高中生物同步備課系列【備作業(yè)】3.4 蛋白質工程的原理和應用 -人教2019版選擇性必修3

3.4蛋白質工程的原理和應用一、單選題1.合成天然不存在的蛋白質應首先設計（）A.基因結構 B.RNA結構 C.氨基酸序列 D.蛋白質結構【答案】A【解析】合成天然不存在的蛋白質應該采用蛋白質工程技術，該技術通過改造基因結構來實現(xiàn)對蛋白質的改造，從而合成天然不存在的蛋白質。2.科學家將胰島素的第28和29位的氨基酸調換順序，成功獲得了速效胰島素，生產速效胰島素時需要定向改造的對象是（）A.胰島素 B.胰島素mRNAC.胰島素基因 D.胰島B細胞【答案】C【解析】蛋白質工程是以蛋白質分子的結構規(guī)律及其生物功能的關系作為基礎，通過改造或合成基因，來改造現(xiàn)有蛋白質，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類的生產和生活需求。因此生產速效胰島素時需要定向改造的對象是胰島素基因3.豬的胰島素用于人體降低血糖濃度效果不明顯，原因是豬胰島素分子中有一個氨基酸與人的不同。為了使豬胰島素臨床用于人治療糖尿病，用蛋白質工程的蛋白分子設計的最佳方案是（）A.對豬胰島素進行一個不同氨基酸的替換B.將豬胰島素和人胰島素進行拼接組成新的胰島素C.將豬和人的胰島素混合在一起治療糖尿病D.根據人的胰島素設計制造一種全新的胰島素【答案】A【解析】基因定點誘變技術是蛋白質工程常用的技術，根據題干信息“豬胰島素分子中有一個氨基酸與人的不同”可知，所以用蛋白質工程的蛋白質分子設計的最佳方案是對豬胰島素進行一個不同氨基酸的替換。4.科學家將β-干擾素基因進行定點突變導入大腸桿菌表達，使干擾素第十七位的半胱氨酸，改變成絲氨酸，結果大大提高了β-干擾素的抗病活性，并且提高了儲存穩(wěn)定性。該生物技術為（）A.基因工程 B.蛋白質工程 C.基因突變 D.細胞工程【答案】B【解析】基因工程是將符合人們要求的目的基因導入適宜的生物體內，使其高效表達，從中提取人們所需的蛋白質，或表現(xiàn)出某種性狀，蛋白質產品仍然是天然存在的蛋白質。蛋白質工程是對控制蛋白質合成的基因進行改造，從而實現(xiàn)對相應蛋白質的改變，所得到的蛋白質已不是天然存在的蛋白質。題干中的操作涉及的基因顯然不再是原來的基因，其合成的β-干擾素也不是天然的β-干擾素，而是經過人工改造的、符合人類需求的蛋白質，因而該生物技術為蛋白質工程。5.蛋白質工程是新崛起的一項生物工程，如圖示意蛋白質工程流程，圖中A、B在遺傳學上的過程及有關蛋白質工程的說法，正確的是（）A.轉錄和翻譯蛋白質工程就是用蛋白酶對蛋白質進行改造B.翻譯和轉錄蛋白質工程只能生產天然的蛋白質C.翻譯和轉錄蛋白質工程就是用蛋白酶對蛋白質進行改造D.轉錄和翻譯蛋白質工程可以生產自然界原本不存在的蛋白質【答案】D【解析】（1）圖中A表示轉錄過程，B表示翻譯過程；（2）蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規(guī)律及其生物功能的關系作為基礎，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類的生產和生活的需求。6.下列關于蛋白質工程應用的敘述，不正確的是（）A.蛋白質工程可以改造酶的結構，提高酶的熱穩(wěn)定性B.通過蛋白質工程可以改變蛋白質的活性C.利用蛋白質工程可以在大腸桿菌細胞中得到人的胰島素D.蛋白質工程可以對胰島素進行改造和修飾，合成速效型胰島素制劑【答案】C【解析】A.蛋白質工程可以改造酶的結構，提高酶的熱穩(wěn)定性，A正確；B.通過蛋白質工程可以改變蛋白質的活性，B正確；C.利用基因工程可以在大腸桿菌細胞中得到人的胰島素，C錯誤；D.蛋白質工程可以對胰島素進行改造和修飾，合成速效型胰島素制劑，D正確。7.下列關于蛋白質工程及其應用的說法，正確的是（）A.蛋白質工程能定向改造蛋白質分子結構，使之更加符合人類需要B.蛋白質工程的實質是通過改變氨基酸的結構改變蛋白質的功能C.當前限制蛋白質工程發(fā)展的關鍵因素是基因工程技術還不成熟D.蛋白質工程技術中的操作對象是蛋白質或控制蛋白質合成的基因【答案】A【解析】A.蛋白質工程可通過改造基因來實現(xiàn)對蛋白質分子結構的定向改造，使之更加符合人類需要，A正確；B.蛋白質工程的實質是通過改變基因來改變蛋白質的功能，B錯誤；C.當前限制蛋白質工程發(fā)展的關鍵因素是對蛋白質的高級結構了解不夠，C錯誤；D.蛋白質工程技術中的操作對象是控制蛋白質合成的基因，D錯誤。8.從某海洋動物中獲得一基因，其表達產物為一種抗菌性和溶血性均較強的多肽P1．目前在P1的基礎上研發(fā)抗菌性強但溶血性弱的多肽藥物，首先要做的是（）A.合成編碼目的肽的DNA片段B.構建含目的肽DNA片段的表達載體C.依據P1氨基酸序列設計多條模擬肽D.篩選出具有優(yōu)良活性的模擬肽作為目的肽【答案】C【解析】A.該題目屬于蛋白質工程，已經獲得該目的基因片段，不需要合成編碼目的肽的DNA片段，A錯誤；B.需要構建含目的肽的DNA片段的表達載體，但這不是第一步，B錯誤；C.蛋白質工程的第一步是根據蛋白質的功能，設計P1氨基酸序列，從而推出其基因序列，C正確；D.該基因表達產物為一種抗菌體和溶血性均較強的多肽P1，目前在P1的基礎上研發(fā)抗菌性強但溶血性弱的多肽藥物，而目的多肽是抗菌性強但溶血性弱，所以必需對其改造，保持其抗菌性強，抑制其溶血性，D錯誤。9.既然蛋白質工程可以改造生物的蛋白質，當然這里所說的生物也包括大熊貓。因此我們可以通過改造大熊貓體內的某些蛋白質，使大熊貓的生命活動更加適應環(huán)境。推測以下關于改造大熊貓體內某蛋白質的說法錯誤的是（）A.改造后的蛋白質有可能成為一種新抗原，使大熊貓產生免疫反應，從而將其排除或產生過敏反應，因此應慎重施行B.改造蛋白質是從根本上通過改造基因來實現(xiàn)的C.改造蛋白質后的大熊貓和現(xiàn)在的大熊貓仍是一個物種D.改造蛋白質后的大熊貓的后代不具有改造的蛋白質【答案】D【解析】A.改造后的蛋白質有可能成為一種新抗原，使大熊貓產生免疫反應，因此應慎重施行，A正確；B.改造蛋白質是通過改造基因結構而實現(xiàn)的，B正確；C.改造后的大熊貓具有新的性狀，但其和現(xiàn)有的品種仍是同一物種，C正確；D.蛋白質工程改造的是基因，可以遺傳給子代，因此改造后的大熊貓的后代也具有改造的蛋白質，D錯誤。10.某種微生物合成的蛋白酶與人體消化液中的蛋白酶的結構和功能很相似，只是其熱穩(wěn)定性較差，進入人體后容易失效?，F(xiàn)要將此酶開發(fā)成一種片劑，臨床治療食物消化不良，最佳方案是（）A.替換此酶中的少數氨基酸，以改善其功能B.將此酶與人蛋白酶進行拼接，形成新的蛋白酶C.重新設計與創(chuàng)造一種蛋白酶D.減少此酶在片劑中的含量【答案】A【解析】A.要提高該酶的熱穩(wěn)定性，可以采用蛋白質工程技術替換此酶中的少數氨基酸，以改善其功能，A正確；B.蛋白質之間不能進行簡單的拼接，B錯誤；C.只需將此酶進行改造即可，不需重新設計與創(chuàng)造一種蛋白酶，C錯誤；D.減少此酶的含量會減少療效，且剩余的酶仍然容易失效，D錯誤。11.關于現(xiàn)代生物技術應用的敘述錯誤的是（）A.蛋白質工程可合成自然界中不存在的蛋白質B.體細胞雜交技術可用于克隆動物和制備單克隆抗體C.植物組織培養(yǎng)技術可用于植物莖尖脫毒D.動物細胞培養(yǎng)技術可用于轉基因動物的培養(yǎng)【答案】B【解析】A.蛋白質工程可通過對現(xiàn)有基因進行改造合成自然界中不存在的蛋白質，A正確；B.克隆動物利用了細胞核移植、早期胚胎培養(yǎng)和胚胎移植等技術，體細胞雜交技術目前主要用于制備單克隆抗體，B錯誤；C.莖尖和根尖等分生區(qū)幾乎不含病毒，所以將植物分生區(qū)（莖尖、根尖等）進行組織培養(yǎng)可以獲得脫毒苗，C正確；D.動物細胞培養(yǎng)技術可為動物的轉基因技術提供受體細胞等，并且基因工程中的受精卵需應用動物細胞培養(yǎng)技術培養(yǎng)成早期胚胎進行移植，D正確。12.下列案例是通過實施蛋白質工程獲得的是（）A.在山羊乳腺生物反應器中表達出人α-抗胰蛋白酶B.對胰島素進行改造，使其成為速效性藥品C.室溫下可保存半年的干擾素的生產D.含外源生長激素基因的超級小鼠的培育【答案】B【解析】A.在山羊乳腺生物反應器中表達出人α-抗胰蛋白酶，是基因工程在醫(yī)藥方面的應用，A不符合題意；B.對胰島素進行改造，使其成為速效性藥品，是蛋白質工程的應用，B符合題意；C.室溫下可保存半年的干擾素目前還沒實現(xiàn)，不是蛋白質工程的應用，C不符合題意；D.含外源生長激素基因的超級小鼠的培育，是基因工程在動物方面的應用，D不符合題意。

13.下列有關生物工程的敘述，不正確的有（）①基因工程的核心步驟是構建基因表達載體②蛋白質工程可通過直接改造蛋白質的結構從而改變其功能③克隆羊的培育涉及細胞核移植、早期胚胎培養(yǎng)和胚胎移植等技術④PCR技術需要利用限制性核酸內切酶打開DNA雙鏈⑤利用核移植技術可以培育試管嬰兒⑥牛胚胎發(fā)育的歷程是：受精卵→桑椹胚→囊胚→原腸胚→幼體⑦利用動物細胞培養(yǎng)技術和細胞融合技術可以制備單克隆抗體⑧利用植物莖尖培養(yǎng)脫毒苗時，需要對離體的莖尖、培養(yǎng)基等進行滅菌A.一項 B.兩項 C.三項 D.四項【答案】D【解析】①基因工程的核心步驟是基因表達載體的構建，①正確；②蛋白質工程也叫第二代基因工程，是通過基因改造或基因修飾來實現(xiàn)改造蛋白質的，②錯誤；③克隆羊的培育首先將體細胞的細胞核移植到去核卵細胞內形成重組細胞，然后通過早期胚胎培養(yǎng)和胚胎移植等技術培育而成的，③正確；④PCR技術中利用了高溫的方式打開了DNA雙鏈，④錯誤；⑤試管嬰兒是利用了體外授精的方式獲得嬰兒的有性生殖，不需要用核移植技術，⑤錯誤；⑥哺乳動物的胚胎發(fā)育過程均為：受精卵→桑椹胚→囊胚→原腸胚→幼體，⑥正確；⑦單克隆抗體的制備將B淋巴細胞和骨髓瘤細胞進行融合，然后通過細胞培養(yǎng)的方法獲得，⑦正確；⑧植物的莖尖和根尖等分生區(qū)沒有病毒，因此不需要滅菌處理，⑧錯誤。14.下列關于生物工程相關知識的敘述，正確的是（）①在基因工程操作中為了獲得重組質粒，可以用不同的限制性內切酶切割質粒和目的基因，但露出的黏性末端必須相同②只要B淋巴細胞與骨髓瘤細胞融合形成雜交瘤細胞，就能產生單克隆抗體③蛋白質工程的目標是通過基因重組，合成生物體本來沒有的蛋白質④太空育種獲得的植株也存在與轉基因植物一樣的安全性問題⑤生態(tài)農業(yè)使廢物資源化，提高能量的傳遞效率，減少了環(huán)境污染⑥單克隆抗體制備過程中，誘導細胞融合之前，需將抗原注射給實驗小鼠，目的是獲得產生單一抗體的漿細胞A.③⑥ B.①⑥ C.③④ D.②③⑥【答案】B【解析】①在基因工程操作中為了獲得重組質粒，一般用相同的限制性內切酶切割含有目的基因的外源DNA分子和運載體，以露出相同的黏性末端，再用DNA連接酶連接形成重組質粒；也可以用不同的限制酶切割含有目的基因的外源DNA分子和運載體，但露出的粘性末端相同，再用DNA連接酶連接，①正確；②B淋巴細胞與骨髓瘤細胞融合形成雜交瘤細胞之后，還要篩選出能夠產生特異性抗體的雜交瘤細胞，②錯誤；③蛋白質工程的目標是通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質，③錯誤；④太空育種是將種子放到太空微重力、高真空、宇宙射線輻射等環(huán)境下，誘使種子發(fā)生變異，這種變異和自然界植物的自然變異一樣，只是突變頻率有所改變，因此不存在安全性問題，④錯誤；⑤生態(tài)農業(yè)使廢物資源化，提高了能量的利用效率，減少了環(huán)境污染，不能提高能量的傳遞效率，⑤錯誤；⑥誘導細胞融合之前，需將抗原反復注射給實驗小鼠，目的是獲得產生單一抗體的漿細胞，⑥正確。15.溶菌酶是一種能水解致病菌中黏多糖的堿性酶，使細胞壁不溶性黏多糖分解成可溶性糖肽，導致細胞壁破裂，內容物逸出而使細菌溶解?？蒲腥藛T采用一定的生物技術（蛋白質工程）對野生型T4溶菌酶的結構進行改造，獲得了多種突變型溶菌酶，其分子結構及酶50％發(fā)生變性時的溫度（Tm）如下表所示。下列有關敘述錯誤的是（）酶半胱氨酸（Cys）的位置和數目二硫鍵數目Tm（℃）野生型T4溶菌酶Cys51，Cys97無41.9突變酶CCys21，Cys143152.9突變酶FCys3，Cys9，Cys121，Cys142，Cys164365.5注：Cys右上角的數字表示半胱氨酸在多肽中的位置。A.表中溶菌酶種類的多樣體現(xiàn)了基因突變具有不定向性B.增加二硫鍵的數目有助于提高溶菌酶的熱穩(wěn)定性C.改變半胱氨酸的位置和數目可能會提高溶菌酶的Tm值D.人體內的溶菌酶分布在體液中，參與非特異性免疫【答案】A【解析】A.表中溶菌酶種類的多樣是通過蛋白質工程獲得的，是定向的對相應的基因進行改造，A錯誤；B.由表格數據可知增加二硫鍵的數目有助于提高溶菌酶的熱穩(wěn)定性，B正確；C.由表格數據可知改變半胱氨酸的位置和數目可能會提高溶菌酶的Tm值，C正確；D.人體內的溶菌酶分布在體液中，屬于第二道防線，參與非特異性免疫，D正確。16.蛋白質工程中對蛋白質分子進行設計時，主要包括（）①從預期的蛋白質的功能出發(fā)②進行少數氨基酸的替換③設計全新的蛋白質④直接改變蛋白質的空間結構A.①② B.①②③ C.②③④ D.①②④【答案】B【解析】①從預期蛋白質的功能出發(fā)去推測氨基酸排列順序，屬于蛋白質工程的基本途徑，①正確；②對已知結構的蛋白質進行少數氨基酸的替換，屬于蛋白質工程中的分子設計，②正確；③設計全新的蛋白質屬于蛋白質工程，③正確；④由于蛋白質分子通常較大，直接改變蛋白質的空間結構不易操作，因此蛋白質工程是在基因的水平上實現(xiàn)的，④錯誤。綜上所述，ACD錯誤，B正確。17.下列關于蛋白質工程及其應用的說法，正確的是（）A.蛋白質工程能定向改造蛋白質分子結構，使之更加符合人類需要B.蛋白質工程的實質是通過改變氨基酸的結構改變蛋白質的功能C.當前限制蛋白質工程發(fā)展的關鍵因素是基因工程技術還不成熟D.蛋白質工程技術中的操作對象是蛋白質或控制蛋白質合成的基因【答案】A【解析】A.蛋白質工程能按照人們的意愿定向改造蛋白質分子結構，使之更加符合人類需要，A正確；

B.蛋白質工程的實質是通過改變基因來改變蛋白質的結構和功能，B錯誤；

C.當前限制蛋白質工程發(fā)展的關鍵因素是人們對蛋白質的空間結構了解較少，C錯誤；

D.蛋白質工程技術中的操作對象是基因，D錯誤。

18.下列關于蛋白質工程和基因工程的比較，不合理的是（）A.基因工程原則上只能生產自然界已存在的蛋白質，而蛋白質工程可以對現(xiàn)有蛋白質進行改造，從而制造一種新的蛋白質B.蛋白質工程是在基因工程的基礎上發(fā)展起來的，蛋白質工程最終還是要通過基因修飾或基因合成來完成C.基因工程和蛋白質工程產生的變異都是可遺傳的D.當得到可以在-80℃條件下保存半年的DNA和干擾素后，在相關酶、相應的原料和適宜的溫度、pH等條件下，DNA和干擾素分別可以大量自我合成【答案】D【解析】A.基因工程原則上只能生產自然界已存在的蛋白質，而蛋白質工程可以對現(xiàn)有蛋白質進行改造，從而制造一種新的蛋白質，A正確；B.蛋白質工程是在基因工程的基礎上發(fā)展起來的，蛋白質工程最終還是要通過基因修飾或基因合成來完成，B正確；C.基因工程和蛋白質工程產生的變異都導致遺傳物質發(fā)生了改變，都屬于可遺傳的變異，C正確；D.干擾素的成分是糖蛋白，不能自我復制，D錯誤。二、識圖作答題19.蜘蛛絲是自然界中機械性能最好的天然蛋白纖維，其強度高于制作防彈衣的凱夫拉纖維，有廣泛的應用前景，但如何大量獲取蜘蛛絲纖維的問題一直未解決。近期，中國科學家利用基因工程技術成功的在家蠶絲腺細胞中大量表達蜘蛛絲蛋白。（1）在轉基因過程中，若利用上圖所示質粒構建基因表達載體，需要用_____________酶來切割目的基因，該切割方法的優(yōu)點是_____________________________________________(答出一點即可)。（2）為獲取大量的蜘蛛絲基因，常采用_______________技術對該基因進行擴增。擴增蜘蛛絲基因前，需根據目的基因的核苷酸序列設計__________種引物。進行擴增時需先加熱至90～95℃，加入引物后冷卻至55~60℃，以上調控溫度操作的目的是_________________________________________________________________。（3）載體中的啟動子是____________酶的識別結合位點，以便于驅動遺傳信息的表達過程；而載體本身的擴增，需借助于載體上的________________；載體上的標記基因的作用是__________________________。（4）研究人員發(fā)現(xiàn)若將蛛絲蛋白31號位的色氨酸替換為酪氨酸，蛛絲韌性可提高50％，這項成果用到的生物工程技術為____________________________?！敬鸢浮浚?）XbaI和SacI；防止目的基因自身環(huán)化、防止目的基因反向連接（2）PCR