一、單項(xiàng)選擇題
知識(shí)點(diǎn)一 蛋白質(zhì)工程概念和崛起的緣由
1．蛋白質(zhì)工程崛起的緣由是( )
A．天然蛋白質(zhì)使生物適應(yīng)環(huán)境
B．天然蛋白質(zhì)均為自然界已經(jīng)存在的種類
C．天然蛋白質(zhì)不能夠完全滿足人類生產(chǎn)、生活的需要
D．天然蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和種類是長(zhǎng)期自然選擇的結(jié)果
答案 C
解析 天然蛋白質(zhì)均為自然界已經(jīng)存在的種類，它們的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要，卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要，這是蛋白質(zhì)工程崛起的緣由。
知識(shí)點(diǎn)二 蛋白質(zhì)工程的基本原理
2．蛋白質(zhì)工程中，要對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，必須通過改造或合成基因來完成，而不直接改造蛋白質(zhì)的主要原因是( )
A．缺乏改造蛋白質(zhì)所必需的工具酶
B．改造基因易于操作且改造后能夠遺傳
C．目前人類對(duì)大多數(shù)蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)知之甚少
D．蛋白質(zhì)中氨基酸的排列順序千變?nèi)f化，操作難度大
答案 B
解析 改造基因的操作易于進(jìn)行，且改造后的基因能夠遺傳給子代，所以對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)改造可通過基因改造或基因合成來完成，B正確。
3．人們發(fā)現(xiàn)，蛛絲蛋白比蠶絲蛋白更細(xì)，但強(qiáng)度卻更大，于是有人試圖通過破解蛛絲蛋白的結(jié)構(gòu)從而推出其基因結(jié)構(gòu)，以指導(dǎo)對(duì)蠶絲蛋白基因的修改，從而讓蠶也吐出像蛛絲一樣堅(jiān)韌的絲，此過程的名稱和依據(jù)的原理分別是( )
A．基因突變：DNA→RNA→蛋白質(zhì)
B．基因工程：RNA→RNA→蛋白質(zhì)
C．基因工程：DNA→RNA→蛋白質(zhì)
D．蛋白質(zhì)工程：蛋白質(zhì)→DNA→RNA→蛋白質(zhì)
答案 D
解析 通過修改已知蛋白的基因，從而創(chuàng)造出全新蛋白質(zhì)的過程屬于蛋白質(zhì)工程，其原理是：蛋白質(zhì)→DNA→RNA→蛋白質(zhì)。
4．纖維素酶廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品發(fā)酵、造紙、廢水處理等領(lǐng)域。研究人員利用蛋白質(zhì)工程將細(xì)菌纖維素酶的相應(yīng)氨基酸替換后，纖維素酶的熱穩(wěn)定性得到了提高。下列有關(guān)該技術(shù)的說法，正確的是( )
A．改造后的纖維素酶的較高熱穩(wěn)定性不可遺傳
B．對(duì)纖維素酶的改造需要以基因工程為基礎(chǔ)
C．改造纖維素酶無需構(gòu)建基因表達(dá)載體
D．對(duì)纖維素酶的改造是通過直接改造mRNA實(shí)現(xiàn)的
答案 B
解析 由于蛋白質(zhì)工程進(jìn)行了基因改造，所以改造后的纖維素酶的較高熱穩(wěn)定性是可遺傳的，A錯(cuò)誤；改造纖維素酶同樣需構(gòu)建基因表達(dá)載體，C錯(cuò)誤；對(duì)纖維素酶的改造是通過改造控制合成纖維素酶的基因來實(shí)現(xiàn)的，D錯(cuò)誤。
5．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)工程和基因工程都是分子水平的操作
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修飾或基因合成來完成
C．基因工程遵循中心法則，蛋白質(zhì)工程完全不遵循中心法則
D．基因工程和蛋白質(zhì)工程產(chǎn)生的變異都是可遺傳的
答案 C
解析 蛋白質(zhì)工程和基因工程都屬于分子水平的操作；蛋白質(zhì)工程的基本途徑是根據(jù)中心法則反推出來的，而且最后還要根據(jù)中心法則生產(chǎn)出蛋白質(zhì)。
6．人體內(nèi)的t-PA蛋白能高效降解由血纖維蛋白凝聚而成的血栓，然而，為心梗患者注射大劑量的基因工程t-PA會(huì)誘發(fā)顱內(nèi)出血，其原因在于t-PA與血纖維蛋白結(jié)合的特異性不高。研究證實(shí)，通過某技術(shù)，將t-PA第84位的半胱氨酸換成絲氨酸，可制造出性能優(yōu)異的改良t-PA蛋白，進(jìn)而顯著降低出血。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是( )
A．該技術(shù)的關(guān)鍵是了解t-PA蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)
B．該技術(shù)生產(chǎn)改良t-PA蛋白的過程遵循中心法則
C．該技術(shù)是在分子水平上直接改造蛋白質(zhì)的
D．該技術(shù)構(gòu)建出了一種自然界中原先不存在的全新的基因
答案 C
解析 將t-PA第84位的半胱氨酸換成絲氨酸需要采用蛋白質(zhì)工程技術(shù)，該技術(shù)的關(guān)鍵是了解t-PA蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)，A正確；該技術(shù)生產(chǎn)改良t-PA蛋白的過程遵循中心法則，B正確；該技術(shù)是在分子水平上通過改造基因來改造蛋白質(zhì)的，C錯(cuò)誤；該技術(shù)進(jìn)行了基因改造，構(gòu)建出了一種自然界中原先不存在的全新的基因，D正確。
7．新冠病毒通過刺突蛋白(S蛋白)的活性域(RBD)與人體細(xì)胞表面的ACE2受體相互作用感染細(xì)胞。科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種自然界中不存在的蛋白質(zhì)LCB1，可與S蛋白的RBD緊密結(jié)合，以干擾新冠病毒的感染。下列說法不合理的是( )
A．LCB1可能與S蛋白的抗體在結(jié)構(gòu)上類似
B．S蛋白的RBD結(jié)構(gòu)可為設(shè)計(jì)LCB1提供信息
C．設(shè)計(jì)LCB1時(shí)，需避免在結(jié)構(gòu)上與ACE2類似
D．生產(chǎn)LCB1涉及基因工程的某些操作技術(shù)
答案 C
解析 S蛋白的抗體能與S蛋白的活性域(RBD)特異性結(jié)合，而LCB1可與S蛋白的RBD緊密結(jié)合，說明LCB1可能與S蛋白的抗體在結(jié)構(gòu)上類似，A合理；由于LCB1可與S蛋白的RBD緊密結(jié)合，故LCB1可依據(jù)S蛋白的RBD結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，B合理；人工合成的LCB1可識(shí)別并緊密結(jié)合S蛋白的RBD，阻止S蛋白的RBD與ACE2受體結(jié)合，這說明LCB1可能與ACE2受體的某些區(qū)域結(jié)構(gòu)類似，C不合理；可以用蛋白質(zhì)工程進(jìn)行LCB1的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，而蛋白質(zhì)工程建立在基因工程的基礎(chǔ)之上，因此生產(chǎn)LCB1用到了基因工程的某些操作技術(shù)，D合理。
知識(shí)點(diǎn)三 蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用
8．下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程應(yīng)用的敘述，正確的是( )
A．科學(xué)家對(duì)相關(guān)酶進(jìn)行改造的過程中，需要合成全新的基因
B．利用蛋白質(zhì)工程才能從大腸桿菌細(xì)胞中得到人的胰島素
C．使干擾素在適宜的條件下可以大量自我復(fù)制
D．蛋白質(zhì)工程可以對(duì)胰島素基因進(jìn)行改造，從而得到速效胰島素類似物
答案 D
解析 科學(xué)家對(duì)相關(guān)酶進(jìn)行改造的過程中，不是需要合成全新的基因，而是對(duì)原有基因進(jìn)行必要的改造，A錯(cuò)誤；從大腸桿菌細(xì)胞中得到人的胰島素利用的是基因工程，B錯(cuò)誤；干擾素的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，不能自我復(fù)制，C錯(cuò)誤。
9．蛋白質(zhì)工程在實(shí)施中遇到的最大的難題是( )
A．生產(chǎn)的蛋白質(zhì)無法應(yīng)用
B．發(fā)展前景太窄
C．對(duì)大多數(shù)蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)不清楚
D．無法人工合成目的基因
答案 C
解析 蛋白質(zhì)發(fā)揮功能必須依賴于正確的高級(jí)結(jié)構(gòu)，這種高級(jí)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，而很多蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)是人們目前還不清楚的，所以蛋白質(zhì)工程仍需要經(jīng)歷艱辛的探索，C正確。
二、非選擇題
10．干擾素是動(dòng)物體內(nèi)合成的一種蛋白質(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，在一定條件下可以延長(zhǎng)保存時(shí)間，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)工程的原理，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”：_______________________________________________。
(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)，不一定能滿足______________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________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)和生活的需求。
(3)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，還是通過對(duì)基因的操作來實(shí)現(xiàn)？_______________________________________________。原因是____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
答案 (1)從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)eq \(――→,\s\up7(設(shè)計(jì)))預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)eq \(――→,\s\up7(推測(cè)))應(yīng)有的氨基酸序列→找到并改變相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列或合成新的基因eq \(――→,\s\up7(獲得))所需要的蛋白質(zhì)
(2)自然界已存在 人類生產(chǎn)和生活 改造 合成基因 改造
(3)應(yīng)該通過對(duì)基因的操作來實(shí)現(xiàn)對(duì)天然蛋白質(zhì)的改造 首先，任何一種蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因也就是對(duì)相應(yīng)蛋白質(zhì)進(jìn)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。如果直接對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質(zhì)分子也無法遺傳；其次，對(duì)基因進(jìn)行改造要比直接對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行改造容易操作，難度也小得多
11．科學(xué)家利用鼠雜交瘤細(xì)胞獲得鼠源抗體，并進(jìn)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。請(qǐng)據(jù)圖回答：
(1)改造鼠源抗體，生產(chǎn)鼠—人嵌合抗體，屬于____________(生物工程)的范疇。圖示該過程中，根據(jù)預(yù)期的嵌合抗體功能，設(shè)計(jì)嵌合抗體的結(jié)構(gòu)，最終必須對(duì)________進(jìn)行操作。
(2)從鼠雜交瘤細(xì)胞中獲得可變區(qū)的特定基因，然后與人的抗體恒定區(qū)基因連接，需要的工具酶是__________________________________。重組基因是否翻譯成蛋白質(zhì)，需要從轉(zhuǎn)基因鼠中分離、提取________，利用相應(yīng)的抗體進(jìn)行抗原—抗體雜交。
(3)在鼠—人嵌合抗體進(jìn)入人體內(nèi)后，識(shí)別抗原的區(qū)域是________區(qū)，引起人體免疫反應(yīng)的主要是________區(qū)；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(diǎn)是__________________________________。
答案 (1)蛋白質(zhì)工程 基因
(2)限制性內(nèi)切核酸酶和DNA連接酶 蛋白質(zhì)
(3)可變 恒定 誘發(fā)免疫反應(yīng)的強(qiáng)度降低很多
解析 (1)根據(jù)題目的圖示，可以看到是對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，將鼠抗體的可變區(qū)與人抗體的恒定區(qū)進(jìn)行了組合，這種操作屬于蛋白質(zhì)工程。蛋白質(zhì)工程最終要通過對(duì)基因改造、基因合成來對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行改造。
(2)從鼠雜交瘤細(xì)胞中獲得可變區(qū)的特定基因需要用限制酶，然后與人的抗體恒定區(qū)基因連接需要用DNA連接酶。重組基因是否翻譯成蛋白質(zhì)，需要從轉(zhuǎn)基因鼠中分離、提取蛋白質(zhì)，利用相應(yīng)的抗體進(jìn)行抗原—抗體雜交。
(3)抗體能與抗原特異性結(jié)合，即不同的抗原需要不同的抗體來特異性識(shí)別，所以識(shí)別不同抗原的區(qū)域應(yīng)該是可變的，而引起人體免疫反應(yīng)的主要是恒定區(qū)。從免疫的角度考慮，對(duì)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(huì)減輕，對(duì)人體的副作用會(huì)減少。

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第4節(jié) 蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用

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