課時素養評價四蛋白質工程的崛起(30分鐘100分)一、選擇題(共4小題,每小題5分,共20分)1.(2020·海口高二檢測)下列有關基因工程和蛋白質工程的敘述,正確的是()A.基因工程完全不同于蛋白質工程B.基因工程是分子水平操作,蛋白質工程是細胞水平操作C.基因工程需對基因進行分子水平操作,蛋白質工程不對基因進行操作D.基因工程合成的是天然存在的蛋白質,蛋白質工程合成的可以不是天然存在的蛋白質【解析】選D。蛋白質工程是基因工程的延伸,需要進行基因修飾或基因合成,A項、C項錯誤;二者都是在分子水平上進行的操作,B項錯誤;基因工程合成的是天然存在的蛋白質,蛋白質工程合成的可以是自然界中不存在的蛋白質,D項正確。2.(2020·泉州高二檢測)下列關于蛋白質工程應用的敘述正確的是 ()A.基因工程和蛋白質工程產生的變異都是可遺傳的B.蛋白質工程和基因工程的目的是獲得人類需要的蛋白質,所以二者沒有區別C.只有利用蛋白質工程才可以在大腸桿菌細胞中得到人的胰島素D.在相關酶、氨基酸和適宜的溫度、pH條件下,干擾素可以大量自我合成【解析】選A。基因工程和蛋白質工程產生的變異屬于基因重組,屬于可遺傳的變異,A正確;蛋白質工程和基因工程的目的是獲得人類需要的蛋白質,基因工程生產的蛋白質是自然界存在的,蛋白質工程可以生產自然界不存在的蛋白質,B錯誤;人的胰島素是自然界已經存在的蛋白質,利用基因工程就可以在大腸桿菌細胞中得到,C錯誤;干擾素屬于蛋白質,由基因控制合成,不能自我復制合成,D錯誤。3.中華鱘是地球上最古老的脊椎動物,被稱為“活化石”。研究者試圖通過蛋白質工程改造中華鱘體內的某些蛋白質,使其更加適應現在的水域環境。下列說法錯誤的是 ()A.該工程可以定向改變蛋白質分子的結構B.改造蛋白質是通過改造基因而實現的C.中華鱘的相關蛋白質被改造的過程同樣遵循中心法則D.改造后的中華鱘的后代不具有改造的蛋白質【解析】選D。蛋白質工程可以通過改造基因來定向改變蛋白質分子的結構,A、B正確;蛋白質工程的原理是中心法則的逆推,因此中華鱘的相關蛋白質被改造的過程同樣遵循中心法則,C正確;蛋白質工程改造的是基因,可以遺傳給子代,因此改造后的中華鱘的后代也具有改造的蛋白質,D錯誤。4.下列關于蛋白質工程的說法,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.對蛋白質的改造是通過直接改造相應的mRNA來實現的C.蛋白質工程的流程和天然蛋白質合成的過程完全相同D.蛋白質工程與基因工程密不可分,被稱為第二代基因工程【解析】選D。蛋白質工程是在分子水平上對現有控制蛋白質合成的基因進行操作,改造基因即改造蛋白質,而且可以遺傳,A錯誤;對蛋白質的改造是通過直接改造現有蛋白質的基因來實現的,B錯誤;蛋白質工程的流程和天然蛋白質合成的過程不完全相同,C錯誤;蛋白質工程是在基因工程的基礎上形成的,與基因工程密不可分,被稱為第二代基因工程,D正確。二、非選擇題(共5小題,共80分)5.(16分)(2020·馬鞍山高二檢測)胰島素可以用于治療糖尿病,但是胰島素被注射到人體后,會堆積在皮下,并且要經過較長時間才能進入血液中,而進入血液的胰島素又容易被分解,因此,治療效果受到影響。如圖是用蛋白質工程設計速效胰島素的生產過程,請據圖回答有關問題:(1)構建新的蛋白質模型是蛋白質工程的關鍵,圖中構建新的胰島素模型的主要依據是。

(2)人工合成的DNA與結合后,被導入中才能得以表達。

(3)若要利用大腸桿菌生產速效胰島素,需用到的生物工程有、和發酵工程。

(4)圖解中從新的胰島素模型到新的胰島素基因的基本思路是什么?。

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【解析】(1)蛋白質工程的目標是根據人們對蛋白質功能的特定需求,對蛋白質結構進行分子設計。因此,圖中構建新的胰島素模型的依據是預期胰島素,即速效胰島素的功能。(2)人工合成的目的基因與載體結合后,被導入受體細胞中才能得以表達。(3)利用蛋白質工程生產自然界中原本不存在的蛋白質,需對原有的胰島素進行改造,根據新的胰島素中氨基酸的序列推測出其基因中的脫氧核苷酸序列,人工合成新的胰島素基因即目的基因,改造好的目的基因需通過基因工程將其導入受體細胞獲得工程菌,再利用工程菌進行發酵,從而獲取大量產品,因此該過程涉及蛋白質工程、基因工程和發酵工程。(4)由新的蛋白質模型到構建新的基因,其基本設計思路是根據新的蛋白質中的氨基酸序列,推測出其基因中的脫氧核苷酸序列,然后利用DNA合成儀直接合成新的基因。答案:(1)蛋白質的預期功能(2)載體大腸桿菌等受體細胞(3)蛋白質工程基因工程(4)根據新的胰島素中氨基酸的序列,推測出其脫氧核苷酸序列,然后利用DNA合成儀來合成出新的胰島素基因6.(16分)(2020·太原高二檢測)基因療法所涉及的基因工程技術主要有三種,包括病毒載體導入、基因(編輯)和細胞改造。請回答:(1)第一種是將通過載體送入目標細胞讓其發揮作用。該技術用來傳遞基因的載體多是病毒類載體,因為它們能

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經過基因改造后,這些作為載體的病毒具有的特點。

(2)第二種是直接通過基因(編輯)技術修復目標細胞的。基因(編輯)技術可以達到添加基因、消除基因或者的效果。

(3)第三種則是從患者體內提取細胞在體外進行修改然后再重新輸回患者體內發揮作用。例如,對造血干細胞進行基因工程改造讓其制造內源性的凝血因子,從理論上說能持續緩解血友病癥狀,而不需使用治療。基因治療進入了一個兼具安全性和有效性的時代。但你認為這個領域中的問題是。

【解析】(1)將目的基因通過載體送入目標細胞讓其發揮作用是基因工程中最常用的技術手段,該技術常用病毒類載體傳遞基因,主要是因為某些病毒能將基因整合進宿主細胞的DNA分子,這些作為載體的病毒和轉入的目的基因對宿主細胞無毒性。(2)直接通過基因(編輯)技術修復目標細胞的缺陷基因,可以達到添加基因、消除基因或者矯正缺陷基因的效果,這是我們常用的基因治療技術。(3)對造血干細胞進行基因工程改造讓其制造內源性的凝血因子,從理論上說能持續緩解血友病癥狀,而不需輸凝血酶或輸血小板或輸凝血因子治療。在目前階段,基因治療這個領域中關鍵需要考慮的是載體的遺傳毒性、基因編輯的脫靶效應、基因遞送和編輯的效率低等問題。答案:(1)目的基因將基因整合進宿主的DNA分子將目的基因轉移到宿主細胞中且無毒性(或載體無法增殖或無感染性)(2)缺陷基因矯正缺陷基因(3)輸凝血酶(或輸血小板或輸凝血因子)載體的遺傳毒性(或者基因編輯的脫靶效應或者基因遞送和編輯的效率低)7.(16分)下圖是某種動物蛋白質工程的示意圖,請分析回答:(1)目前蛋白質工程中難度最大的是圖中編號所示的過程,實現③過程的依據有、

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(2)若相關蛋白質的核酸片段是從細胞質中獲取的mRNA,則④過程包括和誘導突變,以獲得所需的目的基因。

(3)⑤過程對核苷酸序列有嚴格要求的工具酶是。

【解析】(1)在蛋白質工程中,首先要從預期的蛋白質功能推導確定預期的蛋白質結構,這項工作盲目性強,難度相當大,需要收集大量的蛋白質分子結構的信息,以便分析結構與功能之間的關系;③過程是從氨基酸序列推知脫氧核苷酸序列,需要利用氨基酸對應的密碼子,嚴格遵循堿基互補配對原則(發生在mRNA上的密碼子與DNA之間)。(2)④⑤屬于基因工程的操作流程,從mRNA到目的基因,是人工合成目的基因的方法,要通過反轉錄過程,然后經誘導突變為所需要的目的基因。(3)⑤是基因工程的核心步驟——基因表達載體的構建,需要兩種工具酶,識別特定核苷酸序列的是限制酶。答案:(1)①氨基酸對應的密碼子mRNA與DNA之間的堿基互補配對原則(2)反轉錄(3)限制酶8.(20分)(2015·海南高考)在體內,人胰島素基因表達可合成出一條稱為前胰島素原的肽鏈,此肽鏈在內質網中經酶甲切割掉氨基端一段短肽后成為胰島素原,進入高爾基體的胰島素原經酶乙切割去除中間片段C后,產生A、B兩條肽鏈,再經酶丙作用生成由51個氨基酸殘基組成的胰島素。目前,利用基因工程技術可大量生產胰島素。回答下列問題:(1)人體內合成前胰島素原的細胞是,

合成胰高血糖素的細胞是。

(2)可根據胰島素原的氨基酸序列,設計并合成編碼胰島素原的序列,用該序列與質粒表達載體構建胰島素原基因重組表達載體。再經過細菌轉化、篩選及鑒定,即可建立能穩定合成的基因工程菌。

(3)用胰島素原抗體檢測該工程菌的培養物時,培養液無抗原抗體反應,菌體有抗原抗體反應,則用該工程菌進行工業發酵時,應從中分離、純化胰島素原。胰島素原經酶處理便可轉變為胰島素。

【解題關鍵】(1)題干關鍵信息:“基因工程技術可大量生產胰島素”。(2)關鍵知識:基因工程的操作流程,目的基因產物的分離、純化。【解析】本題主要考查基因工程的有關內容。(1)由題干信息可知,前胰島素原在細胞內經加工后成為胰島素,人體合成胰島素的細胞是胰島B細胞,所以合成前胰島素原的細胞也是胰島B細胞;而胰島A細胞合成的激素是胰高血糖素。(2)真核生物的目的基因可用人工合成的方法合成,可根據胰島素原的氨基酸序列,設計并合成編碼胰島素原的DNA序列(即目的基因);合成的DNA序列經過修飾與質粒構建胰島素原基因表達載體,導入細菌體內,經轉化后篩選、鑒定,最終得到能穩定合成胰島素原的基因工程菌。(3)由題目信息可知,培養液無抗原抗體反應,菌體有抗原抗體反應,說明所合成的胰島素原存在于菌體內,所以用該工程菌進行工業發酵時,應從菌體中分離、純化胰島素原,經酶處理便可轉變為胰島素。答案:(1)胰島B細胞胰島A細胞(2)DNA胰島素原(3)菌體9.(12分)干擾素是動物體內的一種蛋白質,可以用于治療病毒感染和癌癥,但體外保存相當困難。如果將其分子上的一個半胱氨酸變成絲氨酸,就可在-70℃條件下保存半年(1)蛋白質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”的基因是生產的關鍵,依據蛋白質工程原理,設計實驗流程,讓動物生產“可以保存的干擾素”:(填寫在方框內)(2)基因工程和蛋白質工程相比較,基因工程在原則上只能生產的蛋白質,不一定符合需要。而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,通過或,對現有蛋白質進行,或制造一種新的蛋白質,以滿足人類的生產和生活需求。

(3)蛋白質工程實施的難度很大,主要原因是蛋白質具有十分復雜的結構。

(4)對天然蛋白質進行改造,應該直接對蛋白質分子進行操作,還是對基因進行操作來實現?。其原因是(答出一點即可)。

【解析】(1)蛋白質工程的前期操作流程是:預期的蛋白質功能→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。(2)基因工程只能生產自然界已存在的蛋白質,這種蛋白質可能不符合人類生產和生活的需要,而蛋白質工程既可以通過基因修飾(改造)生產出改造后的符合需要的蛋白質,也可以通過基因合成生產出自然界不存在的符合需要的蛋白質。(3)蛋白質的空間結構十分復雜,根據預期功能來推測蛋白質結構相當困難。(4)蛋白質工程直接操作的對象是基因,應該通過對基因的操作來實現對天然蛋白質的改造。①任何一種天然蛋白質都是由基因編碼的,改造了基因也就是對蛋白質進行了改造,而且改造過的蛋白質可以通過改造過的基因遺傳下去;如果對蛋白質直接改造,即使改造成功,被改造過的蛋白質分子也無法遺傳。②對基因進行改造比對蛋白質直接進行改造要容易操作,難度要小得多。答案:(1)預期的蛋白質功能預期的蛋白質結構應有的氨基酸序列相對應的脫氧核苷酸序列(基因)(2)自然界已存在人類生產和