。下列关于蛋白质工程的叙述，错误的是（        ） A．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 B．对干扰素进行改造可通过直接改造干扰素的分子结构来实现 C．对干扰素进行蛋白质分子设计必须从预期干扰素的功能出发 D．蛋白质空间结构复杂是蛋白质工程实施难度较大的重要原因 3. 天然β-淀粉酶（M0）大多耐热性差，不利于工业化应用。科研人员将β-淀粉酶第2位的酪氨酸变为半胱氨酸，该半胱氨酸可与第97位的半胱氨酸之间形成一个二硫键，从而获得了耐高温β-淀粉酶（M1）。下列相关叙述错误的是（        ） A．上述获得M1的过程属于蛋白质工程的范畴 B．M0与M1耐热性的差异与两者空间结构的差异有关 C．检测M1活性时应先将M1与底物混合再置于高温环境 D．替换氨基酸的过程涉及到对相关基因碱基序列的改造 4 . 下列属于蛋白质工程研究成果的是（        ） A．将Bt抗虫蛋白基因导入棉花细胞培育出转基因抗虫棉 B．将α-抗胰蛋白酶基因导入山羊受精卵获得山羊乳腺生物反应器 C．培育既能无限增殖又能分泌特异性抗体的杂交瘤细胞 D．通过改造胰岛素基因，生产分子间聚合作用被抑制的速效胰岛素 5 . 为降低胰岛素的聚合作用，生产出速效胰岛素类似物，科研人员通过蛋白质工程对胰岛素进行改造，将胰岛素B链中第28位脯氨酸替换为天冬氨酸从而抑制了胰岛素的聚合。下列叙述正确的是（        ） A．第28位脯氨酸与胰岛素的聚合有关 B．改造过程仅需对氨基酸进行替换，不需要对基因进行操作 C．蛋白质工程要先从蛋白质结构出发设计预期的蛋白质功能 D．获得胰岛素类似物的过程不遵循遗传信息传递的一般规律 6. 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，可获得比自然界中已存在的蛋白质功能更优越的新的蛋白质。下列叙述正确的是（　　） A．蛋白质工程实际上是在基因水平上进行操作，最终会导致改造后的基因空间结构改变 B．人工合成的新基因仅具有编码区，需与特定的启动子、终止子相连后才可能正常表达 C．若将新基因导入大肠杆菌生产所需蛋白，需用Na+处理大肠杆菌，以使其处于吸收周围DNA的状态 D．新基因经转录、翻译、加工过程合成的蛋白质，即为人类所需的蛋白质 7 . 科学家将天然水蛭素基因进行改造，使其表达出的蛋白质在经蛋白酶水解后，产物中的肽段仍具有抗凝血活性，而天然水蛭素的水解产物则无此活性。下列相关叙述错误的是（        ） A．该过程属于蛋白质工程，其直接操作对象是水蛭素基因 B．改造后的水蛭素基因在受体细胞中表达时，遗传信息的传递方向改变 C．改造水蛭素时，主要依据是预期的抗凝血功能，推测应有的氨基酸序列 D．与天然水蛭素相比，改造后的水蛭素在体内更不易被蛋白酶彻底降解 8 . 人抗体和鼠抗体均含有短链和长链。科学家对鼠源杂交瘤抗体进行改造，生产出效果更好的人一鼠嵌合抗体用于癌症的治疗，如图所示。下列叙述错误的是（        ） A．通常直接拼接不同抗体的可变区和恒定区形成嵌合抗体 B．由于改造的是基因，该技术属于蛋白质工程范畴 C．进行基因拼接时需要用到限制酶和DNA连接酶 D．推测用人抗体的恒定区改造鼠源抗体可避免免疫排斥反应 二、填空题 9. 中国医学科学院致力于在烟草中合成抗癌药物紫杉醇的前体研究。该研究的关键步骤之一是利用P450酶催化底物紫杉二烯生成巴卡亭III，但天然P450酶催化效率极低。研究人员先利用AlphaFold2（AI）预测P450酶的三维结构，再通过分子对接发现，酶活性中心的第206位亮氨酸（Leu）会阻碍底物进入最佳催化位置。随后用Rosetta软件设计突变，将Leu206替换为丙氨酸（Ala）或甘氨酸（Gly）。改造后的基因导入烟草后，转基因烟草中巴卡亭III的含量显著提高。三种氨基酸的结构如图所示。回答下列问题： (1)催化RNA水解的牛胰核糖核酸酶A（RNaseA）是用于研究蛋白质折叠的经典模式蛋白，由一条含有124个氨基酸残基的肽链折叠而成，其中含有4个二硫键（−S−S−）。RNaseA由124个氨基酸经过_______反应形成，其形成过程中相对分子质量减少了_______。 (2)中国医学科学院改造P450酶所用关键生物工程为_______。其一般流程为：预期蛋白质功能→____________→推测应有氨基酸序列→____________→获得所需要的蛋白质。 (3)从三种氨基酸的结构分析，将亮氨酸替换为丙氨酸或甘氨酸能提高酶催化效率的原因是亮氨酸侧链（R基）较大，占据了活性中心空间，物理上阻碍底物紫杉二烯进入最有利的催化位置，据此推测将P450酶的Leu206替换为_______后，其催化效率最高。 10. 乳腺癌严重威胁着人类的健康。癌细胞需要从内环境吸收天冬酰胺，使用外源天冬酰胺酶降解内环境中的天冬酰胺可抑制癌细胞增殖，正常细胞能合成天冬酰胺，受影响较小。回答下列问题： (1)使用合成培养基培养动物细胞时，通常需要加入________等天然成分。与正常组织细胞不同，乳腺癌细胞因失去________特性，可在培养瓶中堆叠生长。培养箱中通入CO2的主要作用是________。 (2)天冬酰胺酶具有一定水解谷氨酰胺的酶活性，长期使用会对正常细胞造成损伤。为降低天冬酰胺酶的副作用，可通过________工程改造其结构。已知天冬氨酸密码子为GAU/GAC，甘氨酸密码子为GGU/GGC/GGA/GGG，若通过单个碱基对的替换将天冬酰胺酶中第50位的天冬氨酸（见图1）替换为甘氨酸，需将模板链中5′-GTC-3′序列突变为5′________3′。 (3)为实现单碱基对的定点突变，应选用引物___________（填编号）对质粒1进行全质粒扩增。在去除模板质粒的PCR产物中加入________以得到质粒2。将质粒1和质粒2分别导入大肠杆菌后，可用____法检测目的基因是否表达成功。 (4)图2显示了改造前后的天冬酰胺酶对两种氨基酸的水解活性，据图分析改造后的酶作为候选药物的优势为_________。 11. 四尾栅藻生长周期短、适应性强，是一种高潜力生物柴油新型原料，但油脂产量低。研究人员从含油量高的紫苏中提取DGAT1（催化油脂合成的关键酶）基因，并成功导入四尾栅藻细胞内，获得转基因产油四尾栅藻，其制备流程如图，Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，LacZ基因可使细菌利用培养基中的物质X-gal进而使菌落呈现蓝色，无该基因或该基因被破坏，菌落呈白色。回答下列问题： (1)要获得大量的DGAT1基因，可利用PCR技术扩增，前提是要有一段已知DGAT1基因的脱氧核苷酸序列，以便合成___________。 (2)构建的pMD19-DGAT1导入经CaCl2溶液处理的大肠杆菌细胞中，并通过稀释涂布平板法接种到含___________的培养基中培养。一段时间后，挑选___________色的菌落以提取质粒pMD19-DGAT1。 (3)用限制酶切割pBI121的化学键是___________。与单酶切相比，双酶切的优点有____________________________________（答出两点）。用限制酶切割pMD19-DGAT1获得DGAT1基因，并与酶切后的载体pBI121连接得到___________，然后导入四尾栅藻。若要获得产油率更高的DGAT1基因，可以对DGAT1基因进行改造，最终得到相应的蛋白质，该过程可以通过蛋白质工程完成，蛋白质工程的基本思路是_____________________________。 答案 一、选择题答案 + 解析 1 答案：B 解析：蛋白质工程需要改造目的基因，再构建基因表达载体导入受体细胞完成表达；A a 转录、b 翻译；C 蛋白质工程流程起点为预期蛋白质功能；D 可人工全新合成改造后的基因。 2 答案：B 解析：蛋白质工程不能直接改造蛋白质，蛋白质空间结构易恢复，必须改造控制该蛋白的基因；A 蛋白质工程目的是生产符合人类需求的蛋白质；C 设计从预期功能出发；D 蛋白空间结构复杂、难预测，是工程主要难点。 3 答案：C 解析：应先高温预处理再加入底物检测耐热活性，先混合再高温会提前发生催化反应，无法真实反映耐高温能力；A 定点改造氨基酸属于蛋白质工程；B 二硫键改变空间结构，耐热性改变；D 替换氨基酸本质是改造基因碱基序列。 4 答案：D 解析：改造胰岛素基因获得速效胰岛素，属于蛋白质工程；A、B 是普通转基因基因工程；C 单克隆抗体制备为动物细胞融合技术。 5 答案：A 解析：替换 28 位脯氨酸即可抑制聚合，说明该氨基酸与聚合作用相关；B 蛋白质工程必须改造基因；C 流程顺序：预期功能→推测氨基酸序列→改造基因；D 改造基因表达仍遵循中心法则。 6 答案：B 解析：人工合成编码基因无调控序列，必须连接启动子、终止子才能转录；A 基因是双链 DNA，改造改变碱基序列，不改变 DNA 双螺旋空间结构；C 大肠杆菌用 Ca²⁺处理，不是 Na⁺；D 原核细胞无内质网高尔基体，合成多肽无法完成真核蛋白加工。 7 答案：B 解析：改造后基因表达仍遵循中心法则，遗传信息传递方向不变（DNA→RNA→蛋白质）；A 蛋白质工程直接改造基因；C 设计依据预期抗凝血功能；D 改造后水解片段仍有活性，不易被完全降解。 8 答案：A 解析：不能直接拼接多肽链，需分别扩增鼠可变区、人恒定区基因，酶切连接重组基因后表达嵌合抗体；B 改造基因属于蛋白质工程；C 基因拼接需要限制酶、DNA 连接酶；D 人恒定区降低人体对鼠抗体的免疫排斥。 二、填空题答案 9 (1) 脱水缩合；2222 解析：124 个氨基酸脱水脱 123 分子水，4 个二硫键脱 8 个 H；总减少：123×18+8=2222。 (2) 蛋白质工程；设计预期蛋白质的三维结构；找到对应的脱氧核苷酸序列（改造基因 / 人工合成新基因） (3) 甘氨酸 解析：甘氨酸 R 基仅 - H，空间阻碍最小，底物更容易进入活性中心。 10 (1) 血清（血浆）；接触抑制；维持培养液 pH (2) CCC 模板链 GAC（天冬氨酸），密码 GAC；甘氨酸密码 GGN，模板链对应 CCC。 (3) 引物 3、4；DNA 连接酶；抗原 — 抗体杂交 (4) 改造后水解天冬酰胺活性大幅提升，水解谷氨酰胺活性极低，对正常细胞损伤小，副作用弱 11 (1) 引物 (2) 氨苄青霉素、X-gal；白 解析：目的基因插入破坏 LacZ，菌落白色；Ampʳ筛选阳性菌。 (3) 磷酸二酯键；防止质粒自身环化、避免目的基因反向连接；重组表达载体；从预期蛋白质功能出发→设计蛋白质三维结构→推测氨基酸序列→找到并改造对应基因，表达获得新蛋白质 学科网（北京）股份有限公司 $