蛋白质工程的原理和应用同步练习 高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

3.4蛋白质工程的原理和应用练习一、选择题1．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)替代甘氨酸(Gly138)，含突变体的重组质粒在大肠杆菌中表达，结果最适反应温度提高10～12℃。这属于生物工程中的()A．基因工程 B．蛋白质工程C．发酵工程 D．酶工程2．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的主要原因是()A．缺乏改造蛋白质所必需的工具酶B．改造基因易于操作且改造后能够遗传C．人类对大多数蛋白质的高级结构知之甚少D．蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化，操作难度大3.已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中第158位的丝氨酸变成亮氨酸，第240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。下列叙述正确的是()A．从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的氨基酸序列(或结构)进行改造B．直接对蛋白质的氨基酸序列(或结构)进行修饰改造，是蛋白质工程的范畴C．改变后的蛋白质(P1)与蛋白质(P)的结构相同，功能不同D．蛋白质工程已被广泛发展应用，极大地满足了人类生产生活的需要4．蛛丝的强度和柔韧度得益于蛛丝蛋白的特殊布局，使它产生了一个由坚硬的结晶区和非结晶区构成的混合区域。有人试图通过破解蛛丝蛋白的结构从而推测出其相应的基因结构，以指导对蚕丝蛋白的修改，从而让蚕也吐出像蛛丝蛋白一样坚韧的丝。此过程运用的技术及基本思路分别是()A．基因突变；DNA→RNA→蛋白质B．基因工程；RNA→RNA→蛋白质C．蛋白质工程；DNA→RNA→蛋白质D．蛋白质工程；蛋白质→RNA→DNA→RNA→蛋白质5．科研人员利用相关技术改变了胰岛素B链的某区域氨基酸的组成，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，不正确的是()A．该过程的操作对象是胰岛素分子B．可通过测定DNA序列确定突变是否成功C．对胰岛素结构的改造属于蛋白质工程D．胰岛素的本质是蛋白质不宜口服使用6．下列关于蛋白质工程的说法不正确的是()A．蛋白质工程能将人抗体某些区段替代鼠抗体的区段，降低鼠抗体的抗原性B．蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性、碱变性等加以改变C．理论上通过对关键氨基酸的转换与增删是进行蛋白质工程的唯一方法D．蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要7．科学家利用基因定点突变技术，对枯草杆菌碱性蛋白酶BAPB92第188、239和262位氨基酸残基进行改造，构建了突变体BAPB92(A188P)、BAPB92(Q239R)和BAPB92(A188P/V262I)。相对于野生型，BAPB92(A188P)酶活力提高了2.6倍，BAPB92(Q239R)酶活力提高了2.5倍，BAPB92(A188P/V262I)酶活力提高了3.3倍，并且突变体蛋白酶的热稳定性和耐碱情况均得到较大提高。下列相关叙述正确的是()A．碱性蛋白酶BAPB92的改造无需设计蛋白酶突变体的结构B．水解替换酶BAPB92第188位的氨基酸可获得突变体BAPB92(A188P)C．枯草杆菌碱性蛋白酶的改造工程遵循的原理是基因重组D．三种突变体中BAPB92(A188P/V262I)降低反应活化能的效果最显著8．大引物PCR定点突变常用来研究蛋白质结构改变导致的功能变化。单核苷酸的定点诱变仅需进行两轮PCR反应即可获得，第一轮加诱变引物和侧翼引物，第一轮产物作第二轮PCR扩增的大引物，过程如图所示。下列叙述不正确的是()A．第一轮PCR过程中复性所用的温度与第二轮PCR复性的温度不一样B．PCR扩增的定点诱变产物通常需要连接到载体分子上才能表达出相应的性状，该定点诱变产物需具备启动子、终止子等结构才能进行转录和翻译C．第二轮PCR所用的引物是第一轮PCR的产物DNA的两条链D．将某功能蛋白的第17位Cys(UGU)改造成Ser(UCU)，属于蛋白质工程9．中华鳄是一种濒危野生动物，研究者试图通过蛋白质工程改造中华鳄体内的某些蛋白质，使其更加适应现在的水域环境。下列有关说法错误的是()A．蛋白质工程可定向改变蛋白质分子的结构B．改造蛋白质可通过改变基因结构实现C．改造后的中华鳄和现有中华鳄仍然是同一物种D．改造后的中华鳄的后代体内不具有改造后的蛋白质10.腈水合酶(N0)广泛应用于环境保护和医药原料生产等领域，但不耐高温。利用蛋白质工程技术在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽，可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)。下列有关叙述错误的是()A．N1与N0氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一B．加入连接肽需要通过改造基因实现C．获得N1的过程需要进行转录和翻译D．检测N1的活性时先将N1与底物充分混合，再置于高温环境二、非选择题11．利用基因工程制作的乙肝—百白破四联疫苗由乙肝病毒、百日咳杆菌、白喉杆菌以及破伤风杆菌的4种抗原组成，该疫苗可以预防乙肝、百日咳、白喉、破伤风。请分析并回答下列问题：(1)乙肝病毒表面抗原的基因较小，且核苷酸序列已知，因此可采用人工化学合成法获得该目的基因，然后通过________技术大量扩增。(2)利用从百日咳杆菌细胞中提取的对应________，在逆转录酶等的作用下合成cDNA片段。因为缺少________等，获得的cDNA片段要比百日咳杆菌中该基因的碱基数量少。(3)研究者将白喉杆菌类毒素第20位和第24位的氨基酸改变为半胱氨酸，取得了更好的免疫效果，该生物技术为______________，其基本途径是从__________________出发，通过对____________的操作来实现。12．赖氨酸是人体必需氨基酸之一，能促进人体发育、增强免疫功能，并有提高中枢神经组织功能的作用。科技人员欲通过将玉米某种蛋白酶改造成“M酶”，从而大大提高玉米种子中赖氨酸的含量，以期待培育出高赖氨酸玉米新品种。请回答下列问题：(1)科技人员先从“提升玉米种子中赖氨酸含量”这一功能出发，构建出____________的结构，再推测出相对应目的基因的______________序列，最终合成出“M酶”基因。(2)科技人员获得“M酶”基因后，常利用________技术在体外将其大量扩增，此过程需要一种特殊的酶是______________________。(3)“M酶”基因只有插入____________________，才能确保“M酶”基因在玉米细胞中得以稳定遗传。科技人员将“M酶”基因导入玉米细胞中需要借助______________的运输。(4)依据______________________的原理，可将含有“M酶”基因的玉米细胞培育成转“M酶”基因的玉米植株。为了确保育种成功，科技人员需要通过______________________________，从个体水平加以鉴定。答案：1．B根据题意可知，葡萄糖异构酶热稳定性得到了提高，是通过对基因进行修饰改造，以实现对现有蛋白质的改造，属于蛋白质工程，B正确。2．B蛋白质工程中，若直接对蛋白质进行改造，工作量过大，改造的蛋白质数量有限，难以保证生产的需要；而通过基因修饰或基因合成来完成对蛋白质的改造，则易于操作且改造后能够遗传，生产的蛋白质数量能保证生产的需要，B正确。3.A从题干资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的氨基酸序列(或结构)进行改造，A正确；蛋白质工程通过改造基因来完成对蛋白质的改造，而不是直接对蛋白质的氨基酸序列(或结构)进行修饰改造，B错误；改变后的蛋白质(P1)与蛋白质(P)的结构不相同，功能不同，C错误；蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要是因为蛋白质的结构往往十分复杂，因此蛋白质工程还没有被广泛发展应用，D错误。4．D通过破解蛛丝蛋白的结构从而推测出其相应的基因结构，以指导对蚕丝蛋白的修改，从而让蚕也吐出像蛛丝蛋白一样坚韧的丝，此过程运用的是蛋白质工程技术。其基本思路是：推测蛛丝蛋白的氨基酸序列，推出其mRNA的碱基序列，再改造或合成控制蛛丝蛋白合成的DNA(目的基因)，然后借助基因工程技术将目的基因导入蚕的体内，在蚕的体内完成由DNA转录形成RNA，再翻译形成蛋白质(蛛丝蛋白)。5．A蛋白质工程的直接操作对象是基因，而不是蛋白质，A不正确；可通过测定DNA序列确定突变是否成功，B正确；胰岛素是蛋白质，对蛋白质结构的改造属于蛋白质工程，C正确；胰岛素为蛋白质，若口服会被消化酶分解，因此胰岛素不宜口服使用，D正确。6．C蛋白质工程能将人抗体某些区段替代鼠抗体的区段，降低鼠抗体的抗原性，A正确；蛋白质工程可改造现有蛋白质，则可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性、碱变性等加以改变，B正确；蛋白质工程指以蛋白质的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，C错误；蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要，D正确。7．D碱性蛋白酶BAPB92的改造首先要设计蛋白酶突变体的结构，再改造相关的基因，A错误；替换酶BAPB92第188位的氨基酸不能通过水解实现，B错误；枯草杆菌碱性蛋白酶的改造工程利用基因定点突变技术，定点突变的目的是把目的基因上面特定部位的碱基替换成另外的碱基，遵循的原理是基因突变，C错误；三种突变体中BAPB92(A188P/V262I)酶活力提高最多，降低反应活化能的效果最显著，D正确。8．C为了使两轮PCR反应在同一支试管中进行，引物设计时应考虑不同的复性温度，第二轮PCR的复性温度应该比第一轮高，A正确；若要使得目的基因可以表达出蛋白质，则需要在PCR扩增的定点诱变产物上具备启动子和终止子，诱导基因转录和翻译，B正确；除第一轮产物作第二轮PCR扩增的大引物外，第二轮PCR仍需加入的引物是另一种侧翼引物，以便进行另一条链的延伸，C错误；欲将某功能蛋白的第17位Cys(UGU)改造成Ser(UCU)，应将诱变引物设计包含—AGA—或—TCT—序列，该过程属于蛋白质工程技术范畴，D正确。9．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正确；改造蛋白质可通过改变基因结构实现，因为基因能控制蛋白质的生物合成，B正确；改造后的中华鳄具有新的性状，但其和现有中华鳄仍是同一物种，C正确；蛋白质工程改造的是基因，可以遗传给子代，因此改造后的中华鳄的后代体内也具有改造后的蛋白质，D错误。10.D由题意可知，在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽，可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)，则N1与N0氨基酸序列有所不同，这可能是影响其热稳定性的原因之一，A正确；蛋白质工程的作用对象是基因，即加入连接肽需要通过改造基因实现，B正确；N1为蛋白质，蛋白质的合成需要经过转录和翻译两个过程，C正确；酶具有高效性，检测N1的活性需先将其置于高温环境，再与底物充分混合，D错误。11．(1)PCR(2)mRNA启动子(3)蛋白质工程预期蛋白质功能(相应的)基因解析：(1)采用人工化学合成法获得目的基因后，可通过PCR技术大量扩增。(2)要合成cDNA，需要提取相应的mRNA作模板；cDNA缺少启动子等，因此要比百日咳杆菌中该基因的碱基数量少。(3)蛋白质工程可以从根本上改造蛋白质结构，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过对相应的基因的操作来实现。12．(1)“M酶”脱氧核苷酸(2)PCR耐高温的DNA聚合酶(或Taq酶)(3)玉米细胞的染色体DNA中(基因表达)载体(4)植物细胞具有全能性测定玉米种子中赖氨酸含量解析：(1)根据题干信息可知，科技人员欲将玉米某种蛋白酶改造成“M酶”，则应该利用蛋白质工程，先构建出“M酶”(蛋白质)的结构，再推测出相对应目的基因的