2020年人教版高中生物选修三课下提能：专题1　1-4　蛋白质工程的崛起

2020年人教版高中生物选修三课下提能：专题1　1-4　蛋白质工程的崛起

专题 1 基因工程 1.4 蛋白质工程的崛起 课下提能 一、选择题 1．下列有关蛋白质工程的叙述错误的是( ) A．蛋白质工程可合成自然界不存在的蛋白质 B．蛋白质工程可对酶的催化活性、抗氧化性、热变性等加以改变 C．蛋白质工程通过对基因的修饰或合成来实现对蛋白质的改造 D．蛋白质工程成功率低的原因主要是蛋白质种类太少，原料不足 解析：选 D 蛋白质工程可合成自然界不存在的蛋白质，A 正确；蛋白质工 程可对酶的催化活性、抗氧化性、热变性等加以改变，B 正确；蛋白质工程是通 过对基因的修饰或合成来实现对蛋白质的改造的，C 正确；蛋白质工程成功率低 的原因主要是对蛋白质的空间结构了解过少，D 错误。 2．(2019·衡水期中)下列哪项不是蛋白质工程中的蛋白质分子设计( ) A．对已知结构的蛋白质进行少数氨基酸的替换 B．对不同来源的蛋白质分子进行拼接组装 C．从氨基酸的排列顺序开始设计全新蛋白质 D．设计控制蛋白质合成的基因中的核苷酸序列 解析：选 B 对已知结构的蛋白质进行少数氨基酸的替换，属于蛋白质工程 中的分子设计，A 正确；对不同来源的蛋白质分子进行拼接组装不属于蛋白质工 程，B 错误；从氨基酸的排列顺序开始设计全新蛋白质，属于蛋白质工程的基本 途径，C 正确；根据预期的蛋白质的功能设计控制蛋白质合成的基因中的核苷酸 序列，属于蛋白质工程的分子设计，D 正确。 3．(2019·莆田期中)某种微生物合成的蛋白酶与人体消化液中的蛋白酶的结 构和功能很相似，只是其热稳定性较差，进入人体后容易失效。现要将此酶开发 成一种片剂，用于临床治疗消化不良，最佳方案是( ) A．替换此酶中的少数氨基酸，以改善其热稳定性 B．将此酶与人蛋白酶进行拼接，形成新的蛋白酶 C．重新设计与创造一种蛋白酶 D．减少此酶在片剂中的含量 解析：选 A 要想使蛋白酶热稳定性有所提高，就要改变蛋白质的结构，解 决此类问题的方法一般是将蛋白质中的个别氨基酸进行替换。 4．(2019·西安期中)从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性 和溶血性均较强的多肽 P1。目前在 P1 的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽 药物，首先要做的是( ) A．合成编码目的肽的 DNA 片段 B．构建含目的肽 DNA 片段的表达载体 C．依据 P1 氨基酸序列设计多条模拟肽 D．筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽 解析：选 C 根据题意，要在 P1 的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽 药物，应利用蛋白质工程，首先要做的是依据 P1 氨基酸序列设计多条模拟肽， 然后筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽，根据目的肽合成编码目的肽的 DNA 片段作为目的基因，最后利用基因工程技术获取该目的肽。 5．下列关于基因工程药物与蛋白质工程药物的说法正确的是( ) A．都与天然产物完全相同 B．都与天然产物完全不相同 C．基因工程药物与天然产物一般相同，蛋白质工程药物与天然产物可不相 同 D．基因工程药物与天然产物不相同，蛋白质工程药物与天然产物完全相同 解析：选 C 基因工程合成的药物与天然产物一般相同，而蛋白质工程可以 合成出自然界不存在的蛋白质，即与天然产物可不相同。 6．(2019·济南期末)科学家将β干扰素基因进行定点突变后导入大肠杆菌表 达，使β干扰素第 17 位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高了β干扰素的 抗病性，并且提高了储存稳定性，该生物技术为( ) A．基因工程 B．蛋白质工程 C．基因突变 D．细胞工程 解析：选 B 基因工程是通过对基因的操作，将符合人们需要的目的基因导 入适宜的生物体，原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，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，以满足人类的生产或生活需要。 本题中合成的β干扰素是基因定点突变后的表达产物，不是天然的，因此属于蛋 白质工程。 7．蛋白质工程的基本流程是( ) A．基因→表达→形成特定氨基酸序列的多肽链→形成具有高级结构的蛋白 质→行使生物功能 B．对蛋白质进行分子设计→改造蛋白质分子→行使功能 C．预期的蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→ 找到相应的脱氧核苷酸序列 D．预期的蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→ 合成相应 mRNA 解析：选 C 蛋白质工程的基本流程为：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→找到相对应的脱氧核苷酸序列(基 因)。 8．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 解析：选 B 改造基因的操作易于进行，且改造后的基因能够遗传给子代， 所以对蛋白质结构的设计改造可通过基因修饰或合成来完成。 9．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。为了使猪胰岛素可用于治疗人类糖尿病，可用蛋白质工程 进行蛋白质分子设计，最佳方案是( ) A．对猪胰岛素进行一个氨基酸的替换 B．将猪胰岛素和人胰岛素进行拼接组成新的胰岛素 C．将猪胰岛素和人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出一种全新的胰岛素 解析：选 A 由于猪胰岛素分子中只有一个氨基酸与人胰岛素不同，所以在 蛋白质工程中设计蛋白质分子结构时，只要替换这一个不同的氨基酸即可。虽然 根据人胰岛素分子的结构设计一种全新的胰岛素也可以用于临床治疗，但在分子 设计和胰岛素的生产方面都存在很多困难，所以不是最佳方案。 10．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，不正确的是( ) A．胰岛素的本质是蛋白质，不宜口服使用 B．可通过测定 DNA 的序列确定突变是否成功 C．对胰岛素结构的改造属于蛋白质工程 D．该过程的操作对象是胰岛素分子 解析：选 D 胰岛素的本质是蛋白质，只能注射，不宜口服使用，A 正确； 可通过测定 DNA 的序列确定突变是否成功，B 正确；对胰岛素结构的改造属于 蛋白质工程，C 正确；蛋白质工程的操作对象是基因，D 错误。 11．(2019·六区联考)在研究溶菌酶时，科研人员通过蛋白质工程来设计改变 酶的构象，得到了多种突变酶，并测得 50%的酶发生变性时的温度(Tm)，部分结 果见下表。有关叙述正确的是( ) 酶 半胱氨酸(Cys)的位置和数目 二硫键数目 Tm/℃ 野生型 T4 溶菌酶 Cys51，Cys97 无 41.9 突变酶 C Cys21，Cys143 1 52.9 突变酶 F Cys3，Cys9，Cys21，Cys142，Cys164 2 65.5 注：Cys 上角的数字表示半胱氨酸在肽链的位置。 A．突变酶的出现是基因突变的结果 B．突变酶 F 的最适温度为 65.5 ℃ C．溶菌酶热稳定性的提高可能与空间结构的改变有关 D．溶菌酶热稳定性的提高，是通过改变半胱氨酸的位置实现的 解析：选 C 由题意知，突变酶是蛋白质工程形成的，与基因突变无关，A 错误；突变酶 F 50%的酶发生变性时的温度是 65.5 ℃，B 错误；改变溶菌酶的构 象，酶变性的温度发生改变，即酶的稳定性改变，因此溶菌酶热稳定性的提高可 能与空间结构的改变有关，C 正确；溶菌酶热稳定性的提高，是通过增加二硫键 的数量实现的，D 错误。 12．为了增加菊花花色类型，研究者从其他植物中克隆出花色基因 C(图 1)， 拟将其与质粒(图 2)重组，再借助农杆菌导入菊花中。 下列操作与实验目的不符的是( ) A．用限制性核酸内切酶 EcoRⅠ和连接酶构建重组质粒 B．用含 C 基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织，将 C 基因导入细胞 C．在培养基中添加卡那霉素，筛选被转化的菊花细胞 D．用分子杂交方法检测 C 基因是否整合到菊花染色体上 解析：选 C 目的基因 C 和质粒都有可被 EcoRⅠ切割的酶切位点，另外需 要 DNA 连接酶将目的基因和质粒连接起来，A 正确；愈伤组织全能性较高，是 理想的植物受体细胞，将目的基因导入双子叶植物受体细胞的方法通常为农杆菌 转化法，B 正确；质粒中含有潮霉素抗性基因，因此选择培养基中应该加入潮霉 素，C 错误；使用分子杂交方法可检测目的基因是否整合到植物受体细胞染色体 上，D 正确。 二、非选择题 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。 解析：(1)对蛋白质的氨基酸序列(或结构)进行改造，可达到改变蛋白质的功 能的目的。(2)以 P 基因序列为基础，获得 P1 基因，可以对 P 基因进行修饰改造， 也 可 以 用 人 工 方 法 合 成 P1 基 因 ； 中 心 法 则 的 全 部 内 容 包 括 ，即：DNA 和 RNA 的复制、DNA→RNA、 RNA→DNA、RNA→蛋白质(或复制、转录、逆转录、翻译)。(3)蛋白质工程的 基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过设计蛋白质结构和推测氨基酸序列，找 到相对应的脱氧核苷酸序列，并获取基因。经表达、纯化获得的蛋白质，之后还 要对其进行生物功能鉴定。 答案：(1)氨基酸序列(或结构)(其他答案合理也可) (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 14．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，就可在－ 70 ℃条件下保存半年，给广大患者带来福音。 (1)蛋白质的合成是受基因控制的，因此获得能够控制合成“可以保存的干 扰素”的基因是生产的关键，依据蛋白质工程原理，设计实验流程，让动物生产 “可以保存的干扰素”：蛋白质工程的基本途径是__________________→设计预 期蛋白质的结构→推测应有的氨基酸序列→____________________________。 (2)基因工程和蛋白质工程相比较，基因工程在原则上只能生产_________的 蛋白质，不一定符合______________的需要；而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______________，对__________ 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需要。 (3)蛋白质工程实施的难度很大，原因是蛋白质具有十分复杂的________结 构。 (4)从设计流程可以看出，蛋白质工程的基本途径与中心法则是________的。 解析：(1)蛋白质工程的基本途径是：预期蛋白质的功能→设计预期蛋白质 的结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列。(2)基因工程 和蛋白质工程相比较，基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，不一 定符合人类生产生活需要；而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，通过基因的修饰或合成，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需要。(3)由于蛋白质具有十分复杂 的高级结构，所以蛋白质工程实施的难度很大。(4)蛋白质工程的基本途径与中 心法则是相反的。 答案：(1)预期蛋白质的功能 找到相对应的脱氧核苷酸序列 (2)自然界已 存在 人类生产生活 基因的修饰或合成 现有蛋白质 (3)高级 (4)相反 15．蛋白质工程是指人们根据对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进 行分子设计、生产的过程。下图是蛋白质工程的基本途径，请回答下列有关问题。 (1)图中③过程的主要依据是每种氨基酸都有与其对应的________，后者位 于________分子上，其上的核糖核苷酸序列与基因中的脱氧核苷酸序列之间存在 着______________关系。 (2)通过③过程获得的脱氧核苷酸序列不是完整的基因，要使这一序列能够 表达、发挥作用，还必须在序列的上、下游加上________和________，在这个过 程中需要__________酶的参与。 (3)完成④过程需要涉及____________技术。 解析：(1)氨基酸由 mRNA 上的密码子直接决定，而 mRNA 是以 DNA 的一 条链为模板，按照碱基互补配对原则转录而来的。(2)基因要能表达，就要构建 基因表达载体，基因表达载体的组成包括启动子、终止子等，构建基因表达载体 需要 DNA 连接酶，从而将不同的 DNA 片段连接起来。(3)推测出相应基因中脱 氧核苷酸序列后，可对原有基因进行改造或人工合成新基因，然后将该基因导入 受体细胞，以生产大量的基因产物，故完成④过程需要涉及基因工程技术。 答案：(1)密码子 mRNA 碱基互补配对 (2)启动子 终止子 DNA 连接 (3)基因工程