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高中第4节 蛋白质工程的原理和应用巩固练习
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这是一份高中第4节 蛋白质工程的原理和应用巩固练习，共11页。
[基础对点]
1．下列关于蛋白质工程的叙述中，错误的是( )
A．蛋白质工程需要改造或合成基因
B．利用蛋白质工程设计蛋白质结构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
答案 B
解析 蛋白质工程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分子设计，然后根据设计的蛋白质结构，最终得到特定的脱氧核苷酸序列，B错误。
2．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。下列有关该技术的说法，错误的是( )
A．经改造后的纤维素酶热稳定性提高这一性状可遗传
B．对纤维素酶的改造是通过直接改造mRNA实现的
C．改造纤维素酶也需要构建基因表达载体
D．改造后的纤维素酶和原纤维素酶不是同一种酶
答案 B
解析 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，改造后的蛋白质的性状能遗传给子代，A正确；对纤维素酶的改造需要以基因工程为基础，是通过改造基因或合成新基因来实现的，B错误；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，需构建基因表达载体，C正确；对纤维素酶的改造是通过直接改造纤维素酶的基因实现的，改造后的纤维素酶和原纤维素酶不是同一种酶，D正确。
3．下图表示蛋白质工程的操作过程，相关说法不正确的是( )
A．a、b过程分别是转录、翻译
B．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
C．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
D．蛋白质工程中可能构建出一种全新的基因
答案 C
解析 a过程是以DNA的一条链为模板合成mRNA的转录过程，b过程是以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的多肽链的翻译过程，A正确；蛋白质工程是指以蛋白质分子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，以满足人类的生产和生活需求，因此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正确；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，C错误；蛋白质工程中，可能根据已经明确的蛋白质的结构构建出一种全新的基因，D正确。
4．下列有关蛋白质工程的叙述，不正确的是( )
A．蛋白质工程需要用到限制酶和DNA连接酶
B．蛋白质工程只能改造现有的蛋白质而不能制造新的蛋白质
C．T4溶菌酶中引入二硫键提高了它的热稳定性是蛋白质工程应用的体现
D．蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类需要
答案 B
解析 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，故蛋白质工程需要用到限制酶和DNA连接酶，A正确；通过蛋白质工程，可产生自然界没有的蛋白质，B错误；T4溶菌酶中引入二硫键提高了它的热稳定性属于对现有蛋白质进行改造，是蛋白质工程应用的体现，C正确；蛋白质工程能通过基因修饰或基因合成，定向对现有蛋白质分子的结构进行改造，使之更加符合人类需要，D正确。
5．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位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬氨酸变成异亮氨酸，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。此操作过程是( )
A．直接改造上述两种蛋白质的空间结构
B．直接改造上述两种酶相应的mRNA
C．直接改造上述两种酶相应的基因
D．重新合成新的基因
答案 C
6．在设计合成自然界中不存在的蛋白质时，首先应该设计( )
A．基因结构B．mRNA结构
C．氨基酸序列D．蛋白质结构
答案 D
解析 合成自然界不存在的蛋白质属于蛋白质工程，应根据蛋白质功能，从设计蛋白质结构入手，依次推测相应的氨基酸和脱氧核苷酸序列，然后通过基因修饰或基因合成，获得相应的蛋白质，D正确。
7．下列有关基因工程与蛋白质工程的说法正确的是( )
A．基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程不对基因进行操作
B．基因工程合成的是天然存在的蛋白质，蛋白质工程可以合成新的蛋白质
C．基因工程是分子水平操作，蛋白质工程是细胞水平(或性状水平)操作
D．蛋白质工程完全不同于基因工程
答案 B
解析 基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程也是通过对基因进行分子水平操作，实现对现有蛋白质进行改造或合成新的蛋白质；基因工程和蛋白质工程都是分子水平操作；基因工程是蛋白质工程的基础，故蛋白质工程又被称为第二代基因工程。
8．科研人员利用相关技术改变了胰岛素B链的第9位氨基酸，从而避免了胰岛素结合成无活性的二聚体形式。下列相关叙述中，错误的是( )
A．该过程的操作对象是胰岛素分子
B．可通过测定DNA序列确定改造是否成功
C．对胰岛素结构的改造属于蛋白质工程
D．胰岛素的本质是蛋白质不宜口服使用
答案 A
解析 蛋白质工程的操作对象是基因，A错误；胰岛素的本质是蛋白质，只能注射，不宜口服使用，D正确。
9．目前科学家们通过蛋白质工程制造出了蓝色荧光蛋白、黄色荧光蛋白等，采用蛋白质工程技术制造出蓝色荧光蛋白过程的正确顺序是( )
①推测蓝色荧光蛋白的氨基酸序列和基因的核苷酸序列 ②蓝色荧光蛋白的功能分析和结构设计序列 ③蓝色荧光蛋白基因的合成 ④表达出蓝色荧光蛋白
A．①②③④B．②①③④
C．②③①④D．④②①③
答案 B
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)或合成新的基因→表达出相应的蛋白质，故正确顺序应该是②①③④。
10．枯草杆菌蛋白酶能催化蛋白质水解为氨基酸，在有机溶剂中也能催化多肽的合成。这些碱性蛋白酶具有重要的应用价值，被广泛应用于洗涤剂、制革及丝绸工业。1987年福什特通过将枯草杆菌蛋白酶分子表面的Asp(99)和Glu(156)改成Lys，而导致了活性中心His(64)质子pKa从7下降到6，使酶在pH＝6时的活力提高10倍。下列说法正确的是( )
A．完成氨基酸的替换需要通过改造基因实现
B．该成果体现了蛋白质工程在培育新物种方面具有独特的优势
C．经蛋白质工程改造后的枯草杆菌蛋白酶活性提高这一性状不可遗传
D．蛋白质工程最终要达到的目的是获取编码蛋白质的基因序列信息
答案 A
[能力提升]
11．科学家通过利用PCR定点突变技术改造Rubisc酶基因，提高了光合作用过程中Rubisc酶对CO2的亲和力，从而显著提高了植物的光合速率。下列叙述不正确的是( )
A．PCR定点突变技术使Rubisc酶基因发生定向突变
B．PCR技术扩增目的基因的过程中必须添加两种引物
C．PCR扩增过程需要加入解旋酶和耐高温的DNA聚合酶
D．PCR定点突变技术属于蛋白质工程的范畴
答案 C
解析 PCR扩增过程不需要加入解旋酶，其是通过高温变性使DNA双链解开，C错误。
12．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正确；由题干信息分析可知，新冠病毒是通过其表面的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正确。
13．已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题：
(1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的 进行改造。
(2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰 基因或合成 基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括 的复制，以及遗传信息在不同分子之间的流动，即 。
(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过 和 ，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物 进行鉴定。
答案 (1)氨基酸序列(或结构)
(2)P P1 DNA和RNA(或遗传物质) DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录、翻译)
(3)设计预期的蛋白质结构 推测应有的氨基酸序列 功能
14．胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，要经过较长的时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此，治疗效果受到影响。下图表示用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题：
(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是： 。
(2)通过人工合成DNA形成的新基因应与 结合后转移到 中才能得到准确表达。
(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有 、 和发酵工程。
(4)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么？
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
答案 (1)新胰岛素的预期功能
(2)载体 大肠杆菌等受体细胞
(3)蛋白质工程 基因工程
(4)从新的胰岛素模型，推测新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后人工合成出新的胰岛素基因。
解析 (1)蛋白质工程是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质结构进行分子设计，因此，图中构建新的胰岛素模型的依据是新胰岛素的预期功能，即速效胰岛素。
(2)合成的目的基因应与载体形成重组DNA分子后导入受体细胞中才能得以表达。
15．科学家对鼠源杂交瘤抗体进行改造，生产出效果更好的人—鼠嵌合抗体，用于癌症治疗。下图表示形成人—鼠嵌合抗体的过程，据图回答下列问题：
(1)改造鼠源杂交瘤抗体，生产人—鼠嵌合抗体，属于 (填生物工程)的范畴。
(2)图示过程是根据预期的 出发，设计预期的 ，最终必须对 进行操作，此操作中改变的是 。
(3)经过改造的人—鼠嵌合抗体，与鼠源杂交瘤抗体相比较，突出的优点是 (从免疫角度考虑)。
(4)上述过程中对科学家来说难度最大的是 。
答案 (1)蛋白质工程
(2)嵌合抗体功能 嵌合抗体的结构 基因 脱氧核苷酸序列
(3)对人体的不良反应减少
(4)设计预期的嵌合抗体的空间结构
[基础对点]
1．下列关于蛋白质工程的叙述中，错误的是( )
A．蛋白质工程需要改造或合成基因
B．利用蛋白质工程设计蛋白质结构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
答案 B
解析 蛋白质工程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分子设计，然后根据设计的蛋白质结构，最终得到特定的脱氧核苷酸序列，B错误。
2．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。下列有关该技术的说法，错误的是( )
A．经改造后的纤维素酶热稳定性提高这一性状可遗传
B．对纤维素酶的改造是通过直接改造mRNA实现的
C．改造纤维素酶也需要构建基因表达载体
D．改造后的纤维素酶和原纤维素酶不是同一种酶
答案 B
解析 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，改造后的蛋白质的性状能遗传给子代，A正确；对纤维素酶的改造需要以基因工程为基础，是通过改造基因或合成新基因来实现的，B错误；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，需构建基因表达载体，C正确；对纤维素酶的改造是通过直接改造纤维素酶的基因实现的，改造后的纤维素酶和原纤维素酶不是同一种酶，D正确。
3．下图表示蛋白质工程的操作过程，相关说法不正确的是( )
A．a、b过程分别是转录、翻译
B．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
C．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
D．蛋白质工程中可能构建出一种全新的基因
答案 C
解析 a过程是以DNA的一条链为模板合成mRNA的转录过程，b过程是以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的多肽链的翻译过程，A正确；蛋白质工程是指以蛋白质分子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，以满足人类的生产和生活需求，因此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正确；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，C错误；蛋白质工程中，可能根据已经明确的蛋白质的结构构建出一种全新的基因，D正确。
4．下列有关蛋白质工程的叙述，不正确的是( )
A．蛋白质工程需要用到限制酶和DNA连接酶
B．蛋白质工程只能改造现有的蛋白质而不能制造新的蛋白质
C．T4溶菌酶中引入二硫键提高了它的热稳定性是蛋白质工程应用的体现
D．蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类需要
答案 B
解析 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，故蛋白质工程需要用到限制酶和DNA连接酶，A正确；通过蛋白质工程，可产生自然界没有的蛋白质，B错误；T4溶菌酶中引入二硫键提高了它的热稳定性属于对现有蛋白质进行改造，是蛋白质工程应用的体现，C正确；蛋白质工程能通过基因修饰或基因合成，定向对现有蛋白质分子的结构进行改造，使之更加符合人类需要，D正确。
5．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位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬氨酸变成异亮氨酸，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。此操作过程是( )
A．直接改造上述两种蛋白质的空间结构
B．直接改造上述两种酶相应的mRNA
C．直接改造上述两种酶相应的基因
D．重新合成新的基因
答案 C
6．在设计合成自然界中不存在的蛋白质时，首先应该设计( )
A．基因结构B．mRNA结构
C．氨基酸序列D．蛋白质结构
答案 D
解析 合成自然界不存在的蛋白质属于蛋白质工程，应根据蛋白质功能，从设计蛋白质结构入手，依次推测相应的氨基酸和脱氧核苷酸序列，然后通过基因修饰或基因合成，获得相应的蛋白质，D正确。
7．下列有关基因工程与蛋白质工程的说法正确的是( )
A．基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程不对基因进行操作
B．基因工程合成的是天然存在的蛋白质，蛋白质工程可以合成新的蛋白质
C．基因工程是分子水平操作，蛋白质工程是细胞水平(或性状水平)操作
D．蛋白质工程完全不同于基因工程
答案 B
解析 基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程也是通过对基因进行分子水平操作，实现对现有蛋白质进行改造或合成新的蛋白质；基因工程和蛋白质工程都是分子水平操作；基因工程是蛋白质工程的基础，故蛋白质工程又被称为第二代基因工程。
8．科研人员利用相关技术改变了胰岛素B链的第9位氨基酸，从而避免了胰岛素结合成无活性的二聚体形式。下列相关叙述中，错误的是( )
A．该过程的操作对象是胰岛素分子
B．可通过测定DNA序列确定改造是否成功
C．对胰岛素结构的改造属于蛋白质工程
D．胰岛素的本质是蛋白质不宜口服使用
答案 A
解析 蛋白质工程的操作对象是基因，A错误；胰岛素的本质是蛋白质，只能注射，不宜口服使用，D正确。
9．目前科学家们通过蛋白质工程制造出了蓝色荧光蛋白、黄色荧光蛋白等，采用蛋白质工程技术制造出蓝色荧光蛋白过程的正确顺序是( )
①推测蓝色荧光蛋白的氨基酸序列和基因的核苷酸序列 ②蓝色荧光蛋白的功能分析和结构设计序列 ③蓝色荧光蛋白基因的合成 ④表达出蓝色荧光蛋白
A．①②③④B．②①③④
C．②③①④D．④②①③
答案 B
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)或合成新的基因→表达出相应的蛋白质，故正确顺序应该是②①③④。
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A．完成氨基酸的替换需要通过改造基因实现
B．该成果体现了蛋白质工程在培育新物种方面具有独特的优势
C．经蛋白质工程改造后的枯草杆菌蛋白酶活性提高这一性状不可遗传
D．蛋白质工程最终要达到的目的是获取编码蛋白质的基因序列信息
答案 A
[能力提升]
11．科学家通过利用PCR定点突变技术改造Rubisc酶基因，提高了光合作用过程中Rubisc酶对CO2的亲和力，从而显著提高了植物的光合速率。下列叙述不正确的是( )
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答案 C
解析 PCR扩增过程不需要加入解旋酶，其是通过高温变性使DNA双链解开，C错误。
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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正确；由题干信息分析可知，新冠病毒是通过其表面的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正确。
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(1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的 进行改造。
(2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰 基因或合成 基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括 的复制，以及遗传信息在不同分子之间的流动，即 。
(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过 和 ，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物 进行鉴定。
答案 (1)氨基酸序列(或结构)
(2)P P1 DNA和RNA(或遗传物质) DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录、翻译)
(3)设计预期的蛋白质结构 推测应有的氨基酸序列 功能
14．胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，要经过较长的时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此，治疗效果受到影响。下图表示用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题：
(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是： 。
(2)通过人工合成DNA形成的新基因应与 结合后转移到 中才能得到准确表达。
(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有 、 和发酵工程。
(4)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么？
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答案 (1)新胰岛素的预期功能
(2)载体 大肠杆菌等受体细胞
(3)蛋白质工程 基因工程
(4)从新的胰岛素模型，推测新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后人工合成出新的胰岛素基因。
解析 (1)蛋白质工程是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质结构进行分子设计，因此，图中构建新的胰岛素模型的依据是新胰岛素的预期功能，即速效胰岛素。
(2)合成的目的基因应与载体形成重组DNA分子后导入受体细胞中才能得以表达。
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(3)经过改造的人—鼠嵌合抗体，与鼠源杂交瘤抗体相比较，突出的优点是 (从免疫角度考虑)。
(4)上述过程中对科学家来说难度最大的是 。
答案 (1)蛋白质工程
(2)嵌合抗体功能 嵌合抗体的结构 基因 脱氧核苷酸序列
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