2019-2020学年人教版生物选修三同步导练课时作业4　蛋白质工程的崛起

2019-2020学年人教版生物选修三同步导练课时作业4　蛋白质工程的崛起

课时作业 4 蛋白质工程的崛起 一、选择题 1．下列对物质的改造不属于蛋白质工程范畴的是( ) A．胰岛素改造 B．抗体改造 C．酶的改造 D．性激素改造 解析：蛋白质工程是通过改造基因来改造蛋白质，生产自然界中 原不存在的蛋白质，性激素不是蛋白质。 答案：D 2．下列不属于蛋白质工程成果的是( ) A．改造酶的结构，提高酶的热稳定性 B．生产出鼠—人嵌合抗体 C．将 tPA 分子中的天门冬酰胺替换为谷氨酰胺 D．将人的胰岛素基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素 解析：将人的胰岛素基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素属于基 因工程的成果。 答案：D 3．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， 其结果产生的蛋白质( ) A．氨基酸种类增多 B．氨基酸种类减少 C．仍为天然存在的蛋白质 D．可合成天然不存在的蛋白质 解析：蛋白质工程可根据蛋白质结构与生物活性及功能的关系， 利用基因工程手段，按人类需要定向改造天然存在的蛋白质，从而形 成与自然界存在的蛋白质不同甚至创造自然界根本就没有的符合人们 需求的蛋白质分子。 答案：D 4．下列关于蛋白质工程的说法，错误的是( ) A．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 B．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定 向改变分子的结构 C．蛋白质工程能产生自然界中不曾存在的新型蛋白质分子 D．蛋白质工程与基因工程密不可分，又称为第二代基因工程 解析：蛋白质工程被称为第二代基因工程，是对基因结构进行相 应地改造，从而产生新的蛋白质，对蛋白质直接改造，改造后不能够 遗传，也不能大量生产。 答案：B 5．蛋白质工程的基本流程正确的是( ) ①蛋白质分子结构设计 ②DNA 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→③ C．③→①→④→② D．③→④→①→② 解析：蛋白质工程的基本流程：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→据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列(基因)→DNA 合成， 最终还是回到基因工程上来解决蛋白质的合成。因此，蛋白质工程的 基本流程正确的是③→①→④→②。 答案：C 6．蛋白质工程的实质是( ) A．改造蛋白质 B．改造 mRNA C．改造基因 D．改造氨基酸 解析：蛋白质工程的目的是获取人类需要的蛋白质，由于蛋白质 的合成是受基因控制的，因此对蛋白质结构进行设计改造，最终通过 改造基因来实现。 答案：C 7．蛋白质工程中，直接进行操作改造的是( ) A．氨基酸结构 B．蛋白质的空间结构 C．肽链结构 D．基因结构 解析：蛋白质工程是通过改造基因的结构实现的，原因有两个： ①任何一种天然的蛋白质都是由基因决定的，改造了基因即对蛋白质 进行改造，而且改造过的蛋白质可以遗传；②对基因进行改造比对蛋 白质直接改造要容易操作，难度要小得多。 答案：D 8．下列不是蛋白质工程的研究内容的一项是( ) A．分析蛋白质分子的精细结构 B．对蛋白质进行有目的的改造 C．分析氨基酸的化学组成 D．按照人的意愿将天然蛋白质改造成新的蛋白质 解析：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 项正确；蛋白质工程通过修改基因或创造合成新基因 来对蛋白质进行有目的的改造，B 项正确；蛋白质工程分析、设计蛋 白质分子不分析氨基酸的化学组成，C 项错误；按照人的意愿将天然 蛋白质改造成新的蛋白质，D 项正确。 答案：C 9．下列关于蛋白质工程说法不正确的是( ) A．蛋白质工程能将人抗体某些区段替代鼠单克隆抗体的区段， 降低鼠单克隆抗体免疫原性 B．蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热 变性等加以改变 C．理论上通过对关键氨基酸的置换与增删是进行蛋白质工程的 唯一方法 D．蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要 解析：蛋白质工程的类型主要有两种：一是从头设计，即完全按 照人的意志设计合成蛋白质；二是定位突变与局部修饰，即在已有的 蛋白质基础上，只进行局部的修饰，通过造成一个或几个碱基定位突 变，以达到修饰蛋白质分子结构的目的，A 项正确。蛋白质工程可以 在已有的蛋白质基础上，只进行局部的修饰，通过造成一个或几个碱 基定位突变，以达到修饰蛋白质分子结构的目的，蛋白质工程可对酶 的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性等加以改变，B 项正确。 蛋白质工程是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，C 项错误。蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基 础理论研究的需要，D 项正确。 答案：C 10．蛋白质工程目前成功的是( ) A．对胰岛素进行改造，生产速效型药品 B．蛋白质工程应用于微电子方面 C．体外耐保存的干扰素 D．用蛋白质工程生产赖氨酸玉米 解析：A 项已经实现，B、C、D 三项目前尚未实现，只是蛋白质 工程的发展前景，有待进一步研究和设计。 答案：A 二、综合题 11．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℃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”(请填写)。 ――→设计 ――→推测 ――→合成 (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，不一定符合人类生产和生活的需要。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________________或__________________，对现有蛋白质进 行________________，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)对天然蛋白质进行改造，应该直接对蛋白质分子进行操作，还 是通过对基因的操作来实现？___________________________。原因是 ______________________________________。 解析：基因工程遵循中心法则，从 DNA→mRNA→蛋白质折叠产 生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。蛋白质工程是按照以 下思路进行的：确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质 应具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→应有的碱基排列→创造出自 然界不存在的蛋白质。 答案：(1)预期蛋白质的功能 蛋白质三维结构 应有的氨基酸序 列 相应的脱氧核苷酸序列(基因) (2)自然界已存在 基因修饰 基因合成 改造 (3)空间(或高级) (4)对基因的操作来实现 基因控制蛋白质的合成，并且基因能遗 传给下一代 12．绿色荧光蛋白(GFP)能在蓝光或紫外光的激发下发出荧光，这 样借助 GFP 发出的荧光就可以跟踪蛋白质在细胞内部的移动情况，帮 助推断蛋白质的功能。下面为我国首例绿色荧光蛋白(GFP)转基因克 隆猪的培育过程示意图，据图回答： (1)图中通过过程①、②形成重组质粒，需要限制酶切取目的基因、 切割质粒。限制酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制酶Ⅱ 的识别序列和切点是—↓GATC—。在质粒上有酶Ⅰ的 1 个切点，在 目的基因的两侧各有 1 个酶Ⅱ的切点。 ①请画出质粒被限制酶Ⅰ切割后形成黏性末端的过程。 ________________________________________________________ ________________。 ②在 DNA 连接酶的作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的 黏 性 末 端 ________( 填 “ 能 ” 或 “ 不 能 ”) 连 接 起 来 ， 理 由 是 ___________________________________________________。 (2)过程③将重组质粒导入猪胎儿成纤维细胞时，采用最多也最有 效的方法是________________。 (3)如果将切取的 GFP 基因与抑制小猪抗原表达的基因一起构建 到载体上，GFP 基因可以作为基因表达载体上的标记基因，其作用是 ________________________________________。获得的转基因克隆猪， 可以解决的医学难题是____________________________________。 (4)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：________(用序号表示)。 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 ③蓝色荧光蛋白基因的修饰(合成) ④表达出蓝色荧光蛋白 解析：(1)①书写要关注 DNA 序列与限制酶识别序列的区别，不 要遗漏了酶和黏性末端的正确表达。②由于两种限制酶切割形成的黏 性末端是相同的，可以互补配对，因此可用 DNA 连接酶进行相互“缝 合”。(2)基因工程中目的基因导入动物细胞的方法是显微注射法。(3) 基因表达载体上标记基因的作用是为了鉴定受体细胞中是否含有目的 基因；获得转基因猪，可以解决医学上供体器官不足和免疫排斥问题。 (4)蛋白质工程正确的操作过程是②①③④。 答案：(1)①(只写出切割后形成的部分即可) —G↓GATC C— —C CTAG↑G— ――→用酶Ⅰ切割 —G —CCTAG GATCC— G— ②能 因为由两种不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的 (或是可以互补的) (2)显微注射法 (3)鉴定受体细胞中是否含有目的基因 供体器官不足和免疫排 斥 (4)②①③④ 13．胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射入人体后， 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。下面是用蛋白质工程设计的 速效胰岛素的生产过程，请据图回答下面有关问题。 (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 ____________________________________________________________ ______________________________________________________。 解析：本题主要考查蛋白质工程的知识。(1)蛋白质工程的目的是 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 胞中才能表达。(3)利用蛋白质工程生产自然界原本不存在的蛋白质， 需对原有的蛋白质进行改造。根据新的胰岛素中氨基酸序列推测出其 基因中的脱氧核苷酸序列，人工合成新的胰岛素基因，形成目的基因， 改造好的目的基因需通过基因工程来生产基因产物，并且在生产过程 中要借助工程菌，所以还需要进行发酵，因此该过程涉及蛋白质工程、 基因工程和发酵工程。(4)由新的蛋白质模型到构建新的基因，其基本 设计思路是根据新的蛋白质中氨基酸的序列，推测出基因中的脱氧核 苷酸序列，然后用 DNA 合成仪直接合成新的基因。 答案：(1)蛋白质的预期功能 (2)载体 大肠杆菌等受体细胞 (3)蛋白质工程 基因工程 (4)根据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，然后利用 DNA 合成仪来合成新的胰岛素基因 14．材料：干扰素是人或动物细胞受到病原微生物的诱导刺激后 产生的蛋白质，它作用于邻近的细胞，能使之产生一类能干扰和抑制 病原微生物的复制，使自身免受伤害的蛋白质。干扰素不具有特异性， 能用于病毒性疾病及恶性肿瘤的治疗。干扰素过去只能从人的血液中 提取，每 300 mL 人血才能提取 1 mg，因而价格十分昂贵。科学家们 把能产生干扰素的人细胞与鼠细胞融合成人－鼠杂种细胞，这种杂种 细胞在培养液中能进行分裂，也能合成干扰素，但随着分裂的进行， 杂种细胞会逐步“丢失”人细胞染色体。如果丢失了人的某条染色体 后，杂种细胞便不再产生干扰素，或者杂种细胞中除了鼠的全套染色 体外只剩下一条人的染色体仍能产生干扰素，那么即可将干扰素基因 定位于该染色体上。通过这种方法，科学家们知道了控制干扰素合成 的基因定位于人的第 5 号染色体上。科学家们利用特殊的“剪 刀”——限制性核酸内切酶将其剪下，插到适当的载体上，再将这种 重组体导入大肠杆菌或酵母菌，进行培养后就可以获得大量与人细胞 所产生的一样的干扰素。利用这种基因工程方法产生干扰素，每公斤 微生物培养物可得到 20～40 mg。价格可望下降到只有原来的 1/150。 图示如下： 根据以上材料，结合你学过的生物知识，回答下列问题： (1)下列有关干扰素的叙述，不正确的是( ) A．干扰素不能直接对病原微生物起抑制作用 B．由于干扰素不具有特异性，故能治疗所有恶性肿瘤 C．产生干扰素的细胞是被病原微生物侵袭过的细胞 D．人及其他动物能产生干扰素来保护邻近细胞的事实说明了生 物体是一个统一的整体 (2) 文 中 所 指 的 “ 载 体 ” 名 称 是 __________________ ， 由 __________________提供。 (3)医学上干扰素一般制成________________(针剂、口服的药丸)， 保 存 的 条 件 是 __________________ ， 其 理 由 是 ______________________。 (4)知道了干扰素的氨基酸排列顺序，也可以人工合成干扰素基 因，简述其合成原理：____________________。 (5)大肠杆菌等微生物是基因工程最早的突破口和最常用的实验 材料，这是因为： ① 大 肠 杆 菌 结 构 ____________ ， 容 易 从 体 内 取 出 和 导 入 __________________； ②大肠杆菌繁殖____________，产量大，成本低。 (6)大肠杆菌(基因工程菌)生产人干扰素的原理是：“目的基因”与 大肠杆菌的 DNA 分子结合，并在大肠杆菌分裂时随大肠杆菌的 DNA 一起复制，形成带有“目的基因”的新大肠杆菌菌株，使大肠杆菌在 “目的基因”的控制下合成相应蛋白质——人的干扰素。 ①图中的大肠杆菌 b 不同于大肠杆菌 a 的特点是 b 含有________， 这种变异属于可遗传变异类型中的________。 ②“目的基因”能在大肠杆菌内表达其功能，说明人和大肠杆菌 共用一套________________，也说明人和大肠杆菌之间有一定的 ________________。 答案：(1)B (2)质粒 大肠杆菌 (3)针剂 低温避光 干扰素是蛋白质，如制成口服药丸会在胃肠 中被水解成氨基酸。高温、强光下保存会使蛋白质结构变性，失去生 理活性。 (4)根据干扰素的氨基酸排列顺序和遗传密码表，确定信使 RNA 上的碱基序列，然后根据碱基互补配对的原则确定 DNA 的碱基对排 列顺序，以此为蓝图合成干扰素基因。 (5)①简单 基因(DNA 片段) ②速度快 (6)①目的基因 基因重组 ②遗传密码 亲缘关系