新教材适用2023_2024学年高中生物第3章基因工程第4节蛋白质工程的原理和应用夯基提能作业新人教版选择性必修3

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第3章　第4节基 础 题 组一、选择题1．(2023·贵州贵阳高二校联考阶段练习)下列有关蛋白质工程的叙述，正确的是( C )A．蛋白质工程不需要用到限制酶和DNA连接酶B．蛋白质工程就是根据人们的需要，直接对蛋白质进行加工修饰C．蛋白质工程能改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类需要D．蛋白质工程和基因工程的目的都是获得人类需要的蛋白质，二者没有区别解析： 蛋白质工程最终是通过基因修饰或基因合成来实现的，用到限制酶和DNA连接酶，A错误；蛋白质工程的直接操作对象是基因，B错误；蛋白质工程可以改造蛋白质分子的结构，产生自然界中不存在的蛋白质，能制造新的蛋白质，C正确；蛋白质工程和基因工程的目的均是获得人类需要的蛋白质，但基因工程只能生产自然界中已存在的蛋白质，而蛋白质工程可对现有蛋白质进行改造，从而制造一种新的蛋白质，D错误。故选C。2．(2023·陕西渭南高二统考期末)下列关于蛋白质工程的说法，错误的是( B )A．蛋白质工程能定向改造蛋白质的分子结构来满足人类的需要B．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子结构C．蛋白质工程能生产出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子D．蛋白质工程又称为第二代基因工程解析： 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，使之更加符合人类需要，A正确；蛋白质工程是在分子水平上对基因直接进行操作，进而改变蛋白质的分子结构，B错误；蛋白质工程通过改造基因能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子，C正确；蛋白质工程是在基因工程基础上形成的，与基因工程密不可分，又被称为第二代基因工程，D正确。故选B。3．(2023·吉林长春外国语学校校考阶段练习)蛋白质工程的基本流程是( C )①蛋白质分子结构设计②DNA合成③预期蛋白质功能④据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列A．①②③④ B．④②①③C．③①④② D．③④①②解析： 蛋白质工程的基本流程是：③预期蛋白质功能→①预期蛋白质分子结构组成→④根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列→②合成DNA。故选C。4．(2023·河北邢台高二校联考阶段练习)基因工程和蛋白质工程技术有很大的应用价值，可用于医药及其他工农业生产中。下列关于基因工程和蛋白质工程的叙述错误的是( A )A．基因工程操作对象是基因，蛋白质工程操作对象是蛋白质B．基因工程是蛋白质工程的核心技术，蛋白质工程是第二代基因工程C．利用蛋白质工程可以生产出自然界中不存在的蛋白质D．通过蛋白质工程可提高酶的热稳定性解析： 基因工程操作对象是基因，蛋白质工程操作对象是基因，A错误；蛋白质工程是第二代基因工程，故基因工程是蛋白质工程的核心技术，B正确；利用蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造或者生产全新的蛋白质，因此可以生产出自然界不存在的蛋白质，C正确；可以通过蛋白质工程改造酶的结构来提高酶的热稳定性，D正确。故选A。5．下列有关基因工程与蛋白质工程的叙述，正确的是( B )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。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( D )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．利用蛋白质工程技术，对控制上述两种酶的基因进行改造解析： 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，所以可利用蛋白质工程技术，对控制这两种酶的基因进行改造，D项正确。二、非选择题7．(2023·陕西西安市田家炳中学校联考期末)人的T细胞可以产生某种具有临床价值的蛋白质(Y)。该蛋白质由一条多肽链组成。目前可以利用现代生物技术生产Y。回答下列问题。(1)若要获得Y的基因，可从人的T细胞中提取mRNA作为模板，在_逆转录酶__催化下合成cDNA。再利用_PCR__技术在体外扩增获得大量Y的基因。(2)将目的基因导入植物细胞常用的方法是_农杆菌转化法__，将上述所得Y的基因插入_T－DNA__中，得到含目的基因的重组Ti质粒，则可用该转化法将该基因导入某种植物的叶肉细胞中。若该叶肉细胞经_脱分化__得到了能稳定表达Y的愈伤组织，则说明Y的基因已经_整合到叶肉细胞染色体DNA上__。(3)天然的Y通常需要在低温条件下保存。假设将Y的第6位氨基酸甲改变为氨基酸乙可提高其热稳定性，若要根据蛋白质工程的原理对Y进行改造以提高其热稳定性，具体思路是_找到第6位氨基酸甲的碱基所在的基因位置，参照密码子表，将第6位氨基酸甲的碱基替换为氨基酸乙的碱基__。解析：(1)由于人的T细胞可以产生蛋白质Y，要获得Y的基因，可从人的T细胞中提取mRNA作为模板，在逆转录酶催化下，利用四种游离的脱氧核苷酸合成cDNA，再利用PCR技术(体外扩增DNA的技术)在体外扩增获得大量Y的基因。(2)将目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法中，T－DNA可以携带目的基因转移至受体细胞，并整合到受体细胞的染色体DNA上，故需要Y的基因插入农杆菌Ti质粒上的T－DNA中。得到含目的基因的重组Ti质粒，把含目的基因的重组Ti质粒导入到农杆菌中，再让含目的基因的农杆菌侵染植物的叶肉细胞。若该叶肉细胞经脱分化培养、筛选等得到了能稳定表达Y的愈伤组织，则说明Y的基因已经成功地整合到叶肉细胞染色体DNA上。(3)蛋白质工程需要从预期的蛋白质的功能出发，设计预期的蛋白质结构，推出相应的氨基酸序列，找到相应的脱氧核苷酸序列。对Y进行改造以提高其热稳定性，需要找到第6位氨基酸甲的碱基所在的基因位置，参照密码子表，将第6位氨基酸甲的碱基替换为氨基酸乙的碱基。能 力 提 升一、选择题1．(2023·河北乐亭第一中学校考阶段练习)如图为蛋白质工程操作的基本思路，下列叙述不正确的是( C )A．代表蛋白质工程操作思路的过程是④⑤①②③，代表中心法则内容的是①②B．利用蛋白质工程可以生产出自然界不存在的蛋白质C．蛋白质工程的目的是对基因的结构进行分子设计D．这种技术最终只能通过操作基因来完成解析： 蛋白质工程基本思路是：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，因此代表蛋白质工程操作思路的过程是④⑤①②③，代表中心法则内容的是①转录和②翻译，A正确；利用蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造或者生产全新的蛋白质，因此可以生产出自然界不存在的蛋白质，B正确；蛋白质工程的目的是对蛋白质的结构进行分子设计，通过基因合成或修饰实现，C错误；蛋白质工程不是对蛋白质分子的直接改造，而是通过改造基因或合成新基因来改变生物的遗传和表达性状，合成新的蛋白质，这种技术最终只能通过操作基因来完成，D正确。故选C。2．(2023·重庆高二期末)下列关于基因工程和蛋白质工程说法不正确的是( C )A．干扰素具有干扰病毒复制的作用，其化学本质是糖蛋白B．蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性、碱变性等加以改变C．蛋白质工程的基本思路是：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mRNA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D．科学家将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中解析： 干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，A正确；蛋白质工程可以在已有的蛋白质基础上，只进行局部的修饰，通过造成一个或几个碱基定位突变，以达到修饰蛋白质分子结构的目的，蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性、碱变性等加以改变，B正确；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，蛋白质工程的基本思路是：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，C错误；将目的基因导入动物细胞采用最多的方法是显微注射法，若用转基因动物生产药物，科学家通常将药物蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，导入哺乳动物的受精卵中，D正确。故选C。3．(2023·河北张家口尚义县第一中学校考阶段练习)下列关于基因工程与蛋白质工程的叙述，错误的是( C )A．通过基因工程育种可以定向改变生物的性状B．蛋白质工程的基础是基因工程C．基因工程需要在分子水平对基因进行操作，蛋白质工程不需要D．蛋白质工程中，蛋白质的合成仍然遵循中心法则解析： 基因工程育种能按照人们的意愿定向改造生物的性状，A正确；蛋白质工程是以基因工程为基础延伸出来的第二代基因工程，包含多学科的综合科技工程领域，B正确；蛋白质工程实质是通过改造基因来改造蛋白质，因此基因工程和蛋白质工程都需要对基因进行分子水平操作，C错误；蛋白质工程中，蛋白质的合成仍然是通过转录和翻译完成的，所以蛋白质的合成仍遵循中心法则，D正确。故选C。4．(2023·河南高二宝丰县第一高级中学校联考阶段练习)葡萄糖异构酶能将葡萄糖转化为果糖，其最适温度约为60 ℃，生产上常用于高果糖浆的生产。科学家将葡萄糖异构酶的第138位甘氨酸用脯氨酸替代，结果它的最适温度提高了约10 ℃。下列有关说法正确的是( D )A．蛋白质工程只能改造或制造自然界已有的蛋白质B．编码葡萄糖异构酶的基因的核糖核苷酸序列会有相应的改变C．经改造后的葡萄糖异构酶热稳定性提高这一性状不可遗传D．改造后的葡萄糖异构酶在60 ℃时生产高果糖浆的效率可能低于70 ℃时的解析： 基因工程只能改造或制造自然界已有的蛋白质，蛋白质工程可以创造新的蛋白质，A错误；编码葡萄糖异构酶的基因的脱氧核糖核苷酸序列会有相应的改变，B错误；蛋白质工程对编码蛋白质的基因进行了改造，遗传物质已经改变，属于可以遗传的变异，C错误；改造后的葡萄糖异构酶最适温度从60 ℃变为70 ℃，因此在60 ℃时生产高果糖浆的效率可能低于70 ℃时的，D正确。故选D。5．(2023·广东珠海高二校考阶段练习)纤维素酶广泛应用于医药、食品发酵、造纸、废水处理等领域。研究人员利用蛋白质工程将细菌纤维素酶的第137、179、194位相应氨基酸替换为赖氨酸后，纤维素酶热稳定性得到了提高。下列有关该技术说法错误的是( C )A．经改造后的纤维素酶热稳定性提高这一性状可遗传B．改造该酶的实质是要改造控制该酶合成的基因C．改造纤维素酶不需要构建基因表达载体D．蛋白质工程可以改造现有蛋白质或者制造新的蛋白质解析： 蛋白质工程是对基因进行修饰改造或重新合成，生物的遗传物质发生变化，属于可遗传变异，因此经改造后的纤维素酶热稳定性提高这一性状可遗传，A正确；蛋白质工程实质上是对指导蛋白质合成的基因进行改造，才能最终实现对蛋白质的改造，B正确；蛋白质工程是对基因进行修饰改造或重新合成，然后进行表达，需要构建基因表达载体，C错误；蛋白质工程通过改造或合成基因，来改造现有的蛋白质或制造新的蛋白质，以满足人类生产、生活的需求，D正确。故选C。6．(2023·辽宁高二校联考阶段练习)蛋白质工程的基本思路如图所示，下列叙述错误的是( C )A．物质a是多肽链，物质b是RNAB．物质b不同，也有可能形成相同的物质aC．可利用PCR等技术检测细胞内是否合成新的目的蛋白质D．蛋白质工程又称第二代基因工程，二者均遵循中心法则解析： 蛋白质工程的基本途径是：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)，据此推测，图中的a是多肽链，b是RNA，A正确；由于密码子的简并性，即一种氨基酸可能由一个或多个密码子决定，故可能出现mRNA不同，但合成的多肽链相同的现象，B正确；PCR等技术能检测目的基因是否导入细胞或是否转录，检测细胞内是否合成新的蛋白质可使用抗原—抗体杂交法，C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，基因工程与蛋白质工程都遵循中心法则，D正确。故选C。二、非选择题7．(2023·安徽合肥一中校考模拟预测)1997年，我国政府首次批准商业化种植转基因抗虫棉。到2015年，我国已育成转基因抗虫棉新品种100多个，减少农药用量40万吨，增收节支社会经济效益450亿元。(1)培育转基因抗虫棉主要需要四个步骤：_目的基因的筛选与获取__、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。(2)研究表明，苏云金杆菌中的Bt抗虫蛋白基因，是培育转基因抗虫棉较为合适的目的基因，其控制合成的Bt抗虫蛋白只有在某类昆虫肠道的_碱__性环境中才能表现出毒性。Bt抗虫蛋白被分解为多肽后，与害虫肠上皮细胞的_特异性受体__结合，导致细胞膜穿孔，最后造成害虫死亡。(3)明确了目的基因后，获取目的基因的方法有多种，其中，利用PCR获取是常用的一种方法。以下关于PCR说法不正确的是( C )A．PCR过程需提供DNA模板B．PCR过程中新链的合成只能从5′端→3′端C．PCR过程需打开磷酸二酯键D．可以利用PCR技术进行目的基因扩增(4)在基因表达载体的构建过程中，若目的基因经限制酶切开后呈图1所示的末端，那么图2中的载体质粒pCLY15需用 KpnⅠ　和_XmaⅠ__切开，才能与目的基因片段高效连接。(5)在基因工程的基础上，延伸出来了第二代基因工程——蛋白质工程。天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的，蛋白质工程的基本思路与之_相反__(填“相同”或“相反”)。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，或制造一种新的蛋白，以满足人类生产和生活的需求。解析：(1)基因工程的操作程序主要包括的四个步骤是：目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。(2)研究表明，苏云金杆菌中的Bt抗虫蛋白基因，是培育转基因抗虫棉较为合适的目的基因，其控制合成的Bt抗虫蛋白只有在某类昆虫肠道的碱性环境中才能表现出毒性。Bt抗虫蛋白被分解为多肽后，与害虫肠上皮细胞的特异性受体结合，导致细胞膜穿孔，最后造成害虫死亡。(3)PCR技术的原理是模拟生物体内DNA分子复制的过程，利用DNA分子热变性原理，通过控制温度控制DNA分子的解聚和结合，A正确；由于DNA聚合酶只能将游离的核苷酸加到新链的3′端，所以DNA新链的合成方向只能从5′端向3′端延伸，B正确；PCR过程需要高温变性，解开的是氢键，而不是磷酸二酯键，C错误；获得目的基因的方法之一为PCR扩增，D正确。故选C。(4)根据酶切位点分析，目的基因应位于启动子和终止子之间，为高效连接应选用黏性末端相同的酶，而不能选用平末端，故目的基因应使用KpnⅠ和XmaⅠ切割。(5)天然蛋白质的合成过程是按照中心法则进行的，而蛋白质工程与之相反。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，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需要。