高中生物人教版 (2019)选择性必修3第4节 蛋白质工程的原理和应用课时练习

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【合格考全员做】(学业水平一、二)
1．合成天然不存在的蛋白质应首先设计( )
A．基因结构B．RNA结构
C．氨基酸序列D．蛋白质结构
2．下列关于蛋白质工程的叙述，错误的是( )
A．蛋白质工程的实质是改造基因
B．蛋白质工程在设计蛋白质结构时的依据是现有基因的脱氧核苷酸序列
C．蛋白质工程的基础是基因工程
D．蛋白质工程遵循的原理包括中心法则
3．下列哪项不是蛋白质工程的研究内容( )
A．分析蛋白质分子的精细结构
B．对蛋白质进行有目的的改造
C．分析氨基酸的化学组成
D．按照人的意愿将天然蛋白质改造成新的蛋白质
4．下列有关蛋白质工程的说法正确的是( )
A．蛋白质工程无需构建基因表达载体
B．通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍是天然的蛋白质
C．蛋白质工程需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶
D．蛋白质工程是在蛋白质分子水平上改造蛋白质
5．下列关于蛋白质工程的叙述，不正确的是( )
A．可以根据人类的需要，设计并制造出自然界不存在的全新蛋白质
B．可以根据功能的需要替代蛋白质中的某一个肽段或一个特定的结构区域
C．可以通过基因工程间接地改造蛋白质中特定的一个或几个氨基酸
D．可以通过人工化学合成的方法直接对蛋白质的氨基酸进行改造
6．科学家为提高玉米中赖氨酸含量，计划将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的氨基酸由天冬酰胺变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸的含量分别提高5倍和2倍。下列对蛋白质的改造，操作正确的是( )
A．直接通过分子水平改造蛋白质
B．直接改造相应的mRNA
C．对相应的基因进行操作
D．重新合成新的基因
7．科研人员利用相关技术改变了胰岛素B链的第9位氨基酸，从而避免了胰岛素结合成无活性的二聚体形式。下列相关叙述中，不正确的是( )
A．胰岛素的本质是蛋白质，不宜口服使用
B．可通过测定DNA的序列确定突变是否成功
C．对胰岛素结构的改造属于蛋白质工程
D．该过程的操作对象是胰岛素分子
8．下列关于蛋白质工程应用的叙述不正确的是 ( )
A．蛋白质工程可以改造酶的结构，提高酶的热稳定性
B．通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性
C．利用蛋白质工程可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素
D．蛋白质工程可以对胰岛素进行改造和修饰，合成速效型胰岛素制剂
9．某种微生物合成的蛋白酶与人体消化液中的蛋白酶的结构和功能很相似，只是其热稳定性较差，进入人体后容易失效。现要将此酶开发成一种片剂，临床治疗食物消化不良，最佳方案是( )
A．替换此酶中的少数氨基酸，以改善其功能
B．将此酶与人蛋白酶进行拼接，形成新的蛋白酶
C．重新设计与创造一种蛋白酶
D．减少此酶在片剂中的含量
10．如图所示为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答下列问题：
(1)代表蛋白质工程操作思路的是________________________________________________________________________，
代表中心法则内容的是________________________________________________________________________。(填写序号)
(2)写出图中各序号代表的生物学过程的名称或内容：
①________，②________，③________，④________，⑤________。
(3)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________________进行分子设计。
(4)从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则是________的。
【等级考选学做】(学业水平三、四)
11．蛛丝的强度和柔韧度得益于蛛丝蛋白的特殊布局，使它产生了一个由坚硬的结晶区和非结晶区构成的混合区域。有人试图通过破解蛛丝蛋白的结构从而推测出其相应的基因结构，以指导对蚕丝蛋白的修改，从而让蚕也吐出像蛛丝蛋白一样坚韧的丝。此过程运用的技术及流程分别是( )
A．基因突变；DNA→RNA→蛋白质
B．基因工程；RNA→RNA→蛋白质
C．基因工程；DNA→RNA→蛋白质
D．蛋白质工程；蛋白质→RNA→DNA→RNA→蛋白质
12．猪的胰岛素用于降低人体血糖浓度效果不明显，原因是猪胰岛素分子中有一个氨基酸与人的不同。为了使猪胰岛素用于临床治疗糖尿病，用蛋白质工程的蛋白质分子设计的最佳方案是( )
A．对猪胰岛素中不同于人的那个氨基酸进行替换
B．将猪胰岛素和人胰岛素进行拼接组成新的胰岛素
C．将猪和人的胰岛素混合在一起治疗糖尿病
D．根据人的胰岛素设计制造一种全新的胰岛素
13．(多选)下列关于蛋白质工程及其应用的说法，错误的是( )
A．蛋白质工程能定向改造蛋白质分子结构，使之更加符合人类需要
B．蛋白质工程的实质是通过改变氨基酸的结构改变蛋白质的功能
C．当前限制蛋白质工程发展的关键因素是基因工程技术还不成熟
D．蛋白质工程技术中的操作对象是蛋白质或控制蛋白质合成的基因
14．(多选)蛋白质工程是指根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计、生产的过程。下面是蛋白质工程的基本途径，据图分析下列叙述正确的是( )
Aeq \(――→,\s\up7(设计))Beq \(――→,\s\up7(推测))C―→D―→生产相应蛋白
A．过程A所需原料是脱氧核苷酸，过程B所需原料是氨基酸
B．参与C过程的细胞器有核糖体、内质网、高尔基体、线粒体等
C．D过程主要依据每种氨基酸都有其对应的密码子
D．通过蛋白质工程可以获得人类需要的蛋白质
15．2007年诺贝尔生理学或医学奖授予在“基因靶向”技术方面作出突出贡献的三位科学家。“基因靶向”技术指的是应用DNA同源重组原理，通过一定的载体，用设计好的目的基因替代靶基因，从而达到使靶基因功能丧失的目的。借助这一技术，科学家可以用小鼠进行实验，使其体内的某项特定基因丧失功能，以帮助人们找到治疗疾病的有效方法。下面是该实验的基本过程，请回答有关问题。
(1)获取目的基因。
①目的基因是靶基因的同源片段。经过修饰使靶基因的功能改变或丧失，就可获得目的基因。如果要获得活性降低了的X酶蛋白的目的基因，可以采用蛋白质工程技术，请简述其过程。________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②为了提高实验成功率，需要通过PCR技术获得目的基因的大量拷贝。与体内DNA复制相比，PCR反应体系需加入哪两种特别的物质？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)构建基因表达载体。质粒是具有自我复制能力的双链环状DNA，它所具有的一至多个________位点，使目的基因插入其中成为可能，因此常被选作载体。
(3)将基因表达载体导入胚胎干细胞，从中筛选出成功发生了同源重组的胚胎干细胞，然后培育出小鼠。
(4)通过检测目的基因是否表达出蛋白质产品，可以确定该小鼠体内是否成功发生了基因的同源重组。请简述这种检测方法。________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【素养养成练】
16．胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，要经过较长的时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此，治疗效果受到影响。下面是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题：
(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)通过人工合成DNA形成的新基因应与________结合后转移到____________________中才能得到准确表达。
(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有________、________和发酵工程。
(4)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
课后分层检测案15 蛋白质工程的原理和应用
1．解析：合成天然不存在的蛋白质属于蛋白质工程。实施蛋白质工程的前提是了解蛋白质的结构与功能的关系，首先要从设计蛋白质的结构入手，然后再根据基因工程的方法通过基因修饰或基因合成，合成相应的蛋白质，从而实现对蛋白质的改造。
答案：D
2．解析：蛋白质工程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分子设计，然后根据设计的蛋白质结构，合成出特定的脱氧核苷酸序列。
答案：B
3．解析：蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构和生物活性之间的关系，按照人的意愿改造蛋白质分子，形成自然界不存在的蛋白质分子。为了改造某种蛋白质分子，必须对其精细结构进行分析，但不包括对组成蛋白质的氨基酸的化学组成的分析。
答案：C
4．解析：蛋白质工程的基本流程：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(基因)。这是蛋白质工程特有的途径，接下来是按照基因工程的一般步骤进行。因此，基因工程技术利用的工具(限制酶、DNA连接酶、载体)以及操作流程也适用于蛋白质工程技术中，A错误，C正确；蛋白质工程生产的蛋白质是改造后的蛋白质或者是新的蛋白质，B错误；蛋白质工程的操作对象是基因，属于分子水平，D错误。
答案：C
5．解析：蛋白质工程是在原有蛋白质的基础上，根据人们的需求对蛋白质分子作出的定向的改造，可以设计并制造出自然界不存在的全新蛋白质，A正确；蛋白质工程可以根据功能的需要替代蛋白质中的某一个肽段或一个特定的结构区域，B正确；可以通过基因工程有目的地改造蛋白质中特定的一个或几个氨基酸，以获得人类所需要的目的蛋白质，C正确；蛋白质工程属于第二代基因工程，不能通过人工化学合成的方法直接对蛋白质的氨基酸进行改造，D错误。
答案：D
6．解析：蛋白质工程的目的是对蛋白质进行改造，从而使蛋白质功能可以满足人们的需求；蛋白质行使功能与其高级结构密切相关，而蛋白质高级结构又非常复杂，所以直接对蛋白质进行改造非常困难，而蛋白质是由基因控制合成的，对基因进行操作却容易得多；另外，通过改造基因而改造蛋白质可以遗传，而对蛋白质直接改造，即使成功也不能遗传。
答案：C
7．解析：胰岛素的本质是蛋白质，只能注射，不宜口服使用，A正确；可通过测定DNA的序列确定突变是否成功，B正确；对胰岛素结构的改造属于蛋白质工程，C正确；蛋白质工程从属于基因工程，蛋白质工程的操作对象是基因，D错误。
答案：D
8．解析：蛋白质工程是依据人们设计的蛋白质分子的结构来改造基因，进而控制合成新的蛋白质或改变自然界中的蛋白质，而在大肠杆菌中生产人胰岛素利用基因工程技术便可达到。
答案：C
9．解析：要想使蛋白酶热稳定性有所提高，就要改变蛋白质的结构，此类问题一般是对蛋白质中的个别氨基酸进行替换。
答案：A
10．解析：解答本题的关键是理解蛋白质工程的原理，尤其要注意以下两个方面：①蛋白质工程的直接操作对象是基因；②蛋白质工程的设计思路是中心法则的逆推。天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的，而蛋白质工程的基本途径与之相反，即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→找到相应的脱氧核苷酸序列(基因)。
答案：(1)④⑤ ①②③
(2)转录 翻译 折叠 分子设计 DNA合成
(3)蛋白质的结构
(4)相反
11．解析：根据题干信息“通过破解蛛丝蛋白的结构从而推测出其相应的基因结构，以指导对蚕丝蛋白的修改，从而让蚕也吐出像蛛丝蛋白一样坚韧的丝”可知，该工程运用的技术是蛋白质工程，操作的流程是蛋白质→RNA→DNA→RNA→蛋白质。D正确。
答案：D
12．解析：由于猪胰岛素分子中只有一个氨基酸与人胰岛素不同，所以蛋白质工程中蛋白质的分子设计，只需替换这一个不同的氨基酸即可。虽然根据人胰岛素分子的结构设计一种全新的胰岛素也可以用于临床治疗，但分子设计和胰岛素的生产方面都存在很多困难，所以不是最佳方案。
答案：A
13．解析：蛋白质工程能通过基因修饰或基因合成，定向对现有蛋白质分子的结构进行改造，使之更加符合人类需要，A正确；蛋白质工程的实质是通过改变基因的结构达到改变蛋白质功能的目的，B错误；当前限制蛋白质工程发展的关键因素是对蛋白质的高级结构了解不够，C错误；蛋白质工程技术中的操作对象是控制蛋白质合成的基因，D错误。
答案：BCD
14．解析：识图分析可知，过程A是预期蛋白质的功能，过程B是设计预期蛋白质的结构，因此A、B过程均不需要原料，A错误；图中C过程只是推测应有的氨基酸序列，因此不需要核糖体、内质网、高尔基体、线粒体等参与，B错误；D过程是推测相应基因中脱氧核苷酸序列，然后改造或合成目的基因，根据氨基酸与mRNA中密码子的对应关系，先推测出mRNA中的碱基序列，再根据碱基互补配对的原则推测出相应基因中的核苷酸序列，C正确；蛋白质工程的目的就是通过对基因的改造或者合成新的基因，从而获得人类需要的蛋白质，D正确。
答案：CD
15．解析：基因工程遵循中心法则，中心法则告诉我们遗传信息的流动方向如图所示：
基因工程基本上是生产出自然界已有的蛋白质。而蛋白质工程是基因工程的延伸和发展，其原理基本上是中心法则的逆推：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。
答案：(1)①X酶蛋白的功能分析→X酶蛋白的三维结构预测和设计→X酶多肽的氨基酸序列设计→X酶基因的改造 ②两种引物、耐高温的DNA聚合酶(Taq酶) (2)限制酶切割 (4)提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原—抗体杂交
16．解析：(1)蛋白质工程的目的是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质结构进行分子设计，因此，图中构建新的胰岛素模型的依据是胰岛素的预期功能，即速效胰岛素。(2)合成的目的基因应与载体形成重组DNA分子后导入受体细胞中才能表达。(3)利用蛋白质工程生产自然界原本不存在的蛋白质，需对原有的蛋白质进行改造。根据新的胰岛素中氨基酸序列推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，人工合成新的胰岛素基因，形成目的基因，改造好的目的基因需通过基因工程来生产基因产物，并且在生产过程中要借助工程菌，所以还需要进行发酵，因此该过程涉及蛋白质工程、基因工程和发酵工程。(4)由新的蛋白质模型到构建新的基因，其基本设计思路是根据新的蛋白质中氨基酸的序列，推测出基因中的脱氧核苷酸序列。然后用DNA合成仪直接合成出新的基因。
答案：(1)蛋白质的预期功能
(2)载体 大肠杆菌等受体细胞
(3)蛋白质工程 基因工程
(4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因