2019-2020学年人教版生物选修三同步导学作业4　蛋白质工程的崛起

2019-2020学年人教版生物选修三同步导学作业4　蛋白质工程的崛起

限时规范训练(四) 1．合成自然界中不存在的蛋白质应首先设计( ) A．基因的结构 B．蛋白质的结构 C．氨基酸序列 D．mRNA的结构 答案 B 解析 合成自然界中不存在的蛋白质应该采用蛋白质工程，而蛋白质 工程的基本途径为：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)。 因此，合成自然界中不存在的蛋白质应首先设计蛋白质的结构。 2．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 ( ) 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序列 ③蓝色荧光蛋白基因的合成 ④表达出蓝色荧光蛋白 A．①②③④ B．②①③④ C．②③①④ D．④②①③ 答案 B 解析 蛋白质工程的基本途径是：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→相应基因的修饰、改造或人工合成→相应基因的表达。因此， 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：②蓝色 荧光蛋白的功能分析和结构设计序列→①推测蓝色荧光蛋白的氨基 酸序列和基因的核苷酸序列→③蓝色荧光蛋白基因的合成→④表达 出蓝色荧光蛋白。 3．下列关于基因工程和蛋白质工程的说法，正确的是( ) A．都是分子水平上的操作 B．基因工程就是改造基因的分子结构 C．蛋白质工程就是改造蛋白质的分子结构 D．基因工程能创造出自然界根本不存在的基因，蛋白质工程能创造 出自然界根本不存在的蛋白质 答案 A 解析 基因工程是在 DNA 分子水平上进行设计和施工，通过体外 DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出 更符合人们需要的新的生物类型和生物产品；蛋白质工程通过基因修 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。基因工程在原则上只能生产自然界已 存在的蛋白质，蛋白质工程能创造出自然界不存在的蛋白质。 4．科学家为提高玉米中的赖氨酸含量，计划将天冬氨酸激酶的第 352 位苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中 104位的氨基酸 由天冬氨酸变成异亮氨酸，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。下列对蛋白质的改造，操作正确的是( ) A．直接通过分子水平改造蛋白质 B．直接改造相应的mRNA C．对相应的基因进行操作 D．重新合成新的基因 答案 C 解析 蛋白质工程的目的是对蛋白质进行改造，从而使蛋白质功能可 以满足人们需求。而蛋白质功能与其高级结构密切相关，蛋白质高级 结构又非常复杂，所以直接对蛋白质改造非常困难，而蛋白质是由基 因控制合成的，对基因进行操作却容易得多。另外，改造后的基因可 以遗传，若对蛋白质直接改造，即使成功也不能遗传。 5．下列有关蛋白质工程的叙述，不正确的是( ) A．蛋白质工程需要用到限制酶和 DNA连接酶 B．蛋白质工程只能改造现有的蛋白质而不能制造新的蛋白质 C．向 T4溶菌酶中引入二硫键提高它的热稳定性是蛋白质工程应用 的体现 D．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 答案 B 解析 蛋白质工程需对基因进行修饰或改造，然后构建基因表达载体 导入受体细胞进行表达，故蛋白质工程需要用到限制酶和 DNA连接 酶，A项正确；通过蛋白质工程，可产生自然界没有的蛋白质，B项 错误；向 T4溶菌酶中引入二硫键提高它的热稳定性是蛋白质工程应 用的体现，C项正确；蛋白质工程能通过基因修饰或基因改造，对现 有蛋白质分子的结构进行定向改造，使之更加符合人类需要，D项正 确。 6．下列对蛋白质工程的进展和应用前景的叙述，错误的是( ) A．通过对基因结构的定点突变实现玉米赖氨酸合成的关键酶结构的 改变属于蛋白质工程 B．将人的胰岛素基因导入大肠杆菌细胞内，使大肠杆菌生产人的胰 岛素的技术属于蛋白质工程 C．对蛋白质进行分子设计必须从蛋白质的功能特点入手 D．通过对基因结构的改造生产出自然界中从未存在的蛋白质种类目 前还很少 答案 B 解析 基因结构的定点突变实现对赖氨酸合成关键酶的改造属于蛋 白质工程；将人的胰岛素基因导入大肠杆菌体内，使其生产大量胰岛 素属于基因工程；对蛋白质进行分子设计必须从蛋白质的功能特点入 手，设计预期的蛋白质结构；通过对基因结构的改造生产出新型蛋白 质的种类目前不多。 7．蛋白质工程是基因工程的延伸，下列关于蛋白质工程的叙述，正 确的是( ) A．蛋白质工程无需构建基因表达载体 B．通过蛋白质工程改造后的蛋白质的性状不遗传给子代 C．蛋白质工程需要限制性核酸内切酶和 DNA连接酶 D．蛋白质工程是在蛋白质分子水平上改造蛋白质的 答案 C 解析 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， 也需构建基因表达载体及用限制性核酸内切酶和 DNA连接酶催化； 蛋白质工程是通过基因修饰或基因改造，对现有蛋白质进行改造，或 制造出一种新的蛋白质，改造后的蛋白质的性状可遗传给子代；蛋白 质工程是在 DNA分子水平上改造蛋白质的。 8．阅读资料，回答下列问题： 资料甲：科学家将牛生长激素基因导入小鼠受精卵中，得到了体型巨 大的“超级小鼠”；科学家采用农杆菌转化法培育出转基因烟草。 资料乙：T4溶菌酶在温度较高时易失去活性。科学家对编码 T4溶菌 酶的基因进行了改造，使其表达的 T4溶菌酶第 3位的异亮氨酸变为 半胱氨酸，该半胱氨酸与第 97位的半胱氨酸之间形成一个二硫键， 提高了 T4溶菌酶的耐热性。 (1)资料甲属于基因工程的范畴。将基因表达载体导入小鼠的受精卵 中常用________法。构建基因表达载体常用的工具酶是____________ 和____________。在培育某些转基因植物时，常用农杆菌转化法，农 杆菌的作用是_____________________________________________ ___________________________________________________________ _____________。 (2)资料乙中的技术属于________工程的范畴，该工程是指以蛋白质 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____________进行改造，或制造一种________的技术。在 该实例中，引起 T4 溶菌酶空间结构改变的原因是组成该酶的 ________序列发生了改变。 答案 (1)显微注射 限制酶 DNA连接酶 可感染植物，将目的基 因转移到受体细胞中 (2)蛋白质 现有的蛋白质 新蛋白质 氨基酸 解析 (1)将目的基因导入动物细胞常用显微注射法；构建基因表达 载体需要限制酶对目的基因所在的 DNA 和载体进行切割，还需要 DNA连接酶将目的基因与载体连接起来形成基因表达载体；农杆菌 中的 Ti质粒上的 T－DNA可转移至受体细胞，并整合到受体细胞染 色体的 DNA上，故可用农杆菌感染植物，将目的基因导入植物细胞。 (2)资料乙中的技术属于蛋白质工程的范畴，通过改造基因，对 T4溶 菌酶这种蛋白质进行了改造，使组成该酶的氨基酸序列发生了改变， 从而提高了 T4溶菌酶的耐热性。 9．下列叙述正确的是( ) A．蛋白质工程生产的蛋白质其氨基酸的排列顺序不可能改变 B．蛋白质工程生产的蛋白质其氨基酸之间的连接方式发生改变 C．蛋白质工程生产的蛋白质仍为天然存在的蛋白质 D．蛋白质工程可合成自然界中不存在的蛋白质 答案 D 解析 蛋白质工程可根据蛋白质的结构规律与生物活性及功能的关 系，利用基因工程手段，按照人类的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的蛋白质分子，甚至创造出自然 界根本不存在的、符合人们需求的蛋白质分子。在此过程中并未改变 氨基酸之间的连接方式，氨基酸序列一般会改变。 10．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 的个别碱基 C．更换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 答案 C 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个 关键酶——天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性受细胞内 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 个酶的活性。通过更换控制合成这两种酶基因的个别碱基，可大大提 高玉米叶片和种子中的游离赖氨酸的含量。 11．中华鲟是地球上最古老的脊椎动物之一，被誉为“水中大熊猫”。 研究者试图利用蛋白质工程技术改造中华鲟体内的某些蛋白质，使其 更加适应现在的水域环境。以下说法错误的是( ) A．该工程可以定向改变蛋白质分子的结构 B．改造蛋白质是通过改造基因而实现的 C．中华鲟的相关蛋白质被改造的过程同样遵循中心法则 D．改造后的中华鲟产生的后代不具有改造后的蛋白质 答案 D 解析 可以通过改造基因来定向改变蛋白质分子的结构，A、B两项 正确；蛋白质工程的设计思路实际上是中心法则的逆推，因此中华鲟 的相关蛋白质被改造的过程同样遵循中心法则，C项正确；蛋白质工 程改造的是基因，可以遗传给子代，因此改造后的中华鲟产生的后代 也具有改造后的蛋白质，D项错误。 12．如图表示蛋白质工程的操作流程，下列说法不正确的是( ) A．蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作 B．蛋白质工程是完全摆脱基因工程技术的一项全新的生物工程技术 C．a、b过程分别表示转录、翻译 D．通过蛋白质工程可制造出一种新的蛋白质 答案 B 解析 蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作，如 蛋白质的空间结构、氨基酸的排列顺序等，这对于合成或改造基因至 关重要，A项正确；蛋白质工程的进行离不开基因工程，因为对蛋白 质的改造要通过对基因的改造来完成，B项错误；图中 a、b过程分 别表示转录、翻译，C项正确；通过蛋白质工程可对现有蛋白质进行 改造，也可制造出一种新的蛋白质，D项正确。 13．图 1表示含有目的基因 D的 DNA片段长度(bp即碱基对)和部分 碱基序列，图 2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有MspⅠ、 BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ 4种限制性核酸内切酶切割的碱基序列和 酶切位点分别为 C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。 请回答下列问题： (1)图 1 的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由 ____________________连接。 (2)若用限制酶 SmaⅠ完全切割图 1 中 DNA 片段，产生的末端是 ________末端，其产物长度为_______________________________ ________________。 (3)若图 1 中虚线方框内的碱基对被 T—A碱基对替换，那么基因 D 就突变为基因 d。从杂合子中分离出图 1及其对应的 DNA片段，用 限制酶 SmaⅠ完全切割，产物中共有________种不同长度的 DNA片 段。 (4)若将图 2中质粒和目的基因 D通过同种限制酶处理后形成重组质 粒，应选用的限制酶是________。在导入重组质粒后，为了筛选出含 重组质粒的大肠杆菌，一般需要用添加________的培养基进行培养。 经检测，部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因 D不能正确 表达，其最可能的原因是____________________________________ ___________________________________________________________ _____________。 答案 (1)脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖 (2)平 537 bp、790 bp、661 bp (3)4 (4)BamHⅠ 抗生素 B 同种限制酶切割形成的末端相同，部分目的 基因与质粒反向连接 解析 (1)DNA双链的结构图如下： 一条脱氧核苷酸链中相邻的两个碱基之间依次是由脱氧核糖、磷酸、 脱氧核糖连接。 (2)若被限制性核酸内切酶切割后的 DNA 末端有几个未配对的核苷 酸片段，这样的末端为黏性末端；若被限制性核酸内切酶切割后的 DNA末端是平整的，这样的末端为平末端。SmaⅠ的识别序列及切 割位点为 CCC↓GGG，因此限制酶 SmaⅠ切割 DNA后会产生平末 端。图 1所示的 DNA分子中含有两个 SmaⅠ的识别位点，第一个识 别位点在左端 534 bp序列向右三个碱基对的位置；第二个识别位点 在右端 658 bp序列向左三个碱基对的位置，SmaⅠ从这两个位点切 割后产生的 DNA片段长度分别为 534＋3、796－3－3、658＋3，即 得到的 DNA片段长度分别为 537 bp、790 bp和 661 bp。 14．如图为利用乳腺生物反应器生产某种动物蛋白的流程示意图，请 分析回答下列问题： (1)该生产流程中应用到的现代生物技术有________工程、________ 工程。(写出其中两种) (2)图中 A、B分别表示________________、________。 (3)蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改造，必须通过基因 ________或基因________来完成，而不直接改造蛋白质，原因是 __________________________。 答案 (1)蛋白质 基因 (2)推测应有的氨基酸序列 基因表达载体 (3)修饰 合成 改造后的基因能够遗传，且改造基因易于操作 解析 (1)由图中“预期蛋白质功能→预期蛋白质结构→A→找到相 应的脱氧核苷酸序列”这一基本流程可知，该生产流程中应用到蛋白 质工程技术；由“目的基因与载体结合形成 B→受精卵”可知，该生 产流程应用到基因工程技术；由“B→受精卵→早期胚胎→受体”可 知，该生产流程中应用到动物细胞培养和胚胎移植等技术。(2)由蛋 白质工程的基本流程可知，A表示推测应有的氨基酸序列；B表示由 目的基因与载体构建而成的基因表达载体。(3)蛋白质工程中，要对 蛋白质结构进行设计改造，必须通过基因修饰或基因合成来完成，而 不直接改造蛋白质，其原因是改造后的基因能够遗传，且改造基因易 于操作。 15．从牛胃液中分离到的凝乳酶以催化能力强而被广泛应用，研究人 员运用基因工程技术，将编码该酶的基因转移到微生物细胞中。请回 答下列问题。 (1)从牛胃细胞中提取________，反转录形成 cDNA。以此 cDNA 为 模板通过 PCR 扩增目的基因，有时需要在引物的 5′端设计 ________(填“限制酶”“DNA连接酶”或“RNA聚合酶”)的识别 序列，以便构建重组 DNA分子。 (2)构建重组DNA分子(如图所示)最好选用________(填限制酶种类)， 理由是___________________________________________________ ___________________________________________________________ _____________。 (3)工业化生产过程中，最初多采用重组大肠杆菌或芽孢杆菌生产凝 乳酶，现多采用重组毛霉生产，毛霉作为受体细胞的优势是 ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ __________________________。 (4)研究发现，如果将该凝乳酶第 20位和 24位氨基酸变为半胱氨酸， 其催化能力将提高 2倍。通过蛋白质工程生产高效凝乳酶，所需步骤 有________(按步骤的先后顺序填写字母)。 a．蛋白质的结构设计 b．蛋白质的结构和功能分析 c．蛋白质结构的定向改造 d．凝乳酶基因的定向改造 e．将改造后的凝乳酶基因导入受体细胞 f．将定向改造的凝乳酶导入受体细胞 答案 (1)mRNA 限制酶 (2)BamHⅠ和 PstⅠ 不破坏目的基因，并能提高重组 DNA分子的 比例(防止自身的黏性末端连接，防止目的基因与载体反向连接) (3)含有内质网和高尔基体，可对蛋白质进行加工和修饰 (4)b、a、d、e 解析 (1)制备 cDNA，需以 mRNA为模板经反转录形成。构建重组 DNA分子，需用限制酶切割质粒和目的基因，因此需在引物的 5′ 端设计限制酶识别序列。(2)分析题图可知，目的基因内部存在 EcoR Ⅰ切割位点，将目的基因从 DNA上切下并保持其完整性需用 BamH Ⅰ和 PstⅠ这两种限制酶，这样可以保持目的基因的完整性及防止自 身的黏性末端连接和目的基因与载体反向连接。(3)凝乳酶为分泌蛋 白，其合成需要内质网和高尔基体加工和修饰，而大肠杆菌或芽孢杆 菌为细菌(原核生物)不具有这两种细胞器，毛霉为真菌，具有这两种 细胞器。(4)蛋白质工程的过程为根据蛋白质的结构和功能，设计蛋 白质的结构，再对目的基因进行定向改造，然后将目的基因导入受体 细胞。