2020年高中生物专题1基因工程1 7页

‎1.4 蛋白质工程的崛起 ‎[课时作业]‎ 一、选择题 ‎1．下列不属于蛋白质工程崛起理由的是(　　)‎ A．自然界已有的蛋白质能满足特定物种生存的需要 B．转基因生物表达出的新型蛋白质是其他物种早已存在的 C．自然界现有蛋白质的功能与特点不一定能满足人类的需要 D．现有蛋白质的特点可能限制了其自身的大量合成 解析：蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的，其崛起的主要缘由是：基因工程只能生产出自然界已有的蛋白质，这些蛋白质虽然能满足特定物种生存的需要，却不一定能满足人类的某种特殊需要，所以需要对蛋白质进行改造。A项叙述与改造蛋白质的缘由无关，真正的缘由还是现有的蛋白质不一定能满足人类的需要。D项是对现有蛋白质不能满足人类某项需求的特点的描述。‎ 答案：A ‎2．蛋白质工程的目标是(　　)‎ A．通过对基因进行诱变，产生新的蛋白质 B．通过基因重组，合成生物体本来没有的蛋白质 C．根据人们对蛋白质功能的特定需求，改造或制造蛋白质 D．生产大量的蛋白质 解析：蛋白质工程是指为了满足人类的生产和生活的需要，以蛋白质分子的结构规律和生物功能为基础，通过对基因修饰或合成新的基因，对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。‎ 答案：C ‎3．当前医学上，蛋白质工程药物正逐步取代第一代基因工程多肽蛋白质类治疗剂，则基因工程药物与蛋白质工程药物的区别是(　　)‎ A．都与天然产物完全相同 B．都与天然产物不相同 C．基因工程药物与天然产物完全相同，蛋白质工程药物与天然产物不相同 D．基因工程药物与天然产物不相同，蛋白质工程药物与天然产物完全相同 解析：基因工程合成的是自然界已存在的蛋白质，与相应天然产物完全相同。蛋白质工程可以合成自然界不存在的蛋白质，与天然产物不相同。‎ 答案：C ‎4．下列有关蛋白质工程和基因工程的说法正确的是(　　)‎ A．蛋白质工程和基因工程的目的都是获得人类需要的蛋白质，所以二者没有区别 7‎ B．基因工程是蛋白质工程的关键技术 C．通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍然是天然的蛋白质 D．蛋白质工程是在蛋白质分子水平上直接改造蛋白质的 解析：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。其中，基因工程是关键技术，是蛋白质工程的基础，因为对蛋白质结构的改造是通过改造基因而实现的，所以蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质，改造后的蛋白质不再是天然的蛋白质。‎ 答案：B ‎5．蛋白质工程在实施中最大的难题是(　　)‎ A．生产的蛋白质无法应用 B．发展前景太窄 C．对于大多数蛋白质的高级结构不清楚 D．无法人工合成目的基因 解析：蛋白质发挥功能依赖于其高级结构，而蛋白质的高级结构十分复杂。目前科学家对大多数蛋白质高级结构的了解还很不够，这是蛋白质工程在实施中的最大难题。‎ 答案：C ‎6．蛋白质工程的实质是(　　)‎ A．改造基因结构 B．改造蛋白质结构 C．改变肽链结构 D．改变氨基酸结构 解析：蛋白质工程是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，其实质就是改造基因结构。‎ 答案：A ‎7．下列有关蛋白质工程的叙述中，错误的是(　　)‎ A．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 B．蛋白质工程的原理是从预期的蛋白质功能出发最终推测出脱氧核苷酸序列的过程 C．T4溶菌酶中引入二硫键提高了它的热稳定性是蛋白质工程的体现 D．蛋白质工程只能改造现有的蛋白质而不能制造新的蛋白质 解析：蛋白质结构的多样性决定蛋白质功能的多样性，在实施蛋白质工程的准备阶段，只有收集到大量的蛋白质结构的信息，才能从其中寻求到某一结构跟预期的蛋白质功能之间的关系，从而据其构建出某一段氨基酸序列，此氨基酸序列成为构建脱氧核苷酸序列(即基因)的依据，A、B项正确。T4溶菌酶是蛋白质，对其改造属于蛋白质工程，C项正确。在蛋白质工程中，基因修饰后可以表达出改造的蛋白质，基因合成后可以制造出新的蛋白质。‎ 答案：D 7‎ ‎8．某种微生物合成的蛋白酶与人体消化液中的蛋白酶的结构和功能很相似，只是其热稳定性较差，进入人体后容易失效。现要将此酶开发成一种片剂，临床治疗食物消化不良，最佳方案是 (　　)‎ A．替换此酶中的少数氨基酸，以改善其功能 B．将此酶与人蛋白酶进行拼接，形成新的蛋白酶 C．重新设计与创造一种蛋白酶 D．减少此酶在片剂中的含量 解析：蛋白质的结构包括一级结构和空间结构，一级结构是指组成蛋白质的氨基酸的种类、数量、排列顺序，蛋白质的功能是由一级结构和空间结构共同决定的，特别是空间结构与蛋白质的功能关系更密切。要想使蛋白酶热稳定性有所提高，就要改变蛋白质的结构，此类问题一般是对蛋白质中的个别氨基酸进行替换。‎ 答案：A ‎9．增加玉米细胞中赖氨酸含量最有效的途径是(　　)‎ A．将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米细胞 B．切除玉米细胞中天冬氨酸激酶基因和二氢吡啶二羧酸合成酶基因的个别碱基 C．更换天冬氨酸激酶基因和二氢吡啶二羧酸合成酶基因的个别碱基 D．将根瘤菌的固氮基因导入玉米细胞 解析：玉米中赖氨酸的含量比较低，原因是赖氨酸合成过程中的两个关键酶——天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性，受细胞内赖氨酸浓度的影响较大，当赖氨酸浓度达到一定量时，就会抑制这两个酶的活性。通过更换控制合成这两种酶基因的个别碱基，可大大提高玉米叶片和种子中的游离赖氨酸的含量。‎ 答案：C ‎10．科学家将β干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌中表达，使干扰素第十七位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高了β干扰素的抗病活性，并且提高了储存稳定性。该生物技术为(　　)‎ A．基因工程 B．蛋白质工程 C．基因突变 D．组织培养 解析：题目中的操作中涉及的基因显然不再是原来的基因，其合成的β干扰素也不是天然β干扰素，而是经过改造的、具有人类所需优点的蛋白质，因而整个过程利用的生物技术应为蛋白质工程。‎ 答案：B ‎11．科学家为提高玉米中赖氨酸含量，将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中104位的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 7‎ 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 解析：蛋白质工程的直接操作对象是基因。‎ 答案：C ‎12．猪的胰岛素用于人体降低血糖浓度的效果不明显，原因是猪的胰岛素分子中有一个氨基酸与人的不同。为了使猪的胰岛素用于临床治疗人的糖尿病，用蛋白质工程对蛋白质分子进行设计的最佳方案是(　　)‎ A．对猪的胰岛素进行一个不同氨基酸的替换 B．将猪的胰岛素和人的胰岛素进行拼接，组成新的胰岛素 C．将猪的胰岛素和人的胰岛素混合在一起治疗人的糖尿病 D．根据人的胰岛素设计制造一种新的胰岛素 解析：由于猪的胰岛素分子中只有一个氨基酸与人的胰岛素不同，所以可通过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，但在分子设计和胰岛素的生产方面都存在着很多困难，所以不是最佳方案。‎ 答案：A 二、非选择题 ‎13．下图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答下列问题：‎ ‎(1)代表蛋白质工程操作思路的过程是_______________________，‎ 代表中心法则内容的是________。(填写数字)‎ ‎(2)写出图中各数字代表的生物学过程的名称或内容：‎ ‎①________，②________，③________，④________，⑤________。‎ ‎(3)蛋白质工程的目的是_________，通过_________实现。‎ ‎(4)从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则是________的。‎ 解析：天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的，而蛋白质工程的基本途径与之相反，即从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相应的脱氧核苷酸序列(基因)。‎ 答案：(1)④⑤　①②③‎ ‎(2)转录　翻译　折叠　分子设计　DNA合成 7‎ ‎(3)对蛋白质的结构进行分子设计　基因修饰或基因合成 ‎(4)相反 ‎14．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，要经过较长的时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此，治疗效果受到影响。下面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)通过人工合成DNA形成的新基因应与________结合后转移到________________________________________________________________________中才能得到准确表达。‎ ‎(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)蛋白质工程的目的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胰岛素的预期功能，即速效胰岛素。(2)合成的目的基因应与载体形成重组DNA分子后导入受体细胞中才能表达。(3)利用蛋白质工程生产自然界原本不存在的蛋白质，需对原有的蛋白质进行改造。根据新的胰岛素中氨基酸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，形成目的基因，改造好的目的基因需通过基因工程来生产基因产物，并且在生产过程中要借助工程菌，所以还需要进行发酵，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氨基酸的序列，推测出基因中的脱氧核苷酸序列。然后用DNA合成仪直接合成出新的基因。‎ 答案：(1)蛋白质的预期功能 ‎(2)载体　大肠杆菌等受体细胞 7‎ ‎(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，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因。‎ ‎15．绿色荧光蛋白(GFP)能在蓝光或紫外光的激发下发出荧光，这样借助GFP发出的荧光就可以跟踪蛋白质在细胞内部的移动情况，帮助推断蛋白质的功能。下图为我国首例绿色荧光蛋白(GFP)转基因克隆猪的培育过程示意图，据图回答：‎ ‎(1)图中通过过程①②形成重组质粒，需要限制酶切取目的基因、切割质粒。限制酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。在质粒上有酶Ⅰ的1个切点，在目的基因的两侧各有1个酶Ⅱ的切点。‎ ‎①请画出质粒被限制酶Ⅰ切割后形成黏性末端的过程。‎ ‎②在DNA连接酶的作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接起来？________，理由是___________________________________________。‎ ‎(2)过程③将重组质粒导入猪胎儿成纤维细胞时，采用最多也最有效的方法是________________________________________________________________________。‎ ‎(3)如果将切取的GFP基因与抑制小猪抗原表达的基因一起构建到载体上，GFP基因可以作为基因表达载体上的标记基因，其作用是 ________________________________________________________________________。‎ 获得的转基因克隆猪，可以解决的医学难题是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)目前科学家们通过蛋白质工程制造出了蓝色荧光蛋白、黄色荧光蛋白等，采用蛋白质工程技术制造出蓝色荧光蛋白过程的正确顺序是：________(用序号表示)。‎ ‎①推测蓝色荧光蛋白的氨基酸序列和基因的核苷酸序列 ‎②蓝色荧光蛋白的功能分析和结构设计 ‎③蓝色荧光蛋白基因的修饰(合成)‎ ‎④表达出蓝色荧光蛋白 解析：(1)中①问相对比较简单，书写要关注DNA序列与限制酶识别序列的区别，不要遗漏了酶和黏性末端的正确表达。②问中由于两种限制酶切割形成的黏性末端是相同的，可以互补配对，因此可用DNA连接酶进行相互“缝合”。‎ 7‎ ‎(2)基因工程中目的基因导入动物细胞的方法是显微注射法。‎ ‎(3)基因表达载体上标记基因的作用是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因；获得转基因猪，可以解决医学上供体器官不足和免疫排斥问题。‎ ‎(4)蛋白质工程正确的操作过程是②①③④。‎ 答案：(1)①(只写出切割后形成的部分即可)‎ ‎②可以连接　因为由两种不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的(或是可以互补的)‎ ‎(2)显微注射法 ‎(3)鉴定受体细胞中是否含有目的基因　供体器官不足和免疫排斥 ‎(4)②①③④‎ 7‎