人教版高中生物选择性必修3第3章基因工程第4节蛋白质工程的原理和应用习题含答案

第4节　蛋白质工程的原理和应用

必备知识基础练

1.猪胰岛素用于降低人体血糖浓度的效果并不明显,原因是猪胰岛素分子中有一个氨基酸与人的不同。为了使猪胰岛素能够用于临床治疗糖尿病,利用蛋白质工程对猪胰岛素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

2.(2022江苏盐城阜宁中学高二期中)蛋白质工程的主要流程顺序正确的是(　　)

①蛋白质分子结构设计　②DNA改造或合成　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.①→②→③→④

B.④→②→①→③

C.③→①→④→②

D.③→④→①→②

3.(2021福建晋江一中期中)科学家为提高玉米中赖氨酸的含量,计划将天冬氨酸激酶中第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位的天冬酰胺变成异亮氨酸。为此,下列操作正确的是(　　)

A.直接改造这两种酶的空间结构

B.对指导这两种酶合成的mRNA进行改造

C.利用诱变育种技术促使控制这两种酶合成的基因突变

D.利用蛋白质工程技术,对控制这两种酶合成的基因进行改造

4.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

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

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,最终还是要通过改造或合成基因来完成

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

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

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中第157位的异亮氨酸变成亮氨酸,第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蛋白基因进行改造或人工合成获得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

9.(2022广西河池高二月考)下列关于蛋白质工程应用的叙述,不正确的是(　　)

A.蛋白质工程实施中最大的难题是对大多数蛋白质的高级结构不清楚

B.将人的胰岛素基因导入大肠杆菌细胞内,使大肠杆菌产生人的胰岛素的技术属于蛋白质工程

C.蛋白质工程可以改变蛋白质的活性,实质是通过基因修饰或基因合成来实现的

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

10.(2022河南南阳中学高二月考)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

11.(2021广东佛山一中高二月考)胰岛素可用于治疗糖尿病,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,回答下列问题。

(1)新的胰岛素生产过程属于　　　　　工程,该工程的操作步骤为　　　　　(用图示序号表示)。 

(2)获取新的胰岛素基因除图示方法外,还可以通过　　　　　获得;在体外利用PCR技术对人工合成的新的胰岛素基因进行扩增时,需向反应体系中加入Taq DNA聚合酶,该酶的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,作用的温度为　　　　　。 

(3)在大肠杆菌细胞中合成的新的胰岛素,需通过生化制备与重折叠才具备预期的功能,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

关键能力提升练

12.(2021福建宁德高二期中)某生物中发现一种基因的表达产物是具有较强抗菌性和溶血性的多肽P1,科研人员预期在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的蛋白质药物,下一步要做的是(　　)

A.构建含目的肽DNA片段的表达载体

B.合成编码多肽P1的DNA片段

C.设计抗菌性强但溶血性弱的蛋白质结构

D.利用抗原—抗体杂交的方法对表达产物进行检测

13.(2022江西临川一中高二期末)下列说法正确的是(　　)

A.可以根据某毒蛋白中的氨基酸序列推测mRNA中的核糖核苷酸序列,进而推测出毒蛋白基因的核苷酸序列

B.载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因

C.转基因作物被动物食用后,目的基因会转入动物体细胞中

D.自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后,其DNA整合到细菌DNA上属于基因工程

14.(多选)(2021山东青岛期中)人体内的t-PA蛋白能高效降解由血纤维蛋白凝聚而成的血栓,然而,为心梗患者注射大剂量的基因工程t-PA会诱发颅内出血,其原因在于t-PA与血纤维蛋白结合的特异性不高。研究证实,通过某技术,将t-PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸,可制造出性能优异的改良t-PA蛋白,进而显著降低出血。下列相关叙述错误的是(　　)

A.该技术的关键是了解t-PA蛋白质分子的结构

B.该技术生产改良t-PA蛋白的过程不遵循中心法则

C.该技术是在分子水平上直接改造蛋白质的

D.该技术构建出了一种自然界中原先不存在的全新的基因

15.科学家通过利用PCR定点突变技术改造Rubisco酶基因,提高了光合作用过程中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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

第4节　蛋白质工程的原理和应用

1.A　解析 由于猪胰岛素分子中只有一个氨基酸与人的胰岛素不同,所以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设计一种全新的胰岛素也可以用于临床治疗,但是在分子设计和胰岛素的生产方面都存在很多的困难,所以并不是最佳方案。

2.C　解析 蛋白质工程的基本流程:③预期蛋白质功能→①蛋白质分子结构设计→④据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列→②DNA改造或合成。

3.D　解析 蛋白质工程的操作对象是基因,应对控制题述两种酶合成的基因进行改造,D项正确。

4.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。

5.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.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改造或合成基因来完成,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.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.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蛋白基因进行改造或人工合成获得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.B　解析 蛋白质发挥功能依赖于其高级结构,而蛋白质的高级结构十分复杂,目前科学家对大多数蛋白质高级结构的了解还很不够,这是蛋白质工程在实施中的最大难题,A项正确;将人的胰岛素基因导入大肠杆菌细胞内,使大肠杆菌产生人的胰岛素的技术属于基因工程,B项错误;蛋白质工程实质是通过基因修饰或基因合成来改变蛋白质的活性,C项正确;蛋白质工程可以通过改造胰岛素基因来对胰岛素进行改造和修饰,从而合成速效型胰岛素制剂,D项正确。

10.B　解析 蛋白质工程在设计蛋白质结构时的依据是预期的蛋白质功能,B项错误。

11.答案 (1)蛋白质　④→⑤→①→②→③

(2)基因改造　以DNA为模板,根据碱基互补配对原则,将脱氧核苷酸逐个加到引物上延伸DNA分子,从而形成一条子链DNA　72 ℃左右

(3)大肠杆菌是原核生物,没有内质网和高尔基体,不能对蛋白质进行加工

解析 (1)新的胰岛素生产过程属于蛋白质工程,图中所示该工程的操作步骤为④→⑤→①→②→③。(2)获取新的胰岛素基因除图示的人工合成方法外,还可以通过基因改造获得;在体外利用PCR技术对人工合成的新的胰岛素基因进行扩增时,需向反应体系中加入Taq DNA聚合酶,该酶是耐高温的DNA聚合酶,其作用是以DNA为模板,根据碱基互补配对原则,将脱氧核苷酸逐个加到引物上延伸DNA分子,从而形成一条子链DNA。Taq DNA聚合酶作用的温度为72 ℃左右。(3)在大肠杆菌细胞中合成的新的胰岛素,需通过生化制备与重折叠才具备预期的功能,原因是大肠杆菌是原核生物,没有内质网和高尔基体,不能对蛋白质进行加工,因此得到的人胰岛素需要体外加工才具有生物活性。

12.C　解析 蛋白质工程的过程:预期蛋白质功能→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→获得所需蛋白质。因此,预期蛋白质功能的下一步要做的是设计预期的蛋白质结构,即设计抗菌性强但溶血性弱的蛋白质结构。

13.A　解析 可以根据某毒蛋白中的氨基酸序列推测mRNA中的核糖核苷酸序列,进而推测出毒蛋白基因的核苷酸序列,但由于密码子的简并,这个核苷酸序列并不唯一,A项正确;载体质粒通常采用抗生素抗性基因作为标记基因,以便筛选含有目的基因的受体细胞,B项错误;动物取食转基因作物后,要经过消化吸收才进入身体,目的基因不可能直接进入动物体细胞中,C项错误;基因工程是按照人们的意愿,对生物进行的定向改造,而自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后,其DNA整合到细菌DNA上不符合基因工程的概念,D项错误。

14.BC　解析 将t-PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸需要采用蛋白质工程技术,该技术的关键是了解t-PA蛋白质分子的结构,A项正确;该技术生产改良t-PA蛋白的过程遵循中心法则,B项错误;该技术是在分子水平上通过改造基因来改造蛋白质的,C项错误;该技术中进行了基因改造,构建出了一种自然界中原先不存在的全新的基因,D项正确。

15.答案 (1)DNA半保留复制　耐高温的DNA聚合酶　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,其原理是DNA半保留复制,该过程需要耐高温的DNA聚合酶的催化。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。