2023-2024學(xué)年高中生物人教版2019選擇性必修3課后習(xí)題第3章第4節(jié)蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用

第4節(jié)蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用必備知識基礎(chǔ)練1.豬胰島素用于降低人體血糖濃度的效果并不明顯,原因是豬胰島素分子中有一個(gè)氨基酸與人的不同。為了使豬胰島素能夠用于臨床治療糖尿病,利用蛋白質(zhì)工程對豬胰島素分子設(shè)計(jì)的最佳方案是()A.對豬胰島素進(jìn)行一個(gè)不同氨基酸的替換B.將豬胰島素和人胰島素進(jìn)行拼接組成新的胰島素C.將豬和人的胰島素混合在一起治療糖尿病D.根據(jù)人的胰島素設(shè)計(jì)制造一種全新的胰島素2.(2022江蘇鹽城阜寧中學(xué)高二期中)蛋白質(zhì)工程的主要流程順序正確的是()①蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)②DNA改造或合成③預(yù)期蛋白質(zhì)功能④據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列A.①→②→③→④B.④→②→①→③C.③→①→④→②D.③→④→①→②3.(2021福建晉江一中期中)科學(xué)家為提高玉米中賴氨酸的含量,計(jì)劃將天冬氨酸激酶中第352位的蘇氨酸變?yōu)楫惲涟彼?將二氫吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺變成異亮氨酸。為此,下列操作正確的是()A.直接改造這兩種酶的空間結(jié)構(gòu)B.對指導(dǎo)這兩種酶合成的mRNA進(jìn)行改造C.利用誘變育種技術(shù)促使控制這兩種酶合成的基因突變D.利用蛋白質(zhì)工程技術(shù),對控制這兩種酶合成的基因進(jìn)行改造4.下圖為蛋白質(zhì)工程的流程圖,下列說法正確的是()A.利用蛋白質(zhì)工程制造出的蛋白質(zhì)都是自然界本來就有的B.蛋白質(zhì)工程是一項(xiàng)完全擺脫基因工程技術(shù)的全新的生物工程技術(shù)C.過程a、b分別是轉(zhuǎn)錄、翻譯D.蛋白質(zhì)工程不可能構(gòu)建出一種新的基因5.中華鱘是一種瀕危野生動物。研究者試圖通過蛋白質(zhì)工程改造中華鱘體內(nèi)的某些蛋白質(zhì),使其更加適應(yīng)現(xiàn)在的水域環(huán)境。下列有關(guān)說法不正確的是()A.蛋白質(zhì)工程可定向改變蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)B.改造蛋白質(zhì)可通過改變基因結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)C.改造后的中華鱘和現(xiàn)有中華鱘仍是同一物種D.改造后的中華鱘的后代不具有改造的蛋白質(zhì)6.下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程和基因工程的比較,錯誤的是()A.基因工程合成的是天然的蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)工程合成的不一定是天然存在的蛋白質(zhì)B.蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,最終還是要通過改造或合成基因來完成C.基因工程產(chǎn)生的變異是可遺傳的,蛋白質(zhì)工程產(chǎn)生的變異是不可遺傳的D.基因工程和蛋白質(zhì)工程都需構(gòu)建基因表達(dá)載體,都遵循中心法則7.(2021山東濰坊高二期中)新冠病毒是一種RNA病毒,極易產(chǎn)生變異,其表面刺突蛋白(S蛋白)的受體結(jié)合域(RBD)可與人體細(xì)胞表面的ACE2受體相互作用而感染細(xì)胞?？茖W(xué)家設(shè)計(jì)了一種自然界中不存在的蛋白質(zhì)LCB1,可與S蛋白的RBD緊密結(jié)合,以干擾新冠病毒的感染。下列有關(guān)說法錯誤的是()A.LCB1可以依據(jù)S蛋白的RBD進(jìn)行設(shè)計(jì)B.LCB1可能與ACE2受體的某些區(qū)域結(jié)構(gòu)類似C.LCB1可以通過細(xì)胞中原有的基因表達(dá)產(chǎn)生D.易感人群即使注射疫苗也仍然具有被感染的可能8.(2021山東師大附中高二期中)已知生物體內(nèi)有一種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白Y,由300個(gè)氨基酸組成。如果將Y中第157位的異亮氨酸變成亮氨酸,第261位的酪氨酸變成絲氨酸,改變后的蛋白質(zhì)Y1不但保留了原有Y的功能,且具備了催化活性。下列說法正確的是()A.蛋白質(zhì)工程和基因工程的根本區(qū)別是操作對象的差異B.可以通過對Y蛋白基因進(jìn)行改造或人工合成獲得Y1蛋白基因C.蛋白質(zhì)工程操作過程中,不需要酶和載體作為工具D.細(xì)胞內(nèi)合成Y1蛋白與Y蛋白的過程中,遺傳信息的流向是相反的9.(2022廣西河池高二月考)下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程應(yīng)用的敘述,不正確的是()A.蛋白質(zhì)工程實(shí)施中最大的難題是對大多數(shù)蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)不清楚B.將人的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌細(xì)胞內(nèi),使大腸桿菌產(chǎn)生人的胰島素的技術(shù)屬于蛋白質(zhì)工程C.蛋白質(zhì)工程可以改變蛋白質(zhì)的活性,實(shí)質(zhì)是通過基因修飾或基因合成來實(shí)現(xiàn)的D.蛋白質(zhì)工程可以對胰島素進(jìn)行改造和修飾,合成速效型胰島素制劑10.(2022河南南陽中學(xué)高二月考)下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的敘述,錯誤的是()A.蛋白質(zhì)工程的實(shí)質(zhì)是改造基因B.蛋白質(zhì)工程在設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)的依據(jù)是現(xiàn)有基因的脫氧核苷酸序列C.蛋白質(zhì)工程的基礎(chǔ)是基因工程D.蛋白質(zhì)工程遵循的原理包括中心法則11.(2021廣東佛山一中高二月考)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(shí)間才能進(jìn)入血液,進(jìn)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(chǎn)過程,回答下列問題。(1)新的胰島素生產(chǎn)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(shù)對人工合成的新的胰島素基因進(jìn)行擴(kuò)增時(shí),需向反應(yīng)體系中加入TaqDNA聚合酶,該酶的作用是,作用的溫度為。

(3)在大腸桿菌細(xì)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(yù)期的功能,原因是。

關(guān)鍵能力提升練12.(2021福建寧德高二期中)某生物中發(fā)現(xiàn)一種基因的表達(dá)產(chǎn)物是具有較強(qiáng)抗菌性和溶血性的多肽P1,科研人員預(yù)期在P1的基礎(chǔ)上研發(fā)抗菌性強(qiáng)但溶血性弱的蛋白質(zhì)藥物,下一步要做的是()A.構(gòu)建含目的肽DNA片段的表達(dá)載體B.合成編碼多肽P1的DNA片段C.設(shè)計(jì)抗菌性強(qiáng)但溶血性弱的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)D.利用抗原—抗體雜交的方法對表達(dá)產(chǎn)物進(jìn)行檢測13.(2022江西臨川一中高二期末)下列說法正確的是()A.可以根據(jù)某毒蛋白中的氨基酸序列推測mRNA中的核糖核苷酸序列,進(jìn)而推測出毒蛋白基因的核苷酸序列B.載體質(zhì)粒通常采用抗生素合成基因作為篩選標(biāo)記基因C.轉(zhuǎn)基因作物被動物食用后,目的基因會轉(zhuǎn)入動物體細(xì)胞中D.自然界中天然存在的噬菌體自行感染細(xì)菌后,其DNA整合到細(xì)菌DNA上屬于基因工程14.(多選)(2021山東青島期中)人體內(nèi)的tPA蛋白能高效降解由血纖維蛋白凝聚而成的血栓,然而,為心?；颊咦⑸浯髣┝康幕蚬こ蘴PA會誘發(fā)顱內(nèi)出血,其原因在于tPA與血纖維蛋白結(jié)合的特異性不高。研究證實(shí),通過某技術(shù),將tPA第84位的半胱氨酸換成絲氨酸,可制造出性能優(yōu)異的改良tPA蛋白,進(jìn)而顯著降低出血。下列相關(guān)敘述錯誤的是()A.該技術(shù)的關(guān)鍵是了解tPA蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)B.該技術(shù)生產(chǎn)改良tPA蛋白的過程不遵循中心法則C.該技術(shù)是在分子水平上直接改造蛋白質(zhì)的D.該技術(shù)構(gòu)建出了一種自然界中原先不存在的全新的基因15.科學(xué)家通過利用PCR定點(diǎn)突變技術(shù)改造Rubisco酶基因,提高了光合作用過程中Rubisco酶對CO2的親和力,從而顯著提高了植物的光合作用速率。請回答下列問題。(1)PCR過程所依據(jù)的原理是,該過程需要加入的酶是。利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因的前提是要有目的基因的一段已知核苷酸序列,以便根據(jù)這一序列合成。

(2)該技術(shù)不直接改造Rubisco酶,而通過對Rubisco酶基因進(jìn)行改造,從而實(shí)現(xiàn)對Rubisco酶的改造,其原因是。和傳統(tǒng)基因工程技術(shù)相比較,PCR定點(diǎn)突變技術(shù)在應(yīng)用方面最突出的優(yōu)點(diǎn)是,PCR定點(diǎn)突變技術(shù)屬于(填“基因工程”“細(xì)胞工程”或“蛋白質(zhì)工程”)的范疇。

(3)可利用定點(diǎn)突變的DNA構(gòu)建基因表達(dá)載體,常用將基因表達(dá)載體導(dǎo)入植物細(xì)胞,將該細(xì)胞經(jīng)植物組織培養(yǎng)技術(shù)培育成幼苗,從細(xì)胞水平分析所依據(jù)的原理是。

第4節(jié)蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用1.A解析由于豬胰島素分子中只有一個(gè)氨基酸與人的胰島素不同,所以只需替換這一個(gè)不同的氨基酸即可。雖然根據(jù)人胰島素分子設(shè)計(jì)一種全新的胰島素也可以用于臨床治療,但是在分子設(shè)計(jì)和胰島素的生產(chǎn)方面都存在很多的困難,所以并不是最佳方案。2.C解析蛋白質(zhì)工程的基本流程:③預(yù)期蛋白質(zhì)功能→①蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→④據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列→②DNA改造或合成。3.D解析蛋白質(zhì)工程的操作對象是基因,應(yīng)對控制題述兩種酶合成的基因進(jìn)行改造,D項(xiàng)正確。4.C解析基因工程原則上只能生產(chǎn)自然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)工程可以生產(chǎn)自然界中不存在的蛋白質(zhì),A項(xiàng)錯誤;蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延伸出來的第二代基因工程,B項(xiàng)錯誤;據(jù)圖可知,過程a、b分別是轉(zhuǎn)錄、翻譯,C項(xiàng)正確;蛋白質(zhì)工程中可根據(jù)預(yù)期蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)構(gòu)建出一種全新的基因,D項(xiàng)錯誤。5.D解析蛋白質(zhì)工程能按照人們的意愿定向改造蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu),使之更加符合人類的需要,A項(xiàng)正確;蛋白質(zhì)工程的實(shí)質(zhì)是通過改造或合成基因?qū)崿F(xiàn)對蛋白質(zhì)的改造,B項(xiàng)正確;改造后的中華鱘和現(xiàn)有中華鱘之間沒有產(chǎn)生生殖隔離,仍然屬于同一物種,C項(xiàng)正確;蛋白質(zhì)工程操作的直接對象是基因,可以遺傳給后代,因此改造后的中華鱘的后代可能具有改造的蛋白質(zhì),D項(xiàng)錯誤。6.C解析基因工程原則上只能生產(chǎn)自然界中已存在的蛋白質(zhì),而蛋白質(zhì)工程可以對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,從而制造一種天然不存在的新的蛋白質(zhì),A項(xiàng)正確;蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,蛋白質(zhì)工程最終還是要通過改造或合成基因來完成,B項(xiàng)正確;基因工程產(chǎn)生的變異是可遺傳的,蛋白質(zhì)工程的作用對象依然是基因,因此其產(chǎn)生的變異也是可遺傳的,C項(xiàng)錯誤;基因工程和蛋白質(zhì)工程都遵循中心法則,都需構(gòu)建基因表達(dá)載體,D項(xiàng)正確。7.C解析由題干信息分析可知,人工合成的LCB1可以與S蛋白的RBD結(jié)合,故LCB1可以依據(jù)S蛋白的RBD結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),A項(xiàng)正確;由題干信息分析可知,新冠病毒是通過其表面S蛋白的RBD與人體細(xì)胞表面的ACE2受體相互作用,而人工合成的LCB1可識別并緊密結(jié)合S蛋白的RBD,阻止S蛋白的RBD與ACE2受體結(jié)合,這說明LCB1可能與ACE2受體的某些區(qū)域結(jié)構(gòu)類似,B項(xiàng)正確;LCB1是人工設(shè)計(jì)并合成的一種自然界不存在的蛋白質(zhì),故LCB1并不是通過細(xì)胞中原有的基因表達(dá)產(chǎn)生的,C項(xiàng)錯誤;新冠病毒是一種RNA病毒,極易產(chǎn)生變異,易感人群注射疫苗也具有被變異的新冠病毒感染的可能,D項(xiàng)正確。8.B解析蛋白質(zhì)工程和基因工程的根本區(qū)別是蛋白質(zhì)工程可產(chǎn)生自然界沒有的蛋白質(zhì),A項(xiàng)錯誤;據(jù)分析題干信息可知,可以通過對Y蛋白基因進(jìn)行改造或人工合成獲得Y1蛋白基因,B項(xiàng)正確;蛋白質(zhì)工程操作過程中,需要酶和載體作為工具,C項(xiàng)錯誤;細(xì)胞內(nèi)合成Y1蛋白與Y蛋白的過程中,遺傳信息的流向是相同的,D項(xiàng)錯誤。9.B解析蛋白質(zhì)發(fā)揮功能依賴于其高級結(jié)構(gòu),而蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜,目前科學(xué)家對大多數(shù)蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的了解還很不夠,這是蛋白質(zhì)工程在實(shí)施中的最大難題,A項(xiàng)正確;將人的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌細(xì)胞內(nèi),使大腸桿菌產(chǎn)生人的胰島素的技術(shù)屬于基因工程,B項(xiàng)錯誤;蛋白質(zhì)工程實(shí)質(zhì)是通過基因修飾或基因合成來改變蛋白質(zhì)的活性,C項(xiàng)正確;蛋白質(zhì)工程可以通過改造胰島素基因來對胰島素進(jìn)行改造和修飾,從而合成速效型胰島素制劑,D項(xiàng)正確。10.B解析蛋白質(zhì)工程在設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)的依據(jù)是預(yù)期的蛋白質(zhì)功能,B項(xiàng)錯誤。11.答案(1)蛋白質(zhì)④→⑤→①→②→③(2)基因改造以DNA為模板,根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則,將脫氧核苷酸逐個(gè)加到引物上延伸DNA分子,從而形成一條子鏈DNA72℃左右(3)大腸桿菌是原核生物,沒有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體,不能對蛋白質(zhì)進(jìn)行加工解析(1)新的胰島素生產(chǎn)過程屬于蛋白質(zhì)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(shù)對人工合成的新的胰島素基因進(jìn)行擴(kuò)增時(shí),需向反應(yīng)體系中加入TaqDNA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(jù)堿基互補(bǔ)配對原則,將脫氧核苷酸逐個(gè)加到引物上延伸DNA分子,從而形成一條子鏈DNA。TaqDNA聚合酶作用的溫度為72℃左右。(3)在大腸桿菌細(xì)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(yù)期的功能,原因是大腸桿菌是原核生物,沒有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體,不能對蛋白質(zhì)進(jìn)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。12.C解析蛋白質(zhì)工程的過程:預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到并改變相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→獲得所需蛋白質(zhì)。因此,預(yù)期蛋白質(zhì)功能的下一步要做的是設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),即設(shè)計(jì)抗菌性強(qiáng)但溶血性弱的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。13.A解析可以根據(jù)某毒蛋白中的氨基酸序列推測mRNA中的核糖核苷酸序列,進(jìn)而推測出毒蛋白基因的核苷酸序列,但由于密碼子的簡并,這個(gè)核苷酸序列并不唯一,A項(xiàng)正確;載體質(zhì)粒通常采用抗生素抗性基因作為標(biāo)記基因,以便篩選含有目的基因的受體細(xì)胞,B項(xiàng)錯誤;動物取食轉(zhuǎn)基因作物后,要經(jīng)過消化吸收才進(jìn)入身體,目的基因不可能直接進(jìn)入動物體細(xì)胞中,C項(xiàng)錯誤;基因工程是按照人們的意愿,對生物進(jìn)行的定向改造,而自然界中天然存在的噬菌體自行感染細(xì)菌后,其DNA整合到細(xì)菌DNA上不符合基因工程的概念,D項(xiàng)錯誤。14.BC解析將tPA第84位的半胱氨酸換成絲氨酸需要采用蛋白質(zhì)工程技術(shù),該技術(shù)的關(guān)鍵是了解tPA蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu),A項(xiàng)正確;該技術(shù)生產(chǎn)改良tPA蛋白的過程遵循中心法則,B項(xiàng)錯誤;該技術(shù)是在分子水平上通過改造基因來改造蛋白質(zhì)的,C項(xiàng)錯誤;該技術(shù)中進(jìn)行了基因改造,構(gòu)建出了一種自然界中原先不存在的全新的基因,D項(xiàng)正確。15.答案(1)DNA半保留復(fù)制耐高溫的DNA聚合酶引物(2)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,對其直接改造難以操作能生產(chǎn)出自然界不存在的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)工程(3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法植物細(xì)胞具有全能性