高中人教版生物选必3同步作业-第3章第4节 蛋白质工程的原理和应用（有解析）
文档属性
| 名称 | 高中人教版生物选必3同步作业-第3章第4节 蛋白质工程的原理和应用（有解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 541.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2025-08-24 22:26:28 | ||
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文档简介
选择性必修三第3章
第4节 蛋白质工程的原理和应用
一、单选题
1．下列关于蛋白质工程的叙述，正确的是（ ）
A．蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造 B．蛋白质工程的操作对象是蛋白质
C．蛋白质工程以基因工程为基础 D．蛋白质工程只能生产出天然的蛋白质
2．蛋白质工程的基本流程是（ ）
A．基因→转录→翻译→多肽链→蛋白质→生物功能
B．设计蛋白质的结构→改造蛋白质分子→行使功能
C．预期蛋白质功能→推测氨基酸序列→设计蛋白质结构→合成相应mRNA
D．预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→脱氧核苷酸序列
3．枯草杆菌蛋白酶能催化蛋白质水解为氨基酸，在有机溶剂中也能催化多肽的合成，被广泛应用于洗涤剂、制革及丝绸工业。将枯草杆菌蛋白酶分子的第99位天冬氨酸和第156位谷氨酸改成赖氨酸，可使其在pH=6时的活力提高10倍。下列说法正确的是（ ）
A．完成氨基酸的替换需要通过直接改造蛋白质实现
B．该成果体现了蛋白质工程在培育新物种方面具有独特的优势
C．经蛋白质工程改造后的枯草杆菌蛋白酶活性提高这一性状可遗传
D．蛋白质工程最终要达到的目的是获取编码蛋白质的基因序列信息
4．人工智能系统AlphaFold2 已经能够预测人类98.5%的蛋白质结构，有科学家认为，AlphaFold2 对蛋白质结构的精准预测，是人工智能对科学领域最大的一次贡献，也是人类在21世纪取得的最重要的科学突破之一。下列相关叙述错误的是（ ）
A．预测蛋白质结构，设计并制造新蛋白质属于第二代基因工程
B．分析蛋白质的氨基酸序列是预测其空间结构的重要基础
C．蛋白质工程通过改造现有蛋白质或制造出新的蛋白质，满足人类需求
D．科学家通过对组成干扰素的氨基酸直接操作从而提高了干扰素的稳定性
5．2024年“诺贝尔化学奖”授予三位科学家，以表彰他们在“计算蛋白质设计和结构预测”方面的贡献。他们开发的预测蛋白质结构的AI工具AlphaFold可以通过输入的氨基酸序列信息生成蛋白质空间结构模型。到目前为止，AlphaFold已经预测了超过2亿种蛋白质结构——即几乎所有已知的已编目蛋白质。下列相关说法错误的是（ ）
A．该技术对于理解蛋白质功能、疾病治疗、新药开发等具有重大意义
B．该研究可以帮助人类设计和修改蛋白质的空间结构，改变相关蛋白质的活性
C．该技术有助于科学家探索通过功能设计蛋白质结构，再逆向推导氨基酸序列
D．肽链的盘曲折叠方式复杂，与肽键以及肽链在特定区域形成氢键、二硫键等有关
6．我国科学家刘海燕教授团队开辟了一条全新的蛋白质从头设计的路线（如图所示），实现了核心技术的原始创新，为工业酶、生物医学蛋白等功能蛋白的设计奠定基础。下列有关蛋白质叙述错误的是（ ）
A．合成分泌蛋白旺盛的细胞中染色体数目较多
B．该技术设计的工业酶元素可含有C、H、O、N四种元素
C．设计蛋白质的结构时首先要设计蛋白质主链的氨基酸序列
D．蛋白质的合成需要核酸的参与，核酸的合成也需要蛋白质的参与
7．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。下列叙述正确的是（ ）
A．T4溶菌酶耐热性提高的原因是组成该酶的氨基酸种类和数量发生了改变
B．参与新的T4溶菌酶合成的tRNA种类一定会发生改变
C．上述改造过程会使基因发生定向改变，产生一种不同的基因
D．上述改造通过替换T4溶菌酶DNA上的1个碱基对即可实现
8．单克隆抗体可用于癌症治疗，但通过鼠杂交瘤细胞获得的鼠源单克隆抗体进入人体会作为抗原引起人体的免疫反应。科学家利用蛋白质工程对鼠源单克隆抗体进行改造，生产出含有人源性肽段的鼠—人嵌合抗体。下列说法错误的是（ ）
A．生产单克隆抗体不能直接培养B淋巴细胞，因为其在体外培养条件下不能无限增殖
B．将B淋巴细胞和骨髓瘤细胞混合，诱导融合的细胞即为能产生单克隆抗体的杂交瘤细胞
C．上述获得鼠—人嵌合抗体的研究中需对基因进行操作
D．经过改造的鼠—人嵌合抗体可降低人对该抗体的免疫反应
9．研究人员利用点突变技术将干扰素（IFN）第17位的半胱氨酸诱变为丝氨酸后，发现其抗病毒活性提高了100倍，且这种新型的IFN在-70℃下保存150天后仍然稳定。下列相关叙述错误的是（ ）
A．点突变技术通常是直接对蛋白质进行操作，使氨基酸改变
B．IFN抗病毒活性发生改变的直接原因是其空间结构发生改变
C．该技术为蛋白质工程，蛋白质工程常利用的工具酶有限制酶和DNA连接酶等
D．经改造后的新型IFN活性强、稳定性高的性状是可以遗传的
10．一种天然蛋白t-PA能高效降解因血浆纤维蛋白凝聚而成的血栓，是心梗和脑血栓的急救药，但是心梗患者注射大剂量的t-PA会诱发颅内出血。研究证实，将t-PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，能显著降低其诱发出血的副作用。据此，先对天然t-PA基因的碱基序列进行改造，然后再采取传统的基因工程方法表达该改造后的基因，可制造出性能优异的改良t-PA蛋白。下列说法正确的是（ ）
A．以上技术制造出性能优异的改良t-PA过程被称为蛋白质工程
B．构建重组质粒时需要选用限制酶Xma I和Nhe I切割质粒pCLY11
C．使用T4DNA连接酶不能将t-PA改良基因与质粒pCLY11连接
D．成功导入重组质粒的受体细胞在含有新霉素的培养基上能存活，且呈现蓝色
二、多选题
11．蛋白质工程是新崛起的一项生物工程，又称第二代基因工程。下图示意蛋白质工程流程。下列有关叙述错误的是（ ）
A．蛋白质工程就是根据人们需要，直接对蛋白质进行加工修饰
B．蛋白质工程是通过改造或合成基因等方法，对现有蛋白质进行改造
C．①②过程都从模板的5’端开始
D．蛋白质工程是从④开始的
12．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158位的丝氨酸变成亮氨酸，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。下列相关叙述正确的是（ ）
A．上述对蛋白质P的改造属于蛋白质工程
B．可以通过改造P基因或合成P1基因来获得P1基因
C．P1基因通过转录和翻译获得具有专一性的蛋白质P1
D．直接对蛋白质P的氨基酸序列进行改造来获得蛋白质P1
三、非选择题
13．植物细胞中提取的高甜度蛋白质由一条多肽链构成，常作为食品工业中糖类的替代品，但其热稳定性较差，植物中的提取率极低。科研人员通过基因编辑技术改造甜蛋白SB基因，以提升甜蛋白的稳定性和在大肠杆菌中的产量。技术路线如图所示：
(1)改造甜蛋白SB基因首先需分析甜蛋白的 序列，再改造基因的碱基序列，从而获得新SB基因，通过 技术进行扩增，用于基因表达载体的构建。
(2)用限制酶NruⅠ、NoeⅠ、BamHⅠ分别切割目的基因和质粒，能成功构建PX asD质粒的原因是
，再通过 将二者连接起来。
(3)选用引物1和引物2对PX asD质粒中的SB基因进行PCR，再电泳检测，发现条带不唯一，其原因可能是 （答出一点即可）；对于PCR电泳结果符合预期的质粒，通常需要进一步通过基因检测确认，原因是
。
(4)将PXasD质粒导入用 处理后的大肠杆菌中，培养一段时间后，从中提取大量甜蛋白，但经科研人员检测后，提取到的甜蛋白甜度不够，原因可能是
。
14．重组DNA技术使实验上从基因到蛋白质和从蛋白质到基因都成为可能。从少量的纯化蛋白质可得到部分的氨基酸序列，这为获取目的基因提供了序列信息。一旦该基因被分离并测序，它的蛋白质编码序列就可用于设计一个DNA分子，然后在遗传工程化细胞中产生蛋白质产物。这样就可以在生化或者结构上研究该蛋白质了。该基因还可以经过操作后转入细胞或者生物体内研究其功能。据图回答下列问题：
(1)由图可知，获取目的基因序列的方法可以是 。
(2)大肠杆菌作为受体细胞，一般用Ca2＋进行处理，使之变成 细胞。
(3)PCR扩增基因的前提是根据已知目的基因的序列合成 ，还需要在 的作用下进行延伸。
(4)合成的探针与转基因生物的基因组DNA杂交，如果显示出杂交带，则表明
。
(5)该技术使科学家可以设计一个新的DNA，进而产生大量蛋白质，研究其功能，这就是二代基因工程— ，它是以蛋白质分子的 及其与生物 的关系作为基础。
15．天然微生物来源的内切葡聚糖酶产量低，极大地制约了其生产和应用。内切葡聚糖酶高效异源表达是解决这一问题的有效途径。科研人员从绿色木霉中获得了纤维素内切葡聚糖酶基因EgⅢ，并将其导入毕赤酵母中，成功构建了工程菌（如图），实现了高效降解固体废物中纤维素的目的。回答下列问题：
(1)在构建基因表达载体时，应选择的限制酶是 ，以避免目的基因与质粒反向连接。启动子通常具有物种及组织特异性，应选择来源于 的启动子。
(2)将重组质粒导入大肠杆菌的目的是 ，此外还可查询 并设计引物，提取绿色木霉 为模板，采用逆转录PCR技术达到此目的。筛选含有重组质粒的大肠杆菌应使用的抗生素是 ，理由是 。
(3)科学家为调整纤维素内切葡聚糖酶的最适pH，欲对酶分子结构进行改造，设计了酶分子的氨基酸序列，进而利用基因工程技术改变EgIII基因中 的核苷酸序列，最终显著地改变了该酶的最适pH，这属于 工程。
(4)农作物秸秆富含纤维素，利用纤维素生产燃料乙醇避免了与人争粮的问题，实现了纤维素类固体废物的减量化、无害化和 。
一、单选题
1．【答案】C【解析】A、蛋白质工程能通过基因修饰或基因合成，定向对现有蛋白质分子的结构进行改造，A错误；
BC、基因指导蛋白质的合成，蛋白质工程以基因工程为基础，操作对象是基因，B错误、C正确；
D、蛋白质工程可以通过基因合成，制造自然界不曾存在过的新型蛋白质分子，D错误。
2．【答案】D【解析】根据中心法则逆推以确定目的基因的碱基序列：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因），D正确，ABC错误。
3．【答案】C【解析】A、氨基酸的排列顺序是由基因决定的，因此完成氨基酸的替换需要通过改造基因实现，A错误；
B、蛋白质工程可以改造现有蛋白质或制造一种新的蛋白质，即培育新品种，但不能产生新物种，B错误；
C、经蛋白质工程改造后的枯草杆菌蛋白酶的基因发生了改变，因此经蛋白质工程改造后的枯草杆菌蛋白酶活性提高这一性状可以遗传，C正确；
D、蛋白质工程的最终目的是改造现有蛋白质或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求，获取基因序列是中间步骤，D错误。
4．【答案】D【解析】A、预测蛋白质结构，设计并制造新蛋白质属于蛋白质工程，它是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程，A正确；
B、蛋白质的多样性是因为组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序及肽链盘曲折叠形成的蛋白质的空间结构不同，因此蛋白质的氨基酸序列是预测其空间结构的重要基础，B正确；
C、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，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求，C正确；
D、科学家通过对干扰素基因进行操作，使干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，在一定条件下可以延长保存时间，D错误。
5．【答案】D【解析】A、通过输入的氨基酸序列信息生成蛋白质空间结构模型，对于理解蛋白质功能，疾病治疗，新药开发等具有重大意义，A正确；
B、通过输入的氨基酸序列信息生成蛋白质空间结构模型可以帮助人类设计和修改蛋白质的空间结构，改变相关蛋白质的活性，B正确；
C、蛋白质工程的过程是从预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因）。AlphaFold可以通过输入的氨基酸序列信息生成蛋白质空间结构模型有助于科学家探索通过功能设计蛋白质结构，再逆向推导氨基酸序列，C正确；
D、肽链的盘曲折叠方式复杂，与肽键无关，D错误。
6．【答案】A【解析】A、细胞中的染色体数目一般是一定的，合成分泌蛋白旺盛的细胞中的染色体数目不变，A错误；
B、该技术设计的工业酶属于蛋白质，组成元素有C、H、O、N，B正确；
C、蛋白质工程的基本途径是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（基因）以上是蛋白质工程特有的途径，C正确；
D、蛋白质的合成需要核酸参与，需要以mRNA为模板；核酸的合成需要相应蛋白质的参与，如参与DNA合成的DNA聚合酶是蛋白质，D正确。
7．【答案】C【解析】A、据题干信息可知，T4溶菌酶耐热性提高是由空间结构改变引起的，A错误；
B、改造前组成T4溶菌酶的氨基酸中就含有异亮氨酸和半胱氨酸，改造后组成T4溶菌酶的氨基酸中仍含有异亮氨酸和半胱氨酸，因此参与其合成的tRNA种类可能不变，B错误；
C、对蛋白质分子的设计和改造是通过蛋白质工程来实现的，需要改变其DNA序列，即基因发生定向改变，产生一种新的基因，C正确；
D、要将T4溶菌酶的异亮氨酸变为半胱氨酸，只改变一个氨基酸，发生的是碱基的替换，两种氨基酸最接近的密码子是AUU和UGU，或AUC和UGC，仍然相差两个碱基，故对应的DNA上的碱基至少要替换2个碱基对，D错误。
8．【答案】B【解析】A、B淋巴细胞是高度分化的细胞，在体外培养条件下不能无限增殖，A正确；
B、将B淋巴细胞和骨髓瘤细胞混合，诱导融合的细胞有B淋巴细胞和B淋巴细胞和融合的、骨髓瘤细胞和骨髓瘤细胞融合的、B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合的三种，B错误；
C、根据题意，科学家利用蛋白质工程对鼠源单克隆抗体进行改造，而蛋白质工程中需要对基因进行改造，C正确；
D、由于该方法产生的抗体是含有人源性肽段的鼠—人嵌合抗体，故可降低人对该抗体的免疫反应，D正确。
9．【答案】A【解析】A、点突变技术属于蛋白质工程，蛋白质工程直接改造的对象是基因，A错误；
B、IFN抗病毒活性发生改变的直接原因是其空间结构发生改变，B正确；
C、蛋白质工程是第二代基因工程，基因工程利用的工具酶有限制酶和DNA连接酶等，C正确；
D、蛋白质工程改造的是控制蛋白质合成的基因，因此经改造后的新型IFN的性状可以遗传，D正确。
10．【答案】A【解析】A、该技术通过改造基因，从而产生出优异的改良t-PA蛋白，因此该技术蛋白质工程，A正确；
B、根据碱基互补配对原则，t-PA基因的左端黏性末端为CCGG-，为XmaⅠ酶切得到，t-PA基因的右端黏性末端为GATC-，为BglⅡ酶切得到，质粒需要用相同的酶进行酶切以得到与目的基因相同的黏性末端，因此质粒需选用限制酶XmaⅠ和BglⅡ切割质粒pCLY11，B错误；
C、T4DNA连接酶能连接黏性末端，还可以连接平末端，使用T4DNA连接酶能将t-PA改良基因与质粒pCLY11连接，C错误；
D、t-PA能高效降解因血浆纤维蛋白凝聚而成的血栓，成功转入重组质粒的受体细胞在培养基上会出现具有抗性的白色菌落，D错误。
二、多选题
11．【答案】AC【解析】A、蛋白质工程技术中的操作对象是基因，不是蛋白质，A错误；
B、蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，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，以满足人类的生产和生活的需求，B正确；
C、图中①表示转录过程，转录的模板是DNA的模板链，形成的mRNA与模板DNA方向相反；②表示翻译过程，翻译的模板是转录形成的mRNA，所以两个过程方向相反，C错误；
D、蛋白质工程是从④开始的，D正确；
12．【答案】ABC【解析】A、根据上述分析可知题干中对蛋白质P的改造属于蛋白质工程，A正确；
B、以P基因序列为基础，获得P1基因途进有两个：修饰P基因，合成P1基因，B正确；
C、根据P1基因特定的碱基对的排列顺序，经过转录和翻译会获得具有专一性的蛋白质P1，C正确；
D、不能直接对蛋白质P的氨基酸序列进行改造来获得蛋白质P1，蛋白质工程属于第二代基因工程，通过基因改造或基因修饰来完成，D错误。
三、非选择题
13．【答案】(1)氨基酸 PCR
(2)酶NruⅠ、NoeⅠ切割后产生的粘性末端相同 DNA连接酶
(3)引物的特异性不高、复性温度过低 琼脂糖凝胶电泳技术仅能用于分析待检测DNA分子的大小，无法确定待检测DNA分子的碱基序列
(4)Ca2+ 大肠杆菌为原核生物，缺乏内质网、高尔基体等细胞器对甜蛋白进行加工
【解析】（1）改造甜蛋白SB基因首先需分析甜蛋白的氨基酸序列，再改造基因的碱基序列，从而获得新SB基因，通过PCR技术进行扩增，用于基因表达载体的构建。
（2）酶NruⅠ、NoeⅠ切割后产生的黏性末端相同，因此用限制酶NruⅠ、NoeⅠ、BamHⅠ分别切割目的基因和质粒，再通过DNA连接酶连接，能成功构建PX asD质粒，
（3）扩增时退火(复性)温度过低，可能会导致引物与非互补配对的序列发生部分结合，从而产生不同长度的DNA分子出现多条条带，即出现非特异性扩增条带；引物特异性不高，也会导致与非互补配对的序列发生部分结合，出现非特异性扩增条带。琼脂糖凝胶电泳技术仅能用于分析待检测DNA分子的大小，无法确定待检测DNA分子的碱基序列，因此对于PCR产物电泳结果符合预期的质粒，通常需进一步通过基因测序确认。
（4）将目的基因导入受体细胞：根据受体细胞不同，导入的方法也不一样。将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法；将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法；将目的基因导入微生物细胞的方法是感受态细胞法，用Ca2+处理大肠杆菌，培养一段时间后，从中提取大量甜蛋白，但经科研人员检测后，提取到的甜蛋白甜度不够，原因可能是大肠杆菌为原核生物，缺乏内质网、高尔基体等细胞器对甜蛋白进行加工。
14．【答案】(1)通过PCR或者cDNA文库、基因组文库获取
(2)感受态（或易于吸收外源DNA状态的）
(3)引物 Taq酶（或耐高温的DNA聚合酶）
(4)目的基因已插入染色体DNA中（或受体细胞含有目的基因或目的基因已导入受体细胞）
(5)蛋白质工程 结构规律 功能
【解析】（1）由图可知，可以通过PCR或者cDNA文库、基因组文库获取目的基因。
（2）大肠杆菌作为受体细胞，需要用Ca2+进行处理，使之变成感受态细胞（或易于吸收外源DNA状态的细胞），该状态易于吸收外源DNA。
（3）PCR扩增前，需要根据已知目的基因的序列合成引物，需要Taq酶（或耐高温的DNA聚合酶）催化子链延伸。
（4）探针根据目的基因合成，可以用DNA分子杂交法鉴定目的基因是否插入染色体DNA中，若出现杂交带，说明目的基因已经成功插入受体细胞（或受体细胞含有目的基因或目的基因已导入受体细胞）。
（5）二代基因工程即蛋白质工程，它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，根据氨基酸序列推出相应的DNA中的脱氧核苷酸序列，合成具有特定功能的蛋白质。
15．【答案】(1)BamHⅠ和SalⅠ 毕赤酵母
(2)扩增目的基因 基因数据库 总RNA 氨苄青霉素和卡那霉素 含有重组质粒的大肠杆菌细胞中氨苄青霉素抗性基因能表达，卡那霉素基因不能表达
(3)特定位点 蛋白质
(4)资源化
【解析】（1） 为避免自身环化和反向连接，在构建基因表达载体时，最好选择两种酶，图中EcoRI会破坏目的基因，BamHI、SalI刚好可以切目的基因两端，且载体上也有这两个限制酶的切割位点，故应该用BamHI和SalI切割。启动子通常具有物种及组织特异性，只有使用受体生物自身基因的启动子才能有利于基因的表达，所以应选择来源于毕赤酵母的启动子。
（2）图中步骤1将重组质粒导入大肠杆菌后，就会在大场杆菌体内复制，产生大量重组质粒，即大量扩增目的基因。扩增目的基因还可以通过PCR技术，查询基因数据库设计引物，提取绿色木霉总RNA为模板进行扩增。筛选含有重组质粒的大肠杆菌应使用氨苄青霉素和卡那霉素，因为含有重组质粒的大肠杆菌细胞中氨苄青霉素抗性基因能表达，卡那霉素基因不能表达。
（3）蛋白质工程首先要建立蛋白质功能与结构的联系，欲对酶分子结构进行改造，设计了酶分子的氨基酸序列，进而利用基因工程技术改变EgIII基因中特定位点的核苷酸序列，最终显著地改变了该酶的最适pH，这属于蛋白质工程。
（4）利用纤维素生产燃料乙醇既可以避免与人争粮的问题还实现了纤维素类固体废物的减量化、无害化和资源化。
第4节 蛋白质工程的原理和应用
一、单选题
1．下列关于蛋白质工程的叙述，正确的是（ ）
A．蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造 B．蛋白质工程的操作对象是蛋白质
C．蛋白质工程以基因工程为基础 D．蛋白质工程只能生产出天然的蛋白质
2．蛋白质工程的基本流程是（ ）
A．基因→转录→翻译→多肽链→蛋白质→生物功能
B．设计蛋白质的结构→改造蛋白质分子→行使功能
C．预期蛋白质功能→推测氨基酸序列→设计蛋白质结构→合成相应mRNA
D．预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→脱氧核苷酸序列
3．枯草杆菌蛋白酶能催化蛋白质水解为氨基酸，在有机溶剂中也能催化多肽的合成，被广泛应用于洗涤剂、制革及丝绸工业。将枯草杆菌蛋白酶分子的第99位天冬氨酸和第156位谷氨酸改成赖氨酸，可使其在pH=6时的活力提高10倍。下列说法正确的是（ ）
A．完成氨基酸的替换需要通过直接改造蛋白质实现
B．该成果体现了蛋白质工程在培育新物种方面具有独特的优势
C．经蛋白质工程改造后的枯草杆菌蛋白酶活性提高这一性状可遗传
D．蛋白质工程最终要达到的目的是获取编码蛋白质的基因序列信息
4．人工智能系统AlphaFold2 已经能够预测人类98.5%的蛋白质结构，有科学家认为，AlphaFold2 对蛋白质结构的精准预测，是人工智能对科学领域最大的一次贡献，也是人类在21世纪取得的最重要的科学突破之一。下列相关叙述错误的是（ ）
A．预测蛋白质结构，设计并制造新蛋白质属于第二代基因工程
B．分析蛋白质的氨基酸序列是预测其空间结构的重要基础
C．蛋白质工程通过改造现有蛋白质或制造出新的蛋白质，满足人类需求
D．科学家通过对组成干扰素的氨基酸直接操作从而提高了干扰素的稳定性
5．2024年“诺贝尔化学奖”授予三位科学家，以表彰他们在“计算蛋白质设计和结构预测”方面的贡献。他们开发的预测蛋白质结构的AI工具AlphaFold可以通过输入的氨基酸序列信息生成蛋白质空间结构模型。到目前为止，AlphaFold已经预测了超过2亿种蛋白质结构——即几乎所有已知的已编目蛋白质。下列相关说法错误的是（ ）
A．该技术对于理解蛋白质功能、疾病治疗、新药开发等具有重大意义
B．该研究可以帮助人类设计和修改蛋白质的空间结构，改变相关蛋白质的活性
C．该技术有助于科学家探索通过功能设计蛋白质结构，再逆向推导氨基酸序列
D．肽链的盘曲折叠方式复杂，与肽键以及肽链在特定区域形成氢键、二硫键等有关
6．我国科学家刘海燕教授团队开辟了一条全新的蛋白质从头设计的路线（如图所示），实现了核心技术的原始创新，为工业酶、生物医学蛋白等功能蛋白的设计奠定基础。下列有关蛋白质叙述错误的是（ ）
A．合成分泌蛋白旺盛的细胞中染色体数目较多
B．该技术设计的工业酶元素可含有C、H、O、N四种元素
C．设计蛋白质的结构时首先要设计蛋白质主链的氨基酸序列
D．蛋白质的合成需要核酸的参与，核酸的合成也需要蛋白质的参与
7．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。下列叙述正确的是（ ）
A．T4溶菌酶耐热性提高的原因是组成该酶的氨基酸种类和数量发生了改变
B．参与新的T4溶菌酶合成的tRNA种类一定会发生改变
C．上述改造过程会使基因发生定向改变，产生一种不同的基因
D．上述改造通过替换T4溶菌酶DNA上的1个碱基对即可实现
8．单克隆抗体可用于癌症治疗，但通过鼠杂交瘤细胞获得的鼠源单克隆抗体进入人体会作为抗原引起人体的免疫反应。科学家利用蛋白质工程对鼠源单克隆抗体进行改造，生产出含有人源性肽段的鼠—人嵌合抗体。下列说法错误的是（ ）
A．生产单克隆抗体不能直接培养B淋巴细胞，因为其在体外培养条件下不能无限增殖
B．将B淋巴细胞和骨髓瘤细胞混合，诱导融合的细胞即为能产生单克隆抗体的杂交瘤细胞
C．上述获得鼠—人嵌合抗体的研究中需对基因进行操作
D．经过改造的鼠—人嵌合抗体可降低人对该抗体的免疫反应
9．研究人员利用点突变技术将干扰素（IFN）第17位的半胱氨酸诱变为丝氨酸后，发现其抗病毒活性提高了100倍，且这种新型的IFN在-70℃下保存150天后仍然稳定。下列相关叙述错误的是（ ）
A．点突变技术通常是直接对蛋白质进行操作，使氨基酸改变
B．IFN抗病毒活性发生改变的直接原因是其空间结构发生改变
C．该技术为蛋白质工程，蛋白质工程常利用的工具酶有限制酶和DNA连接酶等
D．经改造后的新型IFN活性强、稳定性高的性状是可以遗传的
10．一种天然蛋白t-PA能高效降解因血浆纤维蛋白凝聚而成的血栓，是心梗和脑血栓的急救药，但是心梗患者注射大剂量的t-PA会诱发颅内出血。研究证实，将t-PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，能显著降低其诱发出血的副作用。据此，先对天然t-PA基因的碱基序列进行改造，然后再采取传统的基因工程方法表达该改造后的基因，可制造出性能优异的改良t-PA蛋白。下列说法正确的是（ ）
A．以上技术制造出性能优异的改良t-PA过程被称为蛋白质工程
B．构建重组质粒时需要选用限制酶Xma I和Nhe I切割质粒pCLY11
C．使用T4DNA连接酶不能将t-PA改良基因与质粒pCLY11连接
D．成功导入重组质粒的受体细胞在含有新霉素的培养基上能存活，且呈现蓝色
二、多选题
11．蛋白质工程是新崛起的一项生物工程，又称第二代基因工程。下图示意蛋白质工程流程。下列有关叙述错误的是（ ）
A．蛋白质工程就是根据人们需要，直接对蛋白质进行加工修饰
B．蛋白质工程是通过改造或合成基因等方法，对现有蛋白质进行改造
C．①②过程都从模板的5’端开始
D．蛋白质工程是从④开始的
12．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158位的丝氨酸变成亮氨酸，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。下列相关叙述正确的是（ ）
A．上述对蛋白质P的改造属于蛋白质工程
B．可以通过改造P基因或合成P1基因来获得P1基因
C．P1基因通过转录和翻译获得具有专一性的蛋白质P1
D．直接对蛋白质P的氨基酸序列进行改造来获得蛋白质P1
三、非选择题
13．植物细胞中提取的高甜度蛋白质由一条多肽链构成，常作为食品工业中糖类的替代品，但其热稳定性较差，植物中的提取率极低。科研人员通过基因编辑技术改造甜蛋白SB基因，以提升甜蛋白的稳定性和在大肠杆菌中的产量。技术路线如图所示：
(1)改造甜蛋白SB基因首先需分析甜蛋白的 序列，再改造基因的碱基序列，从而获得新SB基因，通过 技术进行扩增，用于基因表达载体的构建。
(2)用限制酶NruⅠ、NoeⅠ、BamHⅠ分别切割目的基因和质粒，能成功构建PX asD质粒的原因是
，再通过 将二者连接起来。
(3)选用引物1和引物2对PX asD质粒中的SB基因进行PCR，再电泳检测，发现条带不唯一，其原因可能是 （答出一点即可）；对于PCR电泳结果符合预期的质粒，通常需要进一步通过基因检测确认，原因是
。
(4)将PXasD质粒导入用 处理后的大肠杆菌中，培养一段时间后，从中提取大量甜蛋白，但经科研人员检测后，提取到的甜蛋白甜度不够，原因可能是
。
14．重组DNA技术使实验上从基因到蛋白质和从蛋白质到基因都成为可能。从少量的纯化蛋白质可得到部分的氨基酸序列，这为获取目的基因提供了序列信息。一旦该基因被分离并测序，它的蛋白质编码序列就可用于设计一个DNA分子，然后在遗传工程化细胞中产生蛋白质产物。这样就可以在生化或者结构上研究该蛋白质了。该基因还可以经过操作后转入细胞或者生物体内研究其功能。据图回答下列问题：
(1)由图可知，获取目的基因序列的方法可以是 。
(2)大肠杆菌作为受体细胞，一般用Ca2＋进行处理，使之变成 细胞。
(3)PCR扩增基因的前提是根据已知目的基因的序列合成 ，还需要在 的作用下进行延伸。
(4)合成的探针与转基因生物的基因组DNA杂交，如果显示出杂交带，则表明
。
(5)该技术使科学家可以设计一个新的DNA，进而产生大量蛋白质，研究其功能，这就是二代基因工程— ，它是以蛋白质分子的 及其与生物 的关系作为基础。
15．天然微生物来源的内切葡聚糖酶产量低，极大地制约了其生产和应用。内切葡聚糖酶高效异源表达是解决这一问题的有效途径。科研人员从绿色木霉中获得了纤维素内切葡聚糖酶基因EgⅢ，并将其导入毕赤酵母中，成功构建了工程菌（如图），实现了高效降解固体废物中纤维素的目的。回答下列问题：
(1)在构建基因表达载体时，应选择的限制酶是 ，以避免目的基因与质粒反向连接。启动子通常具有物种及组织特异性，应选择来源于 的启动子。
(2)将重组质粒导入大肠杆菌的目的是 ，此外还可查询 并设计引物，提取绿色木霉 为模板，采用逆转录PCR技术达到此目的。筛选含有重组质粒的大肠杆菌应使用的抗生素是 ，理由是 。
(3)科学家为调整纤维素内切葡聚糖酶的最适pH，欲对酶分子结构进行改造，设计了酶分子的氨基酸序列，进而利用基因工程技术改变EgIII基因中 的核苷酸序列，最终显著地改变了该酶的最适pH，这属于 工程。
(4)农作物秸秆富含纤维素，利用纤维素生产燃料乙醇避免了与人争粮的问题，实现了纤维素类固体废物的减量化、无害化和 。
一、单选题
1．【答案】C【解析】A、蛋白质工程能通过基因修饰或基因合成，定向对现有蛋白质分子的结构进行改造，A错误；
BC、基因指导蛋白质的合成，蛋白质工程以基因工程为基础，操作对象是基因，B错误、C正确；
D、蛋白质工程可以通过基因合成，制造自然界不曾存在过的新型蛋白质分子，D错误。
2．【答案】D【解析】根据中心法则逆推以确定目的基因的碱基序列：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因），D正确，ABC错误。
3．【答案】C【解析】A、氨基酸的排列顺序是由基因决定的，因此完成氨基酸的替换需要通过改造基因实现，A错误；
B、蛋白质工程可以改造现有蛋白质或制造一种新的蛋白质，即培育新品种，但不能产生新物种，B错误；
C、经蛋白质工程改造后的枯草杆菌蛋白酶的基因发生了改变，因此经蛋白质工程改造后的枯草杆菌蛋白酶活性提高这一性状可以遗传，C正确；
D、蛋白质工程的最终目的是改造现有蛋白质或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求，获取基因序列是中间步骤，D错误。
4．【答案】D【解析】A、预测蛋白质结构，设计并制造新蛋白质属于蛋白质工程，它是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程，A正确；
B、蛋白质的多样性是因为组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序及肽链盘曲折叠形成的蛋白质的空间结构不同，因此蛋白质的氨基酸序列是预测其空间结构的重要基础，B正确；
C、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，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求，C正确；
D、科学家通过对干扰素基因进行操作，使干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，在一定条件下可以延长保存时间，D错误。
5．【答案】D【解析】A、通过输入的氨基酸序列信息生成蛋白质空间结构模型，对于理解蛋白质功能，疾病治疗，新药开发等具有重大意义，A正确；
B、通过输入的氨基酸序列信息生成蛋白质空间结构模型可以帮助人类设计和修改蛋白质的空间结构，改变相关蛋白质的活性，B正确；
C、蛋白质工程的过程是从预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因）。AlphaFold可以通过输入的氨基酸序列信息生成蛋白质空间结构模型有助于科学家探索通过功能设计蛋白质结构，再逆向推导氨基酸序列，C正确；
D、肽链的盘曲折叠方式复杂，与肽键无关，D错误。
6．【答案】A【解析】A、细胞中的染色体数目一般是一定的，合成分泌蛋白旺盛的细胞中的染色体数目不变，A错误；
B、该技术设计的工业酶属于蛋白质，组成元素有C、H、O、N，B正确；
C、蛋白质工程的基本途径是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（基因）以上是蛋白质工程特有的途径，C正确；
D、蛋白质的合成需要核酸参与，需要以mRNA为模板；核酸的合成需要相应蛋白质的参与，如参与DNA合成的DNA聚合酶是蛋白质，D正确。
7．【答案】C【解析】A、据题干信息可知，T4溶菌酶耐热性提高是由空间结构改变引起的，A错误；
B、改造前组成T4溶菌酶的氨基酸中就含有异亮氨酸和半胱氨酸，改造后组成T4溶菌酶的氨基酸中仍含有异亮氨酸和半胱氨酸，因此参与其合成的tRNA种类可能不变，B错误；
C、对蛋白质分子的设计和改造是通过蛋白质工程来实现的，需要改变其DNA序列，即基因发生定向改变，产生一种新的基因，C正确；
D、要将T4溶菌酶的异亮氨酸变为半胱氨酸，只改变一个氨基酸，发生的是碱基的替换，两种氨基酸最接近的密码子是AUU和UGU，或AUC和UGC，仍然相差两个碱基，故对应的DNA上的碱基至少要替换2个碱基对，D错误。
8．【答案】B【解析】A、B淋巴细胞是高度分化的细胞，在体外培养条件下不能无限增殖，A正确；
B、将B淋巴细胞和骨髓瘤细胞混合，诱导融合的细胞有B淋巴细胞和B淋巴细胞和融合的、骨髓瘤细胞和骨髓瘤细胞融合的、B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合的三种，B错误；
C、根据题意，科学家利用蛋白质工程对鼠源单克隆抗体进行改造，而蛋白质工程中需要对基因进行改造，C正确；
D、由于该方法产生的抗体是含有人源性肽段的鼠—人嵌合抗体，故可降低人对该抗体的免疫反应，D正确。
9．【答案】A【解析】A、点突变技术属于蛋白质工程，蛋白质工程直接改造的对象是基因，A错误；
B、IFN抗病毒活性发生改变的直接原因是其空间结构发生改变，B正确；
C、蛋白质工程是第二代基因工程，基因工程利用的工具酶有限制酶和DNA连接酶等，C正确；
D、蛋白质工程改造的是控制蛋白质合成的基因，因此经改造后的新型IFN的性状可以遗传，D正确。
10．【答案】A【解析】A、该技术通过改造基因，从而产生出优异的改良t-PA蛋白，因此该技术蛋白质工程，A正确；
B、根据碱基互补配对原则，t-PA基因的左端黏性末端为CCGG-，为XmaⅠ酶切得到，t-PA基因的右端黏性末端为GATC-，为BglⅡ酶切得到，质粒需要用相同的酶进行酶切以得到与目的基因相同的黏性末端，因此质粒需选用限制酶XmaⅠ和BglⅡ切割质粒pCLY11，B错误；
C、T4DNA连接酶能连接黏性末端，还可以连接平末端，使用T4DNA连接酶能将t-PA改良基因与质粒pCLY11连接，C错误；
D、t-PA能高效降解因血浆纤维蛋白凝聚而成的血栓，成功转入重组质粒的受体细胞在培养基上会出现具有抗性的白色菌落，D错误。
二、多选题
11．【答案】AC【解析】A、蛋白质工程技术中的操作对象是基因，不是蛋白质，A错误；
B、蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，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，以满足人类的生产和生活的需求，B正确；
C、图中①表示转录过程，转录的模板是DNA的模板链，形成的mRNA与模板DNA方向相反；②表示翻译过程，翻译的模板是转录形成的mRNA，所以两个过程方向相反，C错误；
D、蛋白质工程是从④开始的，D正确；
12．【答案】ABC【解析】A、根据上述分析可知题干中对蛋白质P的改造属于蛋白质工程，A正确；
B、以P基因序列为基础，获得P1基因途进有两个：修饰P基因，合成P1基因，B正确；
C、根据P1基因特定的碱基对的排列顺序，经过转录和翻译会获得具有专一性的蛋白质P1，C正确；
D、不能直接对蛋白质P的氨基酸序列进行改造来获得蛋白质P1，蛋白质工程属于第二代基因工程，通过基因改造或基因修饰来完成，D错误。
三、非选择题
13．【答案】(1)氨基酸 PCR
(2)酶NruⅠ、NoeⅠ切割后产生的粘性末端相同 DNA连接酶
(3)引物的特异性不高、复性温度过低 琼脂糖凝胶电泳技术仅能用于分析待检测DNA分子的大小，无法确定待检测DNA分子的碱基序列
(4)Ca2+ 大肠杆菌为原核生物，缺乏内质网、高尔基体等细胞器对甜蛋白进行加工
【解析】（1）改造甜蛋白SB基因首先需分析甜蛋白的氨基酸序列，再改造基因的碱基序列，从而获得新SB基因，通过PCR技术进行扩增，用于基因表达载体的构建。
（2）酶NruⅠ、NoeⅠ切割后产生的黏性末端相同，因此用限制酶NruⅠ、NoeⅠ、BamHⅠ分别切割目的基因和质粒，再通过DNA连接酶连接，能成功构建PX asD质粒，
（3）扩增时退火(复性)温度过低，可能会导致引物与非互补配对的序列发生部分结合，从而产生不同长度的DNA分子出现多条条带，即出现非特异性扩增条带；引物特异性不高，也会导致与非互补配对的序列发生部分结合，出现非特异性扩增条带。琼脂糖凝胶电泳技术仅能用于分析待检测DNA分子的大小，无法确定待检测DNA分子的碱基序列，因此对于PCR产物电泳结果符合预期的质粒，通常需进一步通过基因测序确认。
（4）将目的基因导入受体细胞：根据受体细胞不同，导入的方法也不一样。将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法；将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法；将目的基因导入微生物细胞的方法是感受态细胞法，用Ca2+处理大肠杆菌，培养一段时间后，从中提取大量甜蛋白，但经科研人员检测后，提取到的甜蛋白甜度不够，原因可能是大肠杆菌为原核生物，缺乏内质网、高尔基体等细胞器对甜蛋白进行加工。
14．【答案】(1)通过PCR或者cDNA文库、基因组文库获取
(2)感受态（或易于吸收外源DNA状态的）
(3)引物 Taq酶（或耐高温的DNA聚合酶）
(4)目的基因已插入染色体DNA中（或受体细胞含有目的基因或目的基因已导入受体细胞）
(5)蛋白质工程 结构规律 功能
【解析】（1）由图可知，可以通过PCR或者cDNA文库、基因组文库获取目的基因。
（2）大肠杆菌作为受体细胞，需要用Ca2+进行处理，使之变成感受态细胞（或易于吸收外源DNA状态的细胞），该状态易于吸收外源DNA。
（3）PCR扩增前，需要根据已知目的基因的序列合成引物，需要Taq酶（或耐高温的DNA聚合酶）催化子链延伸。
（4）探针根据目的基因合成，可以用DNA分子杂交法鉴定目的基因是否插入染色体DNA中，若出现杂交带，说明目的基因已经成功插入受体细胞（或受体细胞含有目的基因或目的基因已导入受体细胞）。
（5）二代基因工程即蛋白质工程，它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，根据氨基酸序列推出相应的DNA中的脱氧核苷酸序列，合成具有特定功能的蛋白质。
15．【答案】(1)BamHⅠ和SalⅠ 毕赤酵母
(2)扩增目的基因 基因数据库 总RNA 氨苄青霉素和卡那霉素 含有重组质粒的大肠杆菌细胞中氨苄青霉素抗性基因能表达，卡那霉素基因不能表达
(3)特定位点 蛋白质
(4)资源化
【解析】（1） 为避免自身环化和反向连接，在构建基因表达载体时，最好选择两种酶，图中EcoRI会破坏目的基因，BamHI、SalI刚好可以切目的基因两端，且载体上也有这两个限制酶的切割位点，故应该用BamHI和SalI切割。启动子通常具有物种及组织特异性，只有使用受体生物自身基因的启动子才能有利于基因的表达，所以应选择来源于毕赤酵母的启动子。
（2）图中步骤1将重组质粒导入大肠杆菌后，就会在大场杆菌体内复制，产生大量重组质粒，即大量扩增目的基因。扩增目的基因还可以通过PCR技术，查询基因数据库设计引物，提取绿色木霉总RNA为模板进行扩增。筛选含有重组质粒的大肠杆菌应使用氨苄青霉素和卡那霉素，因为含有重组质粒的大肠杆菌细胞中氨苄青霉素抗性基因能表达，卡那霉素基因不能表达。
（3）蛋白质工程首先要建立蛋白质功能与结构的联系，欲对酶分子结构进行改造，设计了酶分子的氨基酸序列，进而利用基因工程技术改变EgIII基因中特定位点的核苷酸序列，最终显著地改变了该酶的最适pH，这属于蛋白质工程。
（4）利用纤维素生产燃料乙醇既可以避免与人争粮的问题还实现了纤维素类固体废物的减量化、无害化和资源化。