2019-2020学年人教版生物选修三练习：1-4　蛋白质工程的崛起

2019-2020学年人教版生物选修三练习：1-4　蛋白质工程的崛起

1.4 蛋白质工程的崛起 课时过关·能力提升 一、基础巩固 1.下列关于蛋白质工程的说法,正确的是( ) A.蛋白质工程以基因工程为基础 B.蛋白质工程就是酶工程的延伸 C.蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造 D.蛋白质工程只能生产天然的蛋白质 解析:蛋白质工程是指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 和生活的需求。蛋白质工程是以基因工程为基础的,所以又称为第二代基因工程。蛋白 质工程不仅能对现有蛋白质进行改造,而且可以制造新的蛋白质。 答案:A 2.下列不属于蛋白质工程的研究内容的是( ) 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.分析氨基酸的化学成分 D.按照人的意愿将天然蛋白质改造成新的蛋白质 解析:蛋白质工程就是指根据蛋白质的精细结构和生物功能之间的关系,按照人的意愿改 造蛋白质分子,形成自然界不存在的蛋白质分子。为了改造某种蛋白质分子,必须对其精 细结构进行分析,但不包括对组成蛋白质的氨基酸的化学成分的分析。 答案:C 3.蛋白质工程中需要直接进行操作的对象是( ) A.氨基酸结构 B.蛋白质空间结构 C.肽链结构 D.基因结构 解析:蛋白质工程是指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,以满足人类生产和生 活的需求。其目标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,但 因为基因决定蛋白质,因此对蛋白质的结构进行设计改造,归根到底,还需对相应的基因 进行操作,按要求进行修饰加工改造,使之能控制合成人类需要的蛋白质。 答案:D 4.科学家将干扰素基因进行定点突变,导入大肠杆菌使之表达,使干扰素第十七位的半胱 氨酸改变成丝氨酸,结果大大提高了干扰素的储存稳定性。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: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内, 使其高效表达,从中提取所需的蛋白质,或表现某种性状,蛋白质产品仍然为天然存在的 蛋白质;而蛋白质工程却是对控制蛋白质合成的基因进行改造,从而实现对其编码的蛋白 质的改造,所得到的已不是天然的蛋白质。题目的操作中涉及的基因显然不再是原来的 基因,其合成的干扰素也不是天然干扰素,而是经过改造的具有人类所需优点的蛋白质, 因而整个过程利用的生物技术应为蛋白质工程。 答案:B 5.蛋白质工程在实施中遇到的最大难题是( ) A.生产的蛋白质无法应用 B.发展前景太窄 C.对大多数蛋白质的高级结构不清楚 D.无法人工合成目的基因 答案:C 6.当前医学上,蛋白质工程药物正逐步取代第一代基因工程多肽蛋白质类替代治疗剂。 基因工程药物与蛋白质工程药物的区别是( ) A.都与天然产物完全相同 B.都与天然产物不相同 C.基因工程药物与天然产物相同,蛋白质工程药物与天然产物不相同 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 答案:C 7.增加玉米细胞中赖氨酸含量最有效的途径是( ) A.将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米细胞 B.切除玉米细胞中天冬氨酸激酶基因和二氢吡啶二羧酸合成酶基因 C.修饰天冬氨酸激酶基因和二氢吡啶二羧酸合成酶基因的个别碱基 D.将根瘤菌的固氮基因导入玉米细胞 解析:玉米中赖氨酸的含量比较低,原因是赖氨酸合成过程中的两种关键酶——天冬氨酸 激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶,其活性受细胞内赖氨酸浓度的影响较大,当赖氨酸浓度达 到一定量时,就会抑制这两种酶的活性。如果我们将天冬氨酸激酶的第 352 位的苏氨酸 变成异亮氨酸,将二氢吡啶二羧酸合成酶中第 104 位的天冬酰胺变成异亮氨酸,就可以使 玉米叶片和种子中的游离赖氨酸含量分别提高 5 倍和 2 倍。通过改变有关基因的个别 碱基,从而改变基因控制合成的蛋白质(酶)的结构来达到目的,属于蛋白质工程。 答案:C 8.下列对物质的改造不属于蛋白质工程范畴的是( ) A.胰岛素的改造 B.抗体的改造 C.酶的改造 D.性激素的改造 解析:性激素属于固醇,不是蛋白质。 答案:D 9.蛋白质工程又称第二代基因工程。下图为蛋白质工程流程图,图中 A、B 在遗传学上 依次表示( ) A.转录和翻译 B.翻译和转录 C.复制和转录 D.传递和表达 答案:A 10.下图是将某细菌的基因 A 导入大肠杆菌内,制备“工程菌”的示意图。 据图回答下列问题。 (1)获得 A 有两条途径:一是以 A 的 mRNA 为模板,在 酶的催化下,合成 互补的单链 DNA,然后在 的作用下合成双链 DNA,从而获得所需基 因;二是根据目标蛋白质的 序列,推测出相应的 mRNA 序列,然后按照碱 基互补配对原则,推测其 DNA 的 序列,再通过化学方法合成所需基 因。 (2)利用 PCR 技术扩增 DNA 时,需要在反应体系中添加的物质有 、 、 4 种脱氧核糖核苷酸和耐热性的 DNA 聚合酶等,扩增过程可以在 PCR 扩增仪中完成。 (3)由 A 和载体 B 拼接形成的 C 通常称为 。 (4)在基因工程中,常用 解析:(1)以 A 的 mRNA 为模板,在逆转录酶的催化作用下合成单链 DNA,然后以该单链 DNA 为模板,在 DNA 聚合酶的作用下合成双链 DNA;根据目标蛋白质的氨基酸序列可 推测出相应的 mRNA 序列,然后根据碱基互补配对原则推测出其 DNA 的脱氧核苷酸序 列,再通过化学方法利用 DNA 合成仪合成所需基因。 (2)利用 PCR 技术扩增目的基因时,需要提供目的基因作为模板,添加引物来引导子链的 形成,添加 4 种脱氧核糖核苷酸(即 dCTP、dATP、dGTP、dTTP)作为原料,需要耐热性 的 DNA 聚合酶来催化子链的形成;扩增过程可在 PCR 扩增仪中完成。 (3)目的基因 A 和载体 B 拼接形成的 C 通常称为重组 DNA。 (4)基因工程中,常用 Ca2+处理细菌细胞,使之成为感受态细胞,有利于其吸收重组 DNA 分 子,提高受体细胞的转化率。 答案:(1)逆转录 DNA 聚合酶 氨基酸 脱氧核苷酸 (2)引物 模板 DNA (3)重组 DNA(其他合理答案也可) (4)提高受体细胞的转化率(其他合理答案也可) 二、能力提升 1.科研人员利用相关技术改变了胰岛素β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,下列相关叙述错误的是( ) 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.该过程的操作对象是胰岛素分子 D.对胰岛素结构的改造属于蛋白质工程 解析:该过程的操作对象是胰岛素基因,而不是胰岛素分子。 答案:C 2.干扰素是动物体内的一种蛋白质,可以用于治疗病毒的感染和癌症,但在体外保存相当 困难。下图是利用蛋白质工程设计保存干扰素的生产流程图,据图分析下列叙述错误的 是( ) A.图中构建新的干扰素模型的主要依据是蛋白质的预期功能 B.图中新的干扰素基因必须加上启动子和终止子才能表达 C.图中改造干扰素结构的实质是改造干扰素基因的结构 D.图中各项技术并没有涉及基因工程技术 解析:将新的干扰素基因导入受体细胞中表达新的干扰素多肽链的过程涉及基因工程技 术。 答案:D 3.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,只是对热稳 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,临床治疗食物的消化不良, 最佳方案是( ) A.通过改变基因的结构对此酶中的少数氨基酸进行替换,以改善其功能 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全新的蛋白酶 D.减少此酶在片剂中的含量 解析:要想使蛋白酶的热稳定性有所提高,就要改变蛋白质的结构,此类问题一般是对蛋 白质中的个别氨基酸进行替换。 答案:A 4.下列有关蛋白质工程的说法,正确的是( ) A.蛋白质工程无须构建基因表达载体 B.对蛋白质进行改造是通过直接改造相应的 RNA 实现的 C.蛋白质工程需要限制性核酸内切酶和 DNA 连接酶 D.蛋白质工程只是中心法则的简单逆转 解析:蛋白质工程的基本流程: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)。这是蛋白质工程特有的途径,接 下来按照基因工程的一般步骤进行。因此,基因工程技术利用的工具(限制酶、DNA 连 接酶、载体)以及操作流程也适用于蛋白质工程技术中,A 项错误,C 项正确;对蛋白质进 行改造是通过改造相应的 DNA 实现的,B 项错误。 答案:C 5.葡萄糖异构酶(GI)在工业上应用广泛,为提高其热稳定性,科学家对 GI 基因进行体外定 点诱变,以脯氨酸(Pro138)替代 Gly138,含突变基因的重组质粒在大肠杆菌中表达,产生新 的 GI,其最适反应温度提高 10~12 ℃。这属于( ) A.基因工程 B.蛋白质工程 C.发酵工程 D.酶工程 解析:蛋白质工程的重点在于对已存在的蛋白质分子的改造。通常所说的酶工程是用工 程菌生产酶制剂,而没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构,然后由酶的分子结构来确 定相应基因的碱基序列等步骤。因此,应选 B。 答案:B 6.下列关于蛋白质工程和基因工程的比较,错误的是 ( ) A.基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质,而蛋白质工程可以对现有蛋白质进 行改造,或制造一种新的蛋白质 B.蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的,蛋白质工程最终还是要通过基因修饰 或基因合成来完成 C.当得到可以在-70 ℃条件下保存半年的干扰素后,在相关酶、氨基酸和适宜的温度、 pH 条件下,干扰素可以大量自我合成 D.基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的 解析:基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质,而蛋白质工程可以对现有蛋白质 进行改造,或制造一种新的蛋白质;蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的,蛋白 质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成,这样产生的改变才能遗传下去;蛋白 质不能自我合成;由于基因工程和蛋白质工程都是对基因进行操作,因此,基因工程和蛋 白质工程产生的变异都是可遗传的。 答案:C ★7.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 时间才能进入血液,而进入血液的胰岛素又容易被分解,治疗效果受到影响。下图是用蛋 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)图中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么? (3)新的胰岛素基因与载体(质粒)结合过程中需要限制性核酸内切酶和 DNA 连接酶。已 知限制性核酸内切酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—。请画出质粒被限制性核酸 内切酶Ⅰ切割后所形成的黏性末端: 。DNA 连接酶 对所连接的 DNA 两端碱基序列是否有专一性要求? 。 (4)若将含有新的胰岛素基因的表达载体导入植物细胞中,最常用的方法是 。 (5)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素,需用到的生物工程有 、发 酵工程等。 答案:(1)蛋白质(即新的胰岛素)的预期功能 (2)根据新的胰岛素中氨基酸的序列,推测出相对应的脱氧核苷酸序列,然后利用 DNA 合 成仪来合成新的胰岛素基因。 (3)—G—CCTAG、GATCC— G— 否 (4)农杆菌转化法 (5)蛋白质工程 8.黄曲霉毒素 B1(AFB1)存在于被黄曲霉菌污染的饲料中,它可以通过食物链进入动物体 内并蓄积,引起癌变。某些微生物能表达 AFB1 解毒酶,将该酶添加在饲料中可以降解 AFB1,消除其毒性。请回答下列问题。 (1)下图为采用基因工程技术生产 AFB1 解毒酶的流程图。据图回答问题。 含 AFB1 解毒酶基因的菌株 总 RNA cDNA AFB1 解毒酶基因 酵母工程菌 AFB1 解毒酶 ①在甲、乙条件下培养含 AFB1 解毒酶基因的菌株,经测定,甲菌液细胞密度小,细胞含解 毒酶;乙菌液细胞密度大,细胞不含解毒酶。过程Ⅰ应选择 菌液的细胞提取总 RNA,理由是 。 ②过程Ⅱ中,与引物结合的模板是 。 ③检测酵母工程菌是否合成了 AFB1 解毒酶,应采用 法。 (2)采用蛋白质工程进一步改造该酶的基本途径,是从提高酶的活性出发,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 序列。 解析:(1)①因为甲菌液细胞中含解毒酶,说明解毒酶基因在甲菌液细胞中可以表达,细胞 中一定含有解毒酶基因转录出的 mRNA。②PCR 扩增过程中,需要的模板是 AFB1 解毒 酶基因的 cDNA。③基因工程的检测与鉴定阶段,在分子水平上需要进行三步检测,其中 检测目的基因是否成功表达出蛋白质,所用方法是抗原—抗体杂交法。 (2)蛋白质工程的基本步骤是,从预期的蛋白质功能出发,设计预期蛋白质的结构,推测应 有的氨基酸序列,找出相对应的脱氧核苷酸序列。 答案:(1)①甲 甲菌液细胞的 AFB1 解毒酶基因已转录生成 mRNA,而在乙菌液细胞中该 基因未转录 ②AFB1 解毒酶基因的 cDNA ③抗原—抗体杂交 (2)脱氧核苷酸 9.在体内,人胰岛素基因表达可合成出一条称为前胰岛素原的肽链,此肽链在内质网中经 酶甲切割掉氨基端一段短肽后成为胰岛素原,进入高尔基体的胰岛素原经酶乙切割去除 中间片段 C 后,产生 A、B 两条肽链,再经酶丙作用生成由 51 个氨基酸残基组成的胰岛 素。目前,利用基因工程技术可大量生产胰岛素。回答下列问题。 (1)人体内合成前胰岛素原的细胞是 ,合成胰高血糖素的 细胞是 。 (2)可根据胰岛素原的氨基酸序列,设计并合成编码胰岛素原的 序 列,用该序列与质粒表达载体构建胰岛素原基因重组表达载体,再经过细菌转化、筛选及 鉴定,即可建立能稳定合成 的基因工程菌。 (3)用胰岛素原抗体检测该工程菌的培养物时,培养液无抗原抗体反应,菌体有抗原抗体 反应,则用该工程菌进行工业发酵时,应从 中分离、纯化胰岛素原。胰岛 素原经酶处理便可转变为胰岛素。 解析:(1)激素由特异性的细胞合成,胰岛素(原)由胰岛 B 细胞合成,胰高血糖素由胰岛 A 细胞合成。(2)真核生物的目的基因可用人工合成的方法合成,可根据胰岛素原的氨基酸 序列,设计并合成编码胰岛素原的 DNA 序列(即目的基因);合成的 DNA 序列经过修饰后, 与质粒构建胰岛素原基因表达载体,导入细菌体内,经转化后筛选鉴定,最终得到能稳定 合成胰岛素原的基因工程菌。(3)培养液无抗原抗体反应,菌体有抗原抗体反应,说明目 的基因的表达产物存在于细胞内,没有分泌出来。因此利用该工程菌进行工业发酵时,目 的基因的表达产物需要从菌体中分离和纯化。 答案:(1)胰岛 B 细胞 胰岛 A 细胞 (2)DNA 胰岛素原 (3)菌体