人教版选修三 蛋白质工程的崛起 作业(1)

第4课时 蛋白质工程的崛起

基础过关

知识点一 蛋白质工程崛起的缘由和基本原理

1．添加在洗衣粉中的某种酶在低温下活性较低，影响了洗衣粉的洗涤效果。如果让你用生物工程的方法改变此酶的特性，首先考虑的是( ) A．基因工程 B．蛋白质工程 C．诱变 D．细胞工程 答案 B

解析 蛋白质工程可以改造酶的结构，通过改造蛋白质分子中某些活性部位的一个或几个氨基酸残基，有目的地提高酶适应低温的能力，进而提高洗衣粉在低温时的洗涤效果。 2．下列关于蛋白质工程的说法，正确的是( ) A．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作 B．蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子 C．对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的 D．蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是相同的 答案 B

解析 蛋白质工程是在分子水平上对基因直接进行操作。即通过直接改造基因实现的。蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程相反，其原理是中心法则的逆推。 3．蛋白质工程操作的实质是( ) A．改造蛋白质 B．改造mRNA C．改造基因 D．改造氨基酸 答案 C

解析 蛋白质工程的目的是获取人类需要的蛋白质，由于蛋白质的合成是受基因控制的，所以要从根本上对基因进行改造。

4．在设计合成自然界中不存在的蛋白质时，首先应该设计( ) A．基因结构 B．mRNA结构 C．氨基酸序列 D．蛋白质结构 答案 D

解析 蛋白质工程的操作程序：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。由此可知，首先设计的应该是蛋白质的结构。

5．猪的胰岛素用于人体降低血糖浓度效果不明显，原因是猪的胰岛素分子中有一个氨基酸与人的不同。为了使猪的胰岛素用于临床治疗人的糖尿病，用蛋白质工程对蛋白质分子进行设

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计的最佳方案是( )

A．对猪的胰岛素进行一个不同氨基酸的替换

B．将猪的胰岛素和人的胰岛素进行拼接，组成新的胰岛素 C．将猪的胰岛素和人的胰岛素混合在一起治疗人的糖尿病 D．根据人的胰岛素设计制造一种新的胰岛素 答案 A

解析 由于猪的胰岛素分子中只有一个氨基酸与人的胰岛素不同，所以可通过蛋白质工程中蛋白质的分子设计，只需替换这一个不同的氨基酸即可。虽然根据人胰岛素分子的结构设计一种全新的胰岛素也可以用于临床治疗，但在分子设计和胰岛素的生产方面都存在着很多困难，所以不是最佳方案。

6．科学家为提高玉米中赖氨酸含量，计划将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中104 位的氨基酸由天冬氨酸变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍。下列对蛋白质的改造，操作正确的是( ) A．直接通过分子水平改造蛋白质 B．直接改造相应的mRNA C．对相应的基因进行操作 D．重新合成新的基因 答案 C

解析 蛋白质工程的目的是对蛋白质进行改造，从而使蛋白质功能可以满足人们需求。而蛋白质功能与其高级结构密切相关，蛋白质高级结构又非常复杂，所以直接对蛋白质改造非常困难，而蛋白质是由基因控制合成的，对基因进行操作就容易得多。另外，改造后的基因可以遗传，如对蛋白质直接改造，即使成功也不能遗传。 知识点二 蛋白质工程的进展和前景 7．下列说法正确的是( )

A．蛋白质工程和基因工程的目的都是获得人类需要的蛋白质，所以二者没有区别 B．基因工程是蛋白质工程的关键技术

C．通过蛋白质工程改造后的蛋白质，有的仍然是天然的蛋白质 D．蛋白质工程是在蛋白质分子水平上直接改造蛋白质的 答案 B

解析 蛋白质工程获得的是自然界中不存在的蛋白质，基因工程得到的是自然界中本身存在的蛋白质。蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，故基因工程是蛋白质工程的关键技术。蛋白质工程改造的对象是基因而不是蛋白质本身。

8．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蛋白质类替代治疗剂。基因工程药物与蛋白质工程药物的区别是( )

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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 答案 C

解析 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。 9．以下蛋白质工程中，目前已成功的是( ) A．对胰岛素进行改造，生产速效型药品 B．蛋白质工程应用于微电子方面 C．生产体外耐储存的干扰素 D．用蛋白质工程生产血红蛋白 答案 A

解析 A项已经实现，B、C、D三项目前尚未实现，只是蛋白质工程的发展前景，有待于进一步研究和设计。 能力提升

10．下列关于蛋白质工程的叙述，错误的是( ) A．蛋白质工程操作的实质是改造基因

B．蛋白质工程在设计蛋白质结构时的依据是现有基因的脱氧核苷酸序列 C．蛋白质工程的基础是基因工程 D．蛋白质工程遵循的原理包括中心法则 答案 B

解析 蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程。它的目标是依据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计，最终用人工合成的方法合成相应的基因，而改造的基因须按照中心法则才能合成人类需要的蛋白质。 11．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．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构 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 答案 B

解析 由于基因决定蛋白质，因此，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的结构来完成，这种操作既简单，又能够遗传；而不是直接对蛋白质分子进行操作。 12．下列关于蛋白质工程应用的叙述，不正确的是( )

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A．蛋白质工程可以改造酶的结构，提高酶的热稳定性 B．通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性

C．利用蛋白质工程可以从大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素

D．蛋白质工程可以对胰岛素进行改造和修饰，合成速效型胰岛素制剂 答案 C

解析 从大肠杆菌中得到人的胰岛素利用的是基因工程技术。 13．关于基因工程和蛋白质工程的说法，正确的是( ) A．都是分子水平上的操作

B．基因工程就是改造基因的分子结构 C．蛋白质工程就是改造蛋白质的分子结构

D．基因工程能创造出自然界根本不存在的基因，蛋白质工程能创造出自然界根本不存在的蛋白质 答案 A

解析 基因工程的操作对象是基因，属于分子水平上的操作；蛋白质工程的操作对象是DNA和蛋白质分子，二者都属于分子水平上的操作。

14．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 ℃下保存半年，给广大患者带来福音。

(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“可以保存的干扰素”(请填写)。 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，不一定符合人类生产和生活的需要。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______________________________________________________。 答案 (1)预期蛋白质的功能 蛋白质三维结构 应有的氨基酸序列 相应的脱氧核苷酸序列(基因)

(2)自然界已存在 基因修饰 基因合成 改造

(3)空间(或高级) (4)基因 基因控制蛋白质的合成，并且基因能遗传给下一代

解析 蛋白质工程是研究多种蛋白质的结构和功能、蛋白质折叠、蛋白质分子设计等一系列分子生物学基本问题的一种新型的、强有力的手段。通过对蛋白质工程的研究，可以深入地

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揭示生命现象的本质和生命活动的规律。基因工程遵循中心法则，从DNA→mRNA→蛋白质折叠产生功能，基本上是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→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→蛋白质应有的氨基酸序列→应有的碱基排列→合成DNA→创造出自然界不存在的蛋白质。

15．2008年诺贝尔化学奖授予了三位在研究绿色荧光蛋白(GFP)方面作出突出贡献的科学家。绿色荧光蛋白能在蓝光或紫外光的激发下发出荧光，这样借助GFP发出的荧光就可以跟踪蛋白质在细胞内部的移动情况，帮助推断蛋白质的功能。GFP基因可作为目的基因用于培育绿色荧光小鼠，下图表示培育绿色荧光小鼠的基本流程：

请根据上述材料回答下列问题：

(1)用于培育绿色荧光小鼠的基因表达载体的组成必须有启动子、标记基因、________和____________。图中过程②常用的方法是____________。

(2)GFP基因与目的基因一起构建到载体上不影响目的基因的表达，也不影响由目的基因控制合成的蛋白质的结构与功能，且对细胞无毒性作用，因此GFP基因可以作为基因表达载体上的__________________。

(3)目前科学家们通过________工程制造出了蓝色荧光蛋白、黄色荧光蛋白等，该工程是直接改造GFP分子，还是改造GFP基因？____________________________。

答案 (1)GFP基因 终止子 显微注射法 (2)标记基因 (3)蛋白质 改造GFP基因(绿色荧光蛋白基因) 个性拓展

16．近期《肝脏学》杂志发表了一篇文章称科学家经研究发现：乙肝病毒HBX蛋白质能调控宿主细胞内许多基因的转录，广泛影响宿主细胞的各种生命活动，包括调节细胞凋亡、抑制细胞DNA的修复、干扰细胞有丝分裂和细胞周期进程等，因此可利用该蛋白质治疗乙肝。下图表示利用乳腺反应器生产乙肝病毒HBX蛋白的流程示意图。请回答问题：

(1)已知HBX蛋白基因的核苷酸序列，则①可采用__________获得目的基因，并利用________技术进行扩增。

(2)为获得更高活性的HBX蛋白质，需要对蛋白质结构进行设计改造，但必须通过基因修饰或基因合成来完成，而不直接改造蛋白质的原因是____________________________

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________________________________________________________________________。 (3)图中④载体是__________，⑥为早期胚胎移植到受体，在该步骤操作前对胚胎进行了检查和筛选，发现有些胚胎因为外源基因的插入而死亡，请你分析外源基因插入导致胚胎死亡的原因：________________________________________________________________________。 答案 (1)人工合成法 PCR (2)改造基因易于操作且改造后能够遗传 (3)动物病毒 外源基因的插入导致胚胎正常发育所需的基因不能表达

解析 已知核苷酸序列的基因，可采用人工合成法进行合成从而获得目的基因，然后利用PCR技术进行扩增；改造蛋白质不能遗传，而改造基因则可以遗传，因此改造蛋白质需要通过改造基因来实现；培育转基因动物利用的载体是动物病毒；外源基因插入到羊的DNA中，则可能会影响到其他基因的表达，如果插入后影响了使羊胚胎发育所需要的基因的表达，就会导致胚胎死亡。

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________________________________________________________________________。 (3)图中④载体是__________，⑥为早期胚胎移植到受体，在该步骤操作前对胚胎进行了检查和筛选，发现有些胚胎因为外源基因的插入而死亡，请你分析外源基因插入导致胚胎死亡的原因：________________________________________________________________________。 答案 (1)人工合成法 PCR (2)改造基因易于操作且改造后能够遗传 (3)动物病毒 外源基因的插入导致胚胎正常发育所需的基因不能表达

解析 已知核苷酸序列的基因，可采用人工合成法进行合成从而获得目的基因，然后利用PCR技术进行扩增；改造蛋白质不能遗传，而改造基因则可以遗传，因此改造蛋白质需要通过改造基因来实现；培育转基因动物利用的载体是动物病毒；外源基因插入到羊的DNA中，则可能会影响到其他基因的表达，如果插入后影响了使羊胚胎发育所需要的基因的表达，就会导致胚胎死亡。

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