江苏专版2023-2024学年新教材高中生物第三章基因工程第三节蛋白质工程分层作业苏教版选择性必修3

第三章第三节蛋白质工程必备知识基础练1.目前科学家们通过蛋白质工程制造出了蓝色荧光蛋白、黄色荧光蛋白等。采用蛋白质工程技术制造出蓝色荧光蛋白的过程的正确顺序是()①推测蓝色荧光蛋白的氨基酸序列和确定相对应的脱氧核苷酸序列②根据预期的蓝色荧光蛋白的功能设计其结构③合成蓝色荧光蛋白基因④表达出蓝色荧光蛋白A.①②③④ B.②①③④C.②③①④ D.④②①③2.下列关于蛋白质工程的叙述,错误的是()A.定点诱变技术用于蛋白质的中改B.蛋白质工程可能创造出新的蛋白质C.蛋白质工程又被称为第二代基因工程D.在蛋白质分子中引入二硫键可以提高蛋白质的热稳定性3.[2023江苏扬州邗江中学高三调研]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.对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的C.蛋白质工程与基因工程密不可分,基因工程是蛋白质工程的关键技术D.蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程完全相同4.下列关于基因定点诱变技术的说法,正确的是()A.对任何蛋白质的改造都可以采用基因定点诱变技术B.对于已知空间结构的蛋白质的改造可以采用基因定点诱变技术C.基因定点诱变技术是蛋白质工程中必须用到的技术D.采用基因定点诱变技术通常可以改变蛋白质中多种氨基酸5.[2023江苏盐城龙岗中学高三月考]科研人员利用相关技术改变了胰岛素β链的第9位氨基酸,从而避免了胰岛素结合成无活性的二聚体形式。下列相关叙述错误的是()A.胰岛素的本质是蛋白质,不宜口服使用B.可通过测定DNA序列确定突变是否成功C.该过程的操作对象是胰岛素分子D.对胰岛素结构的改造属于蛋白质工程6.蛋白质工程是利用基因工程的方法对蛋白质进行改造。下列各项措施不正确的是()A.根据氨基酸的性质和特点,设计并制造出自然界不存在的全新蛋白质B.在蛋白质分子中替代某一个肽段或一个特定的结构区域C.通过基因工程中定点诱变技术,有目的地改造蛋白质分子中某些活性部位的一个或几个氨基酸,以改善蛋白质的性质和功能D.利用化学合成的方法对蛋白质分子的某一氨基酸进行修饰,以改善蛋白质的性质和功能7.[2022江苏徐州高二期中]蛋白质工程取得的进展向人们展示出诱人的前景。下列有关说法正确的是()A.蛋白质工程不需要对基因进行操作B.蛋白质工程与天然蛋白质合成的流程相同C.通过改造溶菌酶的结构来提高酶的热稳定性,属于蛋白质工程的范畴D.人类已熟练了解蛋白质结构与功能的关系,蛋白质工程操作变得十分简单8.已知生物体内有一种蛋白质(P),该蛋白质是一种转运蛋白,由305个氨基酸组成。如果将P分子中第158位的丝氨酸变成亮氨酸,第240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸,改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能,而且具有了酶的催化活性。回答下列问题:(1)从上述资料可知,若要改变蛋白质的功能,可以考虑对蛋白质的进行改造。

(2)以P基因序列为基础,获得P1基因的途径有改造基因或合成基因,所获得的基因表达时是遵循中心法则的。中心法则的全部内容包括的复制,以及遗传信息在不同分子之间的流动,即。

(3)蛋白质工程被称为第二代基因工程,其基本途径是从预期的蛋白质功能出发,通过和,进而确定相对应的脱氧核苷酸序列,据此获得基因,再经表达、纯化获得蛋白质,之后还需要对蛋白质的生物进行鉴定。

关键能力提升练9.中华鲟是地球上最古老的脊椎动物之一,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。下列说法错误的是()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的结构来实现的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10.[2022江苏徐州期中]下图表示蛋白质工程的操作过程。下列相关叙述错误的是()A.蛋白质工程是以基因工程为基础的生物工程技术B.蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列C.蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作D.蛋白质工程可以改造现有蛋白质或制造一种新的蛋白质11.[2022江苏南通期末]某生物中发现一种基因的表达产物是具有较强抗菌性和溶血性的多肽P1。科研人员预期在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的蛋白质药物,下一步要做的是()A.构建含目的肽DNA片段的表达载体B.合成编码多肽P1的DNA片段C.设计抗菌性强但溶血性弱的蛋白质结构D.利用抗原—抗体杂交的方法对表达产物进行检测12.[2022江苏常州期中]β葡聚糖酶是一种在酒类、饲料等行业中具有重要用途的工业用酶。为提高β葡聚糖酶的催化活性,科学家将其第20位、117位和165位赖氨酸突变为丝氨酸。下列有关叙述错误的是()A.改造后的β葡聚糖酶的耐酸碱能力增强B.改造后的β葡聚糖酶的空间结构发生了改变C.对β葡聚糖酶结构的改造属于蛋白质工程D.可通过DNA分子测序法检测突变是否成功13.[2023江苏南京六校联合体高三联考]T4溶菌酶来源于T4噬菌体,是重要的工业用酶。科学家通过一定技术使T4溶菌酶的第3位异亮氨酸变为半胱氨酸(异亮氨酸的密码子是AUU、AUC、AUA,半胱氨酸的密码子是UGU、UGC),于是在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成一个二硫键,从而使T4溶菌酶的耐热性得到了提高。下列对上述过程的叙述,错误的是()A.对T4溶菌酶的改造属于蛋白质工程的范畴B.上述过程通过直接改造T4溶菌酶的mRNA上的2个碱基实现C.参与新的T4溶菌酶合成的tRNA种类可能不变D.改造后的T4溶菌酶的肽键数不变,二硫键的作用类似于DNA中的氢键14.[多选]枯草杆菌蛋白酶应用于洗涤剂、制革及丝绸工业。某研究小组利用蛋白质工程将该蛋白酶中第188位丙氨酸替换为脯氨酸、第239位谷氨酰胺替换为精氨酸、第262位缬氨酸替换为亮氨酸,结果发现,该酶的催化活性大幅度提高。下列叙述正确的是()A.对枯草杆菌蛋白酶进行改造可通过直接改造蛋白酶的分子结构来实现B.通过基因工程和蛋白质工程生产的枯草杆菌蛋白酶的氨基酸序列相同C.改造后的枯草杆菌蛋白酶可能使空间结构发生改变,导致其催化活性提高D.对枯草杆菌蛋白酶进行分子设计必须从预期蛋白酶的功能特点入手15.地球上纤维素含量丰富,其酶解产物利用非常广泛,但通常存在纤维素酶的催化活性低下、持续催化能力较弱等问题,导致生产成本较高,影响其在生产、生活中的应用。采用蛋白质工程技术对纤维素酶进行分子改造,可有效解决纤维素酶的活性低下、催化能力较弱的问题。回答下列问题:(1)蛋白质工程是通过,对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质,以满足人类生产和生活的需求。与基因工程相比,蛋白质工程可以生产。

(2)酶解法降解实现了对纤维素的有效利用,其优点是(答两点)。

(3)纤维素酶的结合域(CBM)在纤维素的降解中扮演着重要角色。研究发现,通过对CBM活性部位的2个色氨酸残基进行改造,会得到能持续催化水解纤维素的纤维素酶,请概述获得该种纤维素酶的大致流程:。

(4)纤维素酶连接区的主要作用是柔性连接催化域和结合域,多数由脯氨酸、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸等组成,极易被蛋白水解酶水解,但经糖基化修饰后可以很好地防止蛋白水解酶的水解。推测原因可能是。为了深入研究其功能,尽可能地提高纤维素酶的活性,对连接区的改造研究主要体现在(答两点)等方面。

(5)对纤维素酶的改造,还可以通过蛋白质定向进化手段实现,为了达到最终的结果,在研究中只需要人为地为蛋白质制造进化条件,就能够使纤维素酶的基因发生改变。与传统的蛋白质工程相比较,该方法具有的优点是(答一点)。

学科素养创新练16.葡萄糖异构酶在工业上应用广泛,为提高其热稳定性,科学家在确定第138位的甘氨酸为目标氨基酸后,对葡萄糖异构酶基因进行体外定点诱变,以脯氨酸替代第138位的甘氨酸,含突变体的重组质粒在大肠杆菌中表达,结果突变型葡萄糖异构酶比野生型的最适反应温度提高10~12℃,酶的热稳定性得到了提高。请根据下图分析并回答下列问题:(1)对葡萄糖异构酶进行定点诱变的过程体现了和现代生物技术的综合运用。

(2)图中①的名称叫,其组成包括了目的基因、、、复制原点和等。

(3)目的基因经过体外定点诱变后,为了提高其导入大肠杆菌的成功率,需用一定浓度的处理大肠杆菌。

(4)与正常基因相比,经过定点诱变后的基因中发生了两对碱基的。

(5)基因工程的最后一步是,从分子水平检测的方法有。

第三节蛋白质工程1.B参照蛋白质工程的基本途径,采用蛋白质工程技术制造出蓝色荧光蛋白的过程的正确顺序是②(根据预期的蓝色荧光蛋白的功能设计其结构)→①(推测蓝色荧光蛋白的氨基酸序列和确定相对应的脱氧核苷酸序列)→③(合成蓝色荧光蛋白基因)→④(表达出蓝色荧光蛋白),B符合题意。2.A运用基因的定点诱变技术改造基因的碱基序列,属于小改,A项错误;蛋白质工程是通过修改基因或创造合成新基因来改变生物的遗传和表达性状,合成新的蛋白质,B项正确;蛋白质工程是以基因工程为基础延伸出来的第二代基因工程,包含多学科的综合科技工程领域,C项正确;蛋白质工程可以通过改造酶的结构,有目的地提高酶的热稳定性,如在T4溶菌酶中引入二硫键提高了它的热稳定性,D项正确。3.C蛋白质工程是在分子水平上对基因直接进行操作,A、B项错误;蛋白质工程与基因工程密不可分,基因工程是蛋白质工程的关键技术,C项正确;蛋白质工程的流程为预期的蛋白质功能→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→合成DNA→表达出蛋白质,这和天然蛋白质合成的过程是不相同的,D项错误。4.B基因定点诱变技术是有目的地改造蛋白质分子中某活性部位的一个或几个氨基酸残基,是改变蛋白质结构的核心技术之一,主要应用于空间结构已知的蛋白质;对于空间结构未知的蛋白质用非定点诱变技术来进行蛋白质的改造。综上所述,B项正确。5.C胰岛素的本质是蛋白质,不宜口服使用,否则会被消化酶分解,A项正确;基因突变会导致基因中碱基序列发生改变,因此可通过测定DNA的序列确定突变是否成功,B项正确;该过程的操作对象是胰岛素基因,不是胰岛素分子,C项错误;对胰岛素结构的改造属于蛋白质工程,D项正确。6.D蛋白质工程又称第二代基因工程,可以根据氨基酸的性质和特点,设计并制造出自然界并不存在的全新蛋白质,A项正确;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改造,如在蛋白质分子中替代某一个肽段或一个特定的结构区域,B项正确;蛋白质工程中,可以通过基因工程中定点诱变技术,有目的地改造蛋白质分子中某些活性部位的一个或几个氨基酸,以改善蛋白质的性质和功能,C项正确;蛋白质工程是利用基因工程的方法对蛋白质进行改造,较小的改造是通过定点诱变技术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,以获得人类所需要的目的蛋白质,D项错误。7.C蛋白质工程需要对基因进行改造,从而合成新的蛋白质,A项错误;蛋白质工程的流程为预期的蛋白质功能→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→定向改造或生产人类所需的蛋白质,与天然蛋白质合成的流程不同,B项错误;通过改造溶菌酶的结构来提高酶的热稳定性属于从基因的角度去改造蛋白质,属于蛋白质工程的范畴,C项正确;蛋白质工程称为第二代基因工程,基于分子水平的操作,技术要求高,操作复杂,难度高,D项错误。8.(1)氨基酸序列(或结构)(2)PP1DNA和RNADNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录、翻译)(3)设计蛋白质结构推测氨基酸序列功能解析(1)由题干信息可知,改造蛋白质的功能可通过改变蛋白质的氨基酸序列(或结构)实现。(2)依据蛋白质工程的定义及题中信息可知,获得P1基因的途径有改造现有P基因或合成新P1基因。中心法则的全部内容包括DNA的复制、RNA的复制、转录、逆转录和翻译。(3)蛋白质工程的基本思路: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→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→获得所需的蛋白质。通过蛋白质工程合成的蛋白质还需要进行生物活性的鉴定,即功能鉴定,看是否达到人们的需求。9.D蛋白质工程改造的是基因,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项错误。10.B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,在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程,即以基因工程为基础的生物工程技术,A项正确;蛋白质工程是通过修改基因或创造合成新基因来改变生物的遗传和表达性状,合成新的蛋白质,不是直接改变氨基酸序列,B项错误;蛋白质工程需要预期蛋白质功能,进而设计预期的蛋白质结构,因此蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作,C项正确;蛋白质工程是以蛋白质分子的结构规律为基础,通过基因修饰对蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质,以满足人们生产和生活的需求,D项正确。11.C蛋白质工程的过程:预期的蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列(基因)。因此,预期蛋白质功能的下一步要做的是设计预期的蛋白质结构,即设计抗菌性强但溶血性弱的蛋白质结构,C项符合题意。12.A根据题干“为提高β葡聚糖酶的催化活性”可知,不能得出改造后的β葡聚糖酶的耐酸碱能力增强,A项错误;根据题干“为提高β葡聚糖酶的催化活性,科学家将其第20位、117位和165位赖氨酸突变为丝氨酸”可知,氨基酸的序列发生改变,因此改造后的β葡聚糖酶的空间结构也发生了改变,B项正确;根据题意可知,若要改变蛋白质的功能,需对蛋白质的氨基酸序列进行改造,属于蛋白质工程,C项正确;蛋白质工程被称为第二代基因工程,因此可通过DNA分子测序法检测突变是否成功,D项正确。13.B对蛋白质分子的设计和改造是通过蛋白质工程来实现的,故对T4溶菌酶的改造属于蛋白质工程的范畴,A项正确;蛋白质工程直接改造的对象为基因,并不是mRNA,B项错误;将T4溶菌酶的氨基酸中第3位异亮氨酸变为半胱氨酸,改造后组成T4溶菌酶的氨基酸中也可能仍含有异亮氨酸,因此参与其合成的tRNA种类可能不变,C项正确;改造后的T4溶菌酶替换了一个氨基酸,氨基酸总数不变,且发生替换的两个氨基酸R基上都不含羧基或氨基,所以肽键数不变,二硫键使T4溶菌酶的耐热性提高,DNA分子中氢键越多,热稳定性越强,二者的作用类似,D项正确。14.CD对枯草杆菌蛋白酶进行改造是通过改造基因来实现的,A项错误;基因工程生产的蛋白质是自然界已有的蛋白质,而蛋白质工程能生产出自然界中不存在的新型蛋白质分子,两者的氨基酸序列不同,B项错误;由题干“该蛋白酶中第188位丙氨酸替换为脯氨酸、第239位谷氨酰胺替换为精氨酸、第262位缬氨酸替换为亮氨酸,结果发现,该酶的催化活性大幅度提高”可知,其原因可能是改变了蛋白酶的空间结构,提高了酶与底物的亲和力,C项正确;对蛋白质进行分子设计应从预期的蛋白质功能出发,对蛋白质的结构进行设计,D项正确。15.答案(1)基因修饰或基因合成新的蛋白质(2)将纤维素催化分解为其他有用的物质,增加经济效益;酶催化过程无污染(3)预期新的纤维素酶的功能,设计蛋白质结构,推测在原有序列改造2个色氨酸残基后应有的氨基酸序列,找到对应的DNA序列,人工合成并扩增以得到大量基因片段,导入酵母细胞并使之稳定表达,得到表达产物(纤维素酶)(4)糖基化修饰后酶连接区的空间结构发生改变,使色氨酸残基暴露而易被水解的氨基酸被隐藏氨基酸序列和蛋白质的空间结构(5)减少筛选量,减少人工操作步骤解析(1)蛋白质工程是通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质,以满足人类生产和生活的需求。基因工程只能生产自然界已经存在的蛋白质,与之相比,蛋白质工程可以生产一种新的蛋白质。(2)酶具有专一性,纤维素酶可将纤维素分解为葡萄糖。酶解法降解实现了对纤维素的有效利用,其优点是将纤维素催化分解为其他有用的物质,增加经济效益;酶催化过程无污染。(3)获得该种纤维素酶是通过蛋白质工程实现的,结合蛋白质工程的过程可知,获得该种纤维素酶的大致流程为预期新的纤维素酶的功能,设计蛋白质结构,推测在原有序列改