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精品习题

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一、单选题
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
【答案】A
【解析】合成天然不存在的蛋白质应该采用蛋白质工程技术，该技术通过改造基因结构来实现对蛋白质的改造，从而合成天然不存在的蛋白质。
科学家将胰岛素的第28和29位的氨基酸调换顺序，成功获得了速效胰岛素，生产速效胰岛素时需要定向改造的对象是
A. 胰岛素B. 胰岛素mRNAC. 胰岛素基因D. 胰岛B细胞
【答案】C
【解析】
蛋白质工程是以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活需求。因此生产速效胰岛素时需要定向改造的对象是胰岛素基因
猪的胰岛素用于人体降低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。为了使猪胰岛素临床用于人治疗糖尿病，用蛋白质工程的蛋白分子设计的最佳方案是（ ）
A. 对猪胰岛素进行一个不同氨基酸的替换
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
【答案】A
【解析】
基因定点诱变技术是蛋白质工程常用的技术，根据题干信息“猪胰岛素分子中有一个氨基酸与人的不同”可知，所以用蛋白质工程的蛋白质分子设计的最佳方案是对猪胰岛素进行一个不同氨基酸的替换。
科学家将β-干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达，使干扰素第十七位的半胱氨酸，改变成丝氨酸，结果大大提高了β-干扰素的抗病活性，并且提高了储存稳定性。该生物技术为（ ）
A. 基因工程B. 蛋白质工程C. 基因突变D. 细胞工程
【答案】B
【解析】
基因工程是将符合人们要求的目的基因导入适宜的生物体内，使其高效表达，从中提取人们所需的蛋白质，或表现出某种性状，蛋白质产品仍然是天然存在的蛋白质。蛋白质工程是对控制蛋白质合成的基因进行改造，从而实现对相应蛋白质的改变，所得到的蛋白质已不是天然存在的蛋白质。题干中的操作涉及的基因显然不再是原来的基因，其合成的β-干扰素也不是天然的β-干扰素，而是经过人工改造的、符合人类需求的蛋白质，因而该生物技术为蛋白质工程。
蛋白质工程是新崛起的一项生物工程，如图示意蛋白质工程流程，图中A、B在遗传学上的过程及有关蛋白质工程的说法，正确的是（ ）
A. 转录和翻译蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造
B. 翻译和转录蛋白质工程只能生产天然的蛋白质
C. 翻译和转录蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造
D. 转录和翻译蛋白质工程可以生产自然界原本不存在的蛋白质
【答案】D
【解析】
（1）图中A表示转录过程，B表示翻译过程；
（2）蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。
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
【答案】C
【解析】
A、蛋白质工程可以改造酶的结构，提高酶的热稳定性，A正确；
B、通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性，B正确；
C、利用基因工程可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素，C错误；
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，D正确。
下列关于蛋白质工程及其应用的说法，正确的是
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
【答案】A
【解析】
A.蛋白质工程可通过改造基因来实现对蛋白质分子结构的定向改造，使之更加符合人类需要，A正确；
B.蛋白质工程的实质是通过改变基因来改变蛋白质的功能，B错误；
C.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；
D.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。
从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1．目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是（ ）
A. 合成编码目的肽的DNA片段
B. 构建含目的肽DNA片段的表达载体
C. 依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽
D. 筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽
【答案】C
【解析】
A、该题目属于蛋白质工程，已经获得该目的基因片段，不需要合成编码目的肽的DNA片段，A错误；
B、需要构建含目的肽的DNA片段的表达载体，但这不是第一步，B错误；
C、蛋白质工程的第一步是根据蛋白质的功能，设计P1氨基酸序列，从而推出其基因序列，C正确；
D、该基因表达产物为一种抗菌体和溶血性均较强的多肽P1，目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，而目的多肽是抗菌性强但溶血性弱，所以必需对其改造，保持其抗菌性强，抑制其溶血性，D错误。
既然蛋白质工程可以改造生物的蛋白质，当然这里所说的生物也包括大熊猫。因此我们可以通过改造大熊猫体内的某些蛋白质，使大熊猫的生命活动更加适应环境。推测以下关于改造大熊猫体内某蛋白质的说法错误的是（ ）
A. 改造后的蛋白质有可能成为一种新抗原，使大熊猫产生免疫反应，从而将其排除或产生过敏反应，因此应慎重施行
B. 改造蛋白质是从根本上通过改造基因来实现的
C. 改造蛋白质后的大熊猫和现在的大熊猫仍是一个物种
D. 改造蛋白质后的大熊猫的后代不具有改造的蛋白质
【答案】D
【解析】
A、改造后的蛋白质有可能成为一种新抗原，使大熊猫产生免疫反应，因此应慎重施行，A正确；
B、改造蛋白质是通过改造基因结构而实现的，B正确；
C、改造后的大熊猫具有新的性状，但其和现有的品种仍是同一物种，C正确；
D、蛋白质工程改造的是基因，可以遗传给子代，因此改造后的大熊猫的后代也具有改造的蛋白质，D错误。
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
【答案】A
【解析】
A、要提高该酶的热稳定性，可以采用蛋白质工程技术替换此酶中的少数氨基酸，以改善其功能，A正确；
B、蛋白质之间不能进行简单的拼接，B错误；
C、只需将此酶进行改造即可，不需重新设计与创造一种蛋白酶，C错误；
D、减少此酶的含量会减少疗效，且剩余的酶仍然容易失效，D错误。
关于现代生物技术应用的叙述错误的是（ ）
A. 蛋白质工程可合成自然界中不存在的蛋白质
B. 体细胞杂交技术可用于克隆动物和制备单克隆抗体
C. 植物组织培养技术可用于植物茎尖脱毒
D. 动物细胞培养技术可用于转基因动物的培养
【答案】B
【解析】
A、蛋白质工程可通过对现有基因进行改造合成自然界中不存在的蛋白质，A正确；
B、克隆动物利用了细胞核移植、早期胚胎培养和胚胎移植等技术，体细胞杂交技术目前主要用于制备单克隆抗体，B错误；
C、茎尖和根尖等分生区几乎不含病毒，所以将植物分生区（茎尖、根尖等）进行组织培养可以获得脱毒苗，C正确；
D、动物细胞培养技术可为动物的转基因技术提供受体细胞等，并且基因工程中的受精卵需应用动物细胞培养技术培养成早期胚胎进行移植，D正确。
下列案例是通过实施蛋白质工程获得的是（）
A. 在山羊乳腺生物反应器中表达出人α-抗胰蛋白酶
B. 对胰岛素进行改造，使其成为速效性药品
C. 室温下可保存半年的干扰素的生产
D. 含外源生长激素基因的超级小鼠的培育
【答案】B
【解析】
A.在山羊乳腺生物反应器中表达出人α-抗胰蛋白酶，是基因工程在医药方面的应用，A不符合题意；
B.对胰岛素进行改造，使其成为速效性药品，是蛋白质工程的应用，B符合题意；
C.室温下可保存半年的干扰素目前还没实现，不是蛋白质工程的应用，C不符合题意；
D.含外源生长激素基因的超级小鼠的培育，是基因工程在动物方面的应用，D不符合题意。
下列有关生物工程的叙述，不正确的有（）
①基因工程的核心步骤是构建基因表达载体
②蛋白质工程可通过直接改造蛋白质的结构从而改变其功能
③克隆羊的培育涉及细胞核移植、早期胚胎培养和胚胎移植等技术
④PCR技术需要利用限制性核酸内切酶打开DNA双链
⑤利用核移植技术可以培育试管婴儿
⑥牛胚胎发育的历程是：受精卵→桑椹胚→囊胚→原肠胚→幼体
⑦利用动物细胞培养技术和细胞融合技术可以制备单克隆抗体
⑧利用植物茎尖培养脱毒苗时，需要对离体的茎尖、培养基等进行灭菌
A. 一项B. 两项C. 三项D. 四项
【答案】D
【解析】
①基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建，①正确；
②蛋白质工程也叫第二代基因工程，是通过基因改造或基因修饰来实现改造蛋白质的，②错误；
③克隆羊的培育首先将体细胞的细胞核移植到去核卵细胞内形成重组细胞，然后通过早期胚胎培养和胚胎移植等技术培育而成的，③正确；
④PCR技术中利用了高温的方式打开了DNA双链，④错误；
⑤试管婴儿是利用了体外授精的方式获得婴儿的有性生殖，不需要用核移植技术，⑤错误；
⑥哺乳动物的胚胎发育过程均为：受精卵→桑椹胚→囊胚→原肠胚→幼体，⑥正确；
⑦单克隆抗体的制备将B淋巴细胞和骨髓瘤细胞进行融合，然后通过细胞培养的方法获得，⑦正确；
⑧植物的茎尖和根尖等分生区没有病毒，因此不需要灭菌处理，⑧错误。
下列关于生物工程相关知识的叙述，正确的是( )
①在基因工程操作中为了获得重组质粒，可以用不同的限制性内切酶切割质粒和目的基因，但露出的黏性末端必须相同
②只要B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞，就能产生单克隆抗体
③蛋白质工程的目标是通过基因重组，合成生物体本来没有的蛋白质
④太空育种获得的植株也存在与转基因植物一样的安全性问题
⑤生态农业使废物资源化，提高能量的传递效率，减少了环境污染
⑥单克隆抗体制备过程中，诱导细胞融合之前，需将抗原注射给实验小鼠，目的是获得产生单一抗体的浆细胞
A. ③⑥B. ①⑥C. ③④D. ②③⑥
【答案】B
【解析】
①在基因工程操作中为了获得重组质粒，一般用相同的限制性内切酶切割含有目的基因的外源DNA分子和运载体，以露出相同的黏性末端，再用DNA连接酶连接形成重组质粒；也可以用不同的限制酶切割含有目的基因的外源DNA分子和运载体，但露出的粘性末端相同，再用DNA连接酶连接，①正确；
②B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞之后，还要筛选出能够产生特异性抗体的杂交瘤细胞，②错误；
③蛋白质工程的目标是通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，③错误；
④太空育种是将种子放到太空微重力、高真空、宇宙射线辐射等环境下，诱使种子发生变异，这种变异和自然界植物的自然变异一样，只是突变频率有所改变，因此不存在安全性问题，④错误；
⑤生态农业使废物资源化，提高了能量的利用效率，减少了环境污染，不能提高能量的传递效率，⑤错误；
⑥诱导细胞融合之前，需将抗原反复注射给实验小鼠，目的是获得产生单一抗体的浆细胞，⑥正确。
溶菌酶是一种能水解致病菌中黏多糖的碱性酶，使细胞壁不溶性黏多糖分解成可溶性糖肽，导致细胞壁破裂，内容物逸出而使细菌溶解。科研人员采用一定的生物技术（蛋白质工程）对野生型T4溶菌酶的结构进行改造，获得了多种突变型溶菌酶，其分子结构及酶50％发生变性时的温度（Tm）如下表所示。下列有关叙述错误的是（ ）
注：Cys右上角的数字表示半胱氨酸在多肽中的位置。
A. 表中溶菌酶种类的多样体现了基因突变具有不定向性
B. 增加二硫键的数目有助于提高溶菌酶的热稳定性
C. 改变半胱氨酸的位置和数目可能会提高溶菌酶的Tm值
D. 人体内的溶菌酶分布在体液中，参与非特异性免疫
【答案】A
【解析】
A.表中溶菌酶种类的多样是通过蛋白质工程获得的，是定向的对相应的基因进行改造，A错误；
B.由表格数据可知增加二硫键的数目有助于提高溶菌酶的热稳定性，B正确；
C.由表格数据可知改变半胱氨酸的位置和数目可能会提高溶菌酶的Tm值，C正确；
D.人体内的溶菌酶分布在体液中，属于第二道防线，参与非特异性免疫，D正确。
蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时，主要包括
①从预期的蛋白质的功能出发
②进行少数氨基酸的替换
③设计全新的蛋白质
④直接改变蛋白质的空间结构
A. ①②B. ①②③C. ②③④D. ①②④
【答案】B
【解析】
①从预期蛋白质的功能出发去推测氨基酸排列顺序，属于蛋白质工程的基本途径，①正确；
②对已知结构的蛋白质进行少数氨基酸的替换，属于蛋白质工程中的分子设计，②正确；
③设计全新的蛋白质属于蛋白质工程，③正确；
④由于蛋白质分子通常较大，直接改变蛋白质的空间结构不易操作，因此蛋白质工程是在基因的水平上实现的，④错误。综上所述，ACD错误，B正确。
下列关于蛋白质工程及其应用的说法，正确的是（）
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
【答案】A
【解析】
A.蛋白质工程能按照人们的意愿定向改造蛋白质分子结构，使之更加符合人类需要，A正确；
B.蛋白质工程的实质是通过改变基因来改变蛋白质的结构和功能，B错误；
C.当前限制蛋白质工程发展的关键因素是人们对蛋白质的空间结构了解较少，C错误；
D.蛋白质工程技术中的操作对象是基因，D错误。
下列关于蛋白质工程和基因工程的比较，不合理的是（ ）
A. 基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造，从而制造一种新的蛋白质
B. 蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成
C. 基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的
D. 当得到可以在-80℃条件下保存半年的DNA和干扰素后，在相关酶、相应的原料和适宜的温度、pH等条件下，DNA和干扰素分别可以大量自我合成
【答案】D
【解析】
A、基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造，从而制造一种新的蛋白质，A正确；
B、蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成，B正确；
C、基因工程和蛋白质工程产生的变异都导致遗传物质发生了改变，都属于可遗传的变异，C正确；
D、干扰素的成分是糖蛋白，不能自我复制，D错误。
二、识图作答题
蜘蛛丝是自然界中机械性能最好的天然蛋白纤维，其强度高于制作防弹衣的凯夫拉纤维，有广泛的应用前景，但如何大量获取蜘蛛丝纤维的问题一直未解决。近期，中国科学家利用基因工程技术成功的在家蚕丝腺细胞中大量表达蜘蛛丝蛋白。
(1)在转基因过程中，若利用上图所示质粒构建基因表达载体，需要用_____________酶来切割目的基因，该切割方法的优点是_____________________________________________(答出一点即可)。
(2)为获取大量的蜘蛛丝基因，常采用_______________技术对该基因进行扩增。扩增蜘蛛丝基因前，需根据目的基因的核苷酸序列设计__________种引物。进行扩增时需先加热至90～95℃，加入引物后冷却至55~60℃，以上调控温度操作的目的是_________________________________________________________________。
(3)载体中的启动子是____________酶的识别结合位点，以便于驱动遗传信息的表达过程；而载体本身的扩增，需借助于载体上的________________；载体上的标记基因的作用是__________________________。
(4) 研究人员发现若将蛛丝蛋白31号位的色氨酸替换为酪氨酸，蛛丝韧性可提高50％，这项成果用到的生物工程技术为____________________________。
【答案】
(1)Xba I和Sac I；防止目的基因自身环化、防止目的基因反向连接
(2)PCR；2；使 DNA解链，然后使引物结合到互补DNA链上
(3)RNA聚合；复制原点；重组 DNA的鉴别与选择
(4)蛋白质工程
【解析】
（1）构建基因表达载体时（如图所示），需要在目的基因前后两端分别引入 Xba I 和 Sac I 的酶切位点，该方法比用同一种酶进行酶切的优势是防止目的基因自身环化、防止目的基因反向连接。
（2）利用 PCR 技术扩增蜘蛛丝基因前，需根据目的基因的核苷酸序列设计2种引物，进行 PCR 时需加热至90～95℃然后冷却至 55～60℃，此操作的目的是使 DNA 解链，然后使引物结合到互补 DNA 链上。
（3）载体中的启动子是RNA聚合酶的识别结合位点，以便于驱动遗传信息的表达过程；而载体本身的扩增，需借助于载体上的复制原点；载体上的标记基因的作用是重组DNA的鉴别与选择。
（4）研究人员发现若将蛛丝蛋白 31 号位的色氨酸替换为酪氨酸，蛛丝韧性可提高 50%，此成果所用到的工程技术为 蛋白质工程。
如图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过程是__________；代表中心法则内容的是________。(填写数字)
(2)写出图中各数字代表的生物学过程的名称或内容：
③__________；④__________；⑤__________。
(3)蛋白质工程的目的是__________，通过__________实现。
(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。
【答案】
(1)④⑤ ①②
(2)③折叠 ④分子设计 ⑤DNA合成
(3)对蛋白质的结构进行分子设计 基因合成或修饰
(4)相反
【解析】蛋白质工程是根据具有相应功能的蛋白质结构推测氨基酸序列，进而推测出脱氧核苷酸序列，所以应为图中的④⑤，①②代表中心法则，与蛋白质工程的基本途径相反。
酶
半胱氨酸（Cys）的位置和数目
二硫键数目
Tm（℃）
野生型T4溶菌酶
Cys51，Cys97
无
41.9
突变酶C
Cys21，Cys143
1
52.9
突变酶F
Cys3，Cys9，Cys121，Cys142，Cys164
3
65.5