2020_2021學(xué)年新教材高中生物第3章基因工程4蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用作業(yè)含解析新人教版選擇性必修3

1、蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用 (20分鐘70分)一、選擇題(共7小題,每小題5分,共35分)1.下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法正確的是()A.蛋白質(zhì)工程以基因工程為基礎(chǔ) B.蛋白質(zhì)工程就是酶工程的延伸C.蛋白質(zhì)工程就是用蛋白酶對蛋白質(zhì)進行改造 D.蛋白質(zhì)工程只能生產(chǎn)天然的蛋白質(zhì)【解析】選A?；蛑笇?dǎo)蛋白質(zhì)的合成,蛋白質(zhì)工程以基因工程為基礎(chǔ),A正確;蛋白質(zhì)工程能通過基因修飾或基因合成,定向?qū)ΜF(xiàn)有蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)進行改造;而酶工程是利用酶的催化功能,在一定條件下催化化學(xué)反應(yīng),生產(chǎn)人類需要的產(chǎn)品或服務(wù)于其他目的的一門應(yīng)用技術(shù),B錯誤;蛋白質(zhì)工程的實質(zhì)是改造基因,C錯誤;蛋白質(zhì)工程可以通過基因合成、制造自然界不曾

2、存在過的新型蛋白質(zhì)分子,D錯誤。2.下列哪項不是蛋白質(zhì)工程的研究內(nèi)容()A.分析蛋白質(zhì)分子的三維結(jié)構(gòu)B.分析氨基酸的分子結(jié)構(gòu)C.對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行有目的的改造D.按照人的意愿生產(chǎn)自然界沒有的新的蛋白質(zhì)【解析】選B。蛋白質(zhì)工程是根據(jù)預(yù)期蛋白質(zhì)功能設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)分子的三維結(jié)構(gòu),A不符合題意;蛋白質(zhì)工程分析、設(shè)計蛋白質(zhì)分子,不分析氨基酸的分子結(jié)構(gòu),B符合題意;蛋白質(zhì)工程通過修改基因或創(chuàng)造合成新基因來改變對蛋白質(zhì)進行有目的改造,C不符合題意;按照人的意愿生產(chǎn)自然界沒有的新的蛋白質(zhì)屬于蛋白質(zhì)工程,D不符合題意。3.中華鱘是地球上最古老的脊椎動物,被稱為“活化石”。研究者試圖通過蛋白質(zhì)工程改造中華鱘體內(nèi)的

3、某些蛋白質(zhì),使其更加適應(yīng)現(xiàn)在的水域環(huán)境,以下說法錯誤的是()A.該工程可以定向改變蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)B.改造蛋白質(zhì)是通過改造基因結(jié)構(gòu)而實現(xiàn)的C.改造后的中華鱘和現(xiàn)有中華鱘仍是同一物種D.改造后的中華鱘的后代不具有改造的蛋白質(zhì)【解析】選D。蛋白質(zhì)工程可以定向改變蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu),A正確;改造蛋白質(zhì)是通過改造基因結(jié)構(gòu)而實現(xiàn)的,B正確;改造后的中華鱘具有新的性狀,但其和現(xiàn)有中華鱘仍是同一物種,C正確;蛋白質(zhì)工程改造的是基因,可以遺傳給子代,因此改造后的中華鱘的后代也具有改造的蛋白質(zhì),D錯誤。4.從某海洋動物中獲得一基因,其表達產(chǎn)物為一種抗菌性和溶血性均較強的多肽P1 。目前在P1的基礎(chǔ)上研發(fā)抗菌性強但

4、溶血性弱的多肽藥物,首先要做的是()A.合成編碼目的肽的DNA片段 B.構(gòu)建含目的肽DNA片段的表達載體C.依據(jù)P1氨基酸序列設(shè)計多條模擬肽 D.篩選出具有優(yōu)良活性的模擬肽作為目的肽【解析】選C。該工程屬于蛋白質(zhì)工程,已經(jīng)獲得該目的基因片段,不需要合成編碼目的肽的DNA片段;需要構(gòu)建含目的肽的DNA片段的表達載體,但這不是第一步;蛋白質(zhì)工程的第一步是根據(jù)蛋白質(zhì)的功能,設(shè)計P1氨基酸序列,從而推出其基因序列;該基因表達產(chǎn)物為一種抗菌性和溶血性均較強的多肽P1,目前在P1的基礎(chǔ)上研發(fā)抗菌性強但溶血性弱的多肽藥物,而目的多肽是抗菌性強但溶血性弱,所以必須對其改造,保持其抗菌性強,抑制其溶血性。5.下

5、列有關(guān)蛋白質(zhì)工程的敘述,錯誤的是()A.收集大量的蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的信息,以便分析結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系B.蛋白質(zhì)工程的原理是從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)最終通過改造基因或合成基因獲得所需蛋白質(zhì)C.T4溶菌酶中引入二硫鍵提高了它的熱穩(wěn)定性是蛋白質(zhì)工程的體現(xiàn)D.蛋白質(zhì)工程只能改造現(xiàn)有的蛋白質(zhì)而不能制造新的蛋白質(zhì)【解析】選D。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性決定蛋白質(zhì)功能的多樣性,在實施蛋白質(zhì)工程的準備階段,只有收集到大量的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的信息,才能從其中尋求到某一結(jié)構(gòu)跟預(yù)期的蛋白質(zhì)功能之間的關(guān)系,從而據(jù)其構(gòu)建出某一段氨基酸序列,此氨基酸序列成為構(gòu)建脫氧核苷酸序列(即基因)的依據(jù),通過改造基因或合成基因獲得所需蛋白質(zhì),A、B

6、項正確。T4溶菌酶是蛋白質(zhì),對其改造屬于蛋白質(zhì)工程,C項正確。在蛋白質(zhì)工程中,基因修飾后可以表達出改造的蛋白質(zhì),基因合成后可以制造出新的蛋白質(zhì),D錯誤。6.下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程實施的敘述,不正確的是()A.可以根據(jù)人類的需要,設(shè)計并制造出自然界不存在的全新蛋白質(zhì)B.可以根據(jù)功能的需要替代蛋白質(zhì)中的某一個肽段或一個特定的結(jié)構(gòu)區(qū)域C.可以通過基因工程間接地改造蛋白質(zhì)中特定的一個或幾個氨基酸D.可以通過人工化學(xué)合成的方法直接對蛋白質(zhì)的氨基酸進行改造【解析】選D。蛋白質(zhì)工程是在原有蛋白質(zhì)的基礎(chǔ)上,根據(jù)人們的需求對蛋白質(zhì)分子作出的定向的改造,可以設(shè)計并制造出自然界不存在的全新蛋白質(zhì),A正確;蛋白質(zhì)工程可以

7、根據(jù)功能的需要替代蛋白質(zhì)中的某一個肽段或一個特定的結(jié)構(gòu)區(qū)域,B正確;蛋白質(zhì)工程較小的改造是改造蛋白質(zhì)分子中某些活性部位的1個或幾個氨基酸殘基通過定點誘變技術(shù),以獲得人類所需要的目的蛋白質(zhì),C正確;蛋白質(zhì)工程不能通過人工化學(xué)合成的方法直接對蛋白質(zhì)的氨基酸進行改造,D錯誤。7.如圖為蛋白質(zhì)工程操作的基本思路,下列敘述不正確的是() A.代表蛋白質(zhì)工程操作思路的過程是B.代表中心法則內(nèi)容的是C.代表轉(zhuǎn)錄,代表翻譯,代表分子設(shè)計,代表DNA合成D.蛋白質(zhì)工程的目的是對基因的結(jié)構(gòu)進行分子設(shè)計,通過基因合成或改造而實現(xiàn)【解析】選D。蛋白質(zhì)工程操作思路是中心法則的逆過程,即圖中的,A正確;中心法則是指遺傳信

8、息的表達過程,即圖中代表轉(zhuǎn)錄,代表翻譯,B正確;代表轉(zhuǎn)錄,代表分子設(shè)計,代表DNA合成,C正確;蛋白質(zhì)工程的目的是對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進行分子設(shè)計,通過基因合成或基因修飾實現(xiàn),D錯誤。二、非選擇題(共2小題,共35分)8.(17分)賴氨酸是人體八大必需氨基酸之一,能促進人體發(fā)育、增強免疫功能,并有提高中樞神經(jīng)組織功能的作用。某農(nóng)科所科技人員欲通過將玉米某種蛋白酶改造成“M酶”,從而大大提高玉米種子中賴氨酸的含量,以期待培育出高賴氨酸玉米新品種。請回答下列問題:(1)科技人員先從“提升玉米種子中賴氨酸含量”這一功能出發(fā),預(yù)期構(gòu)建出_的結(jié)構(gòu),再推測出相對應(yīng)目的基因的_序列,最終合成出“M酶”基因。(2)

9、科技人員獲得“M酶”基因后,常利用_技術(shù)在體外將其大量擴增,此過程需要一種特殊的酶是_。(3)“M酶”基因只有插入_,才能確?！癕酶”基因在玉米細胞中得以穩(wěn)定遺傳?？萍既藛T將“M酶”基因?qū)胗衩准毎行枰柚鷂的運輸。(4)依據(jù)_的原理,可將含有“M酶”基因的玉米細胞培育成轉(zhuǎn)“M酶”基因的玉米植株。為了確保育種成功,科技人員需要通過_,從個體水平加以鑒定?！窘馕觥?1)根據(jù)題干信息已知,某農(nóng)科所科技人員欲通過將玉米某種蛋白酶改造成“M酶”,則應(yīng)該利用蛋白質(zhì)工程,先預(yù)期構(gòu)建出“M酶”(蛋白質(zhì))的結(jié)構(gòu),再推測出相對應(yīng)目的基因的脫氧核苷酸序列,最終合成出“M酶”基因。(2)基因工程中,獲取的目的基因

10、一般利用PCR技術(shù)進行擴增,過程中需要耐高溫聚合酶的催化。(3)要想確?！癕酶”基因在玉米細胞中得以穩(wěn)定遺傳,必須將“M酶”基因插入玉米細胞的染色體DNA中;將“M酶”基因(目的基因)導(dǎo)入玉米細胞中需要借助(基因表達)載體的運輸。(4)依據(jù)植物細胞的全能性原理,可將含有“M酶”基因的玉米細胞培育成轉(zhuǎn)“M酶”基因的玉米植株?？萍既藛T需要通過測定玉米種子中賴氨酸的含量,從個體水平加以鑒定,以確保育種成功。答案:(1)“M酶”脫氧核苷酸(2)PCR熱穩(wěn)定DNA聚合酶(3)玉米細胞的染色體DNA中(基因表達)載體(4)植物細胞具有全能性測定玉米種子中賴氨酸的含量9.(18分)人體內(nèi)的t-PA蛋白能高效

11、降解由血纖維蛋白凝聚而成的血栓,是心梗和腦血栓的急救藥。(1)為心?；颊咦⑸浯髣┝康幕蚬こ蘴-PA會誘發(fā)顱內(nèi)出血。研究證實,將t-PA第84位的半胱氨酸換成絲氨酸,能顯著降低出血副作用。據(jù)此,先對天然的t-PA基因進行改造,再采取傳統(tǒng)的基因工程方法表達該突變基因,可制造出性能優(yōu)異的t-PA突變蛋白,該工程技術(shù)稱為_。(2)若獲得的t-PA突變基因如圖所示,那么質(zhì)粒pCLY11需用限制酶_和_切開,才能與t-PA突變基因高效連接。 (3)將連接好的DNA分子導(dǎo)入大腸桿菌中,對大腸桿菌接種培養(yǎng)。在培養(yǎng)基中除了加入水、碳源、氮源等營養(yǎng)物質(zhì)外,還應(yīng)加入_進行選擇培養(yǎng),以篩選成功導(dǎo)入pCLY11的細菌

12、。配制好的培養(yǎng)基通常采用_法進行滅菌。(4)對培養(yǎng)得到的菌落進行篩選,其中菌落為_色的即為含t-PA突變基因重組DNA分子的大腸桿菌。得到的大腸桿菌能否分泌t-PA突變蛋白,可通過該細胞產(chǎn)物能否與_特異性結(jié)合進行判定?！窘馕觥?1)對天然的t-PA基因進行改造,以制造出性能優(yōu)異的t-PA突變蛋白的技術(shù)稱為蛋白質(zhì)工程。(2)如圖所示,由于目的基因的兩端的堿基序列分別是CCGG、CTAG ,所以應(yīng)用Xma和Bgl兩種限制酶切割,以便于把目的基因連接到質(zhì)粒pCLY11上。(3)由題圖可知,將連接好的DNA分子導(dǎo)入大腸桿菌中,含t-PA突變基因重組DNA分子的細胞具有新霉素抗性,在培養(yǎng)基中應(yīng)加入新霉素

13、進行選擇培養(yǎng),以篩選成功導(dǎo)入pCLY11的細菌。配制好的培養(yǎng)基通常采用高壓蒸汽滅菌法進行滅菌。(4)由于限制酶切割質(zhì)粒破壞了mlacZ基因,所以含t-PA突變基因重組DNA分子的細胞所長成的菌落呈白色。檢查t-PA突變蛋白可用t-PA蛋白抗體,觀察能否發(fā)生特異性結(jié)合進行判定。答案:(1)蛋白質(zhì)工程(2)XmaBgl(3)新霉素高壓蒸汽滅菌(4)白t-PA蛋白抗體 (10分鐘30分)1.(6分)在研究溶菌酶時,科研人員通過蛋白質(zhì)工程來設(shè)計改變酶的構(gòu)象,得到了多種突變酶,并測得50%的酶發(fā)生變性時的溫度(Tm),部分結(jié)果見下表。有關(guān)敘述正確的是()酶半胱氨酸(Cys)的位置和數(shù)目二硫鍵數(shù)目Tm/野

14、生型T4溶菌酶Cys51,Cys97無41.9突變酶CCys21,Cys143152.9突變酶FCys3,Cys9,Cys21,Cys142,Cys164265.5注:Cys上角的數(shù)字表示半胱氨酸在肽鏈的位置。A.突變酶的出現(xiàn)是基因突變的結(jié)果B.突變酶F的最適溫度為65.5 C.溶菌酶熱穩(wěn)定性的提高可能與空間結(jié)構(gòu)的改變有關(guān)D.溶菌酶熱穩(wěn)定性的提高,是通過改變半胱氨酸的位置實現(xiàn)的【解析】選C。由題意知,突變酶是通過蛋白質(zhì)工程合成的,與基因突變無關(guān),A錯誤;突變酶F 50%的酶發(fā)生變性時的溫度是65.5 ,B錯誤;改變?nèi)芫傅臉?gòu)象,酶變性的溫度發(fā)生改變,即酶的穩(wěn)定性改變,因此溶菌酶熱穩(wěn)定性的提高可

15、能與空間結(jié)構(gòu)的改變有關(guān),C正確;溶菌酶熱穩(wěn)定性的提高,是通過增加二硫鍵的數(shù)量實現(xiàn)的,D錯誤。2.(6分)(不定項)抗體酶又稱催化抗體,是一類免疫球蛋白,其結(jié)構(gòu)如圖所示,它既具有相應(yīng)的免疫活性,又能像酶那樣催化某種化學(xué)反應(yīng)。下列有關(guān)敘述正確的是() A.抗體酶與抗原、底物的結(jié)合均具有專一性的特點B.抗體酶可使藥物的前體物質(zhì)在腫瘤組織中水解為活性分子,從而起殺傷作用C.抗體酶能阻止病毒與靶細胞結(jié)合的機理可能是選擇性地使病毒外殼蛋白發(fā)生水解D.可通過蛋白質(zhì)工程對特異抗體的抗原結(jié)合位點進行空間改造,使其獲得催化功能【解析】選A、B、C?？贵w酶具有典型的酶的特性,即也具有高效性、專一性,A正確;以腫瘤細

16、胞表面抗原的單克隆抗體與酶的交聯(lián)物以及該酶可以催化的前體藥物所組成的這一系統(tǒng),可以在腫瘤組織局部催化無活性的前體藥物,使之成為對腫瘤細胞具有高度殺傷活性的分子,從而在體內(nèi)對腫瘤細胞發(fā)揮選擇性殺傷作用,B正確;抗體酶還可有選擇地使病毒外殼蛋白的肽鍵裂解,從而防止病毒與靶細胞結(jié)合,C正確;借助基因工程和蛋白質(zhì)工程將催化基因引入特異抗體的抗原結(jié)合位點上,使其獲得催化功能,D錯誤?！緦嶒炋骄俊?.(18分)Hedgehog基因(H)廣泛存在于無脊椎動物和脊椎動物中,在胚胎發(fā)育中起重要作用。我國科研工作者利用基因敲除和核酸分子雜交技術(shù),研究了H基因在文昌魚胚胎發(fā)育中的作用。(1)研究者使用了兩種TALE

17、蛋白對文昌魚的H基因進行敲除。TALE蛋白的結(jié)構(gòu)是人工設(shè)計的,蛋白質(zhì)的中央?yún)^(qū)能夠結(jié)合H基因上特定的序列,F區(qū)則能在該序列處將DNA雙鏈切開如圖1所示。 根據(jù)_設(shè)計出其氨基酸序列,再根據(jù)氨基酸序列對應(yīng)的密碼子序列推測岀編碼 TALE蛋白的DNA序列,人工合成DNA序列之后,再以其為模板進行轉(zhuǎn)錄生成 mRNA。將兩種mRNA用_法導(dǎo)入文昌魚的卵細胞中,然后滴加精液使卵受精,此受精卵發(fā)育成的個體為F0。F0個體細胞內(nèi)被兩種TALE蛋白處理過的DNA,經(jīng)_催化重新連接后,H 基因很可能因發(fā)生堿基對的_而喪失功能,基因喪失功能則被稱為“敲除”。(2)提取F0胚胎細胞DNA,通過_體外擴增H基因,用_進行

18、切割,電泳后用_為探針進行DNA分子雜交,實驗結(jié)果如圖2所示。圖中樣品_代表的F0個體中部分H基因已被敲除。研究者發(fā)現(xiàn),在F0個體產(chǎn)生的所有配子中,通常只有部分配子的H基因被敲除,可能的原因是_?！窘忸}關(guān)鍵】準確分析圖示并獲取圖示信息:圖1:被兩種TALE蛋白處理過的DNA重新連接后,缺失了BsrG識別位點。圖2:H基因中含有一個BsrG識別位點,能被BsrG切割形成兩種不同長度的DNA片段,而H基因被敲除后會缺失BsrG識別位點,不能被BsrG識別和切割。樣品1中有兩種長度不同的DNA,說明其代表的個體中H基因沒有被敲除,樣品2中含有3種長度不同的DNA片段,說明其代表的F0個體中部分H基因已被敲除?！窘馕觥?1)蛋白質(zhì)工程的基本程序:預(yù)期蛋白質(zhì)功能設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測應(yīng)有氨基酸序列找到并改變相對應(yīng)的