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** 本同步练习围绕蛋白质工程核心原理与应用，通过基础概念辨析、案例应用分析及实验设计操作的三级分层，构建从知识理解到能力应用的巩固路径，适配新授课“基础+提升”教学需求。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础层|蛋白质工程核心原理（直接改造基因、流程）|选择题1-2考查基本概念辨析，填空题9（1）涉及氨基酸脱水缩合计算，强化结构与功能观| |应用层|具体案例分析（酶、抗体、载体蛋白改造）|选择题3-5结合HKT蛋白、溶菌酶等改造案例，填空题10分析干扰素改造原理，培养科学思维的分析推理能力| |综合层|技术操作与实验设计（定点突变、PCR、载体构建）|选择题6-8涉及工程菌应用与安全性，填空题11结合重叠延伸PCR技术设计，体现探究实践的实验设计能力|

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 . 蛋白质工程为医药研发与工业酶改造开辟新路径，AI技术的融入更实现了“从结构预测到功能设计”的跨越——通过模拟蛋白质空间构象变化，可快速设计出具有特定功能的新型蛋白质。下列叙述正确的是（        ） A．蛋白质工程核心是直接对蛋白质进行改造，通过改变氨基酸序列实现功能优化 B．药物蛋白研发需提供靶标蛋白结构解析，再通过AI推导靶标蛋白的氨基酸序列 C．利用蛋白质工程改造胰岛素，需要对胰岛素基因改造，改造后需进行表达验证 D．蛋白质工程创造的新蛋白，其氨基酸组成必然是自然界中不存在的特殊氨基酸 2 . 关于蛋白质工程表述正确的是（　　） A．直接改造蛋白质空间结构获得新蛋白 B．流程：预期蛋白功能→设计结构→改造基因→合成蛋白 C．只能合成自然界已存在的蛋白质 D．原理与基因工程完全一致 3 . HKT是分布于耐盐植物细胞膜上的一种Na+载体蛋白，能将细胞外的Na+转运进细胞内。将HKT的PD1位点的丝氨酸突变为甘氨酸，改造后的HKT可转运Na+或K+。下列叙述正确的是（        ） A．在蛋白质工程中同样需要构建基因表达载体 B．PD1位点的替换研究中，直接操作对象是氨基酸 C．HKT的改造思路与天然HKT的合成过程相同 D．改造HKT后植物获得的性状无法遗传给后代 4 . 天然溶菌酶在高温环境下空间结构易被破坏，导致酶活性快速丧失。通过蛋白质工程将溶菌酶第3位的异亮氨酸替换为半胱氨酸，使其能够形成额外的二硫键，从而显著提高了溶菌酶的热稳定性。以下叙述错误的是（        ） A．利用蛋白质工程对溶菌酶的改造需要以基因工程为基础 B．改造溶菌酶的过程实际是改造溶菌酶基因的过程 C．改造蛋白质应从相应基因的脱氧核苷酸序列出发，设计其特有的结构 D．蛋白质工程难度很大是因为对蛋白质的高级结构了解不够 5 . 胰蛋白酶可水解精氨酸与下一位氨基酸（脯氨酸除外）之间的肽键。抗体甲的第27位、96位均为精氨酸，通过蛋白质工程将第27位替换为苯丙氨酸，第97位替换为脯氨酸。改造后的甲不被胰蛋白酶水解，并保持抗体活性。下列叙述错误的是（       ） A．判断甲的改造效果，可用胰蛋白酶处理一段时间后检测抗体活性 B．将第27位精氨酸替换为苯丙氨酸依赖基因工程技术来实现 C．第96位氨基酸未被替换的原因可能是该位点与抗体功能相关 D．将甲第97位氨基酸替换为脯氨酸，推测相应的脱氧核苷酸序列只有一种 6 . 柚皮素是柑橘类植物产生的黄酮类次生代谢物，具有抗氧化、抗炎作用，可用于食品防腐、保健护肝等领域。4CL是柚皮素生物合成过程中的关键酶，中国科学院微生物所团队利用蛋白质工程定向改造4CL，实现了微生物高效合成柚皮素。下列叙述正确的是（        ） A．柚皮素是柑橘类植物生长和生存所必需的 B．改造4CL时的直接操作对象是蛋白质的氨基酸序列 C．利用蛋白质工程改造4CL时，需从预期4CL的功能出发 D．改造后工程菌生产的柚皮素上市前无需进行安全性评估 7 . 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 8 . 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 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. 干扰素是动物体内的一种蛋白质，可以用于治疗病毒的感染和癌症，但在体外保存相当困难。如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可在-70℃下保存半年，给广大患者带来福音。回答下列问题： (1)蛋白质工程是在分子水平上对______直接进行操作，定向改变分子结构。天然蛋白质合成的过程是按照克里克提出的中心法则进行的，而蛋白质工程却与之_____（填“相同”或“相反”）。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，其基本途径是：预期蛋白质的功能→设计_____→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。 (2)上述过程设计的脱氧核苷酸序列______（填“是”或“不是”）唯一的，原因是_____。该方法获得的干扰素基因与细胞内干扰素基因相比，结构上不同之处有____。 11. 人体内的t-PA蛋白能高效降解血栓，而为心梗患者注射大剂量的t-PA蛋白会诱发颅内出血。研究证实，将t-PA蛋白第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，能显著降低出血副作用。因此，利用蛋白质工程可制造出性能优异的t-PA突变蛋白。下图是通过重叠延伸PCR技术获取t-PA改良基因和利用质粒pCLY11构建含t-PA改良基因的重组质粒的示意图，图中重叠延伸PCR过程中，引物a、b用来扩增突变位点的上游DNA序列，引物c、d用来扩增突变位点的下游DNA序列。回答下列问题： (1)制造出性能优异的t-PA突变蛋白的途径：从预期的蛋白质功能出发→_____→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列。 (2)该案例中改造t-PA突变蛋白的策略是定点突变，引物_____中含有突变位点。PCR1和PCR2______（填“在”或“不在”）同一个反应体系中进行，从引物的角度分析，原因是_____。 (3)经PCR3获得t-PA改良基因后，对t-PA改良基因进行PCR扩增过程中，在设计引物时应在两个引物的5′端分别添加________。 (4)经Ca2+处理的大肠杆菌与重组质粒混合培养一段时间后，应采用______法将大肠杆菌接种到添加了_______的培养基上，筛选出的_____色菌落即为工程菌种。 答案 一、选择题 1. 答案：C · A：蛋白质工程直接改造对象是基因，不是直接改造蛋白质，错误。 · B：应先解析蛋白结构，再推导氨基酸序列，选项顺序颠倒，错误。 · C：改造蛋白质需改造对应基因，构建载体表达后验证功能，正确。 · D：改造只用天然 20 种氨基酸，不会产生特殊氨基酸，错误。 2. 答案：B · A：不能直接改造蛋白质，改造基因，错误。 · B：标准流程：预期功能→设计蛋白结构→改造基因→表达蛋白，正确。 · C：可创造自然界不存在的新蛋白质，错误。 · D：基因工程只生产天然蛋白，蛋白质工程改造基因造新蛋白，原理不同，错误。 3. 答案：A · A：蛋白质工程需要构建基因表达载体，完成基因表达，正确。 · B：直接操作对象是基因，不是氨基酸，错误。 · C：天然蛋白是基因正常表达；蛋白质工程先改基因再表达，思路相反，错误。 · D：改造后的基因整合到植物基因组，性状可遗传，错误。 4. 答案：C · A：蛋白质工程以基因工程为基础，正确。 · B：改造蛋白质本质是改造其编码基因，正确。 · C：蛋白质工程从预期蛋白质功能出发，不是从基因序列出发，错误。 · D：蛋白质高级结构复杂，解析难度大，限制蛋白质工程发展，正确。 5. 答案：D · A：用胰蛋白酶处理后检测抗体活性，可判断改造是否成功，正确。 · B：氨基酸替换必须通过改造编码基因实现，依赖基因工程，正确。 · C：96 位精氨酸未替换，推测该位点参与抗体空间结构 / 抗原结合，不可改动，正确。 · D：密码子简并性，一种氨基酸对应多种密码子，脱氧核苷酸序列不止一种，错误。 6. 答案：C · A：柚皮素是次生代谢物，不是植物生存必需，错误。 · B：直接操作对象是基因，不是氨基酸，错误。 · C：蛋白质工程起点是预期目标蛋白功能，正确。 · D：基因工程产物上市前必须做安全性评估，错误。 7. 答案：B · A：蛋白质工程目的是生产符合人类需求的新型蛋白质，正确。 · B：不能直接改造蛋白质，需改造干扰素基因，错误。 · C：设计流程从预期功能开始，正确。 · D：蛋白高级结构复杂，解析困难，是工程难点，正确。 8. 答案：A · A：替换 28 位脯氨酸就能抑制聚合，说明该氨基酸与胰岛素聚合相关，正确。 · B：氨基酸改变的本质是改造基因，必须操作基因，错误。 · C：流程是先预期功能，再设计蛋白结构，顺序颠倒，错误。 · D：转录翻译仍遵循中心法则，遗传信息传递规律不变，错误。 二、填空题 9 (1) 脱水缩合；2214 解析：124 个氨基酸脱水数 = 124-1=123；4 个二硫键脱去 8 个 H；总减少：123×18+8=2214 (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 / 合成基因） (3) 甘氨酸 解析：甘氨酸 R 基最小，空间阻碍最小。 10 (1) 基因；相反；预期蛋白质的三维结构 (2) 不是；密码子具有简并性，一种氨基酸可对应多种密码子；个别碱基发生替换（定点突变） 11 (1) 设计预期 t-PA 蛋白的空间结构 (2) b、c；不在；引物 b、c 存在互补重叠序列，同体系会相互配对，无法正常扩增两段目的片段 (3) XmaⅠ、BglⅡ 的限制酶识别序列 (4) 稀释涂布平板；新霉素；白 解析：重组质粒破坏 mlacZ，无法合成显色产物，菌落白色；空质粒菌落蓝色。 学科网（北京）股份有限公司 $