2021-2022同步新教材人教版生物选择性必修3课后练习：34 蛋白质工程的原理和应用

课后素养落实（十五）蛋白质工程的原理和

应用

（建议用时：40分钟）

［4组基础达标练］

题组一蛋白质工程的原理

1.合成天然不存在的蛋白质应首先设计（）

A.基因结构B.RNA结构

C.氨基酸序列D.蛋白质结构

D［合成天然不存在的蛋白质属于蛋白质工程。实施蛋白质工程的前提是

了解蛋白质的结构与功能的关系，首先要从设计蛋白质的结构入手，然后再根

据基因工程的方法通过基因修饰或基因合成，合成相应的蛋白质，从而实现对

蛋白质的改造。］

2.下列关于蛋白质工程的叙述，错误的是（）

A.蛋白质工程的实质是改造基因

B.蛋白质工程在设计蛋白质结构时的依据是现有基因的脱氧核昔酸序列

C.蛋白质工程的基础是基因工程

D.蛋白质工程遵循的原理包括中心法则

B［蛋白质工程是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进

行分子设计，然后根据设计的蛋白质结构，合成出特定的脱氧核昔酸序列。］

3.下列哪项不是蛋白质工程的研究内容（）

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.分析氨基酸的化学组成

D.按照人的意愿将天然蛋白质改造成新的蛋白质

C［本题考查蛋白质工程的原理。蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构

和生物活性之间的关系，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组成的分析。］

4.科学家为提高玉米中赖氨酸含量，计划将天冬氨酸激酶的第352位的苏

氨酸变成异亮氨酸，将二氢毗咤二竣酸合成酶中第104位的氨基酸由天冬酰胺

变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸的含量分别提高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

C［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

人们的需求。蛋白质行使功能与其高级结构密切相关，而蛋白质高级结构又非

常复杂，所以直接对蛋白质进行改造非常困难，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，通过改造基因而改造蛋白质可以遗传，而

对蛋白质直接改造，即使成功也不能遗传。］

5.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，就可在一70℃

条件下保存半年，给广大患者带来福音。

(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)

।।设力推测找到

(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，不一定符合的需要。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要。

(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？O其原因是（答出1点即可）。

［详细分析］（1）蛋白质工程的前期操作流程是：预期蛋白质的功能f设计预

期的蛋白质结构f推测应有的氨基酸序列f找到相对应的脱氧核昔酸序列。（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）预期蛋白质的功能预期的蛋白质结构应有的氨基酸序列

相对应的脱氧核昔酸序列（基因）（2）自然界已存在人类生产和生活基因改

造基因合成改造（3）空间（或高级）（4）对基因进行操作改造基因才会遗

传，改造蛋白质不遗传（或基因改造比蛋白质改造容易操作）

题组二蛋白质工程的应用

6.下列关于蛋白质工程应用的叙述不正确的是（）

A.蛋白质工程可以改造酶的结构，提高酶的热稳定性

B.通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性

C.利用蛋白质工程可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素

D.蛋白质工程可以对胰岛素进行改造和修饰，合成速效型胰岛素制剂

C［蛋白质工程是依据人们设计的蛋白质分子的结构来改造基因，进而控

制合成新的蛋白质或改变自然界中的蛋白质，而在大肠杆菌中生产人胰岛素利

用基因工程技术便可达到。］

7.科研人员利用相关技术改变了胰岛素B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。下列相关叙述中，不正确的是（）

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.对胰岛素结构的改造属于蛋白质工程

D.该过程的操作对象是胰岛素分子

D［胰岛素的本质是蛋白质，只能注射，不宜口服使用，A正确；可通过

测定DNA的序列确定突变是否成功，B正确；对胰岛素结构的改造属于蛋白质

工程，C正确；蛋白质工程从属于基因工程，蛋白质工程的操作对象是基因，D

错误。］

8.(2020•山东莱州一中高二月考)蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出

来的第二代基因工程，有广阔的发展前景。关于蛋白质工程的描述，正确的是

()

A.由于需要对蛋白质直接改造，因此操作更难

B.由于蛋白质不能遗传，因此蛋白质工程的产物不能大量生产

C.蛋白质工程也需要设计出相应的基因

D.蛋白质工程在各个领域有广泛应用

C［蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程，是在

分子水平上对基因分子直接进行操作，A项错误；分子水平上对基因分子直接进

行操作使其遗传物质发生改变，可以遗传给下一代，B项错误；蛋白质工程对基

因分子直接进行操作，需要推测出应有的氨基酸序列，设计出相应的基因，C

项正确；蛋白质工程的发展并不成熟，仍需一段时间提升，其目前并不能在各

个领域广泛应用，D项错误。］

9.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。某农科所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“提高玉米种子中赖氨酸的含量”这一功能出发，预期构

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。

［详细分析］（1）欲通过将玉米某种蛋白酶改造成“M酶”，则应该利用蛋

白质工程，先预期构建出“M酶''（蛋白质）的结构，再推测出相对应目的基因的

脱氧核昔酸序列，最终合成出“M酶”基因。（2）基因工程中，获取的目的基因

一般利用PCR技术进行扩增，操作过程中需要时高温聚合醮（ThgDNA酶）的催

化。（3）要想确保“M酶”基因在玉米细胞中得以稳定遗传，必须将“M酶”基

因插入玉米细胞的染色体DNA中；将“M酶”基因（目的基因）导入玉米细胞中

需要借助（基因表达）载体的运输。（4）将含有“M酶”基因的玉米细胞培育成转

“M酶”基因的玉米植株可利用植物组织培养技术，依据的原理是植物细胞的

全能性。科技人员需要通过测定玉米种子中赖氨酸含量，从个体水平加以鉴定，

以确保育种成功。

［答案］（1）“M酶”脱氧核昔酸（2）PCRThqDNA酶（或“热稳定

DNA聚合酶”）（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

［8组素养培优练］

10.猪的胰岛素用于降低人体血糖浓度效果不明显，原因是猪胰岛素分子

中有一个氨基酸与人的不同。为了使猪胰岛素用于临床治疗糖尿病，用蛋白质

工程的蛋白质分子设计的最佳方案是（）

A.对猪胰岛素中不同于人的那个氨基酸进行替换

B.将猪胰岛素和人胰岛素进行拼接组成新的胰岛素

C,将猪和人的胰岛素混合在一起治疗糖尿病

D.根据人的胰岛素设计制造一种全新的胰岛素

A［由于猪胰岛素分子中只有一个氨基酸与人胰岛素不同，所以蛋白质工

程中蛋白质的分子设计只需替换这一个不同的氨基酸即可。虽然根据人胰岛素

分子的结构设计一种全新的胰岛素也可以用于临床治疗，但分子设计和胰岛素

的生产方面都存在很多困难，所以不是最佳方案。］

11.（2020•安徽亳州一中高二月考）下图表示蛋白质工程的操作过程，相关说

法不正确的是（）

分子设计

M因D、4合成依基限序列Si白质卜预期功能

多肽能-

DNAITTMRNAF^-折费三雉结构一":物功能

A.a、b过程分别是转录、翻译

B.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

C.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

D.蛋白质工程中可能构建出一种全新的基因

C［a过程是以DNA的一条链为模板合成mRNA的转录过程，b过程是以

mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的多肽链的翻译过程，A项正确；蛋白

质工程是指以蛋白质分子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

类的生产和生活需求，因此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、D项正确；蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代

基因工程，C项错误。］

12.下列关于蛋白质工程的叙述，不正确的是（）

A.可以根据人类的需要，设计并制造出自然界不存在的全新蛋白质

B.可以根据功能的需要替代蛋白质中的某一个肽段或一个特定的结构区域

C.可以通过基因工程间接地改造蛋白质中特定的一个或几个氨基酸

D.可以通过人工化学合成的方法直接对蛋白质的氨基酸进行改造

D［蛋白质工程是在原有蛋白质的基础上，根据人们的需求对蛋白质分子

作出的定向的改造，可以设计并制造出自然界不存在的全新蛋白质，A正确；蛋

白质工程可以根据功能的需要替代蛋白质中的某一个肽段或一个特定的结构区

域，B正确；可以通过基因工程有目的地改造蛋白质中特定的一个或几个氨基酸，

以获得人类所需要的目的蛋白质，C正确；蛋白质工程属于第二代基因工程，不

能通过人工化学合成的方法直接对蛋白质的氨基酸进行改造，D错误。］

13.2007年诺贝尔生理学或医学奖授予在“基因靶向”技术方面作出突出

贡献的三位科学家。“基因靶向”技术指的是应用DNA同源重组原理，通过一

定的载体，用设计好的目的基因替代靶基因，从而达到使靶基因功能丧失的目

的。借助这一技术，科学家可以用小鼠进行实验，使其体内的某项特定基因丧

失功能，以帮助人们找到治疔疾病的有效方法。下面是该实验的基本过程，请

回答有关问题。

(1)获取目的基因。

①目的基因是靶基因的同源片段。经过修饰使靶基因的功能改变或丧失，

就可获得目的基因。如果要获得活性降低了的X酶蛋白的目的基因，可以采用

蛋白质工程技术，请简述其过程。。

②为了提高实验成功率，需要通过PCR技术获得目的基因的大量拷贝。与

体内DNA复制相比，PCR反应体系需加入哪两种特别的物质？

(2)构建基因表达载体。质粒是具有自我复制能力的双链环状DNA,它所具

有的一至多个____________位点，使目的基因插入其中成为可能，因此常被选

作载体。

(3)将基因表达载体导入胚胎干细胞，从中筛选出成功发生了同源重组的胚

胎干细胞，然后培育出小鼠。

(4)通过检测目的基因是否表达出蛋白质产品，可以确定该小鼠体内是否成

功发生了基因的同源重组。请简述这种检测方法。。

［详细分析］本题重点考查了蛋白质工程的基本原理及其应用。基因工程遵

循中心法则，中心法则告诉我们遗传信息的流动方向如图所示：

^QNA（«W）mRNA业肽集近”具衣空

间结构的蛋白质一表达生物特有的功能或性状

基因工程基本上是生产出自然界已有的蛋白质。而蛋白质工程是基因工程