資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
2025人教版生物選擇性必修3
第4節　蛋白質工程的原理和應用
　　　　 　　　　　 　　　　　
A組必備知識基礎練
1.下列各項與蛋白質工程沒有直接關系的是(　　)
A.利用各種高科技手段分析蛋白質的分子結構
B.研究并改變某種蛋白質相關基因的堿基序列
C.設計和制造自然界中沒有的蛋白質
D.將編碼牛凝乳酶的基因導入酵母菌的基因組中獲得凝乳酶
2.蛋白質工程的主要流程的正確順序是(　　)
①設計預期的蛋白質結構　②DNA改造或合成　③預期蛋白質功能　④據氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列
A.①→②→③→④
B.④→②→①→③
C.③→①→④→②
D.③→④→①→②
3.下列有關基因工程和蛋白質工程的敘述,正確的是 (　　)
A.蛋白質工程難度很大是因為對蛋白質的高級結構了解不夠
B.基因工程和蛋白質工程都可以生產自然界不存在的蛋白質
C.不同來源的DNA分子能夠拼接,其原因是所有生物共用一套遺傳密碼
D.基因工程的直接操作對象是基因,蛋白質工程的直接操作對象是蛋白質
4.下圖為蛋白質工程的流程圖,下列說法正確的是 (　　)
A.利用蛋白質工程制造出的蛋白質都是自然界本來就有的
B.蛋白質工程是一項完全擺脫基因工程技術的全新的生物工程技術
C.過程a、b分別是轉錄、翻譯
D.蛋白質工程不可能構建出一種新的基因
5.基因工程和蛋白質工程技術有很大的應用價值,可用于醫藥及其他工農業生產中。下列關于基因工程和蛋白質工程的敘述,正確的是(　　)
A.蛋白質工程的操作對象是蛋白質,不需要酶和載體作為工具
B.目的基因的檢測與鑒定是培育轉基因生物過程中的核心環節
C.基因工程操作中所用質粒都是來自細菌細胞中天然的質粒
D.PCR擴增相關目的基因時,子鏈的合成方向是5'端到3'端
6.(2024浙江湖州月考)某科學家為研究脂肪酶突變體對底物專一性的影響,將其蛋白質第356位的絲氨酸替換為纈氨酸,發現其活性降低了12倍。下列敘述錯誤的是(　　)
A.上述過程屬于蛋白質工程
B.蛋白質工程需要構建重組DNA分子
C.該過程的實質是對脂肪酶在分子水平上進行改造
D.常用化學方法直接將脂肪酶第356位的絲氨酸替換為纈氨酸
7.科研人員以某酶為核心研究材料,在其N端找到了兩個關鍵的氨基酸位點,將這兩個位點的組氨酸和脯氨酸分別替換為酪氨酸后,其熱穩定性得到了顯著提高。下列說法正確的是(　　)
A.細胞內合成改造熱穩定性蛋白質的過程不遵循中心法則
B.替換蛋白質中的氨基酸實際可通過改造基因中的堿基序列實現
C.在分子水平上,可利用PCR等技術檢測細胞內是否合成新的目的蛋白質
D.制備過程中應先獲得目標蛋白質的三維結構,再預期其生物學功能
8.已知生物體內有一種轉運蛋白Y,如果將蛋白Y中某一個氨基酸替換,改變后的蛋白Y1不但保留了蛋白Y原有的功能,而且具備了酶的催化功能。下列說法正確的是(　　)
A.蛋白質工程和基因工程的根本區別是操作對象的差異
B.可以通過對蛋白Y基因改造或人工合成獲得蛋白Y1基因
C.蛋白質工程操作過程中,不需要酶和載體
D.細胞內合成蛋白Y1與蛋白Y的過程中,遺傳信息的流向是相反的
9.科研人員利用不同算法,可依據蛋白質結構預測其功能。下列有關說法錯誤的是(　　)
A.將未知蛋白質與已知蛋白質的氨基酸序列進行對比分析可以預測蛋白質的功能
B.通過三維結構對比可以判斷兩種蛋白質是否有相似的功能
C.核苷酸序列發生突變,其編碼的蛋白質功能就會發生改變
D.可根據蛋白質結構相似程度判斷物種間親緣關系的遠近
10.胰島素可用于治療糖尿病,但胰島素注射后易在皮下堆積,需較長時間才能進入血液,進入血液后又易被分解,因此治療效果受到影響。下圖是新的速效胰島素的生產過程,回答下列問題。
(1)新的胰島素生產過程屬于　　　　　工程,該工程的操作步驟為　　　　　　　　(用圖示序號表示)。
(2)獲取新的胰島素基因除圖示方法外,還可以通過　　　　　獲得;在體外利用PCR技術對人工合成的新的胰島素基因進行擴增時,需向反應體系中加入Taq DNA聚合酶,該酶的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,作用的溫度為　　　　　。
(3)在大腸桿菌細胞中合成的新的胰島素,需通過生化制備與重折疊才具備預期的功能,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
11.賴氨酸是人體必需氨基酸之一,能促進人體發育、增強免疫功能,并有提高中樞神經組織功能的作用。某科研人員欲通過將玉米的某種蛋白酶改造成“M酶”,從而大大提高玉米種子中賴氨酸的含量,以期待培育出高賴氨酸玉米新品種。請回答下列問題。
(1)科研人員先從“提高玉米種子中賴氨酸的含量”這一功能出發,預期構建出　　　　　的結構,再推測出相對應目的基因的　　　　　　　　　　序列,最終合成“M酶”基因。
(2)科技人員獲得“M酶”基因后,常利用　　　　技術在體外將其大量擴增,此過程需要一種特殊的酶是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)“M酶”基因只有插入　　　　　　　　　　,才能確保“M酶”基因在玉米細胞中穩定遺傳。科技人員將“M酶”基因導入玉米細胞中需要借助　　　　　的運輸。
(4)依據　　　　　　　　　　　　　　　　　　的原理,可將含有“M酶”基因的玉米細胞培育成轉“M酶”基因的玉米植株。為了確保育種成功,科技人員需要通過　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,從個體水平加以鑒定。
B組能力素養提升練
12.T4溶菌酶來源于T4噬菌體,是重要的工業用酶。科學家通過一定技術使T4溶菌酶的第3位異亮氨酸變為半胱氨酸(異亮氨酸的密碼子是AUU、AUC、AUA,半胱氨酸的密碼子是UGU、UGC),于是在該半胱氨酸與第97位的半胱氨酸之間形成一個二硫鍵,從而使T4溶菌酶的耐熱性得到了提高。下列敘述正確的是(　　)
A.對T4溶菌酶的改造屬于發酵工程的范疇
B.參與新的T4溶菌酶合成的tRNA種類一定會發生改變
C.改造后的T4溶菌酶中的二硫鍵的作用類似于DNA中的氫鍵
D.上述改造通過替換T4溶菌酶DNA上的1個堿基對即可實現
13.如圖是科學家對鼠源雜交瘤抗體進行改造,生產出效果更好的鼠—人嵌合抗體的過程。下列有關說法錯誤的是(　　)
A.生產鼠—人嵌合抗體的過程屬于蛋白質工程
B.對鼠源雜交瘤抗體進行改造的難點是設計嵌合抗體的空間結構
C.對鼠源雜交瘤抗體進行改造,是通過基因定點突變技術改造基因實現的
D.鼠—人嵌合抗體的使用對人體的副作用減少
14.(2024山東濱州期末)科學家選取纖維素酶分子中若干個氨基酸位點作為改造點,結合中心法則原理,構建了“小而精”的突變體文庫,最終獲得催化效率更高的纖維素酶分子。下列說法錯誤的是 (　　)
A.改造纖維素酶分子的前提是已知纖維素酶的氨基酸序列及其空間結構
B.該過程設計出的高效纖維素酶分子可能是自然界中不存在的蛋白質
C.該過程的實質是對纖維素酶基因在分子水平上進行改造
D.纖維素酶和高效纖維素酶在細胞內合成過程中,遺傳信息的流向不同
15.蛋白質工程取得的進展向人們展示出誘人的前景,下列有關說法正確的是(　　)
A.蛋白質工程的基礎是蛋白質分子的結構規律及其與生物功能的關系
B.蛋白質工程與天然蛋白質合成的流程相同
C.蛋白質工程的實質是通過改變氨基酸的結構改變蛋白質的功能
D.當前限制蛋白質工程發展的關鍵因素是基因工程技術還不成熟
16.纖維素酶包括葡聚糖酶和葡萄糖苷酶,前者能將纖維素分解成纖維二糖。研究發現,在催化纖維素分解的過程中,葡聚糖酶的活性會下降,研究人員發現產物纖維二糖與葡聚糖酶的第248位精氨酸和第385位酪氨酸的側鏈基團發生相對作用,形成封閉結構,阻礙了纖維二糖的釋放,繼而抑制酶的活性。請回答下列問題。
(1)根據題干信息,可利用蛋白質工程來提高葡聚糖酶的活性。蛋白質工程的基本思路是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)如果要了解改造第248位精氨酸或改造第385位酪氨酸對葡聚糖酶活性所產生的作用的大小,該如何設計實驗 簡要寫出實驗設計的思路:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)利用PCR技術擴增改造后的葡聚糖酶基因,其擴增過程一般分為　　　　　　　　三步。擴增產物常通過　　　　　　　　來鑒定,若實驗結果發現出現非特異性擴增條帶,可能的原因是　　　　　　　　　　　　(答出一點即可)。
17.水蛭是我國的傳統中藥材,主要藥理成分水蛭素為水蛭蛋白中重要成分之一,具有良好的抗凝血作用。擬通過蛋白質工程改造水蛭素結構,提高其抗凝血活性。回答下列問題。
(1)蛋白質工程流程如圖所示,物質a是　　　　　　　　　　　　　　　,物質b是　　　　　　　　　　。在生產過程中,物質b可能不同,合成的蛋白質空間構象卻相同,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)蛋白質工程是基因工程的延伸,基因工程中獲取目的基因的常用方法有　　　　　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　和利用PCR技術擴增。PCR技術遵循的基本原理是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)將提取的水蛭蛋白經甲、乙兩種蛋白酶水解后,分析水解產物中的肽含量及其抗凝血活性,結果如圖所示。推測兩種處理后酶解產物的抗凝血活性差異主要與肽的　　　　　(填“種類”或“含量”)有關,導致其活性不同的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)若要比較蛋白質工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解產物和天然水蛭素的抗凝血活性差異,簡要寫出實驗設計思路。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
第3章　第4節　蛋白質工程的原理和應用
1.D　將編碼牛凝乳酶的基因導入酵母菌的基因組中獲得凝乳酶是基因工程的成果,與蛋白質工程沒有直接關系,D項符合題意。
2.C　蛋白質工程的基本流程:③預期蛋白質功能→①設計預期的蛋白質結構→④據氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列→②DNA改造或合成。
3.A　蛋白質的空間結構復雜,蛋白質工程難度很大是因為對蛋白質的高級結構了解不夠,A項正確;基因工程可生產自然界已有的蛋白質,蛋白質工程可生產自然界中不存在的蛋白質,B項錯誤;不同來源的DNA分子能夠拼接,其原因是不同來源的DNA分子具有相同的結構及遵循堿基互補配對原則,C項錯誤;蛋白質工程的直接操作對象仍然是基因,D項錯誤。
4.C　基因工程原則上只能生產自然界已經存在的蛋白質,蛋白質工程可以生產自然界不存在的蛋白質,A項錯誤;蛋白質工程是在基因工程的基礎上延伸出來的第二代基因工程,B項錯誤;據圖可知,過程a、b分別是轉錄、翻譯,C項正確;蛋白質工程可根據預期蛋白質的結構構建出一種全新的基因,D項錯誤。
5.D　蛋白質工程的操作對象是基因,需要酶和載體作為工具,A項錯誤;基因表達載體的構建是培育轉基因生物過程中的核心環節,B項錯誤;基因工程操作中所用質粒是經人工改造后的質粒,C項錯誤;PCR擴增目的基因時,合成DNA子鏈的方向是從5'端到3'端,D項正確。
6.D　蛋白質工程不是直接對氨基酸進行替換,主要流程是:預期蛋白質功能→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到對應的脫氧核苷酸序列(基因)→獲得所需要的蛋白質,最終還是回到基因工程上來解決蛋白質的合成,D項錯誤。
7.B　細胞內蛋白質的合成過程都遵循中心法則,A項錯誤;蛋白質是DNA經過轉錄、翻譯得到的,所以替換蛋白質中的氨基酸實際可通過改造基因中的堿基序列實現,B項正確;PCR等技術能檢測目的基因是否導入細胞或是否轉錄,檢測細胞內是否合成新的蛋白質可使用抗原─抗體雜交法,C項錯誤;制備過程中要先預期目標蛋白質的生物學功能,再設計獲得該蛋白質的三維結構,D項錯誤。
8.B　蛋白質工程和基因工程的根本區別是蛋白質工程可制造出自然界沒有的蛋白質,A項錯誤;蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規律及其與生物功能的關系作為基礎,通過改造或合成基因,對現有蛋白質進行改造,或制造一種新的蛋白質,因此可以通過對蛋白Y基因改造或人工合成獲得蛋白Y1基因,B項正確;蛋白質工程操作過程中,需要酶和載體作為工具,C項錯誤;細胞內合成蛋白Y1與蛋白Y的過程中,遺傳信息的流向是相同的,D項錯誤。
9.C　蛋白質的功能主要由其三維結構決定,而其三維結構與氨基酸序列有關,所以將未知蛋白質與已知蛋白質的氨基酸序列進行對比分析可以預測蛋白質的功能,A項正確;蛋白質的功能主要由其三維結構決定,所以通過三維結構對比可以判斷兩種蛋白質是否有相似的功能,B項正確;由于密碼子的簡并,核苷酸序列發生突變,其編碼的蛋白質功能不一定發生改變,C項錯誤;蛋白質結構相似程度越高,生物之間的相似性越大,親緣關系越近,因此可根據蛋白質結構相似程度判斷物種間親緣關系的遠近,D項正確。
10.答案 (1)蛋白質　④→⑤→①→②→③
(2)基因改造　以DNA為模板,根據堿基互補配對原則,將脫氧核苷酸逐個加到引物上延伸DNA分子,從而形成一條子鏈DNA　72 ℃左右
(3)大腸桿菌是原核生物,沒有內質網和高爾基體,不能對蛋白質進行加工
解析 (1)新的胰島素生產過程屬于蛋白質工程,圖中所示該工程的操作步驟為④→⑤→①→②→③。(2)獲取新的胰島素基因除圖示的人工合成方法外,還可以通過基因改造獲得;在體外利用PCR技術對人工合成的新的胰島素基因進行擴增時,需向反應體系中加入Taq DNA聚合酶,該酶是耐高溫的DNA聚合酶,其作用是以DNA為模板,根據堿基互補配對原則,將脫氧核苷酸逐個加到引物上延伸DNA分子,從而形成一條子鏈DNA。Taq DNA聚合酶作用的溫度為72 ℃左右。(3)在大腸桿菌細胞中合成的新的胰島素,需通過生化制備與重折疊才具備預期的功能,原因是大腸桿菌是原核生物,沒有內質網和高爾基體,不能對蛋白質進行加工,因此得到的人胰島素需要體外加工才具有生物活性。
11.答案 (1)“M酶”　脫氧核苷酸
(2)PCR　耐高溫的DNA聚合酶(Taq DNA聚合酶)
(3)玉米細胞的染色體DNA中　載體
(4)植物細胞具有全能性　測定玉米種子中賴氨酸的含量
12.C　對蛋白質分子的設計和改造是通過蛋白質工程來實現的,故對T4溶菌酶的改造屬于蛋白質工程的范疇,A項錯誤;改造前組成T4溶菌酶的氨基酸中就含有異亮氨酸和半胱氨酸,改造后組成T4溶菌酶的氨基酸中仍可能含有異亮氨酸和半胱氨酸,因此參與其合成的tRNA種類可能不變,B項錯誤;改造后的T4溶菌酶多了一個二硫鍵,二硫鍵使T4溶菌酶的耐熱性提高,DNA分子中氫鍵越多,熱穩定性越強,二者的作用類似,C項正確;要將T4溶菌酶的異亮氨酸變為半胱氨酸,只改變一個氨基酸,發生的是堿基的替換,兩種氨基酸最接近的密碼子是AUU和UGU,或AUC和UGC,相差兩個堿基,由于DNA是雙鏈結構,故對應的DNA上的堿基至少要替換2個堿基對,D項錯誤。
13.C　對鼠源雜交瘤抗體進行改造,首先要根據預期嵌合抗體功能,設計嵌合抗體結構,然后通過基因拼接,將鼠源抗體基因改造成鼠—人嵌合抗體基因,最后導入鼠淋巴細胞中表達,而不是通過基因定點突變技術改造基因實現的,C項錯誤。
14.D　改造纖維素酶分子屬于蛋白質工程,其前提是已知纖維素酶的氨基酸序列及其空間結構,以便推測相應的脫氧核苷酸序列,A項正確;該過程設計出的高效纖維素酶分子可能是自然界中不存在的蛋白質,B項正確;蛋白質過程的實質是對纖維素酶基因在分子水平上進行改造,C項正確;纖維素酶和高效纖維素酶在細胞內合成過程中,遺傳信息的流向是相同的,D項錯誤。
15.A　蛋白質工程的流程:預期蛋白質功能→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到相對應的脫氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質,這和天然蛋白質合成的流程不完全相同,B項錯誤;蛋白質工程的實質是通過改變基因的結構改變蛋白質的功能,C項錯誤;當前限制蛋白質工程發展的關鍵因素是對蛋白質的高級結構了解不夠,D項錯誤。
16.答案 (1)從預期的蛋白質功能出發→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到并改變相應的脫氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質
(2)依次對第248位精氨酸或第385位酪氨酸進行改造,通過與兩種氨基酸都存在時的葡聚糖酶活性進行比較,來推測改造的氨基酸對葡聚糖酶活性的影響,進而判斷每個氨基酸作用的相對大小
(3)變性、復性、延伸　瓊脂糖凝膠電泳　引物特異性不高
17.答案 (1)多肽鏈　mRNA　密碼子的簡并
(2)從基因文庫中獲取　通過DNA合成儀用化學方法直接人工合成　DNA半保留復制
(3)種類　提取的水蛭蛋白的酶解時間和處理的酶的種類不同,導致水蛭蛋白的空間結構遭到不同程度的破壞
(4)取3支試管,分別加入等量的蛋白質工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解產物和天然水蛭素;用酒精消毒,用注射器取同一種動物(如家兔)血液,立即將等量的血液加入1、2、3號三支試管中,靜置相同時間,統計三支試管中血液凝固時間
解析 (3)將提取的水蛭蛋白經甲、乙兩種蛋白酶水解后,據題圖可知,水解產物中的肽含量隨著酶解時間的延長均上升,且差別不大。水解產物中抗凝血活性有差異,經酶甲處理后,隨著酶解時間的延長,抗凝血活性先上升后保持相對穩定;經酶乙處理后,隨著酶解時間的延長,抗凝血活性先上升后下降。經酶甲處理后的酶解產物的抗凝血活性最終高于經酶乙處理后的酶解產物的抗凝血活性,且差異明顯。據此推測,兩種酶處理后酶解產物的抗凝血活性差異主要與肽的種類有關,導致其活性不同的原因是提取的水蛭蛋白的酶解時間和酶的種類不同,導致水蛭蛋白的空間結構遭到不同程度的破壞。
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
21世紀教育網(www.21cnjy.com)

展開更多......

收起↑