第3章　基因工程 第4节　蛋白质工程的原理和应用 试卷

第4节　蛋白质工程的原理和应用

必备知识基础练

1.下列有关基因工程与蛋白质工程的叙述,正确的是 (　　)

A.蛋白质工程与基因工程的目的都是获得人类需要的蛋白质,所以二者没有区别

B.基因工程是蛋白质工程的关键技术

C.通过蛋白质工程改造后的蛋白质仍然是天然的蛋白质

D.蛋白质工程是在蛋白质分子水平上直接改造蛋白质的

答案B

解析基因工程原则上只能生产自然界中已有的蛋白质,而蛋白质工程可以生产自然界中没有的新的蛋白质,两者存在区别,A项错误;蛋白质工程本质上是通过基因修饰或基因合成来完成对蛋白质分子的改造,是在基因工程的基础上发展出的第二代基因工程,B项正确;蛋白质工程改造后的蛋白质可能是自然界中没有的新的蛋白质,C项错误;蛋白质工程本质上是改造基因,不是直接改造蛋白质分子,D项错误。

2.(2021安徽淮南一中高二期中)下图所示是利用蛋白质工程生产保存时间更久的干扰素(一种糖蛋白)的核心流程,下列叙述正确的是(　　)

A.该过程得到的干扰素与自然界中的干扰素相同

B.图中③过程得到的脱氧核苷酸序列往往是唯一的

C.蛋白质工程的基础是蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系

D.蛋白质工程是通过对蛋白质的结构进行修饰或合成来操作的

答案C

解析题图所示是利用蛋白质工程生产保存时间更久的干扰素,该过程得到的干扰素是经过改造的,与自然界中的干扰素不相同,A项错误;由于密码子的简并性,图中③过程得到的脱氧核苷酸序列往往不是唯一的,B项错误;结构决定功能,蛋白质工程的基础是蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系,C项正确;蛋白质工程是通过对基因的结构进行修饰或合成来操作的,D项错误。

3.下图为蛋白质工程的流程图,下列说法正确的是(　　)

A.利用蛋白质工程制造出的蛋白质都是自然界本来就有的

B.蛋白质工程是一项完全摆脱基因工程技术的全新的生物工程技术

C.过程a、b分别是转录、翻译

D.蛋白质工程不可能构建出一种新的基因

答案C

解析基因工程原则上只能生产自然界已经存在的蛋白质,蛋白质工程可以生产自然界中不存在的蛋白质,A项错误;蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程,B项错误;据图可知,过程a、b分别是转录、翻译,C项正确;蛋白质工程中可根据预期蛋白质的结构构建出一种全新的基因,D项错误。

4.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位的苏氨酸变为异亮氨酸,将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的氨基酸由天冬氨酸变为异亮氨酸。为此,下列操作正确的是(　　)

A.直接改造上述两种蛋白质的空间结构

B.对指导上述两种酶合成的mRNA进行改造

C.利用诱变育种技术促使上述两种酶的基因突变

D.利用基因工程技术,对控制上述两种酶的基因进行改造

答案D

解析蛋白质的功能与其高级结构密切相关,而蛋白质的高级结构又非常复杂,所以直接对蛋白质改造非常困难,且即使改造成功也不能遗传,A项错误;直接改造相应的mRNA,不一定能够表达产生所需要的蛋白质,且即使成功也不能遗传,B项错误;由于基因突变具有不定向性和低频性,所以使用诱变育种的方法不易获得符合要求的基因,C项错误;基因工程可定向改造生物的遗传性状,所以可利用基因工程技术,对控制这两种酶的基因进行改造,D项正确。

5.中华鲟是一种濒危野生动物。研究者试图通过蛋白质工程改造中华鲟体内的某些蛋白质,使其更加适应现在的水域环境。下列有关说法不正确的是(　　)

A.蛋白质工程可定向改变蛋白质分子的结构

B.改造蛋白质可通过改变基因结构实现

C.改造后的中华鲟和现有中华鲟仍是同一物种

D.改造后的中华鲟的后代不具有改造的蛋白质

答案D

解析蛋白质工程能按照人们的意愿定向改造蛋白质分子的结构,使之更加符合人类的需要,A项正确;蛋白质工程的实质是通过改造或合成基因实现对蛋白质的改造,B项正确;改造后的中华鲟和现有中华鲟之间没有产生生殖隔离,仍然属于同一物种,C项正确;蛋白质工程操作的直接对象是基因,可以遗传给后代,因此改造后的中华鲟的后代可能具有改造的蛋白质,D项错误。

6.下列关于蛋白质工程和基因工程的比较,错误的是 (　　)

A.基因工程合成的是天然的蛋白质,蛋白质工程合成的不一定是天然存在的蛋白质

B.蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的,最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成

C.基因工程产生的变异是可遗传的,蛋白质工程产生的变异是不可遗传的

D.基因工程和蛋白质工程都需构建基因表达载体,都遵循中心法则

答案C

解析基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质,而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造,从而制造一种天然不存在的新的蛋白质,A项正确;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项正确;基因工程产生的变异是可遗传的,蛋白质工程的作用对象依然是基因,因此其产生的变异也是可遗传的,C项错误;基因工程和蛋白质工程都遵循中心法则,都需构建基因表达载体,D项正确。

7.(2021山东潍坊高二期中)新冠病毒是一种RNA病毒,极易产生变异,其表面刺突蛋白(S蛋白)的受体结合域(RBD)可与人体细胞表面的ACE2受体相互作用而感染细胞。科学家设计了一种自然界中不存在的蛋白质LCB1,可与S蛋白的RBD紧密结合,以干扰新冠病毒的感染。下列有关说法错误的是(　　)

A.LCB1可以依据S蛋白的RBD进行设计

B.LCB1可能与ACE2受体的某些区域结构类似

C.LCB1可以通过细胞中原有的基因表达产生

D.易感人群即使注射疫苗也仍然具有被感染的可能

答案C

解析由题干信息分析可知,人工合成的LCB1可以与S蛋白的RBD结合,故LCB1可以依据S蛋白的RBD结构进行设计,A项正确;由题干信息分析可知,新冠病毒是通过其表面S蛋白的RBD与人体细胞表面的ACE2受体相互作用,而人工合成的LCB1可识别并紧密结合S蛋白的RBD,阻止S蛋白的RBD与ACE2受体结合,这说明LCB1可能与ACE2受体的某些区域结构类似,B项正确;LCB1是人工设计并合成的一种自然界不存在的蛋白质,故LCB1并不是通过细胞中原有的基因表达产生的,C项错误;新冠病毒是一种RNA病毒,极易产生变异,易感人群注射疫苗也具有被变异的新冠病毒感染的可能,D项正确。

8.(2021山东师大附中高二期中)已知生物体内有一种转运蛋白Y,由300个氨基酸组成。如果将Y中157位的L异亮氨酸变成亮氨酸,261位的酪氨酸变成丝氨酸,改变后的蛋白质Y1不但保留了原有Y的功能,且具备了催化活性。下列说法正确的是(　　)

A.蛋白质工程和基因工程的根本区别是操作对象的差异

B.可以通过对Y蛋白基因进行修饰或人工合成获得Y1蛋白基因

C.蛋白质工程操作过程中,不需要酶和载体作为工具

D.细胞内合成Y1蛋白与Y蛋白的过程中,遗传信息的流向是相反的

答案B

解析蛋白质工程和基因工程的根本区别是蛋白质工程可产生自然界没有的蛋白质,A项错误;据分析题干信息可知,可以通过对Y蛋白基因进行修饰或人工合成获得Y1蛋白基因,B项正确;蛋白质工程操作过程中,需要酶和载体作为工具,C项错误;细胞内合成Y1蛋白与Y蛋白的过程中,遗传信息的流向是相同的,D项错误。

9.赖氨酸是人体必需氨基酸,具有促进人体发育、增强免疫的功能,并能起到提高中枢神经组织功能的作用。某农科所的科研人员欲将玉米种子的某种蛋白酶改造成“M酶”,从而大大提高玉米种子中赖氨酸的含量,以培育出高赖氨酸的玉米新品种。请回答下列问题。

(1)科技人员先从“提升玉米种子中赖氨酸的含量”这一功能出发,设计预期的“M酶”的　　　　,再推测出相对应的目的基因的　　　　　　　　　　序列,最终合成出“M酶”基因。 

(2)科技人员获得“M酶”基因后,常利用PCR技术在体外将其大量扩增,此过程需要一种特殊的酶是　　　　　　　　　　　　　,原料是　　　　　　　　　　　。 

(3)“M酶”基因只有插入　　　　　　　　　　　　　　　　,才能确保“M酶”基因在玉米细胞中得以稳定遗传。 

(4)依据植物细胞具有　　　　　　的原理,可将含有“M酶”基因的玉米细胞培育成转“M酶”基因的玉米植株。为了确保育种成功,科研人员需要测定玉米种子中　　　　　　　的含量。 

答案(1)结构　脱氧核苷酸　(2)耐高温的DNA聚合酶　4种脱氧核苷酸　(3)玉米细胞中染色体的DNA上　(4)全能性　赖氨酸

解析(1)根据题干信息可知,某农科所科研人员欲将玉米某种蛋白酶改造成“M酶”,则应该利用蛋白质工程,先根据预期构建出“M酶”(蛋白质)的结构,再推测出相对应目的基因的脱氧核苷酸序列,最终合成出“M酶”基因。(2)基因工程中,获取的目的基因一般利用PCR技术进行扩增,过程中需要耐高温的DNA聚合酶的催化,原料是4种脱氧核苷酸。(3)要想确保“M酶”基因在玉米细胞中得以稳定遗传,必须将“M酶”基因插入玉米细胞的染色体DNA中。(4)利用植物组织培养技术,依据植物细胞的全能性原理,可将含有“M酶”基因的玉米细胞培育成转“M酶”基因的玉米植株。科研人员需要测定玉米种子中赖氨酸含量,从个体水平加以鉴定,以确保育种成功。

关键能力提升练

10.阅读如下资料,判断下列各项描述不合理的是(　　)

资料甲:科学家将牛生长激素基因导入小鼠受精卵中,得到了体型巨大的“超级小鼠”。

资料乙:T4溶菌酶在温度较高时易失去活性,科学家对编码T4溶菌酶的基因进行改造,使其表达的T4溶菌酶的第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸,在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键,提高了T4溶菌酶的耐热性。

A.资料甲属于基因工程,资料乙属于蛋白质工程

B.资料甲中将目的基因导入小鼠细胞中常用显微注射法

C.资料乙中通过对基因改造实现了对蛋白质的改造

D.从资料乙可看出,T4溶菌酶是一种直接利用氨基酸制造出来的新蛋白质

答案D

解析资料甲中的“超级小鼠”的培育,与导入的牛生长激素基因有关,属于基因工程,资料乙显示科学家将编码T4溶菌酶的基因进行了改造,这属于蛋白质工程,A项正确;甲中小鼠的受精卵属于动物细胞,将目的基因导入动物细胞中常用显微注射法,B项正确;乙中通过对编码T4溶菌酶的基因进行改造,导致组成T4溶菌酶的肽链中的氨基酸序列发生了改变,实现了对蛋白质的改造,C项正确;从资料乙可看出,T4溶菌酶是一种通过改造“编码T4溶菌酶的基因”而制造出来的新蛋白质,D项错误。

11.(多选)胰岛素用于治疗糖尿病,但胰岛素注射后易在皮下堆积,需较长时间才能进入血液,进入血液后又易被分解,因此治疗效果受到影响。下图是新的速效胰岛素的生产过程,有关叙述错误的是(　　)

A.新的胰岛素的产生是依据基因工程原理完成的

B.新的胰岛素生产过程中涉及中心法则

C.新的胰岛素产生过程中最困难的一步是由胰岛素分子结构推测氨基酸序列

D.若用大肠杆菌生产新的胰岛素,常用Ca2+处理大肠杆菌

答案AC

解析新的胰岛素的产生是依据蛋白质工程原理完成的,A项错误;新的胰岛素生产过程中涉及转录、翻译的过程,其涉及中心法则,B项正确;新的胰岛素产生过程中最困难的一步是设计新的胰岛素分子的空间结构,C项错误;把目的基因导入大肠杆菌,常用Ca2+处理大肠杆菌,使其成为感受态细胞,利于重组质粒的进入,D项正确。

12.(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(　　)

ABCD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

答案CD

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项错误;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项错误;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脱氧核苷酸序列,C项正确;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项正确。

13.科学家通过利用PCR定点突变技术改造Rubisco酶基因,提髙了光合作用过程中Rubisco酶对CO2的亲和力,从而显著提高了植物的光合作用速率。请回答下列问题。

(1)PCR过程所依据的原理是　　　　　　　　,该过程需要加入的酶是　　　　　　　　　　。利用PCR技术扩增目的基因的前提是要有目的基因的一段已知核苷酸序列,以便根据这一序列合成　　　　。 

(2)该技术不直接改造Rubisco酶,而通过对Rubisco酶基因进行改造,从而实现对Rubisco酶的改造,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。和传统基因工程技术相比较,PCR定点突变技术在应用方面最突出的优点是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,PCR定点突变技术属于　　　　　　　　　　　(填“基因工程”“细胞工程”或“蛋白质工程”)的范畴。 

(3)可利用定点突变的DNA构建基因表达载体,常用　　　　　　　　　　将基因表达载体导入植物细胞,将该细胞经植物组织培养技术培育成幼苗,从细胞水平分析所依据的原理是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案(1)DNA半保留复制　耐高温的DNA聚合酶(或Taq酶)　引物　(2)蛋白质空间结构较为复杂,对其直接改造难以操作　能生产出自然界不存在的蛋白质　蛋白质工程　(3)农杆菌转化法　植物细胞具有全能性

解析(1)PCR技术是DNA扩增的技术,所以其原理是DNA半保留复制,但该过程需要耐高温的DNA聚合酶(或Taq酶)的催化。利用PCR技术扩增目的基因的前提是要有目的基因的一段已知核苷酸序列,以便根据这一序列合成引物。(2)由于蛋白质空间结构较为复杂,对其直接改造难以操作,所以该技术不直接改造Rubisco酶,而通过对Rubisco酶的基因进行改造,从而实现对Rubisco酶的改造。和传统基因工程技术相比,定点突变技术在应用方面最突出的优点是能生产出自然界不存在的蛋白质,PCR定点突变技术属于蛋白质工程的范畴。(3)将基因表达载体导入植物细胞常用农杆菌转化法;植物组织培养技术的原理是植物细胞具有全能性。

14.基因工程抗体又称重组抗体,是指利用重组DNA及蛋白质工程技术对编码抗体的基因按不同需要进行加工改造和重新装配,经转染适当的受体细胞所表达的抗体分子。下图为某研究所制备小鼠抗甲肝病毒抗体的流程图。回答下列问题。

(1)实验室构建重组质粒时,为保证目的基因与载体的正确连接,过程①最好选择的限制酶是　　　　　　　。 

(2)在重组质粒中,目的基因首端的启动子能够　　　　　　　　　,从而驱动目的基因的转录。除启动子之外,重组质粒还应该包含　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)为了筛选出导入目的基因的骨髓瘤细胞,可以在过程③的培养液中添加　　　　　　,过程③所获得的细胞具有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　的特点。 

(4)临床试验发现,过程⑤提取的小鼠抗甲肝病毒抗体具有外源性,容易被人体的免疫系统清除,从而导致其治疗效果大大降低。如图抗体中的A区是与抗原特异性结合的区域,B区是引起人体免疫反应的区域。若要避免小鼠抗甲肝病毒抗体被人体免疫系统清除,请提出合理的改造思路。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 

答案(1)EcoRⅠ和BamHⅠ　(2)与RNA聚合酶结合　终止子、目的基因、标记基因(复制原点)　(3)(适量的)青霉素　既能大量增殖,又能产生足够数量的特定抗体(抗甲肝病毒抗体)　(4)采用蛋白质工程技术将小鼠抗甲肝病毒抗体上B区域进行改造,或替换成人体相应抗体的B区,进而降低人体对该抗体的免疫排斥。

解析(1)图中EcoRⅤ会破坏目的基因,故不能用于切割目的基因,目的基因和运载体共同含有的限制酶还有EcoRⅠ和BamHⅠ,为了保证目的基因与载体的正确连接,应该选择EcoRⅠ和BamHⅠ切割目的基因和载体。(2)RNA聚合酶可以与目的基因的启动子结合,驱动转录。重组质粒应该包含目的基因、启动子、终止子、标记基因等。(3)重组质粒中含有青霉素抗性基因,故可以在过程③的培养液中添加青霉素,来筛选导入目的基因的骨髓瘤细胞。过程③所获得的细胞是含有目的基因的骨髓瘤细胞,既能大量增殖,又能产生足够数量的抗甲肝病毒抗体。(4)由于B区是引起人体免疫反应的区域,若要避免小鼠抗甲肝病毒抗体被人体免疫系统清除,采用蛋白质工程技术将小鼠抗甲肝病毒抗体上B区域进行改造,或替换成人体相应抗体的B区,进而降低人体对该抗体的免疫排斥。