人教版选修3 1.4 蛋白质工程的崛起 作业

1．4 蛋白质工程的崛起
一、选择题
1．科学家将控制某药物蛋白合成的基因转移到白色来亨鸡胚胎细胞的DNA中，发育后的雌鸡就能产出含该药物蛋白的鸡蛋，在每一只鸡蛋的蛋清中都含有大量的药物蛋白；而且这些含该药物蛋白的鸡蛋孵出的鸡，仍能产出含该药物蛋白的鸡蛋。

据此分析不正确的一项是( )
A．这些鸡是基因工程的产物
B．这种变异属于可遗传的变异
C．该过程属于蛋白质工程技术
D．该种变异属于定向变异
解析：选C。

根据题干信息分析，将目的基因(控制某药物蛋白合成的基因)导入了来亨鸡胚胎细胞的DNA中，发育成的鸡产生了该药物蛋白的鸡蛋，说明目的基因在这些鸡中表达了，A正确；这些含该药物蛋白的鸡蛋孵出的鸡，仍能产出含该药物蛋白的鸡蛋，说明这种变异属于可遗传的变异，B正确；该技术为第一代基因工程技术，并没有利用蛋白质工程对控制蛋白质合成的基因的结构进行改造，C错误；基因工程的原理是基因重组，且是对生物性状的定向改造，即这种变异是定向的，D正确。

2．(2019·泰州高二检测)下面对蛋白质工程的基本操作程序的叙述，正确的是( )
①蛋白质分子结构合成
②DNA合成
③mRNA合成
④蛋白质的预期功能
⑤根据氨基酸的序列推出脱氧核苷酸的序列
A．①→②→③→④→⑤→①
B．⑤→④→③→②→①→②
C．④→①→⑤→②→③→①
D．②→③→⑤→①→②→④
解析：选C。

蛋白质工程的操作流程：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→找到相对应的脱氧核苷酸序列(即基因)→修改或合成的基因表达出相应的蛋白质。

3．下列关于蛋白质工程的设计思路，不正确的是( )
A．从蛋白质的功能推测蛋白质应有的结构
B．从蛋白质的结构推测氨基酸的排列顺序
C．从氨基酸的顺序推测基因的脱氧核苷酸的排列顺序
D．蛋白质工程完全不遵循中心法则
解析：选D。

蛋白质工程需要以基因工程为指导，蛋白质工程中也有基因的表达过程，遵循中心法则。

4．(2019·郑州高二检测)蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时，主要包括哪几种( )
①进行少数氨基酸的替换
②对不同来源的蛋白质的拼接
③从预期蛋白质的功能出发去推测氨基酸排列顺序
④直接改变蛋白质的空间结构
A．①②B．①②③
C．②③④D．①②④
解析：选B。

蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时，主要包括：制造出自然界中不存在的全新蛋白质；在蛋白质分子中替代一个肽段或一个特定的结构域；改造蛋白质分子中的几个氨基酸残基。

由于蛋白质分子通常都较大，而直接改变蛋白质的空间结构不易于操作，因此蛋白质工程是在基因的水平上进行操作的。

5．猪的胰岛素用于降低人体血糖浓度的效果不明显，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，用蛋白质工程对蛋白质分子设计的最佳方案是( )
A．对猪胰岛素中与人胰岛素不同的氨基酸进行替换
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
解析：选A。

根据题干信息可知，猪胰岛素分子中有一个氨基酸与人的不同导致其在人体中降血糖的效果不明显，所以可利用蛋白质工程对该氨基酸进行替换。

6．T4溶菌酶的稳定性大大提高的根本原因是( )
A．控制T4溶菌酶合成的基因的一个位点发生突变
B．控制T4溶菌酶合成的mRNA上的密码子发生变化
C．T4溶菌酶中一个氨基酸发生了替换
D．T4溶菌酶中的第3位氨基酸由异亮氨酸变为半胱氨酸
解析：选A。

T4溶菌酶是一种蛋白质，其稳定性提高的原因是其分子结构的改变。

蛋白质的合成受基因控制，所以蛋白质改变的根本原因是基因的改变。

选项B、C、D的内容都是T4溶菌酶改变的原因，但都不是根本原因。

7．下列关于蛋白质工程的说法，错误的是( )
A．蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类需要
B．根据人们的需要，直接对氨基酸的分子结构进行设计
C．蛋白质工程能产生自然界中不曾存在的新型蛋白质分子
D．蛋白质工程与基因工程密不可分，又称为第二代基因工程
解析：选B。

由于基因的结构决定蛋白质的结构，所以要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造基因来完成。

8．(2019·常熟高二检测)下列有关蛋白质工程的叙述，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：选D。

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，D项错误。

9．(2019·河北涿鹿中学高二期中)下面各项中与蛋白质工程没有直接关系的是( ) A．利用各种高科技手段分析蛋白质的分子结构
B．研究并改变某种蛋白质相关基因的碱基序列
C．设计和制造自然界中没有的人工蛋白质
D．用基因替换的方法治疗人的某种遗传病
解析：选D。

用基因替换的方法治疗人的某种遗传病属于基因工程。

10．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或蛋白质类替代治
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：选C。

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。

二、非选择题
11．(2019·广东高明一中高二月考)枯草杆菌产生的蛋白酶具有催化分解蛋白质的特性，但极易被氧化而失效。

1985年，美国的埃斯特尔将枯草杆菌蛋白酶分子中的第222位氨基酸替换后，虽然其水解活性有所下降，但抗氧化的能力大大提高。

用这种水解酶作为洗涤剂的添加剂，可以有效地除去血渍、奶渍等蛋白质污渍。

请回答下列问题：
(1)改造枯草杆菌蛋白酶的生物技术是____________。

(2)改造后的枯草杆菌中的控制合成蛋白酶的基因与原来相比，至少有________个碱基对发生变化。

(3)利用生物技术改造蛋白质，提高了蛋白质的稳定性，埃斯特尔所做的工作是对已知蛋白质进行____________________。

(4)若要获得新型蛋白质，需用到的生物工程有蛋白质工程、__________和发酵工程。

(5)埃斯特尔获得新型的枯草杆菌蛋白酶的基本思路是什么？__________________
_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。

解析：(1)改造枯草杆菌蛋白酶的生物技术是蛋白质工程。

(2)由于将枯草杆菌蛋白酶分子中的第222位氨基酸替换，改造后的枯草杆菌中的控制合成蛋白酶的基因与原来相比，至少有1个碱基对发生变化。

(3)利用生物技术改造蛋白质，提高了蛋白质的稳定性，埃斯特尔所做的工作是对已知蛋白质进行少数氨基酸的替换。

(4)若要获得新型蛋白质，需用到的生物工程有蛋白质工程、基因工程和发酵工程。

(5)获得新型的枯草杆菌蛋白酶的基本思路是从预期的蛋白质功能出发，设计预期蛋白质的结构，推测应有的氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后对现有的基因进行改造或利用DNA合成仪合成基因。

答案：(1)蛋白质工程(2)1 (3)少数氨基酸的替换(4)基因工程(5)从预期的蛋白质功能出发，设计预期蛋白质的结构，推测应有的氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷
酸序列，然后对现有的基因进行改造或利用DNA 合成仪合成基因
12．干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染和癌症，但在体外保存相当困难，如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可在－70 ℃保存半年，给广大患者带来福音。

请回答下列问题：
(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，让动物生产出“可以保存的干扰素”：
―设计―→推测
―合成(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，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，还是通过对基因的操作来实现？______________________________________________________________
________________________________________________________________________， 原因是___________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

解析：基因工程遵循中心法则，从DNA →mRNA →蛋白质折叠产生功能，从而生产出自然界已有的蛋白质。

蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能→蛋白质应有的空间结构→蛋白质应有的氨基酸序列→基因应有的碱基排列→创造出自然界不存在的蛋白质。

蛋白质的结构是由基因决定的，基因可以遗传给后代，而蛋白质不能直接遗传下去。

答案：(1)①预期蛋白质的功能 ②预期的蛋白质结构
③应有的氨基酸序列 ④相应的脱氧核苷酸序列(基因)
(2)自然界已存在 人类生产和生活 基因修饰 基因合成 改造 (3)空间(或高级)
(4)应该从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
13．在体内，人胰岛素基因表达可合成出一条称为前胰岛素原的肽链，此肽链在内质网中经酶甲切割掉氨基端一段的短肽后成为胰岛素原，进入高尔基体的胰岛素原经酶乙切割去除中间片段C后，产生A、B两条肽链，再经酶丙作用生成由51个氨基酸残基组成的胰岛素。

目前，利用基因工程技术可大量生产胰岛素。

回答下列问题：
(1)人体内合成前胰岛素原的细胞是____________，合成胰高血糖素的细胞是____________。

(2)可根据胰岛素原的氨基酸序列，设计并合成编码胰岛素原的____________序列，用该序列与质粒表达载体构建胰岛素原基因重组表达载体。

再经过细菌转化、筛选及鉴定，即可建立能稳定合成____________的基因工程菌。

(3)用胰岛素原抗体检测该工程菌的培养物时，培养液无抗原—抗体反应，菌体有抗原—抗体反应，则用该工程菌进行工业发酵时，应从____________中分离、纯化胰岛素原。

胰岛素原经酶处理便可转变为胰岛素。

解析：(1)由题干信息可知，前胰岛素原在细胞内经加工后成为胰岛素，人体合成胰岛素的细胞是胰岛B细胞，所以合成前胰岛素原的细胞也是胰岛B细胞；而胰岛A细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，可根据胰岛素原的氨基酸序列，设计并合成编码胰岛素原的DNA序列(即目的基因)；合成的DNA序列经过修饰与质粒构建胰岛素原基因表达载体，导入细菌体内，经转化后筛选鉴定，最终得到能稳定合成胰岛素原的基因工程菌。

(3)由题目信息可知，培养液无抗原—抗体反应，菌体有抗原—抗体反应，所合成的胰岛素原存在于菌体内，所以用该工程菌进行工业发酵时，应从菌体中分离、纯化胰岛素原，经酶处理便可转变为胰岛素。

答案：(1)胰岛B细胞胰岛A细胞(2)DNA 胰岛素原(3)菌体
14．(2019·吉林舒兰一中高二月考)凝乳酶是奶酪生产中的关键性酶。

研究人员运用基因工程技术，将编码该酶的基因转移到了微生物细胞中并使之表达。

下图是基因工程中获得的基因和构建重组质粒的过程，请回答下列有关问题：
(1)分析上图可知，构建重组质粒(如图所示)最好选用________限制酶，理由是________________________________________________________________________。

(2)工业生产过程中，最初多采用重组大肠杆菌或芽孢杆菌生产凝乳酶，将目的基因导入大肠杆菌或芽孢杆菌前所做的具体处理方法是________________________________。

现在生产凝乳酶多采用酵母菌，酵母菌作为受体细胞的优势是______________________________。

(3)研究发现，如果将该凝乳酶第20位和24位氨基酸改变为半胱氨酸，其催化能力将提高2倍。

可以生产上述高效凝乳酶的现代生物工程技术是____________，该生物工程技术的原理是__________________，实质是________________。

(4)基因工程的最后一步中，目的基因能否在生物体内稳定遗传的关键是______________________________，检测目的基因是否转录出了mRNA 所用的探针是用______________(填“DNA”“RNA”或“蛋白质”)制作的。

答案：(1)Bam HⅠ和PstⅠ防止目的基因与载体反向连接(2)用钙离子处理细胞，使之转化为感受态细胞含有的内质网和高尔基体，可对蛋白质进行加工和修饰(3)蛋白质工程中心法则的逆推改造基因(4)检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因DNA
15．(2019·西安七十中高二期末)地中海贫血症属于常染色体遗传病，一对夫妇生有一位重型β地中海贫血症患儿，分析发现，患儿血红蛋白β链第39位氨基酸的编码序列发生了突变(C→T)。

用PCR扩增包含该位点的一段DNA片段，突变序列的扩增片段可用一种限制酶酶切为大小不同的两个片段m和s；但正常序列的扩增片段不能被该酶酶切，如图
甲。

目前患儿母亲再次怀孕，并接受了产前基因诊断。

家庭成员及胎儿的PCR扩增产物酶切电泳带型示意图见图乙(终止密码子为UAA、UAG、UGA)。

(1)在获得单链模板的方式上，PCR扩增与体内DNA复制不同，前者通过_______解开双链，后者通过_______解开双链。

(2)据图分析，胎儿的基因型是______(基因用A、a表示)。

患儿患病可能的原因是________的原始生殖细胞通过__________过程产生配子时，发生了基因突变；从基因表达水平分析，其患病是由于____________________________________________。

(3)研究者在另一种贫血症的一位患者β链基因中检测到一个新的突变位点，该突变导致β链第102位的天冬酰胺替换为苏氨酸。

如果________________________________，但_______________，则为证明该突变位点就是这种贫血症的致病位点提供了一个有力证据。

解析：(1)PCR过程中通过加热升高温度(95 ℃)打开双链，即通过高温解开双链，DNA
在细胞内复制通过解旋酶解开双链。

(2)由以上分析可知患儿的基因型是aa，一个a来自父亲，另一个来自母亲，而母亲的基因型是AA，所以患儿发病的可能原因是母亲的卵原细胞在减数分裂时发生了基因突变。

由图中信息可知：模板链的GTC突变为ATC后，转录的mRNA上的密码子由CAG变为UAG(终止密码子)，使翻译提前终止，从而使合成的血红蛋白异常。

(3)研究者在另一种贫血症的一位患者β链基因中检测到一个新的突变位点，该突变导致β链第102位的天冬酰胺替换为苏氨酸，如果除了第102位氨基酸外，其他氨基酸都正常，但患者表现为贫血症，唯一原因就是β链第102位的天冬酰胺替换为苏氨酸，可以证明该突变位点就是这种贫血症的致病位点。

答案：(1)高温解旋酶(2)Aa 母亲减数分裂
突变后终止密码子提前出现，翻译提前终止形成异常蛋白(3)在无亲缘关系的这种贫血症患者中检测到该突变位点正常人未检测到该突变位点的纯合子。