人教版生物高中選修3課時(shí)素養(yǎng)評(píng)價(jià)1-4蛋白質(zhì)工程的崛起

課時(shí)素養(yǎng)評(píng)價(jià)四蛋白質(zhì)工程的崛起(30分鐘100分)一、選擇題(共4小題,每小題5分,共20分)1.(2020·?？诟叨z測(cè))下列有關(guān)基因工程和蛋白質(zhì)工程的敘述,正確的是()A.基因工程完全不同于蛋白質(zhì)工程B.基因工程是分子水平操作,蛋白質(zhì)工程是細(xì)胞水平操作C.基因工程需對(duì)基因進(jìn)行分子水平操作,蛋白質(zhì)工程不對(duì)基因進(jìn)行操作D.基因工程合成的是天然存在的蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)工程合成的可以不是天然存在的蛋白質(zhì)【解析】選D。蛋白質(zhì)工程是基因工程的延伸,需要進(jìn)行基因修飾或基因合成,A項(xiàng)、C項(xiàng)錯(cuò)誤;二者都是在分子水平上進(jìn)行的操作,B項(xiàng)錯(cuò)誤;基因工程合成的是天然存在的蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)工程合成的可以是自然界中不存在的蛋白質(zhì),D項(xiàng)正確。2.(2020·泉州高二檢測(cè))下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程應(yīng)用的敘述正確的是 ()A.基因工程和蛋白質(zhì)工程產(chǎn)生的變異都是可遺傳的B.蛋白質(zhì)工程和基因工程的目的是獲得人類需要的蛋白質(zhì),所以二者沒(méi)有區(qū)別C.只有利用蛋白質(zhì)工程才可以在大腸桿菌細(xì)胞中得到人的胰島素D.在相關(guān)酶、氨基酸和適宜的溫度、pH條件下,干擾素可以大量自我合成【解析】選A?；蚬こ毯偷鞍踪|(zhì)工程產(chǎn)生的變異屬于基因重組,屬于可遺傳的變異,A正確;蛋白質(zhì)工程和基因工程的目的是獲得人類需要的蛋白質(zhì),基因工程生產(chǎn)的蛋白質(zhì)是自然界存在的,蛋白質(zhì)工程可以生產(chǎn)自然界不存在的蛋白質(zhì),B錯(cuò)誤;人的胰島素是自然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì),利用基因工程就可以在大腸桿菌細(xì)胞中得到,C錯(cuò)誤;干擾素屬于蛋白質(zhì),由基因控制合成,不能自我復(fù)制合成,D錯(cuò)誤。3.中華鱘是地球上最古老的脊椎動(dòng)物,被稱為“活化石”。研究者試圖通過(guò)蛋白質(zhì)工程改造中華鱘體內(nèi)的某些蛋白質(zhì),使其更加適應(yīng)現(xiàn)在的水域環(huán)境。下列說(shuō)法錯(cuò)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(guò)改造基因而實(shí)現(xiàn)的C.中華鱘的相關(guān)蛋白質(zhì)被改造的過(guò)程同樣遵循中心法則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)工程可以通過(guò)改造基因來(lái)定向改變蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu),A、B正確;蛋白質(zhì)工程的原理是中心法則的逆推,因此中華鱘的相關(guān)蛋白質(zhì)被改造的過(guò)程同樣遵循中心法則,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(cuò)誤。4.下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說(shuō)法,正確的是 ()A.蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對(duì)蛋白質(zhì)分子直接進(jìn)行操作B.對(duì)蛋白質(zhì)的改造是通過(guò)直接改造相應(yīng)的mRNA來(lái)實(shí)現(xiàn)的C.蛋白質(zhì)工程的流程和天然蛋白質(zhì)合成的過(guò)程完全相同D.蛋白質(zhì)工程與基因工程密不可分,被稱為第二代基因工程【解析】選D。蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對(duì)現(xiàn)有控制蛋白質(zhì)合成的基因進(jìn)行操作,改造基因即改造蛋白質(zhì),而且可以遺傳,A錯(cuò)誤;對(duì)蛋白質(zhì)的改造是通過(guò)直接改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)的基因來(lái)實(shí)現(xiàn)的,B錯(cuò)誤;蛋白質(zhì)工程的流程和天然蛋白質(zhì)合成的過(guò)程不完全相同,C錯(cuò)誤;蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上形成的,與基因工程密不可分,被稱為第二代基因工程,D正確。二、非選擇題(共5小題,共80分)5.(16分)(2020·馬鞍山高二檢測(cè))胰島素可以用于治療糖尿病,但是胰島素被注射到人體后,會(huì)堆積在皮下,并且要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間才能進(jìn)入血液中,而進(jìn)入血液的胰島素又容易被分解,因此,治療效果受到影響。如圖是用蛋白質(zhì)工程設(shè)計(jì)速效胰島素的生產(chǎn)過(guò)程,請(qǐng)據(jù)圖回答有關(guān)問(wèn)題:(1)構(gòu)建新的蛋白質(zhì)模型是蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵,圖中構(gòu)建新的胰島素模型的主要依據(jù)是。

(2)人工合成的DNA與結(jié)合后,被導(dǎo)入中才能得以表達(dá)。

(3)若要利用大腸桿菌生產(chǎn)速效胰島素,需用到的生物工程有、和發(fā)酵工程。

(4)圖解中從新的胰島素模型到新的胰島素基因的基本思路是什么?。

。

【解析】(1)蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)是根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求,對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)。因此,圖中構(gòu)建新的胰島素模型的依據(jù)是預(yù)期胰島素,即速效胰島素的功能。(2)人工合成的目的基因與載體結(jié)合后,被導(dǎo)入受體細(xì)胞中才能得以表達(dá)。(3)利用蛋白質(zhì)工程生產(chǎn)自然界中原本不存在的蛋白質(zhì),需對(duì)原有的胰島素進(jìn)行改造,根據(jù)新的胰島素中氨基酸的序列推測(cè)出其基因中的脫氧核苷酸序列,人工合成新的胰島素基因即目的基因,改造好的目的基因需通過(guò)基因工程將其導(dǎo)入受體細(xì)胞獲得工程菌,再利用工程菌進(jìn)行發(fā)酵,從而獲取大量產(chǎn)品,因此該過(guò)程涉及蛋白質(zhì)工程、基因工程和發(fā)酵工程。(4)由新的蛋白質(zhì)模型到構(gòu)建新的基因,其基本設(shè)計(jì)思路是根據(jù)新的蛋白質(zhì)中的氨基酸序列,推測(cè)出其基因中的脫氧核苷酸序列,然后利用DNA合成儀直接合成新的基因。答案:(1)蛋白質(zhì)的預(yù)期功能(2)載體大腸桿菌等受體細(xì)胞(3)蛋白質(zhì)工程基因工程(4)根據(jù)新的胰島素中氨基酸的序列,推測(cè)出其脫氧核苷酸序列,然后利用DNA合成儀來(lái)合成出新的胰島素基因6.(16分)(2020·太原高二檢測(cè))基因療法所涉及的基因工程技術(shù)主要有三種,包括病毒載體導(dǎo)入、基因(編輯)和細(xì)胞改造。請(qǐng)回答:(1)第一種是將通過(guò)載體送入目標(biāo)細(xì)胞讓其發(fā)揮作用。該技術(shù)用來(lái)傳遞基因的載體多是病毒類載體,因?yàn)樗鼈兡?/p>

。

經(jīng)過(guò)基因改造后,這些作為載體的病毒具有的特點(diǎn)。

(2)第二種是直接通過(guò)基因(編輯)技術(shù)修復(fù)目標(biāo)細(xì)胞的?；?編輯)技術(shù)可以達(dá)到添加基因、消除基因或者的效果。

(3)第三種則是從患者體內(nèi)提取細(xì)胞在體外進(jìn)行修改然后再重新輸回患者體內(nèi)發(fā)揮作用。例如,對(duì)造血干細(xì)胞進(jìn)行基因工程改造讓其制造內(nèi)源性的凝血因子,從理論上說(shuō)能持續(xù)緩解血友病癥狀,而不需使用治療。基因治療進(jìn)入了一個(gè)兼具安全性和有效性的時(shí)代。但你認(rèn)為這個(gè)領(lǐng)域中的問(wèn)題是。

【解析】(1)將目的基因通過(guò)載體送入目標(biāo)細(xì)胞讓其發(fā)揮作用是基因工程中最常用的技術(shù)手段,該技術(shù)常用病毒類載體傳遞基因,主要是因?yàn)槟承┎《灸軐⒒蛘线M(jìn)宿主細(xì)胞的DNA分子,這些作為載體的病毒和轉(zhuǎn)入的目的基因?qū)λ拗骷?xì)胞無(wú)毒性。(2)直接通過(guò)基因(編輯)技術(shù)修復(fù)目標(biāo)細(xì)胞的缺陷基因,可以達(dá)到添加基因、消除基因或者矯正缺陷基因的效果,這是我們常用的基因治療技術(shù)。(3)對(duì)造血干細(xì)胞進(jìn)行基因工程改造讓其制造內(nèi)源性的凝血因子,從理論上說(shuō)能持續(xù)緩解血友病癥狀,而不需輸凝血酶或輸血小板或輸凝血因子治療。在目前階段,基因治療這個(gè)領(lǐng)域中關(guān)鍵需要考慮的是載體的遺傳毒性、基因編輯的脫靶效應(yīng)、基因遞送和編輯的效率低等問(wèn)題。答案:(1)目的基因?qū)⒒蛘线M(jìn)宿主的DNA分子將目的基因轉(zhuǎn)移到宿主細(xì)胞中且無(wú)毒性(或載體無(wú)法增殖或無(wú)感染性)(2)缺陷基因矯正缺陷基因(3)輸凝血酶(或輸血小板或輸凝血因子)載體的遺傳毒性(或者基因編輯的脫靶效應(yīng)或者基因遞送和編輯的效率低)7.(16分)下圖是某種動(dòng)物蛋白質(zhì)工程的示意圖,請(qǐng)分析回答:(1)目前蛋白質(zhì)工程中難度最大的是圖中編號(hào)所示的過(guò)程,實(shí)現(xiàn)③過(guò)程的依據(jù)有、

。

(2)若相關(guān)蛋白質(zhì)的核酸片段是從細(xì)胞質(zhì)中獲取的mRNA,則④過(guò)程包括和誘導(dǎo)突變,以獲得所需的目的基因。

(3)⑤過(guò)程對(duì)核苷酸序列有嚴(yán)格要求的工具酶是。

【解析】(1)在蛋白質(zhì)工程中,首先要從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能推導(dǎo)確定預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),這項(xiàng)工作盲目性強(qiáng),難度相當(dāng)大,需要收集大量的蛋白質(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;③過(guò)程是從氨基酸序列推知脫氧核苷酸序列,需要利用氨基酸對(duì)應(yīng)的密碼子,嚴(yán)格遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則(發(fā)生在mRNA上的密碼子與DNA之間)。(2)④⑤屬于基因工程的操作流程,從mRNA到目的基因,是人工合成目的基因的方法,要通過(guò)反轉(zhuǎn)錄過(guò)程,然后經(jīng)誘導(dǎo)突變?yōu)樗枰哪康幕颉?3)⑤是基因工程的核心步驟——基因表達(dá)載體的構(gòu)建,需要兩種工具酶,識(shí)別特定核苷酸序列的是限制酶。答案:(1)①氨基酸對(duì)應(yīng)的密碼子mRNA與DNA之間的堿基互補(bǔ)配對(duì)原則(2)反轉(zhuǎn)錄(3)限制酶8.(20分)(2015·海南高考)在體內(nèi),人胰島素基因表達(dá)可合成出一條稱為前胰島素原的肽鏈,此肽鏈在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中經(jīng)酶甲切割掉氨基端一段短肽后成為胰島素原,進(jìn)入高爾基體的胰島素原經(jīng)酶乙切割去除中間片段C后,產(chǎn)生A、B兩條肽鏈,再經(jīng)酶丙作用生成由51個(gè)氨基酸殘基組成的胰島素。目前,利用基因工程技術(shù)可大量生產(chǎn)胰島素?；卮鹣铝袉?wèn)題:(1)人體內(nèi)合成前胰島素原的細(xì)胞是,

合成胰高血糖素的細(xì)胞是。

(2)可根據(jù)胰島素原的氨基酸序列,設(shè)計(jì)并合成編碼胰島素原的序列,用該序列與質(zhì)粒表達(dá)載體構(gòu)建胰島素原基因重組表達(dá)載體。再經(jīng)過(guò)細(xì)菌轉(zhuǎn)化、篩選及鑒定,即可建立能穩(wěn)定合成的基因工程菌。

(3)用胰島素原抗體檢測(cè)該工程菌的培養(yǎng)物時(shí),培養(yǎng)液無(wú)抗原抗體反應(yīng),菌體有抗原抗體反應(yīng),則用該工程菌進(jìn)行工業(yè)發(fā)酵時(shí),應(yīng)從中分離、純化胰島素原。胰島素原經(jīng)酶處理便可轉(zhuǎn)變?yōu)橐葝u素。

【解題關(guān)鍵】(1)題干關(guān)鍵信息:“基因工程技術(shù)可大量生產(chǎn)胰島素”。(2)關(guān)鍵知識(shí):基因工程的操作流程,目的基因產(chǎn)物的分離、純化?！窘馕觥勘绢}主要考查基因工程的有關(guān)內(nèi)容。(1)由題干信息可知,前胰島素原在細(xì)胞內(nèi)經(jīng)加工后成為胰島素,人體合成胰島素的細(xì)胞是胰島B細(xì)胞,所以合成前胰島素原的細(xì)胞也是胰島B細(xì)胞;而胰島A細(xì)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,可根據(jù)胰島素原的氨基酸序列,設(shè)計(jì)并合成編碼胰島素原的DNA序列(即目的基因);合成的DNA序列經(jīng)過(guò)修飾與質(zhì)粒構(gòu)建胰島素原基因表達(dá)載體,導(dǎo)入細(xì)菌體內(nèi),經(jīng)轉(zhuǎn)化后篩選、鑒定,最終得到能穩(wěn)定合成胰島素原的基因工程菌。(3)由題目信息可知,培養(yǎng)液無(wú)抗原抗體反應(yīng),菌體有抗原抗體反應(yīng),說(shuō)明所合成的胰島素原存在于菌體內(nèi),所以用該工程菌進(jìn)行工業(yè)發(fā)酵時(shí),應(yīng)從菌體中分離、純化胰島素原,經(jīng)酶處理便可轉(zhuǎn)變?yōu)橐葝u素。答案:(1)胰島B細(xì)胞胰島A細(xì)胞(2)DNA胰島素原(3)菌體9.(12分)干擾素是動(dòng)物體內(nèi)的一種蛋白質(zhì),可以用于治療病毒感染和癌癥,但體外保存相當(dāng)困難。如果將其分子上的一個(gè)半胱氨酸變成絲氨酸,就可在-70℃條件下保存半年(1)蛋白質(zhì)的合成是受基因控制的,因此獲得能夠控制合成“可以保存的干擾素”的基因是生產(chǎn)的關(guān)鍵,依據(jù)蛋白質(zhì)工程原理,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程,讓動(dòng)物生產(chǎn)“可以保存的干擾素”:(填寫(xiě)在方框內(nèi))(2)基因工程和蛋白質(zhì)工程相比較,基因工程在原則上只能生產(chǎn)的蛋白質(zhì),不一定符合需要。而蛋白質(zhì)工程是以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ),通過(guò)或,對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行,或制造一種新的蛋白質(zhì),以滿足人類的生產(chǎn)和生活需求。

(3)蛋白質(zhì)工程實(shí)施的難度很大,主要原因是蛋白質(zhì)具有十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

(4)對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,應(yīng)該直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作,還是對(duì)基因進(jìn)行操作來(lái)實(shí)現(xiàn)?。其原因是(答出一點(diǎn)即可)。

【解析】(1)蛋白質(zhì)工程的前期操作流程是:預(yù)期的蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列→找到相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列。(2)基因工程只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì),這種蛋白質(zhì)可能不符合人類生產(chǎn)和生活的需要,而蛋白質(zhì)工程既可以通過(guò)基因修飾(改造)生產(chǎn)出改造后的符合需要的蛋白質(zhì),也可以通過(guò)基因合成生產(chǎn)出自然界不存在的符合需要的蛋白質(zhì)。(3)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜,根據(jù)預(yù)期功能來(lái)推測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)相當(dāng)困難。(4)蛋白質(zhì)工程直接操作的對(duì)象是基因,應(yīng)該通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)天然蛋白質(zhì)的改造。①任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的,改造了基因也就是對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造,而且改造過(guò)的蛋白質(zhì)可以通過(guò)改造過(guò)的基因遺傳下去;如果對(duì)蛋白質(zhì)直接改造,即使改造成功,被改造過(guò)的蛋白質(zhì)分子也無(wú)法遺傳。②對(duì)基因進(jìn)行改造比對(duì)蛋白質(zhì)直接進(jìn)行改造要容易操作,難度要小得多。答案:(1)預(yù)期的蛋白質(zhì)功能預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)有的氨基酸序列相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)(2)自然界已存在人類生產(chǎn)和