課時分層作業(yè)(十五)(建議用時:40分鐘)題組一 蛋白質(zhì)工程的基本原理1.合成天然不存在的蛋白質(zhì)應(yīng)首先設(shè)計(  )A.基因結(jié)構(gòu)        BRNA結(jié)構(gòu)C.氨基酸序列     D.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)D [合成天然不存在的蛋白質(zhì)屬于蛋白質(zhì)工程。實施蛋白質(zhì)工程的前提是了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系,首先要從設(shè)計蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)入手,然后再根據(jù)基因工程的方法通過基因修飾或基因合成,合成相應(yīng)的蛋白質(zhì),從而實現(xiàn)對蛋白質(zhì)的改造。]2.下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的敘述,錯誤的是(  )A.蛋白質(zhì)工程的實質(zhì)是改造基因B.蛋白質(zhì)工程在設(shè)計蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)時的依據(jù)是現(xiàn)有基因的脫氧核苷酸序列C.蛋白質(zhì)工程的基礎(chǔ)是基因工程D.蛋白質(zhì)工程遵循的原理包括中心法則B [蛋白質(zhì)工程是根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求,對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進行分子設(shè)計,然后根據(jù)設(shè)計的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),合成出特定的脫氧核苷酸序列。]3.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)分子的精細結(jié)構(gòu)B.對蛋白質(zhì)進行有目的的改造C.分析氨基酸的化學組成D.按照人的意愿將天然蛋白質(zhì)改造成新的蛋白質(zhì)C [本題考查蛋白質(zhì)工程的原理。蛋白質(zhì)工程就是根據(jù)蛋白質(zhì)的精細結(jié)構(gòu)和生物活性之間的關(guān)系,按照人的意愿改造蛋白質(zhì)分子,形成自然界不存在的蛋白質(zhì)分子。為了改造某種蛋白質(zhì)分子,必須對其精細結(jié)構(gòu)進行分析,但不包括對組成蛋白質(zhì)的氨基酸的化學組成的分析。]4.下列有關(guān)蛋白質(zhì)工程的說法正確的是(  )A.蛋白質(zhì)工程無需構(gòu)建基因表達載體B.通過蛋白質(zhì)工程改造后的蛋白質(zhì)有的仍是天然的蛋白質(zhì)C.蛋白質(zhì)工程需要限制性內(nèi)切核酸酶和DNA連接酶D.蛋白質(zhì)工程是在蛋白質(zhì)分子水平上改造蛋白質(zhì)C [蛋白質(zhì)工程的基本流程:從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā),設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),推測應(yīng)有的氨基酸序列,找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)。這是蛋白質(zhì)工程特有的途徑,接下來是按照基因工程的一般步驟進行。因此,基因工程技術(shù)利用的工具(限制酶、DNA連接酶、載體)以及操作流程也適用于蛋白質(zhì)工程技術(shù)中,A項錯誤,C項正確;蛋白質(zhì)工程生產(chǎn)的蛋白質(zhì)是改造后的蛋白質(zhì)或者是新的蛋白質(zhì),B項錯誤;蛋白質(zhì)工程的操作對象是基因,屬于分子水平,D項錯誤。]5.下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的敘述,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.可以通過人工化學合成的方法直接對蛋白質(zhì)的氨基酸進行改造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;可以通過基因工程有目的地改造蛋白質(zhì)中特定的一個或幾個氨基酸,以獲得人類所需要的目的蛋白質(zhì),C正確;蛋白質(zhì)工程屬于第二代基因工程,不能通過人工化學合成的方法直接對蛋白質(zhì)的氨基酸進行改造,D錯誤。]6.干擾素是動物體內(nèi)的一種蛋白質(zhì),可以用于治療病毒感染和癌癥,但體外保存相當困難。如果將其分子上的一個半胱氨酸變成絲氨酸,就可在-70 條件下保存半年,給廣大患者帶來福音。(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)計實驗流程,讓動物生產(chǎn)可以保存的干擾素(填寫在方框內(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________________的需要。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________________________________,對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行________________或制造一種新的蛋白質(zhì),以滿足人類的生產(chǎn)和生活需要。(3)蛋白質(zhì)工程實施的難度很大,主要原因是蛋白質(zhì)具有十分復(fù)雜的________結(jié)構(gòu)。(4)對天然蛋白質(zhì)進行改造,應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進行操作,還是對基因進行操作來實現(xiàn)?________。其原因是_______________________________(答出1點即可)。[解析] (1)蛋白質(zhì)工程的前期操作流程是:預(yù)期蛋白質(zhì)的功能設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測應(yīng)有的氨基酸序列找到相對應(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)工程既可以通過基因改造生產(chǎn)出改造后的符合需要的蛋白質(zhì),也可以通過基因合成生產(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)期功能來推測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)相當困難。(4)蛋白質(zhì)工程直接操作的對象是基因,應(yīng)該通過對基因的操作來實現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)的改造。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蛋白質(zhì)進行了改造,而且改造過的蛋白質(zhì)可以通過改造過的基因遺傳下去;如果對蛋白質(zhì)直接改造,即使改造成功,被改造過的蛋白質(zhì)分子也無法遺傳。對基因進行改造比對蛋白質(zhì)直接進行改造要容易操作,難度要小得多。[答案] (1)預(yù)期蛋白質(zhì)的功能 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)和生活 基因改造 基因合成 改造 (3)空間(或高級) (4)對基因進行操作 改造基因才會遺傳,改造蛋白質(zhì)不遺傳(或基因改造比蛋白質(zhì)改造容易操作)題組二 蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用7.科學家為提高玉米中賴氨酸含量,計劃將天冬氨酸激酶的第352位的蘇氨酸變成異亮氨酸,將二氫吡啶二羧酸合成酶中第104位的氨基酸由天冬酰胺變成異亮氨酸,就可以使玉米葉片和種子中的游離賴氨酸的含量分別提高5倍和2倍。下列對蛋白質(zhì)的改造,操作正確的是(  )A.直接通過分子水平改造蛋白質(zhì)B.直接改造相應(yīng)的mRNAC.對相應(yīng)的基因進行操作D.重新合成新的基因C [蛋白質(zhì)工程的目的是對蛋白質(zhì)進行改造,從而使蛋白質(zhì)功能可以滿足人們的需求。蛋白質(zhì)行使功能與其高級結(jié)構(gòu)密切相關(guān),而蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)又非常復(fù)雜,所以直接對蛋白質(zhì)進行改造非常困難,而蛋白質(zhì)是由基因控制合成的,對基因進行操作卻容易得多。另外,通過改造基因而改造蛋白質(zhì)可以遺傳,而對蛋白質(zhì)直接改造,即使成功也不能遺傳。]8.科研人員利用相關(guān)技術(shù)改變了胰島素B鏈的第9位氨基酸,從而避免了胰島素結(jié)合成無活性的二聚體形式。下列相關(guān)敘述中,不正確的是(  )A.胰島素的本質(zhì)是蛋白質(zhì),不宜口服使用B.可通過測定DNA的序列確定突變是否成功C.對胰島素結(jié)構(gòu)的改造屬于蛋白質(zhì)工程D.該過程的操作對象是胰島素分子D [胰島素的本質(zhì)是蛋白質(zhì),只能注射,不宜口服使用,A正確;可通過測定DNA的序列確定突變是否成功,B正確;對胰島素結(jié)構(gòu)的改造屬于蛋白質(zhì)工程,C正確;蛋白質(zhì)工程從屬于基因工程,蛋白質(zhì)工程的操作對象是基因,D錯誤。]9.下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程應(yīng)用的敘述不正確的是    (  )A.蛋白質(zhì)工程可以改造酶的結(jié)構(gòu),提高酶的熱穩(wěn)定性B.通過蛋白質(zhì)工程可以改變蛋白質(zhì)的活性C.利用蛋白質(zhì)工程可以在大腸桿菌細胞中得到人的胰島素D.蛋白質(zhì)工程可以對胰島素進行改造和修飾,合成速效型胰島素制劑C [蛋白質(zhì)工程是依據(jù)人們設(shè)計的蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)來改造基因,進而控制合成新的蛋白質(zhì)或改變自然界中的蛋白質(zhì),而在大腸桿菌中生產(chǎn)人胰島素利用基因工程技術(shù)便可達到。]10.某種微生物合成的蛋白酶與人體消化液中的蛋白酶的結(jié)構(gòu)和功能很相似,只是其熱穩(wěn)定性較差,進入人體后容易失效?,F(xiàn)要將此酶開發(fā)成一種片劑,臨床治療食物消化不良,最佳方案是(  )A.替換此酶中的少數(shù)氨基酸,以改善其功能B.將此酶與人蛋白酶進行拼接,形成新的蛋白酶C.重新設(shè)計與創(chuàng)造一種蛋白酶D.減少此酶在片劑中的含量A [要想使蛋白酶熱穩(wěn)定性有所提高,就要改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),此類問題一般是對蛋白質(zhì)中的個別氨基酸進行替換。]11.蛛絲的強度和柔韌度得益于蛛絲蛋白的特殊布局,使它產(chǎn)生了一個由堅硬的結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)構(gòu)成的混合區(qū)域。有人試圖通過破解蛛絲蛋白的結(jié)構(gòu)從而推測出其相應(yīng)的基因結(jié)構(gòu),以指導對蠶絲蛋白的修改,從而讓蠶也吐出像蛛絲蛋白一樣堅韌的絲。此過程運用的技術(shù)及流程分別是(  )A.基因突變;DNARNA蛋白質(zhì)B.基因工程;RNARNA蛋白質(zhì)C.基因工程;DNARNA蛋白質(zhì)D.蛋白質(zhì)工程;蛋白質(zhì)RNADNARNA蛋白質(zhì)D [根據(jù)題干信息通過破解蛛絲蛋白的結(jié)構(gòu)從而推測出其相應(yīng)的基因結(jié)構(gòu),以指導對蠶絲蛋白的修改,從而讓蠶也吐出像蛛絲蛋白一樣堅韌的絲可知,該工程運用的技術(shù)是蛋白質(zhì)工程,操作的流程是蛋白質(zhì)RNADNARNA蛋白質(zhì)。D正確。]12.科學家對鼠源雜交瘤抗體進行改造,生產(chǎn)出效果更好的鼠人嵌合抗體,用于癌癥治療。下圖表示形成鼠人嵌合抗體的過程,據(jù)圖回答問題。(1)改造鼠源雜交瘤抗體,生產(chǎn)鼠人嵌合抗體,屬于____________(生物工程)的范疇。(2)圖示過程是根據(jù)預(yù)期的________________,設(shè)計________________,最終必須對________進行操作,此操作中改變的是______________________。(3)經(jīng)過改造的鼠人嵌合抗體,與鼠源雜交瘤抗體相比較,突出的優(yōu)點是__________________(從免疫角度考慮)(4)上述過程中對科學家來說難度最大的是________________________。[解析] (1)通過題圖可知鼠人嵌合抗體是通過人工設(shè)計而形成的具有特定功能蛋白質(zhì),其生產(chǎn)過程應(yīng)屬于蛋白質(zhì)工程的范疇。(2)蛋白質(zhì)工程的流程:預(yù)期蛋白質(zhì)的功能設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測應(yīng)有的氨基酸序列找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)通過基因工程操作生產(chǎn)預(yù)期的蛋白質(zhì)。(3)從免疫的角度考慮,對人體來說鼠源抗體為抗原,若利用人的抗體與之嵌合,則排斥作用會減輕,對人體的副作用會減少。(4)由于蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,不易確定,所以成為蛋白質(zhì)工程中最大的障礙。[答案] (1)蛋白質(zhì)工程 (2)嵌合抗體的功能 嵌合抗體的結(jié)構(gòu) 基因 脫氧核苷酸的排列順序(3)對人體的不良反應(yīng)減少 (4)設(shè)計嵌合抗體的空間結(jié)構(gòu)13.豬的胰島素用于降低人體血糖濃度效果不明顯,原因是豬胰島素分子中有一個氨基酸與人的不同。為了使豬胰島素用于臨床治療糖尿病,用蛋白質(zhì)工程的蛋白質(zhì)分子設(shè)計的最佳方案是(  )A.對豬胰島素中不同于人的那個氨基酸進行替換B.將豬胰島素和人胰島素進行拼接組成新的胰島素C.將豬和人的胰島素混合在一起治療糖尿病D.根據(jù)人的胰島素設(shè)計制造一種全新的胰島素A [由于豬胰島素分子中只有一個氨基酸與人胰島素不同,所以蛋白質(zhì)工程中蛋白質(zhì)的分子設(shè)計,只需替換這一個不同的氨基酸即可。雖然根據(jù)人胰島素分子的結(jié)構(gòu)設(shè)計一種全新的胰島素也可以用于臨床治療,但分子設(shè)計和胰島素的生產(chǎn)方面都存在很多困難,所以不是最佳方案。]142007年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎授予在基因靶向技術(shù)方面作出突出貢獻的三位科學家。基因靶向技術(shù)指的是應(yīng)用DNA同源重組原理,通過一定的載體,用設(shè)計好的目的基因替代靶基因,從而達到使靶基因功能喪失的目的。借助這一技術(shù),科學家可以用小鼠進行實驗,使其體內(nèi)的某項特定基因喪失功能,以幫助人們找到治療疾病的有效方法。下面是該實驗的基本過程,請回答有關(guān)問題。(1)獲取目的基因。目的基因是靶基因的同源片段。經(jīng)過修飾使靶基因的功能改變或喪失,就可獲得目的基因。如果要獲得活性降低了的X酶蛋白的目的基因,可以采用蛋白質(zhì)工程技術(shù),請簡述其過程。_____________________________________為了提高實驗成功率,需要通過PCR技術(shù)獲得目的基因的大量拷貝。與體內(nèi)DNA復(fù)制相比,PCR反應(yīng)體系需加入哪兩種特別的物質(zhì)?______________________________________________________________________________________________________________________________。(2)構(gòu)建基因表達載體。質(zhì)粒是具有自我復(fù)制能力的雙鏈環(huán)狀DNA,它所具有的一至多個________位點,使目的基因插入其中成為可能,因此常被選作載體。(3)將基因表達載體導入胚胎干細胞,從中篩選出成功發(fā)生了同源重組的胚胎干細胞,然后培育出小鼠。(4)通過檢測目的基因是否表達出蛋白質(zhì)產(chǎn)品,可以確定該小鼠體內(nèi)是否成功發(fā)生了基因的同源重組。請簡述這種檢測方法。_______________________。[解析] 本題重點考查了蛋白質(zhì)工程的基本原理及其應(yīng)用。基因工程遵循中心法則,中心法則告訴我們遺傳信息的流動方向如圖所示:間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)表達生物特有的功能或性狀基因工程基本上是生產(chǎn)出自然界已有的蛋白質(zhì)。而蛋白質(zhì)工程是基因工程的延伸和發(fā)展,其原理基本上是中心法則的逆推:從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測應(yīng)有的氨基酸序列找到并改變相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因獲得所需要的蛋白質(zhì)。[答案] (1)X酶蛋白的功能分析X酶蛋白的三維結(jié)構(gòu)預(yù)測和設(shè)計X酶多肽的氨基酸序列設(shè)計X酶基因的改造 兩種引物、耐高溫DNA聚合酶(Taq) (2)限制酶切割 (4)提取蛋白質(zhì),用相應(yīng)的抗體進行抗原抗體雜交蛋白質(zhì)工程和基因工程區(qū)分不清15.下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程和基因工程的比較,不合理的是(  )A.蛋白質(zhì)工程的操作起點是從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā),設(shè)計出相應(yīng)的基因,并借助基因工程實現(xiàn)B.蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,蛋白質(zhì)工程最終還是要通過基因改造或基因合成來完成C.當?shù)玫娇梢栽冢?/span>70 條件下保存半年的干擾素后,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D.基因工程和蛋白質(zhì)工程產(chǎn)生的變異都是可遺傳的C [蛋白質(zhì)工程的操作起點是從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā),設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),進而設(shè)計出相應(yīng)的基因,并借助基因工程實現(xiàn),選項A正確?;蚬こ躺a(chǎn)的自然界已存在的蛋白質(zhì)不能完全符合人類需要,因此催生了蛋白質(zhì)工程,但由于基因決定蛋白質(zhì),因此蛋白質(zhì)工程最終還是要通過基因改造或基因合成來完成,選項B正確。干擾素作為一種表達產(chǎn)物,其化學本質(zhì)為蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)不具有自我合成的能力,選項C錯誤?;蚬こ坍a(chǎn)生的變異即為基因重組,目的基因轉(zhuǎn)入后便可以隨宿主的基因一同表達并遺傳給后代,蛋白質(zhì)工程最終也要通過基因來改造,因此蛋白質(zhì)工程產(chǎn)生的變異也可以遺傳,選項D正確。]

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第4節(jié) 蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用

版本: 人教版 (2019)

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