高中人教版 (2019)第4节 蛋白质工程的原理和应用综合训练题

课时分层作业(十五)

(建议用时：40分钟)

题组一　蛋白质工程的基本原理

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

D　[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。]

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

B　[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。]

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

C　[本题考查蛋白质工程的原理。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。]

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

C　[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项错误，C项正确；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项错误；蛋白质工程的操作对象是基因，属于分子水平，D项错误。]

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

D　[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。]

6．干扰素是动物体内的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染和癌症，但体外保存相当困难。如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可在－70 ℃条件下保存半年，给广大患者带来福音。

(1)蛋白质的合成是受基因控制的，因此获得能够控制合成“可以保存的干扰素”的基因是生产的关键，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”：(填写在方框内)

(2)基因工程和蛋白质工程相比较，基因工程在原则上只能生产________________的蛋白质，不一定符合________________的需要。而蛋白质工程是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过________________或________________，对现有蛋白质进行________________或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活需要。

(3)蛋白质工程实施的难度很大，主要原因是蛋白质具有十分复杂的________结构。

(4)对天然蛋白质进行改造，应该直接对蛋白质分子进行操作，还是对基因进行操作来实现？________。其原因是_______________________________(答出1点即可)。

[解析]　(1)蛋白质工程的前期操作流程是：预期蛋白质的功能→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。(2)基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质，这种蛋白质可能不符合人类生产和生活的需要，而蛋白质工程既可以通过基因改造生产出改造后的符合需要的蛋白质，也可以通过基因合成生产出自然界不存在的符合需要的蛋白质。(3)蛋白质的空间结构十分复杂，根据预期功能来推测蛋白质结构相当困难。(4)蛋白质工程直接操作的对象是基因，应该通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造。①任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因也就是对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以通过改造过的基因遗传下去；如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子也无法遗传。②对基因进行改造比对蛋白质直接进行改造要容易操作，难度要小得多。

[答案]　(1)预期蛋白质的功能　预期的蛋白质结构　应有的氨基酸序列　相对应的脱氧核苷酸序列(基因)　(2)自然界已存在　人类生产和生活　基因改造　基因合成　改造　(3)空间(或高级)　(4)对基因进行操作　改造基因才会遗传，改造蛋白质不遗传(或基因改造比蛋白质改造容易操作)

题组二　蛋白质工程的应用

7．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

C　[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。]

8．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

D　[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。]

9．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

C　[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。]

10．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

A　[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。]

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

D　[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。]

12．科学家对鼠源杂交瘤抗体进行改造，生产出效果更好的鼠—人嵌合抗体，用于癌症治疗。下图表示形成鼠—人嵌合抗体的过程，据图回答问题。

(1)改造鼠源杂交瘤抗体，生产鼠—人嵌合抗体，属于____________(生物工程)的范畴。

(2)图示过程是根据预期的________________，设计________________，最终必须对________进行操作，此操作中改变的是______________________。

(3)经过改造的鼠—人嵌合抗体，与鼠源杂交瘤抗体相比较，突出的优点是__________________(从免疫角度考虑)。

(4)上述过程中对科学家来说难度最大的是________________________。

[解析]　(1)通过题图可知鼠—人嵌合抗体是通过人工设计而形成的具有特定功能的蛋白质，其生产过程应属于蛋白质工程的范畴。

(2)蛋白质工程的流程：预期蛋白质的功能→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)→通过基因工程操作生产预期的蛋白质。

(3)从免疫的角度考虑，对人体来说鼠源抗体为抗原，若利用人的抗体与之嵌合，则排斥作用会减轻，对人体的副作用会减少。

(4)由于蛋白质空间结构比较复杂，不易确定，所以成为蛋白质工程中最大的障碍。

[答案]　(1)蛋白质工程　(2)嵌合抗体的功能　嵌合抗体的结构　基因　脱氧核苷酸的排列顺序

(3)对人体的不良反应减少　(4)设计嵌合抗体的空间结构

13．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

A　[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。]

14．2007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。_______________________。

[解析]　本题重点考查了蛋白质工程的基本原理及其应用。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：

间结构的蛋白质―→表达生物特有的功能或性状

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

蛋白质工程和基因工程区分不清

15．下列关于蛋白质工程和基因工程的比较，不合理的是(　　)

A．蛋白质工程的操作起点是从预期的蛋白质功能出发，设计出相应的基因，并借助基因工程实现

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改造或基因合成来完成

C．当得到可以在－70 ℃条件下保存半年的干扰素后，在相关酶、氨基酸和适宜的温度、pH条件下，干扰素可以大量自我合成

D．基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的

C　[蛋白质工程的操作起点是从预期的蛋白质功能出发，设计预期的蛋白质结构，进而设计出相应的基因，并借助基因工程实现，选项A正确。基因工程生产的自然界已存在的蛋白质不能完全符合人类需要，因此催生了蛋白质工程，但由于基因决定蛋白质，因此蛋白质工程最终还是要通过基因改造或基因合成来完成，选项B正确。干扰素作为一种表达产物，其化学本质为蛋白质，蛋白质不具有自我合成的能力，选项C错误。基因工程产生的变异即为基因重组，目的基因转入后便可以随宿主的基因一同表达并遗传给后代，蛋白质工程最终也要通过基因来改造，因此蛋白质工程产生的变异也可以遗传，选项D正确。]