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3.4《蛋白质工程的原理和应用》分层练习（原卷+解析卷）
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这是一份3.4《蛋白质工程的原理和应用》分层练习（原卷+解析卷），文件包含34《蛋白质工程的原理和应用》原卷版分层练习docx、34《蛋白质工程的原理和应用》解析版分层练习docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共25页， 欢迎下载使用。
3.4蛋白质工程的原理和应用单选题1．蛋白质工程的最终目的是（ ）A．分析蛋白质的三维结构 B．研究蛋白质的氨基酸组成C．获取编码蛋白质的基因序列信息 D．改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，满足人类的需求【答案】D【分析】蛋白质工程是将控制蛋白质的基因进行修饰改造或合成新的基因，然后运用基因工程合成新的蛋白质。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→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因）。蛋白质工程得到的蛋白质一般不是天然存在的蛋白质。【详解】蛋白质工程是在深入了解蛋白质分子的结构与功能关系的基础上进行的，它最终要达到的目的是改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，满足人类的需求，D正确。2．蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改造，必须通过基因修饰或基因合成来完成，而不直接改造蛋白质的主要原因是（ ）A．缺乏改造蛋白质所必需的工具酶B．改造基因易于操作且改造后能够遗传C．人类对大多数蛋白质的高级结构知之甚少D．蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化，操作难度大【答案】B【分析】蛋白质工程就是通过对蛋白质化学、蛋白质晶体学和蛋白质动力学的研究，获得有关蛋白质理化特性和分子特性的信息，在此基础上对编码蛋白质的基因进行有目的的设计和改造，通过基因工程技术获得可以表达蛋白质的转基因生物系统，这个生物系统可以是转基因微生物、转基因植物、转基因动物，甚至可以是细胞系统。【详解】蛋白质工程中，对蛋白质结构进行设计改造，必须通过基因修饰或基因合成来完成，而不直接改造蛋白质，若直接对蛋白质进行改造，工作量过大，改造的蛋白质数量有限，难以保证生产的需要；而通过基因修饰或基因合成来完成对蛋白质的改造，则易于操作且改造后能够遗传，生产的蛋白质量能保证生产的需要，所以B正确，ACD错误。3．下列关于基因工程与蛋白质工程的叙述，错误的是（ ）A．通过基因工程育种可以定向改变生物的性状B．常用PCR等技术检测目的基因是否插入受体细胞的DNA分子中C．蛋白质工程通过直接改造蛋白质的结构来创造新的蛋白质D．蛋白质工程中，蛋白质的合成仍然遵循中心法则【答案】C【分析】1、基因工程技术的基本步骤：（1）目的基因的获取；（2）基因表达载体的构建；（3）将目的基因导入受体细胞；（4）目的基因的检测与鉴定。2、蛋白质工程：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。（基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质）。3、蛋白质工程的基本途径：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）以上是蛋白质工程特有的途径；以下按照基因工程的一般步骤进行。【详解】A、基因工程育种可以定向地改变生物的性状，A正确；B、常用PCR等技术检测目的基因是否成功地插入受体细胞的DNA分子中，B正确；C、蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程，是在分子水平上对基因分子直接进行操作，C错误；D、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。4．苏云金芽孢杆菌中的杀虫晶体蛋白Cry具有杀虫毒性，但Cry蛋白存在杀虫谱窄、毒力有限等问题，制约了其在农业生产中的进一步应用。科学家通过定点突变，将Cry蛋白第168位的组氨酸替换为精氨酸后，Cry蛋白对烟草天蛾的毒性提高了3倍；将Cry蛋白第282位、第283位的丙氨酸和亮氨酸分别替换成甘氨酸和丝氨酸后，Cry蛋白对烟草天蛾的毒性提高了7倍。下列有关叙述正确的是（ ）A．对Cry蛋白的改造是通过直接替换Cry蛋白中的氨基酸来实现的B．Cry蛋白的毒性提高了3~7倍的原因可能是改变了该蛋白质的空间结构C．改造Cry蛋白应从Cry蛋白基因的脱氧核苷酸序列出发设计其特有的结构D．使用蛋白质工程改造Cry蛋白过程中不需要使用限制酶和DNA连接酶【答案】B【分析】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，以满足人类生产和生活的需求。【详解】A、对Cry蛋白的改造是通过改造相关基因来实现的，A错误；B、蛋白质的结构决定功能，Cry蛋白的毒性提高了3~7倍的原因可能是改变了该蛋白质的空间结构，B正确；C、改造Cry蛋白应从Cry蛋白的功能出发设计其特有的结构，C错误；D、蛋白质工程的基础是基因工程，故使用蛋白质工程改造Cry蛋白过程中需要使用限制酶和DNA连接酶，D错误。5．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→③C．③→①→④→② D．③→④→①→②【答案】C【分析】蛋白质工程指以蛋白质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，对现有蛋白质进行基因改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需要。【详解】ABCD、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。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据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列→②DNA改造或合成，ABD错误，C正确 。6．下列关于蛋白质工程的叙述，错误的是（ ）A．蛋白质工程的基础是基因工程B．蛋白质工程的实现需要多学科的技术C．通过蛋白质工程，能改变蛋白质的活性D．蛋白质工程是在蛋白质分子水平上进行氨基酸的增减、替换等操作【答案】D【分析】蛋白质工程的过程：（1）根据中心法则逆推以确定目的基因的碱基序列：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因）；（2）进行基因修饰或基因合成；（3）最终还是回到基因工程上来解决蛋白质的合成。因此蛋白质工程生产合成的蛋白质是自然界中不存在的新型蛋白质分子。【详解】AB、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，A正确，B正确；C、蛋白质工程是通过修改基因或创造合成新基因来改变生物的遗传和性状，合成新的蛋白质，能改变蛋白质的活性，C正确；D、蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质的，D错误。7．β葡聚糖酶是一种在酒类、饲料等行业中具有重要用途的工业用酶。为提高β葡聚糖酶的催化活性，科学家将其第20位、117位和165位赖氨酸突变为丝氨酸。下列有关叙述错误的是（ ）A．改造后的β葡聚糖酶的耐酸碱能力增强B．改造后的β葡聚糖酶空间结构发生了改变C．对β葡聚糖酶结构的改造属于蛋白质工程D．可通过DNA分子测序法检测突变是否成功【答案】A【分析】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。【详解】A、根据题干“为提高β葡聚糖酶的催化活性”可知：不能得出改造后的β葡聚糖酶的耐酸碱能力增强，A错误；B、根据题干“为提高β葡聚糖酶的催化活性，科学家将其第20位、117位和165位赖氨酸突变为丝氨酸”可知：氨基酸的序列发生改变，因此改造后的β葡聚糖酶空间结构也发生了改变，B正确；C、根据题意可知：若要改变蛋白质的功能，对蛋白质的氨基酸序列进行改造，属于蛋白质工程，C正确；D、蛋白质工程被称为第二代基因工程，因此可通过DNA分子测序法检测突变是否成功，D正确。8．如图为蛋白质工程操作的基本思路，下列叙述不正确的是（ ）A．代表蛋白质工程操作思路的过程是④⑤B．代表中心法则内容的是①②C．①代表转录，②代表翻译，④代表分子设计，⑤代表 DNA合成D．蛋白质工程的目的是对基因的结构进行分子设计，通过基因合成或改造实现。【答案】D【分析】1.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．（基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质）2.蛋白质工程的基本原理：它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构，又称为第二代的基因工程。【详解】A、④过程是根据蛋白质的结构推测相应的氨基酸序列，进而通过⑤过程推测应有的基因序列，进而合成相关的基因，即代表蛋白质工程操作思路的过程是④⑤，A正确；B、图中①代表转录，②代表翻译，显然，属于中心法则内容的是①②，B正确；C、根据蛋白质的设计思路可知，图中①代表转录，②代表翻译，④代表分子设计，⑤代表 DNA合成，C正确；D、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，D错误。9．T4溶菌酶在温度较高时容易失去活性，科学家对影响T4溶菌酶耐热性的相关基因进行改造，使该酶的第3位异亮氨酸变为半胱氨酸，与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，该酶的耐热性得到了提高。下列有关叙述正确的是（ ）A．不能利用抗原—抗体杂交的方法对该酶进行检测B．引起T4溶菌酶空间结构改变的根本原因是二硫键的形成C．该实例利用了基因定点突变技术，对相关基因进行了改造D．该实例属于蛋白质工程的范畴，也可直接改造蛋白质【答案】C【分析】蛋白质工程是以蛋白质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，对现有蛋白质进行基因改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需要。【详解】A、T4溶菌酶本质为蛋白质，可利用抗原-抗体特异性结合的特点对该酶进行检测，A错误；B、引起T4溶菌酶空间结构改变的根本原因是对T4溶菌酶耐热性的相关基因进行了改造，B错误；C、该实例利用了基因定点突变技术，对相关基因的特定位点的碱基进行了替换，使该酶的第3位异亮氨酸变为半胱氨酸，C正确；D、该实例属于蛋白质工程的范畴，蛋白质工程最终改造的是基因，而不是直接改造蛋白质，D错误。10．新冠病毒的表面棘突蛋白（S蛋白）的受体结合域（RBD）与人体细胞表面的ACE2受体相互作用感染细胞。科学家设计了一种自然界中不存在的蛋白质LCB1，可与S蛋白上的RBD紧密结合，以干扰新冠病毒的感染。下列说法不合理的是（ ）A．LCB1的作用机理与S蛋白的抗体类似B．康复病人体内会有相应的抗体、记忆T细胞、记忆B细胞C．能产生抗体或淋巴因子的细胞都能通过S蛋白对该病毒进行识别D．巨噬细胞不能依赖其细胞膜上的S蛋白特异性吞噬新型冠状病毒【答案】C【分析】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。【详解】A、根据题意可知，S蛋白的抗体能与S蛋白RBD特异性结合，而LCB1可与S蛋白RBD紧密结合，说明LCB1的作用机理与S蛋白的抗体类似，A正确；B、康复病人体内已经产生了特异性免疫，会有相应的抗体、记忆T细胞、记忆B细胞，B正确；C、能产生抗体的细胞是浆细胞，不能对病毒进行识别，C错误；D、巨噬细胞没有特异性识别抗原的作用，D正确。11．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10~12℃。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．对葡萄糖异构酶的改造需要以基因工程为基础C．蛋白质工程操作过程中，不需要酶和载体作为工具D．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【答案】B【分析】蛋白质工程的实施过程：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→找到相对应的脱氧核苷酸序列。蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程。【详解】A、蛋白质工程和基因工程都要对基因进行操作，其操作对象相同，A错误；B、对葡萄糖异构酶的改造属于蛋白质工程，需要以基因工程为基础，B正确；C、蛋白质工程要通过基因工程实施，需要酶和载体作为工具，C错误；D、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，D错误。12．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【答案】C【分析】1、蛋白质工程指以蛋白质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，对现有蛋白质进行基因改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需要。2、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→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因）。【详解】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→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因）。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。C正确，ABD错误。13．下列有关生物工程的叙述，不正确的有（ ）①基因工程的核心步骤是构建重组DNA分子 ②利用植物茎尖培养脱毒苗时，需要对离体的茎尖、培养基等进行灭菌 ③克隆羊的培育涉及细胞核移植和胚胎移植等技术 ④PCR技术需要利用限制性内切核酸酶打开DNA双链 ⑤利用核移植技术可以培育试管婴儿 ⑥牛胚胎发育的历程是受精卵→卵裂→桑葚胚→囊胚→原肠胚A．一项 B．两项 C．三项 D．四项【答案】C【分析】1、将动物的一个细胞的细胞核移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育成一个新的胚胎，这个新的胚胎最终发育成动物个体．用核移植的方法得到的动物称为克隆动物。2、植物组织培养的过程：离体的植物组织，器官或细胞（外植体）脱分化形成愈伤组织，愈伤组织再分化形成胚状体，进一步发育植株（新植体）。3、植物的体细胞杂交是将不同植物的细胞通过细胞融合技术形成杂种细胞，进而利用植物的组织培养将杂种细胞培育成多倍体的杂种植株。4、基因工程的基本操作步骤主要包括四步：①目的基因的获取；②基因表达载体的构建；③将目的基因导入受体细胞；④目的基因的检测与鉴定。【详解】①基因工程的核心步骤是第二步，即构建重组DNA分子，①正确；②利用植物茎尖培养脱毒苗时，需要对离体的茎尖、培养基等进行消毒，不能进行灭菌，否则会导致外植体失活，②错误；③克隆羊的培育涉及细胞核移植、早期胚胎培养和胚胎移植等技术，③正确；④PCR技术需要利用高温打开DNA双链，④错误；⑤利用体外受精、胚胎移植技术可以培育试管婴儿，⑤错误；⑥牛胚胎发育的历程是受精卵→卵裂→桑葚胚→囊胚→原肠胚，⑥正确。综上所述，共三项正确，C正确。14．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 104 位的氨基酸由天冬氨酸变为异亮氨酸。为此，操作正确的是（ ）A．直接改造上述两种蛋白质的空间结构B．对指导上述两种酶蛋白合成的 mRNA 进行改造C．利用诱变育种技术促使上述两种酶蛋白的基因突变D．利用基因工程技术，对控制上述两种酶蛋白的基因进行改造【答案】D【分析】蛋白质工程指以蛋白质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，对现有蛋白质进行基因改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需要，属于第二代基因工程。【详解】A、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错误； B、直接改造相应的mRNA，不一定能够表达产生所需要的蛋白质，且即使成功也不一定能遗传，B错误；C、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错误；D、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，对控制上述两种酶蛋白的基因进行改造，D正确。二、综合题15．淀粉是食物的重要成分，其水解产物也是重要的工业原料。目前，工厂化水解淀粉需在高温条件下进行，因此开发具有自主产权的耐热性α-淀粉酶并实现大规模生产，对我国淀粉粉深加工产业的发展具有重要意义。为了实现α-淀粉酶的高效表达和分泌，我国科研人员以芽袍杆菌构建工程菌开展研究。回答下列问题：(1)科研人员欲从自然界获得耐高温的α-淀粉酶，则应该到_____环境中去寻找。在上述环境中，科研人员在某细菌中发现种α-淀粉酶S1（AmyS1），为了获得具有更高的热稳定性和催化效率的a-淀粉酶S2（AmyS2），科研人员对其进行了如下改造：预期AmyS2功能→设计目标蛋白的三维结构→分子设计目标蛋白的氨基酸序列→人工合成AmyS2基因（表达AmyS2的基因）→将获得的基因导入芽孢杆菌生产AmyS2上述改造过程涉及到的现代生物技术有_____（至少答两点）。(2)获取AmyS2基因后，构建基因表达载体C的过程如图1所示：先用限制酶NdeI和EcoRI分别切割目的基因、质粒A，用DNA连接酶将其连接成质粒B；然后_____。与质粒B相比，在工业生产中使用导入质粒C的工程菌生产α淀粉酶时，更容易从培养液中获取并提纯目标蛋白，据此推测信号肽（信号肽基因的表达产物）的功能可能是_____。(3)研究发现，芽孢杆菌体内的bp基因会表达出一种胞外蛋白酶，导致胞外α-淀粉酶被降解。科研人员利用基因编辑技术敲除芽孢杆菌的bp基因，构建能高效表达α-淀粉酶的工程菌。利用PCR技术可以检测bp基因是否被成功敲除，请简述实验设计思路：_____。【答案】(1) 高温 基因工程、蛋白质工程、发酵工程（或微生物的培养技术）(2) 用限制酶MIuI和Eco52I分别切割质粒B、信号肽基因，用DNA连接酶将其连接成质粒C 引导目标蛋白质分泌到细胞外(3)提取工程菌的DNA，加入根据bp基因的一段已知序列设计的引物进行PCR，检测是否有扩增产物【分析】1、寻找目标微生物时，应到适合目标微生物生存的环境中去寻找。2、PCR技术利用的原理是双链DNA复制。【详解】（1）寻找目标微生物时，应到适合目标微生物生存的环境中去寻找，故应该到高温环境中去寻找耐高温的α-淀粉酶。改造AmyS2的过程中主要应用到了蛋白质工程、基因工程，还涉及到发酵工程。（2）根据图示可知，信号肽基因上有3个酶切位点，由于AmyS2基因内部也有一个BamHI酶切位点，故不能选用，所以只能选择MluI和Eco52I。故用限制酶MIuI和Eco52I分别切割质粒B、信号肽基因，用DNA连接酶将其连接成质粒C。与质粒B相比，质粒C多了信号肽基因，根据题干信息“更容易从培养液中获取并提纯目标蛋白”可推测，信号肽可能有助于目标蛋白被分泌到细胞外。（3）PCR技术利用的原理是双链DNA复制，根据已知目的基因的一段碱基序列设计引物，可特异性的扩增目的基因。因此，提取工程菌的DNA后，加入根据bp基因的一段已知序列设计引物进行PCR扩增，若出现扩增产物，则说明样本中有bp基因；若无扩增产物，则说明样本中没有bp基因。16．干扰素在人体中是由免疫细胞合成并分泌的一种糖蛋白，几乎能抵御所有病毒引起的感染，传统生产方法成本高、产量低，获得的干扰素在体外不易保存。家蚕细胞具有高效表达外源基因的能力，将人干扰素基因导入家蚕细胞并大规模培养，可以提取干扰素用于制药．请回答相关问题：(1)利用基因工程生产干扰素，过程是：①从健康人体的外周静脉血分离能合成干扰素的________________细胞，从中提取mRNA，经________________法获取目的基因。②用________________酶处理载体和目的基因后，DNA连接酶处理，形成基因表达载体。为使干扰素基因在家蚕细胞中高效表达，需要把来自干扰素基因的片段正确插入表达载体的________________和________________之间。③利用生物反应器培养家蚕细胞时，贴壁生长的细胞会产生接触抑制。通常将多孔的中空薄壁小玻璃珠放入反应器中，这样可以________________，增加培养的细胞数量，也有利于空气交换。④在检验干扰素基因是否已经导入家蚕细胞时，需要用到PCR技术。该PCR反应体系的主要成分应该包含：扩增缓冲液（含Mg2+）、水、4种脱氧核糖核苷酸、模板DNA、________________和________________。(2)利用蛋白质工程对干扰素进行改造，基本途径是：预期蛋白质________________→设计预期蛋白质________________→推测氨基酸________________→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因）(3)利用细胞工程生产干扰素，设计思路是：将相应免疫细胞和瘤细胞融合，筛选出________________，经细胞培养可获得大量干扰素。【答案】(1) 免疫 逆转录##反转录 限制 启动子 终止子 增大细胞贴壁生长的附着面积 Taq酶##耐高温的DNA聚合酶 （一对）引物(2) 功能 结构 序列(3)杂交瘤细胞【分析】1、基因工程的基本操作步骤主要包括四步：①目的基因的获取；②基因表达载体的构建；③将目的基因导入受体细胞 ④目的基因的检测与鉴定。2、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→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因）。3、杂交瘤细胞的特点：既能大量增殖，又能产生特异性干扰素。【详解】（1）干扰素是在人体中是由免疫细胞合成并分泌的一种糖蛋白，而基因工程共分为四个步骤：基因工程的基本操作步骤主要包括四步：①目的基因的获取；②基因表达载体的构建；③将目的基因导入受体细胞 ④目的基因的检测与鉴定故利用基因工程生产干扰素，过程是：①从健康人体的外周静脉血分离能合成干扰素的免疫细胞，从中提取mRNA，经反转录（逆转录）获取目的基因。②构建基因表达载体时，需要用限制酶处理载体和目的基因，使其有相同的末端；基因表达载体中，启动子和终止子分别用于驱动和终止基因的转录过程，故为使干扰素基因在家蚕细胞中高效表达，需要把来自干扰素基因的片段正确插入表达载体的启动子和终止子之间。③培养家蚕细胞时，贴壁生长的细胞会产生接触抑制，通常将多孔的中空薄壁小玻璃珠放入反应器中，这样可以增大细胞贴壁生长的附着面积，增加培养的细胞数量，也有利于空气交换。④采用PCR技术扩增DNA时，需要加入的物质是4种脱氧核苷酸、模板DNA、TaqDNA聚合酶（热稳定DNA聚合酶）和引物。（2）蛋白质工程基本途径是：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→找到相对应的脱氧核苷酸序列。（3）利用细胞工程生产干扰素，设计思路是将相应免疫细胞和瘤细胞融合，筛选出杂交瘤细胞，经细胞培养可获得大量干扰素。【点睛】本题考查基因工程、细胞工程和杂交瘤细胞等相关知识，意在考查学生的识记和理解能力，识记相关知识并能准确运用术语作答是解题关键。17．利用木聚糖酶进行纸浆漂白，可以大幅度减少氯化物的用量，减轻造纸工业对环境的污染。纸浆漂白需要在高温碱性条件下进行，因此需要耐热耐碱的木聚糖酶。根据生产需要，科学家对已知氨基酸序列的木聚糖酶进行改造，获得了耐高温耐碱的新木聚糖酶，减少了纸浆漂白时木聚糖酶的用量，提高了生产效率。回答下列问题：(1)蛋白质工程的目标是根据人们对_____的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。与蛋白质工程相比，基因工程原则上只能生产_____，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要。(2)在蛋白质工程和基因工程中常用大肠杆菌作为受体细胞，原因是大肠杆菌_____（答出两点）。分离纯化大肠杆菌时，可使用接种环采用_____法将聚集的菌种逐步分离并培养成单菌落；实验室中利用选择培养基筛选微生物的原理是_____。(3)人工合成的新木聚糖酶的基因在导入受体细胞前要先构建_____，以使目的基因能够表达和发挥作用。若要将重组大肠杆菌分泌的耐热耐碱木聚糖酶应用于造纸工业生产，除了需要研究木聚糖酶的产量外，还需要检测木聚糖酶的_____。(4)有研究表明，在木聚糖酶中特定部位引入精氨酸可以增加木聚糖酶中的离子键数目，从而增加该酶在碱性环境中的稳定性。利用蛋白质工程技术改造木聚糖酶，其基本思路是_____。根据新木聚糖酶的氨基酸序列设计新木聚糖酶的基因，会设计出多种脱氧核苷酸序列，原因是_____。【答案】(1) 蛋白质功能 自然界中已存在的蛋白质(2) 为单细胞、繁殖快、遗传物质相对较少 平板划线 人为提供有利于目的菌生长的条件，同时抑制或阻止其他微生物的生长(3) 基因表达载体 生物活性#催化效率(4) 根据需要对耐碱的木聚糖酶的功能特点，设计新木聚糖酶中特定部位引入精氨酸以后的氨基酸序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪合成新木聚糖酶基因 密码子具有简并现象（或存在多种密码子决定同一种氨基酸的现象）【分析】对木聚糖酶进行改造是通过蛋白质工程来完成的。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，来改造现有的蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活需求。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。【详解】（1）蛋白质工程的目标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设计改造。与蛋白质工程相比，基因工程在原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质，这些天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。（2）由于大肠杆菌为单细胞、繁殖快、遗传物质相对较少，所以在蛋白质工程和基因工程中常用大肠杆菌作为受体细胞。采用平板划线法分离纯化大肠杆菌时，使用的接种工具为接种环。实验室中利用选择培养基筛选微生物的原理是：人为提供有利于目的菌生长的条件，同时抑制或阻止其他微生物的生长。（3）人工合成的新木聚糖酶的基因在导入受体细胞前，需要先将其与载体结合，构建基因表达载体，以使目的基因能够表达和发挥作用。在将重组大肠杆菌分泌的耐热耐碱的木聚糖酶应用于造纸工业生产前，需要研究该木聚糖酶的产量并对木聚糖酶的生物活性（或催化效率）进行检测。（4）利用蛋白质工程技术改造木聚糖酶，其基本思路是：根据需要对耐碱的木聚糖酶的功能特点，设计新木聚糖酶中特定部位引入精氨酸以后的氨基酸序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪合成新木聚糖酶基因。由于密码子具有简并现象（或存在多种密码子决定同一种氨基酸的现象），导致根据新木聚糖酶的氨基酸序列设计的新木聚糖酶的基因会有多种脱氧核苷酸序列。【点睛】本题考查基因工程与蛋白质工程、微生物的选择培养等相关知识，要求考生熟记相关内容，并能结合信息分析作答。18．请回答下列与基因工程、胚胎工程、生态工程有关的生物学问题：(1)基因工程技术中获得目的基因后，利用PCR技术将该基因扩增，前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成_________。将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是_______________。(2)科研人员利用蛋白质工程合成速效胰岛素，该技术的实验流程为：其中，流程A是___________________ ， 与基因工程相比，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，通过基因________或基因________，对现有蛋白质进行________，制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产生活需要。(3)体外受精是胚胎工程的重要环节，受精前的准备阶段：取自附睾的精子要进行精子获能；来自母方的卵母细胞要在输卵管内进一步成熟，达到______________________，才具备与精子受精的能力。胚胎工程最后一道工序是_______________（填生物技术名称）。(4)为建设美丽乡村，积极推进生态农业建设，依据生态工程_____________的原理，合理设计食物链，使生态系统中的物质和能量得到分层次多级利用，使废弃物资源化，提高了能量的利用率，减少了环境污染。我国西北一些地区年降雨量较少，适宜种植灌木和草，却被硬性规定种植属于乔木的杨树，致使许多地方的杨树长成半死不活状，结果防护林成为残败的“灰色长城”。其失败的原因主要是违背了___________________原理【答案】(1) 引物 农杆菌转化法(2) 预期蛋白质的功能 修饰 合成 改造(3) 减数第二次分裂的中期时 胚胎移植(4) 物质循环再生 协调与平衡【分析】1.生态工程是指应用生态系统中物质循环原理，结合系统工程的最优化方法设计的分层多级利用物质的生产工艺系统，其目的是将生物群落内不同物种共生、物质与能量多级利用、环境自净和物质循环再生等原理与系统工程的优化方法相结合，达到资源多层次和循环利用的目的。2.基因工程技术的基本步骤：（1）目的基因的获取：方法有从基因文库中获取、利用PCR技术扩增和人工合成；（2）基因表达载体的构建：是基因工程的核心步骤，基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因等；（3）将目的基因导入受体细胞：根据受体细胞不同，导入的方法也不一样．将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法；将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法；将目的基因导入微生物细胞的方法是感受态细胞法；（4）目的基因的检测与鉴定：分子水平上的检测：①检测转基因生物染色体的DNA是否插入目的基因--DNA分子杂交技术；②检测目的基因是否转录出了mRNA--分子杂交技术；③检测目的基因是否翻译成蛋白质--抗原-抗体杂交技术．个体水平上的鉴定：抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等。3.蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出的第二代基因工程，因为是对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，所以必须通过基因修饰或基因合成实现。其过程为：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→找到相对应的脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质。(1)利用PCR技术扩增目的基因需要首先获得引物，制备引物需要有一段已知目的基因的核苷酸序列，然后根据这一序列合成。根据分析可知，将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是农杆菌转化法。(2)根据蛋白质工程的概念和原理可知：图示的流程A是预期蛋白质的功能这是蛋白质工程操作的根本目的，与基因工程相比，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，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，从而制造出满足人类生产生活需要的蛋白质，实现了对蛋白质的定向改造。(3)体外受精是胚胎工程的重要环节。精子在完成受精前需要进行获能处理，因此，受精前，需要将取自附睾的精子要进行精子获能，同时取自母方的卵母细胞也要在输卵管内培养到减数第二次分裂的中期，此时的卵母细胞具备了与精子受精的能力。胚胎移植是胚胎工程的最后一道工序。(4)为建设美丽乡村，我国政府积极推进生态农业建设，依据生态工程物质循环再生的原理，合理设计食物链，使生态系统中的物质和能量得到分层次多级利用，使废弃物资源化，提高了能量的利用率，减少了环境污染。我国西北地区曾硬性规定种植属于速生乔木的杨树，但由于降雨量少，致使许多地方的杨树长成半死不活状，这是因为了生态工程的协调与平衡原理。【点睛】熟知基因工程和蛋白质的原理和操作步骤是解答本题的关键，掌握生态工程的基本原理和相关实例中蕴含的生物学原理是解答本题的另一关键。胚胎工程也是本题的考查点。
3.4蛋白质工程的原理和应用单选题1．蛋白质工程的最终目的是（ ）A．分析蛋白质的三维结构 B．研究蛋白质的氨基酸组成C．获取编码蛋白质的基因序列信息 D．改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，满足人类的需求【答案】D【分析】蛋白质工程是将控制蛋白质的基因进行修饰改造或合成新的基因，然后运用基因工程合成新的蛋白质。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→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因）。蛋白质工程得到的蛋白质一般不是天然存在的蛋白质。【详解】蛋白质工程是在深入了解蛋白质分子的结构与功能关系的基础上进行的，它最终要达到的目的是改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，满足人类的需求，D正确。2．蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改造，必须通过基因修饰或基因合成来完成，而不直接改造蛋白质的主要原因是（ ）A．缺乏改造蛋白质所必需的工具酶B．改造基因易于操作且改造后能够遗传C．人类对大多数蛋白质的高级结构知之甚少D．蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化，操作难度大【答案】B【分析】蛋白质工程就是通过对蛋白质化学、蛋白质晶体学和蛋白质动力学的研究，获得有关蛋白质理化特性和分子特性的信息，在此基础上对编码蛋白质的基因进行有目的的设计和改造，通过基因工程技术获得可以表达蛋白质的转基因生物系统，这个生物系统可以是转基因微生物、转基因植物、转基因动物，甚至可以是细胞系统。【详解】蛋白质工程中，对蛋白质结构进行设计改造，必须通过基因修饰或基因合成来完成，而不直接改造蛋白质，若直接对蛋白质进行改造，工作量过大，改造的蛋白质数量有限，难以保证生产的需要；而通过基因修饰或基因合成来完成对蛋白质的改造，则易于操作且改造后能够遗传，生产的蛋白质量能保证生产的需要，所以B正确，ACD错误。3．下列关于基因工程与蛋白质工程的叙述，错误的是（ ）A．通过基因工程育种可以定向改变生物的性状B．常用PCR等技术检测目的基因是否插入受体细胞的DNA分子中C．蛋白质工程通过直接改造蛋白质的结构来创造新的蛋白质D．蛋白质工程中，蛋白质的合成仍然遵循中心法则【答案】C【分析】1、基因工程技术的基本步骤：（1）目的基因的获取；（2）基因表达载体的构建；（3）将目的基因导入受体细胞；（4）目的基因的检测与鉴定。2、蛋白质工程：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。（基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质）。3、蛋白质工程的基本途径：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）以上是蛋白质工程特有的途径；以下按照基因工程的一般步骤进行。【详解】A、基因工程育种可以定向地改变生物的性状，A正确；B、常用PCR等技术检测目的基因是否成功地插入受体细胞的DNA分子中，B正确；C、蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程，是在分子水平上对基因分子直接进行操作，C错误；D、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。4．苏云金芽孢杆菌中的杀虫晶体蛋白Cry具有杀虫毒性，但Cry蛋白存在杀虫谱窄、毒力有限等问题，制约了其在农业生产中的进一步应用。科学家通过定点突变，将Cry蛋白第168位的组氨酸替换为精氨酸后，Cry蛋白对烟草天蛾的毒性提高了3倍；将Cry蛋白第282位、第283位的丙氨酸和亮氨酸分别替换成甘氨酸和丝氨酸后，Cry蛋白对烟草天蛾的毒性提高了7倍。下列有关叙述正确的是（ ）A．对Cry蛋白的改造是通过直接替换Cry蛋白中的氨基酸来实现的B．Cry蛋白的毒性提高了3~7倍的原因可能是改变了该蛋白质的空间结构C．改造Cry蛋白应从Cry蛋白基因的脱氧核苷酸序列出发设计其特有的结构D．使用蛋白质工程改造Cry蛋白过程中不需要使用限制酶和DNA连接酶【答案】B【分析】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，以满足人类生产和生活的需求。【详解】A、对Cry蛋白的改造是通过改造相关基因来实现的，A错误；B、蛋白质的结构决定功能，Cry蛋白的毒性提高了3~7倍的原因可能是改变了该蛋白质的空间结构，B正确；C、改造Cry蛋白应从Cry蛋白的功能出发设计其特有的结构，C错误；D、蛋白质工程的基础是基因工程，故使用蛋白质工程改造Cry蛋白过程中需要使用限制酶和DNA连接酶，D错误。5．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→③C．③→①→④→② D．③→④→①→②【答案】C【分析】蛋白质工程指以蛋白质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，对现有蛋白质进行基因改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需要。【详解】ABCD、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。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据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列→②DNA改造或合成，ABD错误，C正确 。6．下列关于蛋白质工程的叙述，错误的是（ ）A．蛋白质工程的基础是基因工程B．蛋白质工程的实现需要多学科的技术C．通过蛋白质工程，能改变蛋白质的活性D．蛋白质工程是在蛋白质分子水平上进行氨基酸的增减、替换等操作【答案】D【分析】蛋白质工程的过程：（1）根据中心法则逆推以确定目的基因的碱基序列：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因）；（2）进行基因修饰或基因合成；（3）最终还是回到基因工程上来解决蛋白质的合成。因此蛋白质工程生产合成的蛋白质是自然界中不存在的新型蛋白质分子。【详解】AB、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，A正确，B正确；C、蛋白质工程是通过修改基因或创造合成新基因来改变生物的遗传和性状，合成新的蛋白质，能改变蛋白质的活性，C正确；D、蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质的，D错误。7．β葡聚糖酶是一种在酒类、饲料等行业中具有重要用途的工业用酶。为提高β葡聚糖酶的催化活性，科学家将其第20位、117位和165位赖氨酸突变为丝氨酸。下列有关叙述错误的是（ ）A．改造后的β葡聚糖酶的耐酸碱能力增强B．改造后的β葡聚糖酶空间结构发生了改变C．对β葡聚糖酶结构的改造属于蛋白质工程D．可通过DNA分子测序法检测突变是否成功【答案】A【分析】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。【详解】A、根据题干“为提高β葡聚糖酶的催化活性”可知：不能得出改造后的β葡聚糖酶的耐酸碱能力增强，A错误；B、根据题干“为提高β葡聚糖酶的催化活性，科学家将其第20位、117位和165位赖氨酸突变为丝氨酸”可知：氨基酸的序列发生改变，因此改造后的β葡聚糖酶空间结构也发生了改变，B正确；C、根据题意可知：若要改变蛋白质的功能，对蛋白质的氨基酸序列进行改造，属于蛋白质工程，C正确；D、蛋白质工程被称为第二代基因工程，因此可通过DNA分子测序法检测突变是否成功，D正确。8．如图为蛋白质工程操作的基本思路，下列叙述不正确的是（ ）A．代表蛋白质工程操作思路的过程是④⑤B．代表中心法则内容的是①②C．①代表转录，②代表翻译，④代表分子设计，⑤代表 DNA合成D．蛋白质工程的目的是对基因的结构进行分子设计，通过基因合成或改造实现。【答案】D【分析】1.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．（基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质）2.蛋白质工程的基本原理：它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构，又称为第二代的基因工程。【详解】A、④过程是根据蛋白质的结构推测相应的氨基酸序列，进而通过⑤过程推测应有的基因序列，进而合成相关的基因，即代表蛋白质工程操作思路的过程是④⑤，A正确；B、图中①代表转录，②代表翻译，显然，属于中心法则内容的是①②，B正确；C、根据蛋白质的设计思路可知，图中①代表转录，②代表翻译，④代表分子设计，⑤代表 DNA合成，C正确；D、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，D错误。9．T4溶菌酶在温度较高时容易失去活性，科学家对影响T4溶菌酶耐热性的相关基因进行改造，使该酶的第3位异亮氨酸变为半胱氨酸，与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，该酶的耐热性得到了提高。下列有关叙述正确的是（ ）A．不能利用抗原—抗体杂交的方法对该酶进行检测B．引起T4溶菌酶空间结构改变的根本原因是二硫键的形成C．该实例利用了基因定点突变技术，对相关基因进行了改造D．该实例属于蛋白质工程的范畴，也可直接改造蛋白质【答案】C【分析】蛋白质工程是以蛋白质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，对现有蛋白质进行基因改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需要。【详解】A、T4溶菌酶本质为蛋白质，可利用抗原-抗体特异性结合的特点对该酶进行检测，A错误；B、引起T4溶菌酶空间结构改变的根本原因是对T4溶菌酶耐热性的相关基因进行了改造，B错误；C、该实例利用了基因定点突变技术，对相关基因的特定位点的碱基进行了替换，使该酶的第3位异亮氨酸变为半胱氨酸，C正确；D、该实例属于蛋白质工程的范畴，蛋白质工程最终改造的是基因，而不是直接改造蛋白质，D错误。10．新冠病毒的表面棘突蛋白（S蛋白）的受体结合域（RBD）与人体细胞表面的ACE2受体相互作用感染细胞。科学家设计了一种自然界中不存在的蛋白质LCB1，可与S蛋白上的RBD紧密结合，以干扰新冠病毒的感染。下列说法不合理的是（ ）A．LCB1的作用机理与S蛋白的抗体类似B．康复病人体内会有相应的抗体、记忆T细胞、记忆B细胞C．能产生抗体或淋巴因子的细胞都能通过S蛋白对该病毒进行识别D．巨噬细胞不能依赖其细胞膜上的S蛋白特异性吞噬新型冠状病毒【答案】C【分析】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。【详解】A、根据题意可知，S蛋白的抗体能与S蛋白RBD特异性结合，而LCB1可与S蛋白RBD紧密结合，说明LCB1的作用机理与S蛋白的抗体类似，A正确；B、康复病人体内已经产生了特异性免疫，会有相应的抗体、记忆T细胞、记忆B细胞，B正确；C、能产生抗体的细胞是浆细胞，不能对病毒进行识别，C错误；D、巨噬细胞没有特异性识别抗原的作用，D正确。11．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10~12℃。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．对葡萄糖异构酶的改造需要以基因工程为基础C．蛋白质工程操作过程中，不需要酶和载体作为工具D．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【答案】B【分析】蛋白质工程的实施过程：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→找到相对应的脱氧核苷酸序列。蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程。【详解】A、蛋白质工程和基因工程都要对基因进行操作，其操作对象相同，A错误；B、对葡萄糖异构酶的改造属于蛋白质工程，需要以基因工程为基础，B正确；C、蛋白质工程要通过基因工程实施，需要酶和载体作为工具，C错误；D、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，D错误。12．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【答案】C【分析】1、蛋白质工程指以蛋白质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，对现有蛋白质进行基因改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需要。2、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→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因）。【详解】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→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因）。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。C正确，ABD错误。13．下列有关生物工程的叙述，不正确的有（ ）①基因工程的核心步骤是构建重组DNA分子 ②利用植物茎尖培养脱毒苗时，需要对离体的茎尖、培养基等进行灭菌 ③克隆羊的培育涉及细胞核移植和胚胎移植等技术 ④PCR技术需要利用限制性内切核酸酶打开DNA双链 ⑤利用核移植技术可以培育试管婴儿 ⑥牛胚胎发育的历程是受精卵→卵裂→桑葚胚→囊胚→原肠胚A．一项 B．两项 C．三项 D．四项【答案】C【分析】1、将动物的一个细胞的细胞核移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育成一个新的胚胎，这个新的胚胎最终发育成动物个体．用核移植的方法得到的动物称为克隆动物。2、植物组织培养的过程：离体的植物组织，器官或细胞（外植体）脱分化形成愈伤组织，愈伤组织再分化形成胚状体，进一步发育植株（新植体）。3、植物的体细胞杂交是将不同植物的细胞通过细胞融合技术形成杂种细胞，进而利用植物的组织培养将杂种细胞培育成多倍体的杂种植株。4、基因工程的基本操作步骤主要包括四步：①目的基因的获取；②基因表达载体的构建；③将目的基因导入受体细胞；④目的基因的检测与鉴定。【详解】①基因工程的核心步骤是第二步，即构建重组DNA分子，①正确；②利用植物茎尖培养脱毒苗时，需要对离体的茎尖、培养基等进行消毒，不能进行灭菌，否则会导致外植体失活，②错误；③克隆羊的培育涉及细胞核移植、早期胚胎培养和胚胎移植等技术，③正确；④PCR技术需要利用高温打开DNA双链，④错误；⑤利用体外受精、胚胎移植技术可以培育试管婴儿，⑤错误；⑥牛胚胎发育的历程是受精卵→卵裂→桑葚胚→囊胚→原肠胚，⑥正确。综上所述，共三项正确，C正确。14．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 104 位的氨基酸由天冬氨酸变为异亮氨酸。为此，操作正确的是（ ）A．直接改造上述两种蛋白质的空间结构B．对指导上述两种酶蛋白合成的 mRNA 进行改造C．利用诱变育种技术促使上述两种酶蛋白的基因突变D．利用基因工程技术，对控制上述两种酶蛋白的基因进行改造【答案】D【分析】蛋白质工程指以蛋白质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，对现有蛋白质进行基因改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需要，属于第二代基因工程。【详解】A、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错误； B、直接改造相应的mRNA，不一定能够表达产生所需要的蛋白质，且即使成功也不一定能遗传，B错误；C、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错误；D、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，对控制上述两种酶蛋白的基因进行改造，D正确。二、综合题15．淀粉是食物的重要成分，其水解产物也是重要的工业原料。目前，工厂化水解淀粉需在高温条件下进行，因此开发具有自主产权的耐热性α-淀粉酶并实现大规模生产，对我国淀粉粉深加工产业的发展具有重要意义。为了实现α-淀粉酶的高效表达和分泌，我国科研人员以芽袍杆菌构建工程菌开展研究。回答下列问题：(1)科研人员欲从自然界获得耐高温的α-淀粉酶，则应该到_____环境中去寻找。在上述环境中，科研人员在某细菌中发现种α-淀粉酶S1（AmyS1），为了获得具有更高的热稳定性和催化效率的a-淀粉酶S2（AmyS2），科研人员对其进行了如下改造：预期AmyS2功能→设计目标蛋白的三维结构→分子设计目标蛋白的氨基酸序列→人工合成AmyS2基因（表达AmyS2的基因）→将获得的基因导入芽孢杆菌生产AmyS2上述改造过程涉及到的现代生物技术有_____（至少答两点）。(2)获取AmyS2基因后，构建基因表达载体C的过程如图1所示：先用限制酶NdeI和EcoRI分别切割目的基因、质粒A，用DNA连接酶将其连接成质粒B；然后_____。与质粒B相比，在工业生产中使用导入质粒C的工程菌生产α淀粉酶时，更容易从培养液中获取并提纯目标蛋白，据此推测信号肽（信号肽基因的表达产物）的功能可能是_____。(3)研究发现，芽孢杆菌体内的bp基因会表达出一种胞外蛋白酶，导致胞外α-淀粉酶被降解。科研人员利用基因编辑技术敲除芽孢杆菌的bp基因，构建能高效表达α-淀粉酶的工程菌。利用PCR技术可以检测bp基因是否被成功敲除，请简述实验设计思路：_____。【答案】(1) 高温 基因工程、蛋白质工程、发酵工程（或微生物的培养技术）(2) 用限制酶MIuI和Eco52I分别切割质粒B、信号肽基因，用DNA连接酶将其连接成质粒C 引导目标蛋白质分泌到细胞外(3)提取工程菌的DNA，加入根据bp基因的一段已知序列设计的引物进行PCR，检测是否有扩增产物【分析】1、寻找目标微生物时，应到适合目标微生物生存的环境中去寻找。2、PCR技术利用的原理是双链DNA复制。【详解】（1）寻找目标微生物时，应到适合目标微生物生存的环境中去寻找，故应该到高温环境中去寻找耐高温的α-淀粉酶。改造AmyS2的过程中主要应用到了蛋白质工程、基因工程，还涉及到发酵工程。（2）根据图示可知，信号肽基因上有3个酶切位点，由于AmyS2基因内部也有一个BamHI酶切位点，故不能选用，所以只能选择MluI和Eco52I。故用限制酶MIuI和Eco52I分别切割质粒B、信号肽基因，用DNA连接酶将其连接成质粒C。与质粒B相比，质粒C多了信号肽基因，根据题干信息“更容易从培养液中获取并提纯目标蛋白”可推测，信号肽可能有助于目标蛋白被分泌到细胞外。（3）PCR技术利用的原理是双链DNA复制，根据已知目的基因的一段碱基序列设计引物，可特异性的扩增目的基因。因此，提取工程菌的DNA后，加入根据bp基因的一段已知序列设计引物进行PCR扩增，若出现扩增产物，则说明样本中有bp基因；若无扩增产物，则说明样本中没有bp基因。16．干扰素在人体中是由免疫细胞合成并分泌的一种糖蛋白，几乎能抵御所有病毒引起的感染，传统生产方法成本高、产量低，获得的干扰素在体外不易保存。家蚕细胞具有高效表达外源基因的能力，将人干扰素基因导入家蚕细胞并大规模培养，可以提取干扰素用于制药．请回答相关问题：(1)利用基因工程生产干扰素，过程是：①从健康人体的外周静脉血分离能合成干扰素的________________细胞，从中提取mRNA，经________________法获取目的基因。②用________________酶处理载体和目的基因后，DNA连接酶处理，形成基因表达载体。为使干扰素基因在家蚕细胞中高效表达，需要把来自干扰素基因的片段正确插入表达载体的________________和________________之间。③利用生物反应器培养家蚕细胞时，贴壁生长的细胞会产生接触抑制。通常将多孔的中空薄壁小玻璃珠放入反应器中，这样可以________________，增加培养的细胞数量，也有利于空气交换。④在检验干扰素基因是否已经导入家蚕细胞时，需要用到PCR技术。该PCR反应体系的主要成分应该包含：扩增缓冲液（含Mg2+）、水、4种脱氧核糖核苷酸、模板DNA、________________和________________。(2)利用蛋白质工程对干扰素进行改造，基本途径是：预期蛋白质________________→设计预期蛋白质________________→推测氨基酸________________→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因）(3)利用细胞工程生产干扰素，设计思路是：将相应免疫细胞和瘤细胞融合，筛选出________________，经细胞培养可获得大量干扰素。【答案】(1) 免疫 逆转录##反转录 限制 启动子 终止子 增大细胞贴壁生长的附着面积 Taq酶##耐高温的DNA聚合酶 （一对）引物(2) 功能 结构 序列(3)杂交瘤细胞【分析】1、基因工程的基本操作步骤主要包括四步：①目的基因的获取；②基因表达载体的构建；③将目的基因导入受体细胞 ④目的基因的检测与鉴定。2、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→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因）。3、杂交瘤细胞的特点：既能大量增殖，又能产生特异性干扰素。【详解】（1）干扰素是在人体中是由免疫细胞合成并分泌的一种糖蛋白，而基因工程共分为四个步骤：基因工程的基本操作步骤主要包括四步：①目的基因的获取；②基因表达载体的构建；③将目的基因导入受体细胞 ④目的基因的检测与鉴定故利用基因工程生产干扰素，过程是：①从健康人体的外周静脉血分离能合成干扰素的免疫细胞，从中提取mRNA，经反转录（逆转录）获取目的基因。②构建基因表达载体时，需要用限制酶处理载体和目的基因，使其有相同的末端；基因表达载体中，启动子和终止子分别用于驱动和终止基因的转录过程，故为使干扰素基因在家蚕细胞中高效表达，需要把来自干扰素基因的片段正确插入表达载体的启动子和终止子之间。③培养家蚕细胞时，贴壁生长的细胞会产生接触抑制，通常将多孔的中空薄壁小玻璃珠放入反应器中，这样可以增大细胞贴壁生长的附着面积，增加培养的细胞数量，也有利于空气交换。④采用PCR技术扩增DNA时，需要加入的物质是4种脱氧核苷酸、模板DNA、TaqDNA聚合酶（热稳定DNA聚合酶）和引物。（2）蛋白质工程基本途径是：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→找到相对应的脱氧核苷酸序列。（3）利用细胞工程生产干扰素，设计思路是将相应免疫细胞和瘤细胞融合，筛选出杂交瘤细胞，经细胞培养可获得大量干扰素。【点睛】本题考查基因工程、细胞工程和杂交瘤细胞等相关知识，意在考查学生的识记和理解能力，识记相关知识并能准确运用术语作答是解题关键。17．利用木聚糖酶进行纸浆漂白，可以大幅度减少氯化物的用量，减轻造纸工业对环境的污染。纸浆漂白需要在高温碱性条件下进行，因此需要耐热耐碱的木聚糖酶。根据生产需要，科学家对已知氨基酸序列的木聚糖酶进行改造，获得了耐高温耐碱的新木聚糖酶，减少了纸浆漂白时木聚糖酶的用量，提高了生产效率。回答下列问题：(1)蛋白质工程的目标是根据人们对_____的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。与蛋白质工程相比，基因工程原则上只能生产_____，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要。(2)在蛋白质工程和基因工程中常用大肠杆菌作为受体细胞，原因是大肠杆菌_____（答出两点）。分离纯化大肠杆菌时，可使用接种环采用_____法将聚集的菌种逐步分离并培养成单菌落；实验室中利用选择培养基筛选微生物的原理是_____。(3)人工合成的新木聚糖酶的基因在导入受体细胞前要先构建_____，以使目的基因能够表达和发挥作用。若要将重组大肠杆菌分泌的耐热耐碱木聚糖酶应用于造纸工业生产，除了需要研究木聚糖酶的产量外，还需要检测木聚糖酶的_____。(4)有研究表明，在木聚糖酶中特定部位引入精氨酸可以增加木聚糖酶中的离子键数目，从而增加该酶在碱性环境中的稳定性。利用蛋白质工程技术改造木聚糖酶，其基本思路是_____。根据新木聚糖酶的氨基酸序列设计新木聚糖酶的基因，会设计出多种脱氧核苷酸序列，原因是_____。【答案】(1) 蛋白质功能 自然界中已存在的蛋白质(2) 为单细胞、繁殖快、遗传物质相对较少 平板划线 人为提供有利于目的菌生长的条件，同时抑制或阻止其他微生物的生长(3) 基因表达载体 生物活性#催化效率(4) 根据需要对耐碱的木聚糖酶的功能特点，设计新木聚糖酶中特定部位引入精氨酸以后的氨基酸序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪合成新木聚糖酶基因 密码子具有简并现象（或存在多种密码子决定同一种氨基酸的现象）【分析】对木聚糖酶进行改造是通过蛋白质工程来完成的。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，来改造现有的蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活需求。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。【详解】（1）蛋白质工程的目标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设计改造。与蛋白质工程相比，基因工程在原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质，这些天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。（2）由于大肠杆菌为单细胞、繁殖快、遗传物质相对较少，所以在蛋白质工程和基因工程中常用大肠杆菌作为受体细胞。采用平板划线法分离纯化大肠杆菌时，使用的接种工具为接种环。实验室中利用选择培养基筛选微生物的原理是：人为提供有利于目的菌生长的条件，同时抑制或阻止其他微生物的生长。（3）人工合成的新木聚糖酶的基因在导入受体细胞前，需要先将其与载体结合，构建基因表达载体，以使目的基因能够表达和发挥作用。在将重组大肠杆菌分泌的耐热耐碱的木聚糖酶应用于造纸工业生产前，需要研究该木聚糖酶的产量并对木聚糖酶的生物活性（或催化效率）进行检测。（4）利用蛋白质工程技术改造木聚糖酶，其基本思路是：根据需要对耐碱的木聚糖酶的功能特点，设计新木聚糖酶中特定部位引入精氨酸以后的氨基酸序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪合成新木聚糖酶基因。由于密码子具有简并现象（或存在多种密码子决定同一种氨基酸的现象），导致根据新木聚糖酶的氨基酸序列设计的新木聚糖酶的基因会有多种脱氧核苷酸序列。【点睛】本题考查基因工程与蛋白质工程、微生物的选择培养等相关知识，要求考生熟记相关内容，并能结合信息分析作答。18．请回答下列与基因工程、胚胎工程、生态工程有关的生物学问题：(1)基因工程技术中获得目的基因后，利用PCR技术将该基因扩增，前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成_________。将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是_______________。(2)科研人员利用蛋白质工程合成速效胰岛素，该技术的实验流程为：其中，流程A是___________________ ， 与基因工程相比，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，通过基因________或基因________，对现有蛋白质进行________，制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产生活需要。(3)体外受精是胚胎工程的重要环节，受精前的准备阶段：取自附睾的精子要进行精子获能；来自母方的卵母细胞要在输卵管内进一步成熟，达到______________________，才具备与精子受精的能力。胚胎工程最后一道工序是_______________（填生物技术名称）。(4)为建设美丽乡村，积极推进生态农业建设，依据生态工程_____________的原理，合理设计食物链，使生态系统中的物质和能量得到分层次多级利用，使废弃物资源化，提高了能量的利用率，减少了环境污染。我国西北一些地区年降雨量较少，适宜种植灌木和草，却被硬性规定种植属于乔木的杨树，致使许多地方的杨树长成半死不活状，结果防护林成为残败的“灰色长城”。其失败的原因主要是违背了___________________原理【答案】(1) 引物 农杆菌转化法(2) 预期蛋白质的功能 修饰 合成 改造(3) 减数第二次分裂的中期时 胚胎移植(4) 物质循环再生 协调与平衡【分析】1.生态工程是指应用生态系统中物质循环原理，结合系统工程的最优化方法设计的分层多级利用物质的生产工艺系统，其目的是将生物群落内不同物种共生、物质与能量多级利用、环境自净和物质循环再生等原理与系统工程的优化方法相结合，达到资源多层次和循环利用的目的。2.基因工程技术的基本步骤：（1）目的基因的获取：方法有从基因文库中获取、利用PCR技术扩增和人工合成；（2）基因表达载体的构建：是基因工程的核心步骤，基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因等；（3）将目的基因导入受体细胞：根据受体细胞不同，导入的方法也不一样．将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法；将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法；将目的基因导入微生物细胞的方法是感受态细胞法；（4）目的基因的检测与鉴定：分子水平上的检测：①检测转基因生物染色体的DNA是否插入目的基因--DNA分子杂交技术；②检测目的基因是否转录出了mRNA--分子杂交技术；③检测目的基因是否翻译成蛋白质--抗原-抗体杂交技术．个体水平上的鉴定：抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等。3.蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出的第二代基因工程，因为是对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，所以必须通过基因修饰或基因合成实现。其过程为：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→找到相对应的脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质。(1)利用PCR技术扩增目的基因需要首先获得引物，制备引物需要有一段已知目的基因的核苷酸序列，然后根据这一序列合成。根据分析可知，将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是农杆菌转化法。(2)根据蛋白质工程的概念和原理可知：图示的流程A是预期蛋白质的功能这是蛋白质工程操作的根本目的，与基因工程相比，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，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，从而制造出满足人类生产生活需要的蛋白质，实现了对蛋白质的定向改造。(3)体外受精是胚胎工程的重要环节。精子在完成受精前需要进行获能处理，因此，受精前，需要将取自附睾的精子要进行精子获能，同时取自母方的卵母细胞也要在输卵管内培养到减数第二次分裂的中期，此时的卵母细胞具备了与精子受精的能力。胚胎移植是胚胎工程的最后一道工序。(4)为建设美丽乡村，我国政府积极推进生态农业建设，依据生态工程物质循环再生的原理，合理设计食物链，使生态系统中的物质和能量得到分层次多级利用，使废弃物资源化，提高了能量的利用率，减少了环境污染。我国西北地区曾硬性规定种植属于速生乔木的杨树，但由于降雨量少，致使许多地方的杨树长成半死不活状，这是因为了生态工程的协调与平衡原理。【点睛】熟知基因工程和蛋白质的原理和操作步骤是解答本题的关键，掌握生态工程的基本原理和相关实例中蕴含的生物学原理是解答本题的另一关键。胚胎工程也是本题的考查点。
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