3.4蛋白質工程的原理和應用同步課時作業一、單項選擇題1.下列關于蛋白質工程的敘述，錯誤的是()A.蛋白質工程技術是基因工程技術的延伸B.蛋白質工程只能生產自然界中已存在的蛋白質C.蛋白質工程的設計是按中心法則相反的途徑進行的D.蛋白質工程可對基因進行改造或合成2.蛋白質工程是新崛起的一項生物工程，又稱第二代基因工程。下列敘述正確的是()A.蛋白質工程就是根據人們需要，直接對蛋白質進行加工改造B.蛋白質工程首先要建立蛋白質功能與結構的聯系C.經蛋白質工程改造后的性狀不可以遺傳D.蛋白質工程最終要達到的目的是獲取編碼蛋白質的基因序列信息3.蛋白質工程是研究蛋白質結構和功能的重要手段，下列關于蛋白質工程的敘述，正確的是()A.蛋白質工程中可以不用構建基因表達載體B.通過蛋白質工程改造后獲得的性狀不能遺傳給后代C.蛋白質工程是在分子水平上對蛋白質分子直接進行操作D.蛋白質工程可以通過增加酶內部二硫鍵數目提高酶的熱穩定性4.基于AI（人工智能）的蛋白質設計方法可以利用現有蛋白質數據庫以及機器深度“學習算法”來預測新型蛋白質的結構及功能。下列有關說法錯誤的是()A.AI預測新型蛋白質結構和功能的原理是中心法則B.AI可能幫助人們快速、深入了解蛋白質結構與功能的關系C.AI有可能幫助人們高效地設計出自然界中原來沒有的蛋白質D.人們可通過基因改造或合成新基因來獲得AI所設計的蛋白質5.人工智能在蛋白質工程中的應用，為蛋白質工程的研究帶來了新的方法和思路，加速了蛋白質工程的發展進程。下列相關敘述錯誤的是()A.蛋白質工程原理中應用到的生命觀念是結構與功能觀B.蛋白質工程最終需要通過改造或合成基因來實現C.蛋白質工程可通過改造自然界中已存在的基因來實現D.通過蛋白質工程是要獲得自然界中已存在的蛋白質6.T4溶菌酶（Ao）在溫度較高時易失去活性。研究人員通過蛋白質工程將T4溶菌酶第3位上的異亮氨酸改成半胱氨酸，該處半胱氨酸可與第97位半胱氨酸之間形成一個二硫鍵，獲得熱穩定性高的T4溶菌酶（A1）。下列說法正確的是()A.蛋白質工程是在分子水平上對蛋白質分子直接進行操作B.蛋白質工程與中心法則的流程方向一致，即DNA→mRNA→蛋白質C.檢測A1活性時可先將A1與底物混合，再置于高溫環境中D.A0和A1空間結構的差異是二者熱穩定性不同的直接原因7.枯草桿菌蛋白酶廣泛應用于洗滌劑、食品等行業。某研究小組利用蛋白質工程將該蛋白酶中第188位丙氨酸替換為脯氨酸、第239位谷氨酰胺替換為精氨酸、第262位緩氨酸替換為亮氨酸，結果發現枯草桿菌蛋白酶的催化活性大幅度提高。下列敘述錯誤的是()A.蛋白質工程最終要達到的目的是獲取編碼蛋白質的基因序列信息B.對枯草桿菌蛋白酶進行分子設計必須從預期蛋白酶的功能出發C.通過基因工程和蛋白質工程生產的枯草桿菌蛋白酶的氨基酸序列不同D.改造后的枯草桿菌蛋白酶可能是空間結構發生改變導致其催化活性提高8.蛋白質工程是基因工程的延伸，又稱為第二代基因工程。下列關于基因工程和蛋白質工程的敘述正確的是()A.基因工程需用到工具酶，而蛋白質工程無需用到工具酶B.基因工程用的是現有基因，而蛋白質工程用的是新基因C.蛋白質工程的操作過程中，需要先合成mRNA，后合成基因D.蛋白質工程的實施，充分體現了功能決定結構的科學思想9.某研究小組進行課題為“新型B淋巴細胞阻斷劑（TACI）的蛋白質工程”的研究，涉及的相關機理如圖所示。下列說法正確的是()A.該工程的直接操作對象是TACI蛋白B.正常機體內不存在BAFFC.該自身免疫病病因是細胞因子過多攻擊正常細胞D.檢測改造后的TACI蛋白可用抗原一抗體雜交技術10.胰島素用于治療糖尿病，但胰島素注射后易在皮下堆積，需較長時間才能進入血液，進入血液后又易被分解，因此治療效果受到影響。科研人員研制了速效胰島素，其生產過程如圖所示。下列說法錯誤的是()A.速效胰島素的生產需要用到蛋白質工程和發酵工程B.大腸桿菌合成的新的胰島素不能正常發揮作用C.除人工合成DNA外，還可以通過定點突變技術獲得目的基因D.可以用Ca2+處理的方法直接將新的胰島素基因導入大腸桿菌細胞中11.研究發現，胰島素進入血液循環后容易被降解，糖尿病患者需要反復注射胰島素才能達到治療效果。科研人員借助蛋白質工程改變了胰島素中的某些氨基酸，提高了胰島素在患者體內的穩定性，延長了其作用時間。下列有關敘述錯誤的是()A.蛋白質工程的實質是在DNA分子水平上進行設計和改造蛋白質B.氨基酸序列的差異是影響胰島素在患者體內是否穩定的原因之一C.蛋白質工程難度很大與蛋白質發揮功能必須依賴于正確的高級結構有關D.改造胰島素應首先從設計胰島素基因中的脫氧核苷酸序列出發12.水蛭是我國的傳統中藥材，主要藥理成分水蛭素為水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。擬通過蛋白質工程改造水蛭素結構，提高其抗凝血活性。蛋白質工程流程如圖所示。下列關于蛋白質工程敘述正確的是()A.蛋白質工程是在分子水平上對DNA分子直接進行操作，定向改變分子的結構B.圖中的b為mRNAa為蛋白質，b和a對應的單體序列都是唯一的C.通過蛋白質工程改造的水蛭蛋白是自然界已有的蛋白質D.蛋白質工程改造的水解蛋白過程中不涉及中心法則13.科學家利用蛋白質工程研制出了賴脯胰島素，與天然胰島素相比，賴脯胰島素經皮下注射后易吸收、起效快。圖示為利用大腸桿菌制備工程菌并獲取賴脯胰島素的操作過程，以下相關敘述錯誤的是()A.該技術屬于第二代基因工程，需對基因進行改造或合成B.該技術能改造現有的蛋白質，也能制造一種新的蛋白質C.圖中①發生在細胞核，②發生在細胞質D.基因表達過程中，物質a變化時，物質b可能不變二、非選擇題14.如圖為蛋白質工程操作的基本思路，請據圖回答下列問題。（1）蛋白質工程操作思路的特有過程是____________，代表中心法則內容的過程是____________。（填圖中序號）（2）寫出圖中數字代表的生物學過程的名稱或內容。①____________;②____________。（3）從圖中可以看出蛋白質工程的基本思路與中心法則方向____________。（4）從根本上說，蛋白質的結構是由____________決定的。（5）根據蛋白質的氨基酸序列推測的mRNA的堿基序列是否唯一？____________，為什么？____________。（6）將氨基酸合成為多肽鏈的場所是____________。真核細胞中將多肽鏈轉變為具有一定空間結構的蛋白質的場所是____________。15.胰島素可用于治療糖尿病，但胰島素注射后易在皮下堆積，需較長時間才能進入血液，進入血液后又易被分解，因此治療效果受到影響。下圖是新的速效胰島素的生產過程，回答下列問題。（1）新的胰島素生產過程屬于____________工程，該工程的操作對象為____________。（2）獲取新的胰島素基因除圖示方法外，還可以通過____________獲得；在體外利用PCR技術對人工合成的新的胰島素基因進行擴增時，需加入耐高溫的DNA聚合酶，該酶發揮作用的溫度為____________℃左右。此過程還需要在反應體系中加入兩種引物，引物的作用是____________。（3）在大腸桿菌細胞中合成的新的胰島素，需通過生化制備與重折疊才具備預期的功能，原因是____________。（4）若想建立乳腺生物反應器大量生產胰島素，需借助基因工程的方法，常以哺乳動物的____________為受體細胞。為了保證干擾素基因只在乳腺細胞內表達，構建表達載體時必須在目的基因的前端加上____________。

答案以及解析1.答案：B解析：A、蛋白質工程是通過改造控制現有蛋白質的基因來改造蛋白質，所以蛋白質工程技術是基因工程技術的延伸，A正確；B、蛋白質工程可以生產自然界中不存在的蛋白質，B錯誤；C、蛋白質工程過程中先由蛋白質到基因、再由基因控制合成相應的蛋白質，是按中心法則相反的途徑進行的，C正確；D、蛋白質工程通過預期蛋白質功能，然后設計結構，最后通過對基因進行改造或合成來完成，D正確。故選B。2.答案：B解析：A、由蛋白質工程的概念可知，蛋白質工程改造的是DNA上特定位點的核苷酸序列，不是蛋白質，A錯誤；B、蛋白質工程首先要建立蛋白質功能與結構的聯系，然后依據所需蛋白質的功能，設計改造天然蛋白質的空間結構，B正確；C、蛋白質工程指以蛋白質的結構規律及其與生物功能的關系作為基礎，通過基因修飾或基因合成，由于是對基因進行的改造，遺傳物質已經改變，屬于可以遺傳的變異，C錯誤；D、蛋白質工程最終要獲得特定功能的蛋白質，D錯誤。故選B。3.答案：D解析：A、蛋白質工程是基因工程的延伸，需要構建表達載體，A錯誤；B、由于蛋白質工程是直接對基因進行修飾或合成基因，改造后的性狀可以遺傳給后代，B錯誤；C、基因的結構決定蛋白質的結構，因此，要對蛋白質的結構進行設計改造，最終還必須通過改造基因來完成，而不是直接對蛋白質分子進行操作，C錯誤；A、蛋白質工程可以通過增加二硫鍵數目來提高熱穩定性，例如為了提高T4溶菌酶的耐熱性，將3號位的異亮氨酸換成半胱氨酸，在3號和97號半胱氨酸之間形成一個二硫鍵，使得T4溶菌酶耐熱性得到提高，D正確。故選D。4.答案：A解析：A、AI可基于大量的生物信息數據和復雜的算法，并根據氨基酸序列預測蛋白質的三維結構，進而預測新型蛋白質的功能，這個過程與中心法則無關，A錯誤；B、AI的蛋白質設計方法可用來預測新型蛋白質的結構及功能，可能能幫助人們快速、深入了解蛋白質結構與功能的關系，B正確；C、AI的蛋白質設計方法可用來預測新型蛋白質的結構及功能，AI有可能幫助人們高效地設計出自然界中原來沒有的蛋白質，C正確；D、對蛋白質的改造是通過改造或合成基因來完成的，所以人們可通過基因改造或合成新基因來獲得AI所設計的蛋白質，D正確。故選A。5.答案：D解析：AB、蛋白質工程的基本思路：從預期的蛋白質功能出發→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到并改變相對應的脫氧核苷酸序列或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質，因此，蛋白質工程原理中應用到的生命觀念是結構與功能觀，設計的蛋白質，可通過改造或合成基因來實現，AB正確；CD、蛋白質工程是指以蛋白質分子結構規律及其與生物功能的關系作為基礎，通過基因修飾或基因合成，對現有蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類的生產和生活需求，蛋白質工程能對現有的蛋白質進行改造或制造一種新的蛋白質，C正確、D錯誤。故選D。6.答案：D解析：A、蛋白質工程需要在分子水平上對基因進行操作，A錯誤；B、蛋白質工程的基本途徑：從預期的蛋白質功能出發，設計預期的蛋白質結構，推測應有的氨基酸序列，找到相對應的脫氧核苷酸序列（基因）以上是蛋白質工程特有的途徑，故蛋白質工程與中心法則的流程方向相反，B錯誤；C、檢測A1活性時應先將A1與底物分別置于高溫環境，保溫一段時間再混合，C錯誤；D、分析題意可知，和AO相比，A1不僅僅是氨基酸的序列不同，同時還增加了一個二硫鍵，導致空間結構也有差異，是二者熱穩定性不同的直接原因，D正確。故選D。7.答案：A解析：A、蛋白質工程通過獲取編碼蛋白質的基因序列信息進而合成相關的基因并最終獲得符合人們需求的蛋白質，這是蛋白質工程的最終目的，A錯誤；B、對蛋白質進行分子設計應從預期的蛋白質功能出發，從而對蛋白質的結構進行設計，因此對枯草桿菌蛋白酶進行分子設計必須從預期蛋白酶的功能出發，B正確；C、基因工程生產的蛋白質是自然界已有的蛋白質，而蛋白質工程能生產出自然界中不存在的新型蛋白質分子，兩者的氨基酸序列不同，C正確；D、改造后的蛋白酶中第188位丙氨酸替換為脯氨酸、第239位谷氨酰胺替換為精氨酸、第262位纈氨酸替換為亮氨酸，結果發現該酶的催化活性大幅度提高，其原因可能是改變了蛋白酶的空間結構，D正確。故選A。8.答案：B解析：AB、蛋白質工程是第二代基因工程，過程中需對現有基因進行改造或合成新的基因，構建基因表達載體時，需用到限制酶和DNA連接酶，A錯誤、B正確；C、蛋白質工程的操作過程中，只需要推導出mRNA的堿基序列即可，無需合成，C錯誤；D、蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規律及其與生物功能的關系作為基礎，通過基因修飾或基因合成，對現有蛋白質進行改造，或制造新的蛋白質，以滿足人類生產和生活的需要，故蛋白質工程的實施，充分體現了結構決定功能的科學思想，D錯誤。故選B。9.答案：D解析：蛋白質工程的直接操作對象是基因，不是蛋白質，A錯誤；結合題圖，自身免疫病的機理是BAFF過量，說明正常人體內也存在適量的BAFF,B錯誤；B淋巴細胞過度增殖分化導致自身免疫病，說明該自身免疫病的病因是抗體攻擊了自身正常細胞，不是細胞因子，C錯誤；檢測蛋白質用到的原理是抗原抗體特異性結合，即抗原一抗體雜交技術，D正確。10.答案：D解析：A、圖示的前半部分是利用蛋白質工程設計速效胰島素的生產過程，后半部分是利用發酵工程生產速效胰島素的過程，A正確；B、大腸桿菌是原核生物，沒有內質網和高爾基體對胰島素原進行加工，因此大腸桿菌合成的新的胰島素不能正常發揮作用，B正確；C、基因定點突變是指按照特定的要求，使基因的特定序列發生插入、刪除、置換、重排等變異，除人工合成DNA外，還可以通過定點突變技術獲得目的基因，C正確；D、可以用Ca2+處理的方法可以將含有新的胰島素基因的基因表達載體導入大腸桿菌細胞中，D錯誤。故選D。11.答案：D解析：A、蛋白質工程的基本流程為：預期蛋白質功能→設計預期的蛋白質結構→推測應有氨基酸序列→據氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列（基因）→DNA合成，最終要利用基因工程上來解決蛋白質的合成，因此蛋白質工程的實質是在DNA分子水平上進行設計和改造蛋白質，A正確；B、氨基酸序列差異，導致胰島素的空間結構有所改變，影響了它的功能，因此氨基酸序列的差異是影響胰島素在患者體內是否穩定的原因之一，B正確；C、多數蛋白質除具有一級結構（即氨基酸順序）外，還具有復雜的高級結構，即空間結構，而很多蛋白質的空間結構是人們目前還不清楚的，因此實施蛋白質工程的難度很大，C正確；D、胰島素屬于蛋白質，改造胰島素應首先從設計預期的蛋白質結構出發，D錯誤。故選D。12.答案：A解析：A、蛋白質工程直接的操作對象是水蛭素基因，是在分子水平上對DNA分子直接進行操作，定向改變分子的結構，A正確；B、據圖可知，物質a是具有氨基酸序列的多肽鏈，物質b是mRNA。在生產過程中，物質b可能不同，原因是密碼子的簡并性，即一種氨基酸可能對應幾個密碼子，B錯誤；C、通過蛋白質工程改造的水蛭蛋白是自然界沒有的蛋白質，C錯誤；D、根據中心法則逆推以確定目的基因的堿基序列，涉及到了中心法則，D錯誤。故選A。13.答案：C解析：A、該技術是蛋白質工程，是在基因工程的基礎上，延伸出來的第二代基因工程，操作對象也是DNA，需對基因進行改造或合成，A正確；B、蛋白質工程是以蛋白質分子的結構規律及其與生物功能的關系作為基礎，通過基因修飾或基因合成，對現有蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類的生產和生活的需求，B正確；C、大腸桿菌是原核生物，沒有細胞核，圖中①不會發生在細胞核，C錯誤；D、mRNA序列改變，由于密碼子的簡并性，最終編碼的氨基酸序列可能不變，D正確。故選C。14.答案：（1）④⑤；①②（2）轉錄；翻譯（3）相反（4）基因（5）否；一種氨基酸可能具有多種密碼子（6）核糖體；內質網解析：（1）結合分析可知，圖中④⑤過程代表蛋白質工程操作思路，①②過程代表中心法則。（2）由以上分析可知，圖中①以基因為模板合成mRNA的過程，①為轉錄，②以mRNA為模板合成多肽鏈過程，②為翻譯過程。（3）蛋白質工程是根據具有相應功能的蛋白質結構推測氨基酸序列，進而推測出脫氧核苷酸序列，中心法則是遺傳信息的傳遞規律，因此中心法則與蛋白質工程的基本途徑相反。（4）直接決定蛋白質多樣性的因素有氨基酸的種類、數目、排列順序和蛋白質的空間結構；從根本上說，蛋白質的結構是由基因決定的。（5）由于密碼子的簡并性，即一種氨基酸可能具有多種密碼子，故根據蛋白質的氨基酸序