2021-2022同步新教材人教版生物選擇性必修3課后練習：34 蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用

課后素養(yǎng)落實（十五）蛋白質(zhì)工程的原理和

應(yīng)用

（建議用時：40分鐘）

［4組基礎(chǔ)達標練］

題組一蛋白質(zhì)工程的原理

1.合成天然不存在的蛋白質(zhì)應(yīng)首先設(shè)計（）

A.基因結(jié)構(gòu)B.RNA結(jié)構(gòu)

C.氨基酸序列D.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

D［合成天然不存在的蛋白質(zhì)屬于蛋白質(zhì)工程。實施蛋白質(zhì)工程的前提是

了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，首先要從設(shè)計蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)入手，然后再根

據(jù)基因工程的方法通過基因修飾或基因合成，合成相應(yīng)的蛋白質(zhì)，從而實現(xiàn)對

蛋白質(zhì)的改造。］

2.下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的敘述，錯誤的是（）

A.蛋白質(zhì)工程的實質(zhì)是改造基因

B.蛋白質(zhì)工程在設(shè)計蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)時的依據(jù)是現(xiàn)有基因的脫氧核昔酸序列

C.蛋白質(zhì)工程的基礎(chǔ)是基因工程

D.蛋白質(zhì)工程遵循的原理包括中心法則

B［蛋白質(zhì)工程是根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進

行分子設(shè)計，然后根據(jù)設(shè)計的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，合成出特定的脫氧核昔酸序列。］

3.下列哪項不是蛋白質(zhì)工程的研究內(nèi)容（）

A.分析蛋白質(zhì)分子的精細結(jié)構(gòu)

B.對蛋白質(zhì)進行有目的的改造

C.分析氨基酸的化學組成

D.按照人的意愿將天然蛋白質(zhì)改造成新的蛋白質(zhì)

C［本題考查蛋白質(zhì)工程的原理。蛋白質(zhì)工程就是根據(jù)蛋白質(zhì)的精細結(jié)構(gòu)

和生物活性之間的關(guān)系，按照人的意愿改造蛋白質(zhì)分子，形成自然界不存在的

蛋白質(zhì)分子。為了改造某種蛋白質(zhì)分子，必須對其精細結(jié)構(gòu)進行分析，但不包

括對組成蛋白質(zhì)的氨基酸的化學組成的分析。］

4.科學家為提高玉米中賴氨酸含量，計劃將天冬氨酸激酶的第352位的蘇

氨酸變成異亮氨酸，將二氫毗咤二竣酸合成酶中第104位的氨基酸由天冬酰胺

變成異亮氨酸，就可以使玉米葉片和種子中的游離賴氨酸的含量分別提高5倍

和2倍。下列對蛋白質(zhì)的改造，操作正確的是()

A.直接通過分子水平改造蛋白質(zhì)

B.直接改造相應(yīng)的mRNA

C.對相應(yīng)的基因進行操作

D.重新合成新的基因

C［蛋白質(zhì)工程的目的是對蛋白質(zhì)進行改造，從而使蛋白質(zhì)功能可以滿足

人們的需求。蛋白質(zhì)行使功能與其高級結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，而蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)又非

常復雜，所以直接對蛋白質(zhì)進行改造非常困難，而蛋白質(zhì)是由基因控制合成的，

對基因進行操作卻容易得多。另外，通過改造基因而改造蛋白質(zhì)可以遺傳，而

對蛋白質(zhì)直接改造，即使成功也不能遺傳。］

5.干擾素是動物體內(nèi)的一種蛋白質(zhì)，可以用于治療病毒感染和癌癥，但體

外保存相當困難。如果將其分子上的一個半胱氨酸變成絲氨酸，就可在一70℃

條件下保存半年，給廣大患者帶來福音。

(1)蛋白質(zhì)的合成是受基因控制的，因此獲得能夠控制合成“可以保存的干

擾素”的基因是生產(chǎn)的關(guān)鍵，依據(jù)蛋白質(zhì)工程原理，設(shè)計實驗流程，讓動物生

產(chǎn)“可以保存的干擾素”：(填寫在方框內(nèi))

??設(shè)力推測找到

(2)基因工程和蛋白質(zhì)工程相比較，基因工程在原則上只能生產(chǎn)

的蛋白質(zhì)，不一定符合的需要。而蛋白質(zhì)工

程是以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過

或,對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行

或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活需要。

(3)蛋白質(zhì)工程實施的難度很大，主要原因是蛋白質(zhì)具有十分復雜的

________結(jié)構(gòu)。

(4)對天然蛋白質(zhì)進行改造，應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進行操作，還是對基因

進行操作來實現(xiàn)？O其原因是（答出1點即可）。

［詳細分析］（1）蛋白質(zhì)工程的前期操作流程是：預期蛋白質(zhì)的功能f設(shè)計預

期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)f推測應(yīng)有的氨基酸序列f找到相對應(yīng)的脫氧核昔酸序列。（2）

基因工程只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)可能不符合人類生產(chǎn)和

生活的需要，而蛋白質(zhì)工程既可以通過基因改造生產(chǎn)出改造后的符合需要的蛋

白質(zhì)，也可以通過基因合成生產(chǎn)出自然界不存在的符合需要的蛋白質(zhì)。（3）蛋白

質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)十分復雜，根據(jù)預期功能來推測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)相當困難。（4）蛋白質(zhì)

工程直接操作的對象是基因，應(yīng)該通過對基因的操作來實現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)的改

造。①任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因也就是對蛋白質(zhì)進

行了改造，而且改造過的蛋白質(zhì)可以通過改造過的基因遺傳下去；如果對蛋白

質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質(zhì)分子也無法遺傳。②對基因進

行改造比對蛋白質(zhì)直接進行改造要容易操作，難度要小得多。

［答案］（1）預期蛋白質(zhì)的功能預期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)有的氨基酸序列

相對應(yīng)的脫氧核昔酸序列（基因）（2）自然界已存在人類生產(chǎn)和生活基因改

造基因合成改造（3）空間（或高級）（4）對基因進行操作改造基因才會遺

傳，改造蛋白質(zhì)不遺傳（或基因改造比蛋白質(zhì)改造容易操作）

題組二蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用

6.下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程應(yīng)用的敘述不正確的是（）

A.蛋白質(zhì)工程可以改造酶的結(jié)構(gòu)，提高酶的熱穩(wěn)定性

B.通過蛋白質(zhì)工程可以改變蛋白質(zhì)的活性

C.利用蛋白質(zhì)工程可以在大腸桿菌細胞中得到人的胰島素

D.蛋白質(zhì)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

C［蛋白質(zhì)工程是依據(jù)人們設(shè)計的蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)來改造基因，進而控

制合成新的蛋白質(zhì)或改變自然界中的蛋白質(zhì)，而在大腸桿菌中生產(chǎn)人胰島素利

用基因工程技術(shù)便可達到。］

7.科研人員利用相關(guān)技術(shù)改變了胰島素B鏈的第9位氨基酸，從而避免了

胰島素結(jié)合成無活性的二聚體形式。下列相關(guān)敘述中，不正確的是（）

A.胰島素的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，不宜口服使用

B.可通過測定DNA的序列確定突變是否成功

C.對胰島素結(jié)構(gòu)的改造屬于蛋白質(zhì)工程

D.該過程的操作對象是胰島素分子

D［胰島素的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，只能注射，不宜口服使用，A正確；可通過

測定DNA的序列確定突變是否成功，B正確；對胰島素結(jié)構(gòu)的改造屬于蛋白質(zhì)

工程，C正確；蛋白質(zhì)工程從屬于基因工程，蛋白質(zhì)工程的操作對象是基因，D

錯誤。］

8.(2020?山東萊州一中高二月考)蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延伸出

來的第二代基因工程，有廣闊的發(fā)展前景。關(guān)于蛋白質(zhì)工程的描述，正確的是

()

A.由于需要對蛋白質(zhì)直接改造，因此操作更難

B.由于蛋白質(zhì)不能遺傳，因此蛋白質(zhì)工程的產(chǎn)物不能大量生產(chǎn)

C.蛋白質(zhì)工程也需要設(shè)計出相應(yīng)的基因

D.蛋白質(zhì)工程在各個領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用

C［蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延伸出來的第二代基因工程，是在

分子水平上對基因分子直接進行操作，A項錯誤；分子水平上對基因分子直接進

行操作使其遺傳物質(zhì)發(fā)生改變，可以遺傳給下一代，B項錯誤；蛋白質(zhì)工程對基

因分子直接進行操作，需要推測出應(yīng)有的氨基酸序列，設(shè)計出相應(yīng)的基因，C

項正確；蛋白質(zhì)工程的發(fā)展并不成熟，仍需一段時間提升，其目前并不能在各

個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，D項錯誤。］

9.賴氨酸是人體必需氨基酸之一，能促進人體發(fā)育、增強免疫功能，并有

提高中樞神經(jīng)組織功能的作用。某農(nóng)科所科技人員欲通過將玉米某種蛋白酶改

造成“M酶”，從而大大提高玉米種子中賴氨酸的含量，以期待培育出高賴氨

酸玉米新品種。請回答下列問題：

(1)科技人員先從“提高玉米種子中賴氨酸的含量”這一功能出發(fā)，預期構(gòu)

建出________的結(jié)構(gòu)，再推測出相對應(yīng)目的基因的序列，最終合成出

“M酶”基因。

(2)科技人員獲得“M酶”基因后，常利用技術(shù)在體外將其大量擴

增，此過程需要一種特殊的酶是。

(3)“M酶”基因只有插入,才能確?！癕酶”基因在玉

米細胞中得以穩(wěn)定遺傳?？萍既藛T將“M酶”基因?qū)胗衩准毎行枰柚?/p>

__________的運輸。

（4）依據(jù)原理，可將含有“M酶”基因的玉米細胞培育成

轉(zhuǎn)“M酶”基因的玉米植株。為了確保育種成功，科技人員需要通過

,從個體水平加以鑒定。

［詳細分析］（1）欲通過將玉米某種蛋白酶改造成“M酶”，則應(yīng)該利用蛋

白質(zhì)工程，先預期構(gòu)建出“M酶''（蛋白質(zhì)）的結(jié)構(gòu)，再推測出相對應(yīng)目的基因的

脫氧核昔酸序列，最終合成出“M酶”基因。（2）基因工程中，獲取的目的基因

一般利用PCR技術(shù)進行擴增，操作過程中需要時高溫聚合醮（ThgDNA酶）的催

化。（3）要想確?！癕酶”基因在玉米細胞中得以穩(wěn)定遺傳，必須將“M酶”基

因插入玉米細胞的染色體DNA中；將“M酶”基因（目的基因）導入玉米細胞中

需要借助（基因表達）載體的運輸。（4）將含有“M酶”基因的玉米細胞培育成轉(zhuǎn)

“M酶”基因的玉米植株可利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)，依據(jù)的原理是植物細胞的

全能性?？萍既藛T需要通過測定玉米種子中賴氨酸含量，從個體水平加以鑒定，

以確保育種成功。

［答案］（1）“M酶”脫氧核昔酸（2）PCRThqDNA酶（或“熱穩(wěn)定

DNA聚合酶”）（3）玉米細胞的染色體DNA中（基因表達）載體（4）植物細胞

具有全能性測定玉米種子中賴氨酸含量

［8組素養(yǎng)培優(yōu)練］

10.豬的胰島素用于降低人體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。為了使豬胰島素用于臨床治療糖尿病，用蛋白質(zhì)

工程的蛋白質(zhì)分子設(shè)計的最佳方案是（）

A.對豬胰島素中不同于人的那個氨基酸進行替換

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(jù)人的胰島素設(shè)計制造一種全新的胰島素

A［由于豬胰島素分子中只有一個氨基酸與人胰島素不同，所以蛋白質(zhì)工

程中蛋白質(zhì)的分子設(shè)計只需替換這一個不同的氨基酸即可。雖然根據(jù)人胰島素

分子的結(jié)構(gòu)設(shè)計一種全新的胰島素也可以用于臨床治療，但分子設(shè)計和胰島素

的生產(chǎn)方面都存在很多困難，所以不是最佳方案。］

11.（2020?安徽亳州一中高二月考）下圖表示蛋白質(zhì)工程的操作過程，相關(guān)說

法不正確的是（）

分子設(shè)計

M因D、4合成依基限序列Si白質(zhì)卜預期功能

多肽能-

DNAITTMRNAF^-折費三雉結(jié)構(gòu)一":物功能

A.a、b過程分別是轉(zhuǎn)錄、翻譯

B.蛋白質(zhì)工程中對蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的了解是非常關(guān)鍵的工作

C.蛋白質(zhì)工程是完全擺脫基因工程技術(shù)的一項全新的生物工程技術(shù)

D.蛋白質(zhì)工程中可能構(gòu)建出一種全新的基因

C［a過程是以DNA的一條鏈為模板合成mRNA的轉(zhuǎn)錄過程，b過程是以

mRNA為模板合成具有一定氨基酸順序的多肽鏈的翻譯過程，A項正確；蛋白

質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過基因

修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人

類的生產(chǎn)和生活需求，因此蛋白質(zhì)工程中對蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的了解是非常關(guān)鍵

的工作，B、D項正確；蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代

基因工程，C項錯誤。］

12.下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的敘述，不正確的是（）

A.可以根據(jù)人類的需要，設(shè)計并制造出自然界不存在的全新蛋白質(zhì)

B.可以根據(jù)功能的需要替代蛋白質(zhì)中的某一個肽段或一個特定的結(jié)構(gòu)區(qū)域

C.可以通過基因工程間接地改造蛋白質(zhì)中特定的一個或幾個氨基酸

D.可以通過人工化學合成的方法直接對蛋白質(zhì)的氨基酸進行改造

D［蛋白質(zhì)工程是在原有蛋白質(zhì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)人們的需求對蛋白質(zhì)分子

作出的定向的改造，可以設(shè)計并制造出自然界不存在的全新蛋白質(zhì)，A正確；蛋

白質(zhì)工程可以根據(jù)功能的需要替代蛋白質(zhì)中的某一個肽段或一個特定的結(jié)構(gòu)區(qū)

域，B正確；可以通過基因工程有目的地改造蛋白質(zhì)中特定的一個或幾個氨基酸，

以獲得人類所需要的目的蛋白質(zhì)，C正確；蛋白質(zhì)工程屬于第二代基因工程，不

能通過人工化學合成的方法直接對蛋白質(zhì)的氨基酸進行改造，D錯誤。］

13.2007年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎授予在“基因靶向”技術(shù)方面作出突出

貢獻的三位科學家。“基因靶向”技術(shù)指的是應(yīng)用DNA同源重組原理，通過一

定的載體，用設(shè)計好的目的基因替代靶基因，從而達到使靶基因功能喪失的目

的。借助這一技術(shù)，科學家可以用小鼠進行實驗，使其體內(nèi)的某項特定基因喪

失功能，以幫助人們找到治疔疾病的有效方法。下面是該實驗的基本過程，請

回答有關(guān)問題。

(1)獲取目的基因。

①目的基因是靶基因的同源片段。經(jīng)過修飾使靶基因的功能改變或喪失，

就可獲得目的基因。如果要獲得活性降低了的X酶蛋白的目的基因，可以采用

蛋白質(zhì)工程技術(shù)，請簡述其過程。。

②為了提高實驗成功率，需要通過PCR技術(shù)獲得目的基因的大量拷貝。與

體內(nèi)DNA復制相比，PCR反應(yīng)體系需加入哪兩種特別的物質(zhì)？

(2)構(gòu)建基因表達載體。質(zhì)粒是具有自我復制能力的雙鏈環(huán)狀DNA,它所具

有的一至多個____________位點，使目的基因插入其中成為可能，因此常被選

作載體。

(3)將基因表達載體導入胚胎干細胞，從中篩選出成功發(fā)生了同源重組的胚

胎干細胞，然后培育出小鼠。

(4)通過檢測目的基因是否表達出蛋白質(zhì)產(chǎn)品，可以確定該小鼠體內(nèi)是否成

功發(fā)生了基因的同源重組。請簡述這種檢測方法。。

［詳細分析］本題重點考查了蛋白質(zhì)工程的基本原理及其應(yīng)用。基因工程遵

循中心法則，中心法則告訴我們遺傳信息的流動方向如圖所示：

^QNA（?W）mRNA業(yè)肽集近”具衣空

間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)一表達生物特有的功能或性狀

基因工程基本上是生產(chǎn)出自然界已有的蛋白質(zhì)。而蛋白質(zhì)工程是基因工程