（江蘇專版）高中生物【分層作業(yè)】3.4 蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用（人教2019版選擇性必修3）

第3章基因工程第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.合成天然不存在的蛋白質(zhì)最終需要改造的核心是()A.基因結(jié)構(gòu) B.RNA結(jié)構(gòu)C.氨基酸序列 D.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)2.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.科學(xué)家為提高玉米中賴氨酸的含量,計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.基因工程和蛋白質(zhì)工程技術(shù)有很大的應(yīng)用價值,可用于醫(yī)藥及其他工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。下列關(guān)于基因工程和蛋白質(zhì)工程的敘述,正確的是()A.蛋白質(zhì)工程的操作對象是蛋白質(zhì),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(zhuǎn)基因生物過程中的核心環(huán)節(jié)C.基因工程操作中所用質(zhì)粒都是來自細(xì)菌細(xì)胞中天然的質(zhì)粒D.PCR擴(kuò)增相關(guān)目的基因時,子鏈的合成方向是5'端到3'端6.[2023浙江杭州高二期中]下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程及其應(yīng)用的敘述,正確的是()A.能定向改造蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu),使之更加符合人類需要B.實質(zhì)是通過改變氨基酸的結(jié)構(gòu)改變蛋白質(zhì)的功能C.核心操作是DNA上的基因進(jìn)行增添、替換、刪除D.蛋白質(zhì)工程是完全擺脫基因工程技術(shù)的一項全新的生物工程技術(shù)7.科研人員以β-甘露葡萄糖酶為核心研究材料,在其N端找到了兩個關(guān)鍵的氨基酸位點(diǎn),將這兩個位點(diǎn)的組氨酸和脯氨酸分別替換為酪氨酸后,其熱穩(wěn)定性得到了顯著提高。下列說法正確的是()A.細(xì)胞內(nèi)合成改造后的熱穩(wěn)定性蛋白質(zhì)的過程不遵循中心法則B.替換蛋白質(zhì)中的氨基酸實際可通過改造基因中的堿基序列實現(xiàn)C.在分子水平上,可利用PCR等技術(shù)檢測細(xì)胞內(nèi)是否合成新的目的蛋白質(zhì)D.制備過程中應(yīng)先獲得目標(biāo)蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu),再預(yù)期其生物學(xué)功能8.已知生物體內(nèi)有一種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白Y,如果將蛋白Y中某一個氨基酸替換,改變后的蛋白質(zhì)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(zhì)工程和基因工程的根本區(qū)別是操作對象的差異B.可以通過對蛋白Y基因改造或人工合成獲得蛋白Y1基因C.蛋白質(zhì)工程操作過程中,不需要酶和載體D.細(xì)胞內(nèi)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(jù)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測其功能。下列有關(guān)說法錯誤的是()A.將未知蛋白質(zhì)與已知蛋白質(zhì)的氨基酸序列進(jìn)行對比分析可以預(yù)測蛋白質(zhì)的功能B.通過三維結(jié)構(gòu)對比可以判斷兩個蛋白質(zhì)是否有相似的功能C.核苷酸序列發(fā)生突變,其編碼的蛋白質(zhì)功能就會發(fā)生改變D.可根據(jù)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)相似程度判斷物種間親緣關(guān)系的遠(yuǎn)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(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,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。

能力素養(yǎng)提升練11.T4溶菌酶來源于T4噬菌體,是重要的工業(yè)用酶?？茖W(xué)家通過一定技術(shù)使T4溶菌酶的第3位異亮氨酸變?yōu)榘腚装彼?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(fā)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(fā)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(xiàn)12.[2023江蘇盱眙中學(xué)高三模擬]基因定點(diǎn)突變的目的是通過定向地改變基因內(nèi)一個或少數(shù)幾個堿基來改變多肽鏈上一個或幾個氨基酸。該技術(shù)是蛋白質(zhì)工程的重要技術(shù)。下圖為利用PCR技術(shù)進(jìn)行定點(diǎn)突變的流程,相關(guān)敘述錯誤的是()A.由于基因決定蛋白質(zhì),因此要對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計改造,最終還必須通過改造或合成基因來完成B.酶①應(yīng)為耐高溫DNA聚合酶,引物X和Y應(yīng)該為引物2和4C.可以將引物1、引物2、引物3和引物4置于同一個反應(yīng)系統(tǒng)中同時進(jìn)行第一個階段的反應(yīng),進(jìn)而縮短實驗時間D.利用圖示流程技術(shù)可以將兩個不同的基因拼接到一起13.[多選][2023江蘇揚(yáng)州高二期中]枯草桿菌蛋白酶應(yīng)用于洗滌劑、制革及絲綢工業(yè)。某研究小組利用蛋白質(zhì)工程將該蛋白酶中第188位丙氨酸替換為脯氨酸、第239位谷氨酰胺替換為精氨酸、第262位纈氨酸替換為亮氨酸,結(jié)果發(fā)現(xiàn)該酶的催化活性大幅度提高。下列敘述正確的是()A.對枯草桿菌蛋白酶進(jìn)行改造通過直接改造蛋白酶的分子結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)B.通過基因工程和蛋白質(zhì)工程生產(chǎn)的枯草桿菌蛋白酶的氨基酸序列相同C.改造后的枯草桿菌蛋白酶空間結(jié)構(gòu)可能發(fā)生改變導(dǎo)致其催化活性提高D.對枯草桿菌蛋白酶進(jìn)行分子設(shè)計必須從預(yù)期蛋白酶的功能特點(diǎn)入手14.[多選]蛋白質(zhì)工程就是通過對蛋白質(zhì)化學(xué)、蛋白質(zhì)晶體學(xué)和蛋白質(zhì)動力學(xué)的研究,獲得有關(guān)蛋白質(zhì)理化特性和分子特性的信息,在此基礎(chǔ)上對編碼蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行有目的的設(shè)計和改造,通過基因工程技術(shù)獲得可以表達(dá)蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)基因生物。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)說法錯誤的是()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)實現(xiàn)C.改造后的中華鱘和現(xiàn)有中華鱘不再是同一物種D.改造后的中華鱘的后代不具有改造的蛋白質(zhì)15.[2023河南南陽高二期中]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(fā)現(xiàn),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(fā)現(xiàn)產(chǎn)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(cè)鏈基團(tuán)發(fā)生相對作用,形成封閉結(jié)構(gòu),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(jù)題干信息,可利用蛋白質(zhì)工程來提高葡聚糖酶的活性。蛋白質(zhì)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(chǎn)生的作用的大小,該如何設(shè)計實驗?簡要寫出實驗設(shè)計的思路:。

(3)利用PCR技術(shù)擴(kuò)增改造后的葡聚糖酶基因,其擴(kuò)增過程一般分為三步。擴(kuò)增產(chǎn)物常通過來鑒定,若實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)非特異性擴(kuò)增條帶,可能的原因是(答出一點(diǎn)即可)。

16.[2022湖南卷,22]水蛭是我國的傳統(tǒng)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(zhì)工程改造水蛭素結(jié)構(gòu),提高其抗凝血活性。回答下列問題。(1)蛋白質(zhì)工程流程如圖所示,物質(zhì)a是,物質(zhì)b是。在生產(chǎn)過程中,物質(zhì)b可能不同,合成的蛋白質(zhì)空間構(gòu)象卻相同,原因是。

(2)蛋白質(zhì)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(shù)擴(kuò)增。PCR技術(shù)遵循的基本原理是。

(3)將提取的水蛭蛋白經(jīng)甲、乙兩種蛋白酶水解后,分析水解產(chǎn)物中的肽含量及其抗凝血活性,結(jié)果如圖所示。推測兩種處理后酶解產(chǎn)物的抗凝血活性差異主要與肽的(填“種類”或“含量”)有關(guān),導(dǎo)致其活性不同的原因是。

(4)若要比較蛋白質(zhì)工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解產(chǎn)物和天然水蛭素的抗凝血活性差異,簡要寫出實驗設(shè)計思路:。

第4節(jié)蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用1.A合成自然界不存在的蛋白質(zhì)屬于蛋白質(zhì)工程,應(yīng)根據(jù)蛋白質(zhì)功能,從設(shè)計蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)入手,然后通過基因修飾或基因合成,對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,或制造出一種新的蛋白質(zhì),因此合成天然不存在的蛋白質(zhì),最終需要改造的核心是基因結(jié)構(gòu)。2.C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→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蛋白質(zhì)工程的操作對象是基因,應(yīng)對控制這兩種酶合成的基因進(jìn)行改造,D項正確。4.C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項錯誤;據(jù)圖可知,過程a、b分別是轉(zhuǎn)錄、翻譯,C項正確;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項錯誤。5.D蛋白質(zhì)工程操作對象是基因,需要酶和載體作為工具,A項錯誤;基因表達(dá)載體的構(gòu)建是培育轉(zhuǎn)基因生物過程中的核心環(huán)節(jié),B項錯誤;基因工程操作中所用質(zhì)粒是經(jīng)人工改造后的質(zhì)粒,C項錯誤;PCR擴(kuò)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.A蛋白質(zhì)工程能按照人們的意愿定向改造蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu),使之更加符合人類需要,A項正確;蛋白質(zhì)工程的實質(zhì)是通過改變基因來改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能,B項錯誤;對DNA上的基因進(jìn)行增添、替換、刪除是基因突變,而蛋白質(zhì)工程是以基因工程為基礎(chǔ)的,核心操作是對基因的改造或合成,C項錯誤;蛋白質(zhì)工程是第二代基因工程,蛋白質(zhì)工程的實現(xiàn)離不開基因工程,D項錯誤。7.B細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的合成過程都遵循中心法則,A項錯誤;蛋白質(zhì)是DNA經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯得到的,所以替換蛋白質(zhì)中的氨基酸實際可通過改造基因中的堿基序列實現(xiàn),B項正確;PCR等技術(shù)能檢測目的基因是否導(dǎo)入細(xì)胞或是否轉(zhuǎn)錄,檢測細(xì)胞內(nèi)是否合成新的蛋白質(zhì)可使用抗原─抗體雜交法,C項錯誤;蛋白質(zhì)工程的制備過程中要先預(yù)期目標(biāo)蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能,再設(shè)計獲得該蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu),D項錯誤。8.B蛋白質(zhì)工程和基因工程的根本區(qū)別是蛋白質(zhì)工程可制造出自然界沒有的蛋白質(zhì),A項錯誤;蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ),通過基因修飾或基因合成,對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,或制造一種新的蛋白質(zhì),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(zhì)工程操作過程中,需要酶和載體作為工具,C項錯誤;細(xì)胞內(nèi)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(zhì)的功能主要由其三維結(jié)構(gòu)決定,而其三維結(jié)構(gòu)與氨基酸序列有關(guān),所以將未知蛋白質(zhì)與已知蛋白質(zhì)的氨基酸序列進(jìn)行對比分析可以預(yù)測蛋白質(zhì)的功能,A項正確;蛋白質(zhì)的功能主要由其三維結(jié)構(gòu)決定,所以通過三維結(jié)構(gòu)對比可以判斷兩個蛋白質(zhì)是否有相似的功能,B項正確;由于密碼子具有簡并性,核苷酸序列發(fā)生突變,其編碼的蛋白質(zhì)功能不一定發(fā)生改變,C項錯誤;蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)相似程度越高,生物之間的相似性越大,親緣關(guān)系越近,因此可根據(jù)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)相似程度判斷物種間親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近,D項正確。10.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,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。11.C對蛋白質(zhì)分子的設(shè)計和改造是通過蛋白質(zhì)工程來實現(xiàn)的,故對T4溶菌酶的改造屬于蛋白質(zhì)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(wěn)定性越強(qiáng),二者作用類似,C項正確;要將T4溶菌酶的異亮氨酸變?yōu)榘腚装彼?只改變一個氨基酸,發(fā)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(jié)構(gòu),故對應(yīng)的DNA上的堿基至少要替換2個堿基對,D項錯誤。12.C基因控制蛋白質(zhì)的合成,因此要對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計改造,最終還必須通過改造或合成基因來完成,A項正確;酶①要在高溫條件下延伸DNA,所以酶①為耐高溫的DNA聚合酶,由圖可知,要得到兩條鏈一樣長的DNA單鏈,應(yīng)選擇引物2和引物4,所以引物X和Y應(yīng)該為引物2和4,B項正確;由圖可知,引物1和引物3存在互補(bǔ)配對片段,置于同一個反應(yīng)系統(tǒng)時它們會發(fā)生結(jié)合而失去作用,C項錯誤;圖示的過程為重疊延伸PCR技術(shù),利用重疊互補(bǔ)引物將兩個不同的基因拼接到一起,D項正確。13.CD對枯草桿菌蛋白酶進(jìn)行改造通過基因來實現(xiàn),A項錯誤;基因工程生產(chǎn)的蛋白質(zhì)是自然界已有的蛋白質(zhì),而蛋白質(zhì)工程能生產(chǎn)出自然界中不存在的新型蛋白質(zhì)分子,兩者的氨基酸序列不同,B項錯誤;該蛋白酶中第188位丙氨酸替換為脯氨酸、第239位谷氨酰胺替換為精氨酸、第262位纈氨酸替換為亮氨酸,結(jié)果發(fā)現(xiàn)該酶的催化活性大幅度提高,其原因可能是改變了蛋白酶的空間結(jié)構(gòu),提高了酶與底物的親和力,C項正確;對枯草桿菌蛋白酶進(jìn)行分子設(shè)計應(yīng)從預(yù)期的蛋白酶功能出發(fā),對蛋白酶的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計,D項正確。14.CD蛋白質(zhì)工程可以通過改造基因來定向改變蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu),A項正確;因為基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成,所以改造蛋白質(zhì)可通過改變基因結(jié)構(gòu)實現(xiàn),B項正確;改造后的中華鱘具有新的性狀,但其和現(xiàn)有中華鱘之間沒有生殖隔離,仍是同一物種,C項錯誤;蛋白質(zhì)工程改造的是基因,可以遺傳給子代,因此改造后的中華鱘的后代也具有改造的蛋白質(zhì),D項錯誤。15.答案(1)以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ),通過基因改造或基因合成,對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造或制造一種新的蛋白質(zhì),以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求(2)依次對第248位精氨酸或第385位酪氨酸進(jìn)行改造,通過與兩種氨基酸都存在時的葡聚糖酶活性進(jìn)行比較,來推測改造的氨基酸對葡聚糖酶活性的影響,進(jìn)而判斷每個氨基酸作用的相對大小(3)變性、復(fù)性、延伸瓊脂糖凝膠電泳引物特異性不高解析(1)蛋白質(zhì)工程的基本思路是以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ),通過基因改造