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生物人教版 (2019)第4节 蛋白质工程的原理和应用练习题
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这是一份生物人教版 (2019)第4节 蛋白质工程的原理和应用练习题，共7页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
1．合成自然界中不存在的蛋白质应首先设计( )
A．基因的结构B．蛋白质的结构
C．氨基酸序列 D．mRNA的结构
解析：选B 合成自然界中不存在的蛋白质应该采用蛋白质工程，而蛋白质工程的基本途径为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，合成自然界中不存在的蛋白质应首先设计蛋白质的结构。
2．下列哪项不是蛋白质工程的研究内容( )
A．分析蛋白质分子的精细结构
B．分析氨基酸的化学组成
C．对蛋白质进行有目的的改造
D．按照人的意愿将天然蛋白质改造成新的蛋白质
解析：选B 蛋白质工程是根据预期蛋白质功能设计预期的蛋白质分子的精细结构，A不符合题意；蛋白质工程不分析氨基酸的化学组成，B符合题意；蛋白质工程通过改造或合成基因对蛋白质进行有目的的改造，C不符合题意；蛋白质工程可以按照人的意愿将天然蛋白质改造成新的蛋白质，D不符合题意。
3．猪的胰岛素用于人体时降血糖效果不明显，原因是猪胰岛素分子中有一个氨基酸与人的不同。为了使猪胰岛素适于治疗人类糖尿病，用蛋白质工程对蛋白质分子进行设计的最佳方案是( )
A．对猪胰岛素进行一个氨基酸的替换
B．将猪和人的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新的胰岛素
解析：选A 依据题中信息可知，蛋白质分子设计的最佳方案应为对猪胰岛素进行一个氨基酸的替换使之变成人胰岛素。
4．中华鲟是地球上最古老的脊椎动物，被称为“活化石”。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。以下说法错误的是( )
A．该工程可以定向改变蛋白质分子的结构
B．该工程中改造蛋白质是通过改造基因结构而实现的
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
解析：选D 蛋白质工程可以定向改造蛋白质分子的结构，A正确；改造蛋白质是通过改造基因结构而实现的，B正确；改造后的中华鲟具有新的性状，但其和现有中华鲟仍是同一物种，C正确；蛋白质工程改造的是基因，可以遗传给子代，因此改造后的中华鲟的后代也具有改造的蛋白质，D错误。
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种类和数量发生了改变
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程方向一致，即DNA→mRNA→蛋白质
D．若高温等使蛋白质分子的空间结构发生改变，则蛋白质的功能也会受到影响
解析：选D 根据题意可知，T4溶菌酶耐热性提高的原因是组成该酶的氨基酸种类发生了改变，但数量没有改变，A错误；T4溶菌酶的改造属于蛋白质工程，自然界中的酶不一定都能通过蛋白质工程进行改造，如化学本质是RNA的酶，B错误；蛋白质工程与中心法则的流程方向不同，C错误；结构决定功能，若高温等使蛋白质分子的空间结构发生改变，则蛋白质的功能也会受到影响，D正确。
6．基因疫苗是将编码外源性抗原的基因插入到质粒上，然后将质粒直接导入人或动物体内，让其在宿主细胞中表达抗原蛋白，诱导机体产生免疫应答。下列说法正确的是( )
①疫苗经注射进入人体后，可被人体的浆细胞识别 ②注射疫苗后，人体产生特异性免疫反应，并产生相应记忆细胞 ③基因疫苗能表达蛋白质等抗原结构，从而引起机体产生免疫反应 ④利用蛋白质工程生产的蛋白质疫苗就是基因疫苗
A．①③ B．②④
C．②③ D．③④
解析：选C 浆细胞不能识别抗原，①错误；注射疫苗后，人体产生特异性免疫反应，并产生相应记忆细胞，②正确；基因疫苗能表达蛋白质等抗原结构，从而引起机体产生免疫反应，③正确；基因是具有遗传效应的DNA片段，利用蛋白质工程生产的蛋白质疫苗不是基因疫苗，④错误。故选C。
7．关于蛋白质工程及应用的说法，正确的是( )
A．蛋白质工程能定向改造蛋白质分子结构，使之更加符合人类需要
B．蛋白质工程的实质是通过改变氨基酸的结构来改变蛋白质的功能
C．当前限制蛋白质工程发展的关键因素是基因工程技术还不成熟
D．蛋白质工程技术中的操作对象是蛋白质或控制蛋白质合成的基因
解析：选A 蛋白质工程能按照人们的意愿定向改造蛋白质分子结构，使之更加符合人类需要，A正确；蛋白质工程的实质是通过改变基因来改变蛋白质的结构和功能，B错误；当前限制蛋白质工程发展的关键因素是人们对蛋白质的空间结构了解较少，C错误；蛋白质工程技术中的操作对象是基因，D错误。
8．如图是科学家对鼠源杂交瘤抗体进行改造，生产出效果更好的鼠-人嵌合抗体的过程。下列说法正确的是( )
A．生产鼠-人嵌合抗体的过程属于基因工程
B．对鼠源杂交瘤抗体进行改造的难点是设计嵌合抗体的空间结构
C．对鼠源杂交瘤抗体进行改造，是通过基因定点诱变技术改造基因实现的
D．鼠-人嵌合抗体的使用对人体不会产生任何不良反应
解析：选B 生产鼠-人嵌合抗体的过程属于蛋白质工程，A错误；对鼠源杂交瘤抗体进行改造的难点是设计嵌合抗体的空间结构，B正确；对鼠源杂交瘤抗体进行改造，首先要根据预期嵌合抗体功能(或蛋白质功能)，设计嵌合抗体结构，然后通过基因拼接，将鼠源抗体基因改造成鼠-人嵌合抗体基因，最后导入鼠淋巴细胞中表达，而不是通过基因定点诱变技术改造基因实现，C错误；从免疫的角度考虑，对人体来说鼠源抗体为抗原，若利用人的抗体与之嵌合，则排斥作用会减轻，对人体的副作用会减少，而不是不会产生任何不良反应，D错误。
9．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
解析：选B 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，B错误；蛋白质工程以基因工程为基础，需构建基因表达载体，C正确；改造后的纤维素酶和原纤维素酶不是同一种酶，D正确。
10．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，但体外保存相当困难，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，这属于蛋白质工程的范畴。下列相关说法错误的是( )
A．蛋白质工程可以生产自然界不存在的蛋白质
B．蛋白质工程生产干扰素的过程不遵循中心法则
C．对天然干扰素的改造须通过对基因的操作来实现
D．蛋白质空间结构复杂是蛋白质工程实施难度大的重要原因
解析：选B 由题意可知，蛋白质工程可以生产自然界不存在的蛋白质，A正确；蛋白质工程生产干扰素的过程仍然遵循中心法则，B错误；由于基因指导蛋白质的合成，因此对天然干扰素的改造须通过对基因的操作来实现，C正确；蛋白质空间结构复杂是蛋白质工程实施难度大的重要原因，D正确。
二、非选择题
11．水蛭是我国的传统中药材，主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构，提高其抗凝血活性。回答下列问题：
(1)蛋白质工程流程如图所示，物质a是________，物质b是________。在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是__________________。
(2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有______________________、____________________和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是______________________________________________________________________
__________________________。
(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性，结果如图所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的___________
(填“种类”或“含量”)有关，导致其活性不同的原因是______________________________
____________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异，简要写出实验设计思路：_____________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)据题图分析可知，物质a是氨基酸序列多肽链，物质b是mRNA。在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是密码子的简并性，即一种氨基酸可能有几种密码子。(2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有从基因文库中获取目的基因、通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是DNA双链复制。(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，据图可知，水解产物中的肽含量随着酶解时间的延长均上升，且差别不大；而抗凝血活性有差异，经酶甲处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后相对稳定，经酶乙处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后下降，且酶甲处理后的酶解产物的抗凝血活性最终高于经酶乙处理后的酶解产物的抗凝血活性，差异明显，据此推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的种类有关，导致其活性不同的原因是提取的水蛭蛋白的酶解时间和酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏。(4)实验设计思路见答案。
答案：(1)氨基酸序列多肽链 mRNA 密码子的简并性 (2)从基因文库中获取目的基因 通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成 DNA双链复制 (3)种类 提取的水蛭蛋白的酶解时间和处理的酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏 (4)取3支试管，分别加入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素；用酒精消毒，用注射器取同一只动物(如家兔)的血液，立即将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，静置相同时间，统计三支试管中血液凝固情况
[教师备选题]
1．蛋白质工程是利用基因工程的方法对蛋白质进行改造，下列各项措施中，错误的是( )
A．根据氨基酸的性质和特点，设计并制造出自然界不存在的全新蛋白质
B．在蛋白质分子中替代某一个肽段或一个特定的结构区域
C．通过基因工程中定点诱变技术，有目的地改造蛋白质分子中某些活性部位的一个或几个氨基酸，以改善蛋白质的性质和功能
D．利用化学合成的方法对蛋白质分子的某一氨基酸进行修饰，以改善蛋白质的性质和功能
解析：选D 蛋白质工程能根据氨基酸的性质和特点，设计并制造出自然界不存在的全新蛋白质，A正确；蛋白质工程能实现在蛋白质分子中替代某一个肽段或一个特定的结构区域，B正确；蛋白质工程利用基因工程的手段，按照人类自身的需要，通过定点诱变技术，有目的地改造蛋白质分子中某些活性部位的一个或几个氨基酸，以改善蛋白质的性质和功能，C正确；蛋白质工程是在分子水平上对基因直接进行操作，不是直接修饰氨基酸，D错误。
2．下面是蛋白质工程的基本途径，据图分析，下列叙述错误的是( )
A．过程a所需原料是脱氧核苷酸，过程b所需原料是氨基酸
B．参与c过程的细胞器有内质网、高尔基体、线粒体等
C．若使d改造或合成的基因能表达和发挥作用，必须在基因的两端添加调控序列
D．通过蛋白质工程可以获得自然界不存在的蛋白质
解析：选A a为转录，是合成mRNA的过程，原料是核糖核苷酸，A错误；c为多肽链的加工与折叠，参与c过程的细胞器有内质网、高尔基体、线粒体等，B正确；若使d改造或合成的基因能表达和发挥作用，必须在基因的两端添加调控序列，如启动子和终止子，C正确；通过蛋白质工程可以获得自然界不存在的蛋白质，D正确。
3．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基因的途径有改造________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。
解析：(1)从题干分析可知，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后，该蛋白质的功能发生了改变。此过程是通过对构成蛋白质的氨基酸的排列顺序进行改造，改变了蛋白质的结构，从而改变了蛋白质的功能。(2)在蛋白质工程中，目的基因可以P基因序列为基础，对生物体内原有P基因进行修饰，也可以通过人工合成法合成新的P1基因。中心法则的内容如图所示：
由图可知，中心法则的全部内容包括：DNA以自身为模板进行的复制，DNA通过转录将遗传信息传递给RNA，最后RNA通过翻译将遗传信息表达成蛋白质；在某些病毒中RNA可自我复制(如烟草花叶病毒)，在某些病毒中能以RNA为模板逆转录合成DNA(如HIV)，这是对中心法则的补充。(3)蛋白质工程的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→合成DNA→表达出蛋白质，经过该过程得到的蛋白质，需要对其生物功能进行鉴定，以保证其发挥正常作用。
答案：(1)氨基酸序列(或结构)(合理即可) (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)设计蛋白质的结构 推测氨基酸序列 功能
1．合成自然界中不存在的蛋白质应首先设计( )
A．基因的结构B．蛋白质的结构
C．氨基酸序列 D．mRNA的结构
解析：选B 合成自然界中不存在的蛋白质应该采用蛋白质工程，而蛋白质工程的基本途径为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，合成自然界中不存在的蛋白质应首先设计蛋白质的结构。
2．下列哪项不是蛋白质工程的研究内容( )
A．分析蛋白质分子的精细结构
B．分析氨基酸的化学组成
C．对蛋白质进行有目的的改造
D．按照人的意愿将天然蛋白质改造成新的蛋白质
解析：选B 蛋白质工程是根据预期蛋白质功能设计预期的蛋白质分子的精细结构，A不符合题意；蛋白质工程不分析氨基酸的化学组成，B符合题意；蛋白质工程通过改造或合成基因对蛋白质进行有目的的改造，C不符合题意；蛋白质工程可以按照人的意愿将天然蛋白质改造成新的蛋白质，D不符合题意。
3．猪的胰岛素用于人体时降血糖效果不明显，原因是猪胰岛素分子中有一个氨基酸与人的不同。为了使猪胰岛素适于治疗人类糖尿病，用蛋白质工程对蛋白质分子进行设计的最佳方案是( )
A．对猪胰岛素进行一个氨基酸的替换
B．将猪和人的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新的胰岛素
解析：选A 依据题中信息可知，蛋白质分子设计的最佳方案应为对猪胰岛素进行一个氨基酸的替换使之变成人胰岛素。
4．中华鲟是地球上最古老的脊椎动物，被称为“活化石”。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。以下说法错误的是( )
A．该工程可以定向改变蛋白质分子的结构
B．该工程中改造蛋白质是通过改造基因结构而实现的
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
解析：选D 蛋白质工程可以定向改造蛋白质分子的结构，A正确；改造蛋白质是通过改造基因结构而实现的，B正确；改造后的中华鲟具有新的性状，但其和现有中华鲟仍是同一物种，C正确；蛋白质工程改造的是基因，可以遗传给子代，因此改造后的中华鲟的后代也具有改造的蛋白质，D错误。
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种类和数量发生了改变
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程方向一致，即DNA→mRNA→蛋白质
D．若高温等使蛋白质分子的空间结构发生改变，则蛋白质的功能也会受到影响
解析：选D 根据题意可知，T4溶菌酶耐热性提高的原因是组成该酶的氨基酸种类发生了改变，但数量没有改变，A错误；T4溶菌酶的改造属于蛋白质工程，自然界中的酶不一定都能通过蛋白质工程进行改造，如化学本质是RNA的酶，B错误；蛋白质工程与中心法则的流程方向不同，C错误；结构决定功能，若高温等使蛋白质分子的空间结构发生改变，则蛋白质的功能也会受到影响，D正确。
6．基因疫苗是将编码外源性抗原的基因插入到质粒上，然后将质粒直接导入人或动物体内，让其在宿主细胞中表达抗原蛋白，诱导机体产生免疫应答。下列说法正确的是( )
①疫苗经注射进入人体后，可被人体的浆细胞识别 ②注射疫苗后，人体产生特异性免疫反应，并产生相应记忆细胞 ③基因疫苗能表达蛋白质等抗原结构，从而引起机体产生免疫反应 ④利用蛋白质工程生产的蛋白质疫苗就是基因疫苗
A．①③ B．②④
C．②③ D．③④
解析：选C 浆细胞不能识别抗原，①错误；注射疫苗后，人体产生特异性免疫反应，并产生相应记忆细胞，②正确；基因疫苗能表达蛋白质等抗原结构，从而引起机体产生免疫反应，③正确；基因是具有遗传效应的DNA片段，利用蛋白质工程生产的蛋白质疫苗不是基因疫苗，④错误。故选C。
7．关于蛋白质工程及应用的说法，正确的是( )
A．蛋白质工程能定向改造蛋白质分子结构，使之更加符合人类需要
B．蛋白质工程的实质是通过改变氨基酸的结构来改变蛋白质的功能
C．当前限制蛋白质工程发展的关键因素是基因工程技术还不成熟
D．蛋白质工程技术中的操作对象是蛋白质或控制蛋白质合成的基因
解析：选A 蛋白质工程能按照人们的意愿定向改造蛋白质分子结构，使之更加符合人类需要，A正确；蛋白质工程的实质是通过改变基因来改变蛋白质的结构和功能，B错误；当前限制蛋白质工程发展的关键因素是人们对蛋白质的空间结构了解较少，C错误；蛋白质工程技术中的操作对象是基因，D错误。
8．如图是科学家对鼠源杂交瘤抗体进行改造，生产出效果更好的鼠-人嵌合抗体的过程。下列说法正确的是( )
A．生产鼠-人嵌合抗体的过程属于基因工程
B．对鼠源杂交瘤抗体进行改造的难点是设计嵌合抗体的空间结构
C．对鼠源杂交瘤抗体进行改造，是通过基因定点诱变技术改造基因实现的
D．鼠-人嵌合抗体的使用对人体不会产生任何不良反应
解析：选B 生产鼠-人嵌合抗体的过程属于蛋白质工程，A错误；对鼠源杂交瘤抗体进行改造的难点是设计嵌合抗体的空间结构，B正确；对鼠源杂交瘤抗体进行改造，首先要根据预期嵌合抗体功能(或蛋白质功能)，设计嵌合抗体结构，然后通过基因拼接，将鼠源抗体基因改造成鼠-人嵌合抗体基因，最后导入鼠淋巴细胞中表达，而不是通过基因定点诱变技术改造基因实现，C错误；从免疫的角度考虑，对人体来说鼠源抗体为抗原，若利用人的抗体与之嵌合，则排斥作用会减轻，对人体的副作用会减少，而不是不会产生任何不良反应，D错误。
9．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
解析：选B 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，B错误；蛋白质工程以基因工程为基础，需构建基因表达载体，C正确；改造后的纤维素酶和原纤维素酶不是同一种酶，D正确。
10．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，但体外保存相当困难，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，这属于蛋白质工程的范畴。下列相关说法错误的是( )
A．蛋白质工程可以生产自然界不存在的蛋白质
B．蛋白质工程生产干扰素的过程不遵循中心法则
C．对天然干扰素的改造须通过对基因的操作来实现
D．蛋白质空间结构复杂是蛋白质工程实施难度大的重要原因
解析：选B 由题意可知，蛋白质工程可以生产自然界不存在的蛋白质，A正确；蛋白质工程生产干扰素的过程仍然遵循中心法则，B错误；由于基因指导蛋白质的合成，因此对天然干扰素的改造须通过对基因的操作来实现，C正确；蛋白质空间结构复杂是蛋白质工程实施难度大的重要原因，D正确。
二、非选择题
11．水蛭是我国的传统中药材，主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构，提高其抗凝血活性。回答下列问题：
(1)蛋白质工程流程如图所示，物质a是________，物质b是________。在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是__________________。
(2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有______________________、____________________和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是______________________________________________________________________
__________________________。
(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性，结果如图所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的___________
(填“种类”或“含量”)有关，导致其活性不同的原因是______________________________
____________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异，简要写出实验设计思路：_____________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)据题图分析可知，物质a是氨基酸序列多肽链，物质b是mRNA。在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是密码子的简并性，即一种氨基酸可能有几种密码子。(2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有从基因文库中获取目的基因、通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是DNA双链复制。(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，据图可知，水解产物中的肽含量随着酶解时间的延长均上升，且差别不大；而抗凝血活性有差异，经酶甲处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后相对稳定，经酶乙处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后下降，且酶甲处理后的酶解产物的抗凝血活性最终高于经酶乙处理后的酶解产物的抗凝血活性，差异明显，据此推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的种类有关，导致其活性不同的原因是提取的水蛭蛋白的酶解时间和酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏。(4)实验设计思路见答案。
答案：(1)氨基酸序列多肽链 mRNA 密码子的简并性 (2)从基因文库中获取目的基因 通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成 DNA双链复制 (3)种类 提取的水蛭蛋白的酶解时间和处理的酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏 (4)取3支试管，分别加入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素；用酒精消毒，用注射器取同一只动物(如家兔)的血液，立即将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，静置相同时间，统计三支试管中血液凝固情况
[教师备选题]
1．蛋白质工程是利用基因工程的方法对蛋白质进行改造，下列各项措施中，错误的是( )
A．根据氨基酸的性质和特点，设计并制造出自然界不存在的全新蛋白质
B．在蛋白质分子中替代某一个肽段或一个特定的结构区域
C．通过基因工程中定点诱变技术，有目的地改造蛋白质分子中某些活性部位的一个或几个氨基酸，以改善蛋白质的性质和功能
D．利用化学合成的方法对蛋白质分子的某一氨基酸进行修饰，以改善蛋白质的性质和功能
解析：选D 蛋白质工程能根据氨基酸的性质和特点，设计并制造出自然界不存在的全新蛋白质，A正确；蛋白质工程能实现在蛋白质分子中替代某一个肽段或一个特定的结构区域，B正确；蛋白质工程利用基因工程的手段，按照人类自身的需要，通过定点诱变技术，有目的地改造蛋白质分子中某些活性部位的一个或几个氨基酸，以改善蛋白质的性质和功能，C正确；蛋白质工程是在分子水平上对基因直接进行操作，不是直接修饰氨基酸，D错误。
2．下面是蛋白质工程的基本途径，据图分析，下列叙述错误的是( )
A．过程a所需原料是脱氧核苷酸，过程b所需原料是氨基酸
B．参与c过程的细胞器有内质网、高尔基体、线粒体等
C．若使d改造或合成的基因能表达和发挥作用，必须在基因的两端添加调控序列
D．通过蛋白质工程可以获得自然界不存在的蛋白质
解析：选A a为转录，是合成mRNA的过程，原料是核糖核苷酸，A错误；c为多肽链的加工与折叠，参与c过程的细胞器有内质网、高尔基体、线粒体等，B正确；若使d改造或合成的基因能表达和发挥作用，必须在基因的两端添加调控序列，如启动子和终止子，C正确；通过蛋白质工程可以获得自然界不存在的蛋白质，D正确。
3．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基因的途径有改造________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。
解析：(1)从题干分析可知，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后，该蛋白质的功能发生了改变。此过程是通过对构成蛋白质的氨基酸的排列顺序进行改造，改变了蛋白质的结构，从而改变了蛋白质的功能。(2)在蛋白质工程中，目的基因可以P基因序列为基础，对生物体内原有P基因进行修饰，也可以通过人工合成法合成新的P1基因。中心法则的内容如图所示：
由图可知，中心法则的全部内容包括：DNA以自身为模板进行的复制，DNA通过转录将遗传信息传递给RNA，最后RNA通过翻译将遗传信息表达成蛋白质；在某些病毒中RNA可自我复制(如烟草花叶病毒)，在某些病毒中能以RNA为模板逆转录合成DNA(如HIV)，这是对中心法则的补充。(3)蛋白质工程的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→合成DNA→表达出蛋白质，经过该过程得到的蛋白质，需要对其生物功能进行鉴定，以保证其发挥正常作用。
答案：(1)氨基酸序列(或结构)(合理即可) (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)设计蛋白质的结构 推测氨基酸序列 功能
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