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1、2020-2021学年高中生物 第3章 基因工程 4 蛋白质工程的原理和应用作业新人教版选择性必修32020-2021学年高中生物 第3章 基因工程 4 蛋白质工程的原理和应用作业新人教版选择性必修3年级：姓名：- 8 -蛋白质工程的原理和应用 (20分钟70分)一、选择题(共7小题,每小题5分,共35分)1.下列关于蛋白质工程的说法正确的是()A.蛋白质工程以基因工程为基础 B.蛋白质工程就是酶工程的延伸C.蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造 D.蛋白质工程只能生产天然的蛋白质【解析】选A。基因指导蛋白质的合成,蛋白质工程以基因工程为基础,A正确;蛋白质工程能通过基因修饰或基因合成,定向
2、对现有蛋白质分子的结构进行改造;而酶工程是利用酶的催化功能,在一定条件下催化化学反应,生产人类需要的产品或服务于其他目的的一门应用技术,B错误;蛋白质工程的实质是改造基因,C错误;蛋白质工程可以通过基因合成、制造自然界不曾存在过的新型蛋白质分子,D错误。2.下列哪项不是蛋白质工程的研究内容()A.分析蛋白质分子的三维结构B.分析氨基酸的分子结构C.对现有蛋白质进行有目的的改造D.按照人的意愿生产自然界没有的新的蛋白质【解析】选B。蛋白质工程是根据预期蛋白质功能设计预期的蛋白质分子的三维结构,A不符合题意;蛋白质工程分析、设计蛋白质分子,不分析氨基酸的分子结构,B符合题意;蛋白质工程通过修改基因
3、或创造合成新基因来改变对蛋白质进行有目的改造,C不符合题意;按照人的意愿生产自然界没有的新的蛋白质属于蛋白质工程,D不符合题意。3.中华鲟是地球上最古老的脊椎动物,被称为“活化石”。研究者试图通过蛋白质工程改造中华鲟体内的某些蛋白质,使其更加适应现在的水域环境,以下说法错误的是()A.该工程可以定向改变蛋白质分子的结构B.改造蛋白质是通过改造基因结构而实现的C.改造后的中华鲟和现有中华鲟仍是同一物种D.改造后的中华鲟的后代不具有改造的蛋白质【解析】选D。蛋白质工程可以定向改变蛋白质分子的结构,A正确;改造蛋白质是通过改造基因结构而实现的,B正确;改造后的中华鲟具有新的性状,但其和现有中华鲟仍是
4、同一物种,C正确;蛋白质工程改造的是基因,可以遗传给子代,因此改造后的中华鲟的后代也具有改造的蛋白质,D错误。4.从某海洋动物中获得一基因,其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1 。目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物,首先要做的是()A.合成编码目的肽的DNA片段 B.构建含目的肽DNA片段的表达载体C.依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽 D.筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽【解析】选C。该工程属于蛋白质工程,已经获得该目的基因片段,不需要合成编码目的肽的DNA片段;需要构建含目的肽的DNA片段的表达载体,但这不是第一步;蛋白质工程的第一步是根据蛋白质的功能,设计P1
5、氨基酸序列,从而推出其基因序列;该基因表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1,目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物,而目的多肽是抗菌性强但溶血性弱,所以必须对其改造,保持其抗菌性强,抑制其溶血性。5.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通过改造基因或合成基因获得所需蛋白质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
6、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,通过改造基因或合成基因获得所需蛋白质,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错误。6.下列关于蛋白质工程实施的叙述,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
7、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【解析】选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;蛋白质工程较小的改造是改造蛋白质分子中某些活性部位的1个或几个氨基酸残基通过定点诱变技术,以获得人类所需要的目的蛋白质,C正确;蛋白质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。7.如图为蛋白质工程操作的基本思路,下列叙述不正确的是() A.代表蛋白质工程操作思路的过程是B.代表中心法
8、则内容的是C.代表转录,代表翻译,代表分子设计,代表DNA合成D.蛋白质工程的目的是对基因的结构进行分子设计,通过基因合成或改造而实现【解析】选D。蛋白质工程操作思路是中心法则的逆过程,即图中的,A正确;中心法则是指遗传信息的表达过程,即图中代表转录,代表翻译,B正确;代表转录,代表分子设计,代表DNA合成,C正确;蛋白质工程的目的是对蛋白质的结构进行分子设计,通过基因合成或基因修饰实现,D错误。二、非选择题(共2小题,共35分)8.(17分)赖氨酸是人体八大必需氨基酸之一,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
9、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“提升玉米种子中赖氨酸含量”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_的原理,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。【解析】(1)根据题
10、干信息已知,某农科所科技人员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苷酸序列,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,过程中需要耐高温聚合酶的催化。(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)依据植物细胞的全能性原理,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。科技人员需要通过测定玉米种子中赖氨酸的含量,从个体水平
11、加以鉴定,以确保育种成功。答案:(1)“M酶”脱氧核苷酸(2)PCR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的含量9.(18分)人体内的t-PA蛋白能高效降解由血纤维蛋白凝聚而成的血栓,是心梗和脑血栓的急救药。(1)为心梗患者注射大剂量的基因工程t-PA会诱发颅内出血。研究证实,将t-PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸,能显著降低出血副作用。据此,先对天然的t-PA基因进行改造,再采取传统的基因工程方法表达该突变基因,可制造出性能优异的t-PA突变蛋白,该工程技术称为_。(2)若获得的t-PA突变基因如图所示,那么质粒pCLY1
12、1需用限制酶_和_切开,才能与t-PA突变基因高效连接。 (3)将连接好的DNA分子导入大肠杆菌中,对大肠杆菌接种培养。在培养基中除了加入水、碳源、氮源等营养物质外,还应加入_进行选择培养,以筛选成功导入pCLY11的细菌。配制好的培养基通常采用_法进行灭菌。(4)对培养得到的菌落进行筛选,其中菌落为_色的即为含t-PA突变基因重组DNA分子的大肠杆菌。得到的大肠杆菌能否分泌t-PA突变蛋白,可通过该细胞产物能否与_特异性结合进行判定。【解析】(1)对天然的t-PA基因进行改造,以制造出性能优异的t-PA突变蛋白的技术称为蛋白质工程。(2)如图所示,由于目的基因的两端的碱基序列分别是CCGG、
13、CTAG ,所以应用Xma和Bgl两种限制酶切割,以便于把目的基因连接到质粒pCLY11上。(3)由题图可知,将连接好的DNA分子导入大肠杆菌中,含t-PA突变基因重组DNA分子的细胞具有新霉素抗性,在培养基中应加入新霉素进行选择培养,以筛选成功导入pCLY11的细菌。配制好的培养基通常采用高压蒸汽灭菌法进行灭菌。(4)由于限制酶切割质粒破坏了mlacZ基因,所以含t-PA突变基因重组DNA分子的细胞所长成的菌落呈白色。检查t-PA突变蛋白可用t-PA蛋白抗体,观察能否发生特异性结合进行判定。答案:(1)蛋白质工程(2)XmaBgl(3)新霉素高压蒸汽灭菌(4)白t-PA蛋白抗体 (10分钟3
14、0分)1.(6分)在研究溶菌酶时,科研人员通过蛋白质工程来设计改变酶的构象,得到了多种突变酶,并测得50%的酶发生变性时的温度(Tm),部分结果见下表。有关叙述正确的是()酶半胱氨酸(Cys)的位置和数目二硫键数目Tm/野生型T4溶菌酶Cys51,Cys97无41.9突变酶CCys21,Cys143152.9突变酶FCys3,Cys9,Cys21,Cys142,Cys164265.5注:Cys上角的数字表示半胱氨酸在肽链的位置。A.突变酶的出现是基因突变的结果B.突变酶F的最适温度为65.5 C.溶菌酶热稳定性的提高可能与空间结构的改变有关D.溶菌酶热稳定性的提高,是通过改变半胱氨酸的位置实现的【解析】选C。由题意知,突变酶是通过蛋白质工程合成的,与基因突变无关,A错误;突变酶F 50%的酶发生变性时的温度是65.5 ,B错误;改变溶菌酶的构象,酶变性的温度发生改变,即酶的稳定性改变,因此溶菌酶热稳定性的提高可能与空间结构的改变有关,C正确;溶菌酶热稳定性的提高,是通过增加二硫键的数量实现的,D错误。2.(6分)(不定项)抗体酶又称催化抗体,是一类免疫球蛋白,其结构如图所示,它既具有相应的免疫活性,又能像酶那样催化某种化学反应。下列有关叙述正确的是() A.抗体酶与抗原、底物
