新教材适用2023年高中生物第3章基因工程第4节蛋白质工程的原理和应用课后习题新人教版选择性必修3

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第4节　蛋白质工程的原理和应用基础巩固1.下列关于蛋白质工程的说法,正确的是(　　)A.蛋白质工程无须构建基因表达载体B.蛋白质工程需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶C.对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的D.蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是相同的答案:B解析:蛋白质工程是指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,故需要构建基因表达载体,也需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶。蛋白质工程要对基因改造后再合成蛋白质,与天然蛋白质的合成过程不同。2.科学家为提高玉米中赖氨酸的含量,计划将天冬氨酸激酶第352位的氨基酸由苏氨酸变成异亮氨酸或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,这样就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸含量分别提高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mRNAC.对相应的基因进行操作D.重新合成新的基因答案:C3.下列各项不属于蛋白质工程研究内容的是(　　)A.分析蛋白质分子的精细结构B.对蛋白质进行有目的地改造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答案:C解析:蛋白质工程不需要分析氨基酸的化学组成,因为组成蛋白质的氨基酸的基本组成元素都是C、H、O、N,元素组成不会影响设计新的蛋白质。4.蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时,主要包括(　　)①进行少数氨基酸的替换　②从氨基酸的排列顺序出发设计全新的蛋白质　③直接改变蛋白质的空间结构A.①③　　　　 B.①②C.①②③　 D.②③答案:B5.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,或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改造或基因合成来完成C.当得到可以在一定条件下延长保存时间的干扰素后,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答案:C6.水蛭素是由65个氨基酸缩合而成的凝血酶特异性抑制剂,在临床上可用来治疗血栓疾病。为提高水蛭素的活性,科学家将水蛭素的第47位的天冬酰胺变为赖氨酸,其抗血栓形成的效率提高了20倍。这一生物技术是(　　)A.基因工程　 B.蛋白质工程C.基因突变　 D.基因修复答案:B7.下图表示蛋白质工程的操作流程,下列叙述错误的是(　　)A.蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作B.蛋白质工程是完全摆脱基因工程技术的一项全新的生物工程技术C.图中a、b过程分别表示转录、翻译D.通过蛋白质工程可制造出一种新的蛋白质答案:B解析:蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作,如蛋白质的空间结构、氨基酸的排列顺序等,这对于合成或改造基因至关重要;蛋白质工程的进行离不开基因工程,因为对蛋白质的改造要通过对基因的改造来完成;图中a、b过程分别表示转录、翻译;通过蛋白质工程可对现有蛋白质进行改造,也可制造出一种全新的蛋白质。8.凝乳酶是一种催化奶凝结的关键酶,从牛胃液中分离得到的凝乳酶以催化能力强而被广泛应用于奶酪和酸奶的制作。研究发现,如果将该凝乳酶第20位和24位氨基酸改变为半胱氨酸,其催化能力将提高2倍。通过蛋白质工程生产高效凝乳酶,所需步骤可能有a、b、c、d、e、f(未按操作顺序)。请把需要的步骤选出来并按照操作顺序排列(　　)a.蛋白质的结构设计　b.蛋白质的结构和功能分析　c.蛋白质结构的定向改造　d.凝乳酶基因的定向改造　e.将改造后的凝乳酶基因导入受体细胞　f.将定向改造的凝乳酶导入受体细胞A.abcdef　 B.badeC.baef　 D.bacd答案:B解析:蛋白质工程的过程为根据蛋白质的结构和功能,设计蛋白质的结构,再对目的基因进行定向改造,然后将目的基因导入受体细胞。故正确的排列顺序为bade。9.为提高粮食产量,解决世界粮食问题,科学家在基因工程和蛋白质工程方面作出了不懈的努力。下面是科学家提高光合作用效率的尝试,下列有关叙述正确的是(　　)①改良二磷酸核糖羧化酶,使它的反应平衡偏向于对二氧化碳的固定,减少呼吸的浪费,增加对二氧化碳的固定速率,提高农作物的产量。②C3植物向C4植物的转化。将二磷酸核糖羧化酶除去或灭活,引入基因改造过的叶绿体,同时增加导致C4固定的酶的活性。即使C3型叶绿体与C4型叶绿体共存于一个细胞内。③对光调节基因进行改造,提高光合作用的效率。④将固氮基因转移到不能固氮的农作物中,提高对氮的利用,增加作物产量。A.①②③④都属于基因工程,都是通过基因来改变生物性状的B.①②③④都属于蛋白质工程,都在一定程度改造了蛋白质C.①②③属于蛋白质工程,④属于基因工程D.②③属于蛋白质工程,①④属于基因工程答案:C10.请回答下列与基因工程和蛋白质工程有关的问题。(1)获取真核细胞内目的基因的途径主要有　　　　　　　　　　　　　　　　　,目的基因进入受体细胞需要　　　　的协助。 (2)基因工程的核心步骤是　　　　　　,此过程用到的工具酶是　　　　　　　　　。(3)为获得能大量产生人干扰素的转基因牛,经常采用的受体细胞是　　　　　,将目的基因导入此受体细胞常用的方法是　　　　　　　　。 (4)在蛋白质工程中,引起蛋白质空间结构改变的原因是组成该蛋白质肽链的　　　　　序列发生了改变。 答案:(1)从细胞中分离和化学方法人工合成　载体(2)构建基因表达载体　限制酶和DNA连接酶(3)受精卵　显微注射(4)氨基酸解析:(1)获取真核细胞内目的基因的途径主要有从细胞中分离和化学方法人工合成;目的基因进入受体细胞需要载体的协助。(2)构建基因表达载体是实施基因工程的第二步,也是基因工程的核心步骤。此过程用到的工具酶有限制酶和DNA连接酶。(3)培育转基因动物时常采用受精卵作受体细胞。常用显微注射技术将目的基因导入动物的受精卵。(4)在蛋白质工程中,引起蛋白质空间结构改变的原因是组成该蛋白质肽链的氨基酸序列发生了改变。11.干扰素是动物体内合成的一种蛋白质,可以用于治疗病毒感染和癌症,如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸,在一定条件下,可以延长保存时间。(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。下图表示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”,请将其补充完整。                                      (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,不一定符合人类生产和生活的需要。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,以满足人类生产和生活的需求。 (3)蛋白质工程实施的难度很大,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,还是通过对基因的操作来实现?原因是什么?                                                                　。 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　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　所需要的蛋白质(2)自然界已存在　改造　合成基因　改造(3)空间(或高级)(4)通过对基因的操作来实现。基因控制蛋白质的合成,并且基因能遗传给下一代能力提升1.下列有关基因工程和蛋白质工程的叙述,错误的是(　　)A.将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用显微注射法B.设计扩增目的基因的引物时,不必考虑表达载体的序列C.蛋白质工程是通过基因改造或基因合成,对现有蛋白质进行改造,或制造一种新蛋白质的技术D.蛋白质工程可合成自然界中不存在的蛋白质答案:B解析:将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用显微注射法。设计的引物应能与表达载体两端的序列互补配对。蛋白质工程是指以分子生物学相关理论为基础,通过基因改造或基因合成,对现有的蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质的技术。通过蛋白质工程可合成自然界中不存在的蛋白质。2.iPS细胞是利用病毒将四个基因(Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc)导入动物体细胞使其转化为类似胚胎干细胞的一种细胞。在iPS细胞培育过程中(　　)A.运用了基因工程、蛋白质工程等现代生物技术B.病毒的作用只是通过侵染将基因导入受体细胞中C.使用的工具酶主要有限制酶和DNA连接酶D.仅有Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc能够转录、翻译答案:C解析:在iPS细胞培育过程中,先利用基因工程技术获得含有四个基因的动物细胞,再进行细胞培养获得iPS细胞,没用到蛋白质工程。病毒的作用是通过侵染将基因导入受体细胞,同时使目的基因在受体细胞中稳定存在并表达。使用的工具酶是限制酶和DNA连接酶。除了Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc能够表达(转录、翻译)外,动物体细胞中原来的许多基因也能够表达。3.(不定项选择题)天然胰岛素制剂易形成二聚体或六聚体,降低疗效,科学家希望对胰岛素进行改造,从而降低它的聚合作用。研究人员通过解析人胰岛素的晶体结构发现,人胰岛素由A链和B链构成,其中B链的第20~29位氨基酸是胰岛素分子相互作用形成多聚体的关键区域,科学家通过改造胰岛素基因实现了对相应氨基酸序列的改造,使B28位脯氨酸替换为天冬氨酸或者将它与B29位的赖氨酸交换位置,从而有效抑制了胰岛素的聚合,由此研发出的速效胰岛素类似物产品已经在临床上广泛应用。据此分析下列叙述错误的是(　　)A.速效胰岛素类似物的研发是蛋白质工程在医药方面的重要应用B.在改造胰岛素的过程中利用了基因定点突变技术C.B28位氨基酸与B29位氨基酸交换位置后,蛋白质的结构没变D.改造的胰岛素基因在胰岛A细胞也能表达答案:CD解析:B28位氨基酸与B29位氨基酸交换位置后,蛋白质中氨基酸的排列顺序发生了改变,胰岛素的结构也随之发生改变。胰岛素由胰岛B细胞分泌,胰岛A细胞不分泌胰岛素,因此改造的胰岛素基因在胰岛A细胞中不表达。4.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Pl。目前,在Pl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Pl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:未改造前的基因表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽Pl,在Pl的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物,所以必须对其改造,保持其抗菌性强,抑制其溶血性。第一步应是根据预期的蛋白质功能,依据Pl氨基酸序列,设计多条模拟肽。5.T4溶菌酶在高温时易失去活性。研究人员对编码T4溶菌酶的基因进行改造,使T4溶菌酶第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸,该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成一个二硫键,提高了酶的耐热性。下列相关叙述正确的是(　　)A.T4溶菌酶耐热性提高的原因是组成该酶的氨基酸数量发生了改变B.T4溶菌酶的改造属于蛋白质工程,自然界中的酶都可通过蛋白质工程进行改造C.蛋白质工程与中心法则的流动方向一致,即DNA→mRNA→蛋白质D.若高温使蛋白质分子的空间结构发生改变,蛋白质的功能也会受到影响答案:D解析:在该过程中,T4溶菌酶的氨基酸数量没发生改变。对T4溶菌酶的改造属于蛋白质工程,蛋白质工程只能用于改造蛋白质类的酶,自然界中的酶有些是RNA,RNA类酶无法通过蛋白质工程进行改造。蛋白质工程与中心法则的流动方向相反,即预期蛋白质的功能→预期蛋白质的结构→推测应有的氨基酸序列→找到相应的脱氧核苷酸序列或合成新的基因。若高温使蛋白质分子的空间结构发生改变,蛋白质的功能会受到影响。6.降钙素是一种多肽类激素,临床上用于治疗骨质疏松症等。人的降钙素活性很低,半衰期较短。某科学机构为了研发一种活性高、半衰期长的新型降钙素,从预期新型降钙素的功能出发,推测相应的脱氧核苷酸序列,并人工合成了两条含72个碱基的DNA单链,两条链通过18个碱基对形成部分双链DNA片段,再利用Klenow酶补平,获得双链DNA,过程如下图所示。在此过程中发现,合成较长的核苷酸单链易产生碱基缺失的现象。分析回答下列问题。(1)Klenow酶是一种　　　　　　酶,合成的双链DNA有　　　　个碱基对。 (2)获得的双链DNA经EcoRⅠ(识别序列和切割位点是—G↓AATTC—)和BamHⅠ(识别序列和切割位点是—G↓GATCC—)双酶切后,插入大肠杆菌质粒中,筛选含重组质粒的大肠杆菌并进行DNA测序验证。①大肠杆菌是理想的受体细胞,这是因为它　　　　　　　　　　　　　　。 ②设计EcoRⅠ和BamHⅠ双酶切的目的是                                  　。 ③要进行重组质粒的鉴定和选择,需要大肠杆菌质粒中含有　　　　　　。 (3)经DNA测序表明,最初获得的多个重组质粒,均未发现完全正确的核苷酸序列,最可能的原因是                                                 　。 (4)制备该新型降钙素运用的现代生物工程技术是　　　　　　　　。 答案:(1)DNA聚合　126　(2)繁殖快、是单细胞生物、遗传物质相对较少　保证目的基因和载体定向连接(防止目的基因和载体在酶切后产生的末端发生任意连接)　标记基因　(3)合成的核苷酸单链序列较长,产生碱基缺失的现象　(4)蛋白质工程解析:(1)题图表示以DNA一条链为模板、4种游离的脱氧核糖核苷酸为原料合成双链DNA,此过程所用的酶是DNA聚合酶。合成的双链DNA含有的碱基对有(72-18)×2+18=126(个)。(2)①大肠杆菌是原核生物,繁殖快、是单细胞生物、遗传物质相对较少,所以常将大肠杆菌作为理想的受体细胞。②限制酶具有特异性,一种限制酶只识别一定的脱氧核苷酸序列,切割特定的位点。为了防止目的基因和载体在酶切后产生的末端发生任意连接(或保证目的基因和载体定向连接),将获得的双链DNA进行EcoRⅠ和BamHⅠ双酶切。③重组质粒中含有标记基因,标记基因可以鉴别受体细胞中是否含有目的基因。(3)在合成DNA双链时,如果合成的核苷酸单链较长,容易发生缺失碱基的现象,导致最初获得的多个重组质粒的核苷酸均不完全正确。(4)制备该新型降钙素时,先从预期新型降钙素的功能出发,推测相应的脱氧核苷酸序列,之后合成DNA分子,最后生成新型降钙素,这是蛋白质工程的具体过程。