人教版生物高中选修3课时素养评价1-4蛋白质工程的崛起

课时素养评价四蛋白质工程的崛起(30分钟100分)一、选择题(共4小题,每小题5分,共20分)1.(2020·海口高二检测)下列有关基因工程和蛋白质工程的叙述,正确的是()A.基因工程完全不同于蛋白质工程B.基因工程是分子水平操作,蛋白质工程是细胞水平操作C.基因工程需对基因进行分子水平操作,蛋白质工程不对基因进行操作D.基因工程合成的是天然存在的蛋白质,蛋白质工程合成的可以不是天然存在的蛋白质【解析】选D。蛋白质工程是基因工程的延伸,需要进行基因修饰或基因合成,A项、C项错误;二者都是在分子水平上进行的操作,B项错误;基因工程合成的是天然存在的蛋白质,蛋白质工程合成的可以是自然界中不存在的蛋白质,D项正确。2.(2020·泉州高二检测)下列关于蛋白质工程应用的叙述正确的是 ()A.基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的B.蛋白质工程和基因工程的目的是获得人类需要的蛋白质,所以二者没有区别C.只有利用蛋白质工程才可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素D.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【解析】选A。基因工程和蛋白质工程产生的变异属于基因重组,属于可遗传的变异,A正确;蛋白质工程和基因工程的目的是获得人类需要的蛋白质,基因工程生产的蛋白质是自然界存在的,蛋白质工程可以生产自然界不存在的蛋白质,B错误;人的胰岛素是自然界已经存在的蛋白质,利用基因工程就可以在大肠杆菌细胞中得到,C错误;干扰素属于蛋白质,由基因控制合成,不能自我复制合成,D错误。3.中华鲟是地球上最古老的脊椎动物,被称为“活化石”。研究者试图通过蛋白质工程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。下列说法错误的是 ()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.改造后的中华鲟的后代不具有改造的蛋白质【解析】选D。蛋白质工程可以通过改造基因来定向改变蛋白质分子的结构,A、B正确;蛋白质工程的原理是中心法则的逆推,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的后代也具有改造的蛋白质,D错误。4.下列关于蛋白质工程的说法,正确的是 ()A.蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作B.对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的C.蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程完全相同D.蛋白质工程与基因工程密不可分,被称为第二代基因工程【解析】选D。蛋白质工程是在分子水平上对现有控制蛋白质合成的基因进行操作,改造基因即改造蛋白质,而且可以遗传,A错误;对蛋白质的改造是通过直接改造现有蛋白质的基因来实现的,B错误;蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程不完全相同,C错误;蛋白质工程是在基因工程的基础上形成的,与基因工程密不可分,被称为第二代基因工程,D正确。二、非选择题(共5小题,共80分)5.(16分)(2020·马鞍山高二检测)胰岛素可以用于治疗糖尿病,但是胰岛素被注射到人体后,会堆积在皮下,并且要经过较长时间才能进入血液中,而进入血液的胰岛素又容易被分解,因此,治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计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)人工合成的DNA与结合后,被导入中才能得以表达。

(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素,需用到的生物工程有、和发酵工程。

(4)图解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?。

。

【解析】(1)蛋白质工程的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。因此,图中构建新的胰岛素模型的依据是预期胰岛素,即速效胰岛素的功能。(2)人工合成的目的基因与载体结合后,被导入受体细胞中才能得以表达。(3)利用蛋白质工程生产自然界中原本不存在的蛋白质,需对原有的胰岛素进行改造,根据新的胰岛素中氨基酸的序列推测出其基因中的脱氧核苷酸序列,人工合成新的胰岛素基因即目的基因,改造好的目的基因需通过基因工程将其导入受体细胞获得工程菌,再利用工程菌进行发酵,从而获取大量产品,因此该过程涉及蛋白质工程、基因工程和发酵工程。(4)由新的蛋白质模型到构建新的基因,其基本设计思路是根据新的蛋白质中的氨基酸序列,推测出其基因中的脱氧核苷酸序列,然后利用DNA合成仪直接合成新的基因。答案:(1)蛋白质的预期功能(2)载体大肠杆菌等受体细胞(3)蛋白质工程基因工程(4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列,推测出其脱氧核苷酸序列,然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因6.(16分)(2020·太原高二检测)基因疗法所涉及的基因工程技术主要有三种,包括病毒载体导入、基因(编辑)和细胞改造。请回答:(1)第一种是将通过载体送入目标细胞让其发挥作用。该技术用来传递基因的载体多是病毒类载体,因为它们能

。

经过基因改造后,这些作为载体的病毒具有的特点。

(2)第二种是直接通过基因(编辑)技术修复目标细胞的。基因(编辑)技术可以达到添加基因、消除基因或者的效果。

(3)第三种则是从患者体内提取细胞在体外进行修改然后再重新输回患者体内发挥作用。例如,对造血干细胞进行基因工程改造让其制造内源性的凝血因子,从理论上说能持续缓解血友病症状,而不需使用治疗。基因治疗进入了一个兼具安全性和有效性的时代。但你认为这个领域中的问题是。

【解析】(1)将目的基因通过载体送入目标细胞让其发挥作用是基因工程中最常用的技术手段,该技术常用病毒类载体传递基因,主要是因为某些病毒能将基因整合进宿主细胞的DNA分子,这些作为载体的病毒和转入的目的基因对宿主细胞无毒性。(2)直接通过基因(编辑)技术修复目标细胞的缺陷基因,可以达到添加基因、消除基因或者矫正缺陷基因的效果,这是我们常用的基因治疗技术。(3)对造血干细胞进行基因工程改造让其制造内源性的凝血因子,从理论上说能持续缓解血友病症状,而不需输凝血酶或输血小板或输凝血因子治疗。在目前阶段,基因治疗这个领域中关键需要考虑的是载体的遗传毒性、基因编辑的脱靶效应、基因递送和编辑的效率低等问题。答案:(1)目的基因将基因整合进宿主的DNA分子将目的基因转移到宿主细胞中且无毒性(或载体无法增殖或无感染性)(2)缺陷基因矫正缺陷基因(3)输凝血酶(或输血小板或输凝血因子)载体的遗传毒性(或者基因编辑的脱靶效应或者基因递送和编辑的效率低)7.(16分)下图是某种动物蛋白质工程的示意图,请分析回答:(1)目前蛋白质工程中难度最大的是图中编号所示的过程,实现③过程的依据有、

。

(2)若相关蛋白质的核酸片段是从细胞质中获取的mRNA,则④过程包括和诱导突变,以获得所需的目的基因。

(3)⑤过程对核苷酸序列有严格要求的工具酶是。

【解析】(1)在蛋白质工程中,首先要从预期的蛋白质功能推导确定预期的蛋白质结构,这项工作盲目性强,难度相当大,需要收集大量的蛋白质分子结构的信息,以便分析结构与功能之间的关系;③过程是从氨基酸序列推知脱氧核苷酸序列,需要利用氨基酸对应的密码子,严格遵循碱基互补配对原则(发生在mRNA上的密码子与DNA之间)。(2)④⑤属于基因工程的操作流程,从mRNA到目的基因,是人工合成目的基因的方法,要通过反转录过程,然后经诱导突变为所需要的目的基因。(3)⑤是基因工程的核心步骤——基因表达载体的构建,需要两种工具酶,识别特定核苷酸序列的是限制酶。答案:(1)①氨基酸对应的密码子mRNA与DNA之间的碱基互补配对原则(2)反转录(3)限制酶8.(20分)(2015·海南高考)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。

【解题关键】(1)题干关键信息:“基因工程技术可大量生产胰岛素”。(2)关键知识:基因工程的操作流程,目的基因产物的分离、纯化。【解析】本题主要考查基因工程的有关内容。(1)由题干信息可知,前胰岛素原在细胞内经加工后成为胰岛素,人体合成胰岛素的细胞是胰岛B细胞,所以合成前胰岛素原的细胞也是胰岛B细胞;而胰岛A细胞合成的激素是胰高血糖素。(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)由题目信息可知,培养液无抗原抗体反应,菌体有抗原抗体反应,说明所合成的胰岛素原存在于菌体内,所以用该工程菌进行工业发酵时,应从菌体中分离、纯化胰岛素原,经酶处理便可转变为胰岛素。答案:(1)胰岛B细胞胰岛A细胞(2)DNA胰岛素原(3)菌体9.(12分)干扰素是动物体内的一种蛋白质,可以用于治疗病毒感染和癌症,但体外保存相当困难。如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸,就可在-70℃条件下保存半年(1)蛋白质的合成是受基因控制的,因此获得能够控制合成“可以保存的干扰素”的基因是生产的关键,依据蛋白质工程原理,设计实验流程,让动物生产“可以保存的干扰素”:(填写在方框内)(2)基因工程和蛋白质工程相比较,基因工程在原则上只能生产的蛋白质,不一定符合需要。而蛋白质工程是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,通过或,对现有蛋白质进行,或制造一种新的蛋白质,以满足人类的生产和生活需求。

(3)蛋白质工程实施的难度很大,主要原因是蛋白质具有十分复杂的结构。

(4)对天然蛋白质进行改造,应该直接对蛋白质分子进行操作,还是对基因进行操作来实现?。其原因是(答出一点即可)。

【解析】(1)蛋白质工程的前期操作流程是:预期的蛋白质功能→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。(2)基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质,这种蛋白质可能不符合人类生产和生活的需要,而蛋白质工程既可以通过基因修饰(改造)生产出改造后的符合需要的蛋白质,也可以通过基因合成生产出自然界不存在的符合需要的蛋白质。(3)蛋白质的空间结构十分复杂,根据预期功能来推测蛋白质结构相当困难。(4)蛋白质工程直接操作的对象是基因,应该通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造。①任何一种天然蛋白质都是由基因编码的,改造了基因也就是对蛋白质进行了改造,而且改造过的蛋白质可以通过改造过的基因遗传下去;如果对蛋白质直接改造,即使改造成功,被改造过的蛋白质分子也无法遗传。②对基因进行改造比对蛋白质直接进行改造要容易操作,难度要小得多。答案:(1)预期的蛋白质功能预期的蛋白质结构应有的氨基酸序列相对应的脱氧核苷酸序列(基因)(2)自然界已存在人类生产和