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)用課后篇鞏固提升基礎(chǔ)鞏固1.(2020·遼寧營口二中高二期末)下列有關(guān)基因工程與蛋白質(zhì)工程的敘述,正確的是()A.蛋白質(zhì)工程與基因工程的目的都是獲得人類需要的蛋白質(zhì),所以二者沒有區(qū)別B.基因工程是蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵技術(shù)C.通過蛋白質(zhì)工程改造后的蛋白質(zhì)仍然是天然的蛋白質(zhì)D.蛋白質(zhì)工程是在蛋白質(zhì)分子水平上直接改造蛋白質(zhì)的答案B解析基因工程原則上只能生產(chǎn)自然界中已有的蛋白質(zhì),而蛋白質(zhì)工程可以生產(chǎn)自然界中沒有的新的蛋白質(zhì),兩者存在區(qū)別,A項(xiàng)錯誤;蛋白質(zhì)工程本質(zhì)上是通過基因修飾或基因合成來完成對蛋白質(zhì)分子的改造,是在基因工程的基礎(chǔ)上發(fā)展出的第二代基因工程,B項(xiàng)正確;蛋白質(zhì)工程改造后的蛋白質(zhì)可能是自然界中沒有的新的蛋白質(zhì),C項(xiàng)錯誤;蛋白質(zhì)工程本質(zhì)上是改造基因,不是直接改造蛋白質(zhì)分子,D項(xiàng)錯誤。2.(2020·山東省實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二期中)凝乳酶是奶酪生產(chǎn)中的關(guān)鍵酶。通過蛋白質(zhì)工程生產(chǎn)高效凝乳酶,不需要的步驟是()A.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)B.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能分析C.凝乳酶基因的定向改造D.將定向改造的凝乳酶導(dǎo)入受體細(xì)胞答案D解析蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)屬于蛋白質(zhì)工程的步驟,A項(xiàng)正確;蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能分析屬于蛋白質(zhì)工程的步驟,B項(xiàng)正確;蛋白質(zhì)工程通過改造或合成基因來實(shí)現(xiàn)對蛋白質(zhì)的改造,C項(xiàng)正確;需要將定向改造的凝乳酶基因?qū)胧荏w細(xì)胞,而不是將定向改造的凝乳酶導(dǎo)入受體細(xì)胞,D項(xiàng)錯誤。3.(2020·山東濟(jì)南外國語學(xué)校高二期中)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)建出一種新的基因答案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。4.(2020·陜西西安中學(xué)高二期末)科學(xué)家為提高玉米中賴氨酸含量,計(jì)劃將天冬氨酸激酶的第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位的氨基酸由天冬氨酸變?yōu)楫惲涟彼帷榇?下列操作正確的是()A.直接改造上述兩種蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)B.對指導(dǎo)上述兩種酶合成的mRNA進(jìn)行改造C.利用誘變育種技術(shù)促使上述兩種酶的基因突變D.利用基因工程技術(shù),對控制上述兩種酶的基因進(jìn)行改造答案D解析蛋白質(zhì)的功能與其高級結(jié)構(gòu)密切相關(guān),而蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)又非常復(fù)雜,所以直接對蛋白質(zhì)改造非常困難,且即使改造成功也不能遺傳,A項(xiàng)錯誤;直接改造相應(yīng)的mRNA,不一定能夠表達(dá)產(chǎn)生所需要的蛋白質(zhì),且即使成功也不能遺傳,B項(xiàng)錯誤;由于基因突變具有不定向性和低頻性,所以使用誘變育種的方法不易獲得符合要求的基因,C項(xiàng)錯誤;基因工程可定向改造生物的遺傳性狀,所以可利用基因工程技術(shù),對控制這兩種酶的基因進(jìn)行改造,D項(xiàng)正確。5.(2020·江蘇揚(yáng)州中學(xué)高二期末)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(jì)和改造,通過基因工程技術(shù)獲得可以表達(dá)目標(biāo)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)答案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.(2020·山東山師大附中高二期中)賴氨酸是人體必需氨基酸,具有促進(jìn)人體發(fā)育、增強(qiáng)免疫的功能,并能起到提高中樞神經(jīng)組織功能的作用。某農(nóng)科所的科技人員欲將玉米種子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,以培育出高賴氨酸的玉米新品種。請回答下列問題。(1)科技人員先從“提升玉米種子中賴氨酸的含量”這一功能出發(fā),設(shè)計(jì)預(yù)期的“M酶”的,再推測出相對應(yīng)的目的基因的序列,最終合成出“M酶”基因。

(2)科技人員獲得“M酶”基因后,常利用PCR技術(shù)在體外將其大量擴(kuò)增,此過程需要一種特殊的酶是,原料是。

(3)“M酶”基因只有插入,才能確?！癕酶”基因在玉米細(xì)胞中得以穩(wěn)定遺傳。

(4)依據(jù)植物細(xì)胞具有的原理,可將含有“M酶”基因的玉米細(xì)胞培育成轉(zhuǎn)“M酶”基因的玉米植株。為了確保育種成功,科技人員需要測定玉米種子中的含量。

答案(1)結(jié)構(gòu)脫氧核苷酸(2)耐高溫的DNA聚合酶4種脫氧核苷酸(3)玉米細(xì)胞中染色體的DNA上(4)全能性賴氨酸解析(1)根據(jù)題干信息可知,某農(nóng)科所科技人員欲將玉米某種蛋白酶改造成“M酶”,則應(yīng)該利用蛋白質(zhì)工程,先根據(jù)預(yù)期構(gòu)建出“M酶”(蛋白質(zhì))的結(jié)構(gòu),再推測出相對應(yīng)目的基因的脫氧核苷酸序列,最終合成出“M酶”基因。(2)基因工程中,獲取的目的基因一般利用PCR技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)增,過程中需要耐高溫的DNA聚合酶的催化,原料是4種脫氧核苷酸。(3)要想確保“M酶”基因在玉米細(xì)胞中得以穩(wěn)定遺傳,必須將“M酶”基因插入玉米細(xì)胞的染色體DNA中。(4)利用植物組織培養(yǎng)技術(shù),依據(jù)植物細(xì)胞的全能性原理,可將含有“M酶”基因的玉米細(xì)胞培育成轉(zhuǎn)“M酶”基因的玉米植株?？萍既藛T需要測定玉米種子中賴氨酸含量,從個體水平加以鑒定,以確保育種成功。7.(2020·四川雙流棠湖中學(xué)高二期末)如圖為蛋白質(zhì)工程操作的基本思路,請據(jù)圖回答下列問題。(1)蛋白質(zhì)工程操作思路的特有過程是,代表中心法則內(nèi)容的過程是。(填圖中序號)

(2)寫出圖中數(shù)字代表的生物學(xué)過程的名稱或內(nèi)容。①;②;③。

(3)從圖中可以看出蛋白質(zhì)工程的基本思路與中心法則方向。

(4)功能是由其結(jié)構(gòu)決定的,直接決定蛋白質(zhì)多樣性的因素有,從根本上說,蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)是由決定的。

(5)根據(jù)蛋白質(zhì)的氨基酸序列推測的mRNA的堿基序列是否唯一?,為什么?。

(6)將氨基酸合成為多肽鏈的場所是。真核細(xì)胞中將多肽鏈轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢臻g結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)的場所是。

(7)蛋白質(zhì)工程中的目的基因一般通過獲得。

答案(1)④⑤①②(2)轉(zhuǎn)錄翻譯折疊(3)相反(4)氨基酸的種類、數(shù)目、排列順序和蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)基因(DNA)(5)否一種氨基酸可能具有多種密碼子(6)核糖體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(7)人工合成解析圖中①②③分別表示轉(zhuǎn)錄、翻譯、折疊,①②過程與中心法則方向一致。④⑤過程與中心法則方向相反,屬于蛋白質(zhì)工程基本思路。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性由組成蛋白質(zhì)的氨基酸的種類、數(shù)目、排列順序和蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)共同決定;從根本上說,蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)是由基因(DNA)決定的。一種氨基酸可能具有多種密碼子,根據(jù)蛋白質(zhì)的氨基酸序列推測的mRNA的堿基序列可能有多種。蛋白質(zhì)的合成場所為核糖體,在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中將多肽鏈折疊成具有一定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程的目的基因的堿基序列已知,可以通過DNA合成儀進(jìn)行人工合成。8.已知生物體內(nèi)有一種蛋白質(zhì)(P),該蛋白質(zhì)是一種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,由305個氨基酸組成。如果將P分子中第158位的絲氨酸變成亮氨酸,第240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸,改變后的蛋白質(zhì)(P1)不但保留P的功能,而且具有了酶的催化活性?；卮鹣铝袉栴}。(1)從上述資料可知,若要改變蛋白質(zhì)的功能,可以考慮對蛋白質(zhì)的進(jìn)行改造。

(2)以P基因序列為基礎(chǔ),獲得P1基因的途徑有修飾基因或合成基因。所獲得的基因在表達(dá)時是遵循中心法則的,中心法則的全部內(nèi)容包括(以圖表示)。

(3)蛋白質(zhì)工程也被稱為第二代基因工程,其基本途徑是從預(yù)期蛋白質(zhì)功能出發(fā),通過和,進(jìn)而確定相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列,據(jù)此獲得目的基因,再經(jīng)表達(dá)、純化獲得目標(biāo)蛋白質(zhì),之后還需要對該蛋白質(zhì)的生物進(jìn)行鑒定。

答案(1)氨基酸序列(或結(jié)構(gòu))(其他合理答案也可)(2)PP1(3)設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)推測相應(yīng)氨基酸序列功能解析(1)從題中所述資料可知,將P分子中第158位的絲氨酸變成亮氨酸,第240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸后,該蛋白質(zhì)的功能發(fā)生了改變,此過程是通過對蛋白質(zhì)的氨基酸的序列進(jìn)行改造,進(jìn)而改變了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),從而改變了蛋白質(zhì)的功能。(2)在蛋白質(zhì)工程中,目的基因可以以P基因序列為基礎(chǔ),對生物體內(nèi)原有P基因進(jìn)行修飾,也可以通過人工合成法合成新的P1基因。中心法則的內(nèi)容如下圖所示:(3)蛋白質(zhì)工程的基本途徑是: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)→推測相應(yīng)的氨基酸序列→確定相應(yīng)脫氧核苷酸序列→目的基因→表達(dá)出蛋白質(zhì),經(jīng)過該過程得到的蛋白質(zhì),需要對該蛋白質(zhì)的生物功能進(jìn)行鑒定,以保證其發(fā)揮正常作用。能力提升9.(2020·河北衡水中學(xué)高二期末)科研人員將葡萄糖異構(gòu)酶的第138位的甘氨酸替換為脯氨酸,使葡萄糖異構(gòu)酶的熱穩(wěn)定性提高,最適反應(yīng)溫度提高10~12℃。下列有關(guān)對葡萄糖異構(gòu)酶進(jìn)行改造的敘述,錯誤的是()A.該技術(shù)為蛋白質(zhì)工程,又稱為第二代基因工程B.直接在蛋白質(zhì)分子水平上對葡萄糖異構(gòu)酶進(jìn)行改造C.改造前可以先預(yù)期功能,再對蛋白質(zhì)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)D.改造時需對葡萄糖異構(gòu)酶基因的堿基對進(jìn)行替換答案B解析該技術(shù)通過對葡萄糖異構(gòu)酶的基因修飾,定向改造葡萄糖異構(gòu)酶,屬于蛋白質(zhì)工程,又稱為第二代基因工程,A項(xiàng)正確;該技術(shù)是通過對葡萄糖異構(gòu)酶基因的修飾來改造蛋白質(zhì),不是直接在蛋白質(zhì)分子水平上進(jìn)行改造,B項(xiàng)錯誤;蛋白質(zhì)工程的基本步驟是從預(yù)期蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設(shè)計(jì)預(yù)期蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列,進(jìn)而獲得目的基因,通過基因工程表達(dá)目標(biāo)蛋白質(zhì),C項(xiàng)正確;改造后的葡萄糖異構(gòu)酶上氨基酸發(fā)生了替換,因此改造時要對葡萄糖異構(gòu)酶基因的相應(yīng)堿基對進(jìn)行替換,D項(xiàng)正確。10.(2020·山東青島二中高二期末)某團(tuán)隊(duì)用化學(xué)法人工合成了腦啡肽N端五肽(能與細(xì)胞膜上某種受體特異性結(jié)合)的編碼區(qū),使其與人干擾素基因連接,在大腸桿菌中成功表達(dá)出一種融合蛋白,該融合蛋白抑制腫瘤細(xì)胞生長的活性顯著高于單純的干擾素。下列敘述錯誤的是()A.該過程中利用了基因重組技術(shù)B.該過程并沒有創(chuàng)造出新的蛋白質(zhì)C.要實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)的拼接,需先進(jìn)行基因的拼接D.腦啡肽N端五肽使干擾素作用更具有靶向性答案B解析由題干知,把人工合成的腦啡肽N端五肽的編碼區(qū)和人干擾素基因進(jìn)行DNA拼接,該過程利用了基因重組技術(shù),A項(xiàng)正確;該過程創(chuàng)造出了融合蛋白,是自然界不存在的蛋白質(zhì),屬于新的蛋白質(zhì),B項(xiàng)錯誤;要實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)的拼接,需先進(jìn)行基因的拼接,通過基因的表達(dá)產(chǎn)生蛋白質(zhì),C項(xiàng)正確;腦啡肽N端五肽能與細(xì)胞膜上某種受體特異性結(jié)合,從而使干擾素作用更具有靶向性,D項(xiàng)正確。11.(多選)(2020·浙江杭州學(xué)軍中學(xué)高二期末)下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程及其應(yīng)用的說法,錯誤的是()A.蛋白質(zhì)工程能定向改造蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu),使之更加符合人類需要B.蛋白質(zhì)工程的實(shí)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.當(dāng)前限制蛋白質(zhì)工程發(fā)展的關(guān)鍵因素是基因工程技術(shù)還不成熟D.蛋白質(zhì)工程技術(shù)中的操作對象是蛋白質(zhì)或控制蛋白質(zhì)合成的基因答案BCD解析蛋白質(zhì)工程能通過基因修飾或基因合成,定向?qū)ΜF(xiàn)有蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造,使之更加符合人類需要,A項(xiàng)正確;蛋白質(zhì)工程的實(shí)質(zhì)是通過改變基因的結(jié)構(gòu)達(dá)到改變蛋白質(zhì)功能的目的,B項(xiàng)錯誤;當(dāng)前限制蛋白質(zhì)工程發(fā)展的關(guān)鍵因素是對蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)了解不夠,C項(xiàng)錯誤;蛋白質(zhì)工程技術(shù)中的操作對象是控制蛋白質(zhì)合成的基因,D項(xiàng)錯誤。12.(多選)(2020·江蘇南京實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二期末)蛋白質(zhì)工程是指根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求,對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的過程。下面是蛋白質(zhì)工程的基本途徑,據(jù)圖分析下列敘述正確的是()ABCD生產(chǎn)相應(yīng)蛋白A.過程A所需原料是脫氧核苷酸,過程B所需原料是氨基酸B.參與C過程的細(xì)胞器有核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、線粒體等C.D過程主要依據(jù)每種氨基酸都有其對應(yīng)的密碼子D.通過蛋白質(zhì)工程可以獲得人類需要的蛋白質(zhì)答案CD解析識圖分析可知,過程A是預(yù)期蛋白質(zhì)的功能,過程B是設(shè)計(jì)預(yù)期蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),因此A、B過程均不需要原料,A項(xiàng)錯誤;圖中C過程只是推測應(yīng)有的氨基酸序列,因此不需要核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、線粒體等參與,B項(xiàng)錯誤;D過程是推測相應(yīng)基因中脫氧核苷酸序列,然后改造或合成目的基因,根據(jù)氨基酸與mRNA中密碼子的對應(yīng)關(guān)系,先推測出mRNA中的堿基序列,再根據(jù)堿基互補(bǔ)配對的原則推測出相應(yīng)基因中的核苷酸序列,C項(xiàng)正確;蛋白質(zhì)工程的目的就是通過對基因的改造或者合成新的基因,從而獲得人類需要的蛋白質(zhì),D項(xiàng)正確。13.枯草桿菌產(chǎn)生的蛋白酶具有催化分解蛋白質(zhì)的特性,但極易被氧化而失效。1985年,美國的埃斯特爾將枯草桿菌蛋白酶分子中的少數(shù)氨基酸替換后,雖然其水解活性有所下降,但抗氧化的能力大大提高。用這種水解酶作為洗滌劑的添加劑,可以有效地去除血漬、奶漬等蛋白質(zhì)污漬。請回答下列問題。(1)改造枯草桿菌蛋白酶的生物技術(shù)是。

(2)改造后的枯草桿菌中的控制合成蛋白酶的基因與原來相比,發(fā)生變化。

(3)利用生物技術(shù)改造蛋白質(zhì),提高了蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性,埃斯特爾所做的工作是對已知蛋白質(zhì)進(jìn)行。

(4)若要獲得新型蛋白質(zhì),需用到的生物工程有蛋白質(zhì)工程、和發(fā)酵工程。

答案(1)蛋白質(zhì)工程(2)堿基對(或脫氧核苷酸序列)(3)少數(shù)氨基酸的替換(4)基因工程解析(1)題中改造枯草桿菌蛋白酶的生物技術(shù)是蛋白質(zhì)工程。(2)將枯草桿菌蛋白酶分子中的少數(shù)氨基酸替換,改造后的枯草桿菌中的控制合成蛋白酶的基因與原來相比,堿基對或脫氧核苷酸序列發(fā)生變化。(3)利用生物技術(shù)改造蛋白質(zhì),提高了蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性,埃斯特爾所做的工作是對已知蛋白質(zhì)進(jìn)行少數(shù)氨基酸的替換。(4)若要獲得新型蛋白質(zhì),需用到的生物工程有蛋白質(zhì)工程、基因工程和發(fā)酵工程。14.科學(xué)家通過利用PCR定點(diǎn)突變技術(shù)改造Rubisco酶基因,提髙了光合作用過程中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)