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第3章 基因工程
第4节 蛋白质工程的原理和应用
A级　基础达标练
一、选择题
1．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．蛋白质工程能产生自然界中不曾存在的蛋白质分子
C．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作
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
2．凝乳酶是奶酪生产中的关键酶。通过蛋白质工程生产高效凝乳酶，不需要的步骤是(　　)
A．蛋白质的结构设计 B．蛋白质的结构和功能分析
C．凝乳酶基因的定向改造 D．将定向改造的凝乳酶导入受体细胞
3．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位的苏氨酸变为异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的氨基酸由天冬氨酸变为异亮氨酸。为此，下列操作正确的是(　　)
A．直接改造上述两种蛋白质的空间结构
B．对指导上述两种酶合成的mRNA进行改造
C．利用诱变育种技术促使上述两种酶的基因突变
D．利用基因工程技术，对控制上述两种酶的基因进行改造
4．下列有关基因工程与蛋白质工程的叙述，正确的是(　　)
A．蛋白质工程与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
5．(不定项)蛋白质工程就是通过对蛋白质化学、蛋白质晶体学和蛋白质动力学的研究，获得有关蛋白质理化特性和分子特性的信息，在此基础上对编码蛋白质的基因进行有目的的设计和改造，通过基因工程技术获得可以表达目标蛋白质的转基因生物。中华鲟是一种濒危野生动物。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。下列有关说法正确的是(　　)
A．蛋白质工程可定向改变蛋白质分子的结构
B．改造蛋白质可通过改变基因结构实现
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
二、非选择题
6．下图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答下列问题：
(1)代表蛋白质工程操作思路的过程是_________；代表中心法则内容的是______________(填写数字)。
(2)写出图中各数字代表的生物学过程的名称或内容：①__________；②_________；③__________；④____________；⑤________________。
(3)蛋白质工程的目的是________________，通过__________________实现。
(4)从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则是______________________的。
B级　合格达标练
一、选择题
1．下列关于蛋白质工程的说法不正确的是(　　)
A．蛋白质工程能将小鼠抗体上结合抗原的区域“嫁接”到人的抗体上，降低鼠抗体的抗原性
B．蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性、碱变性等加以改变
C．理论上通过对关键氨基酸的转换与增删是进行蛋白质工程的唯一方法
D．蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要
2．新型冠状病毒通过刺突蛋白(S蛋白)的活性域(RBD)与人体细胞表面的ACE2受体相互作用感染细胞。科学家设计了一种自然界中不存在的蛋白质LCB1，可与S蛋白的RBD紧密结合，以干扰新型冠状病毒的感染。下列说法不合理的是(　　)
A．LCB1的结构可能与S蛋白的抗体有相似之处
B．S蛋白的RBD结构可以为设计LCB1提供信息
C．生产LCB1用到了基因工程的操作技术
D．可直接从细胞中获取基因用于LCB1的生产
3．胰岛素可用于治疗糖尿病，但胰岛素注射后易在皮下堆积，需较长时间才能进入血液，进入血液后又易被分解，因此治疗效果受到影响。下图是新的速效胰岛素的生产过程，有关叙述错误的是(　　)
A．新的胰岛素的预期功能是构建新胰岛素模型的主要依据
B．新的胰岛素生产过程中不涉及中心法则
C．若用大肠杆菌生产新的胰岛素，常用Ca2＋处理大肠杆菌
D．新的胰岛素功能的发挥必须依赖于蛋白质正确的高级结构
4．下列关于基因工程和蛋白质工程的叙述，错误的是(　　)
①科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组中，目的是降低转基因奶牛分泌的乳汁中乳糖的含量
②基因工程可以生产自然界从未出现的蛋白质
③基因工程和蛋白质工程都需要在分子水平上对基因进行操作
④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
A．一项　 B．两项
C．三项　 D．四项
5．(不定项)蛋白质工程是指根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、生产的过程。下面是蛋白质工程的基本途径，据图分析下列叙述正确的是(　　)
ABC―→D―→生产相应蛋白
A．过程A所需原料是脱氧核苷酸，过程B所需原料是氨基酸
B．参与C过程的细胞器有核糖体、内质网、高尔基体、线粒体等
C．D过程主要依据每种氨基酸都有其对应的密码子
D．通过蛋白质工程可以获得人类需要的蛋白质
6．(不定项)抗体酶又称催化抗体，是一类免疫球蛋白，其结构如下图所示，它既具有相应的免疫活性，又能像酶那样催化某种化学反应。下列有关叙述正确的是(　　)
A．抗体酶与抗原、底物的结合均具有专一性的特点
B．抗体酶可使药物的前体物质在肿瘤组织中水解为活性分子，从而起杀伤作用
C．抗体酶能阻止病毒与靶细胞结合的机理可能是选择性地使病毒外壳蛋白发生水解
D．可通过蛋白质工程对特异抗体的抗原结合位点进行空间改造，使其获得催化功能
二、非选择题
7．Hedgehog基因(H)广泛存在于无脊椎动物和脊椎动物中，在胚胎发育中起重要作用。我国科研工作者利用基因敲除和核酸分子杂交技术，研究了H基因在文昌鱼胚胎发育中的作用。
(1)研究者使用了两种TALE蛋白对文昌鱼的H基因进行敲除。TALE蛋白的结构是人工设计的，蛋白质的中央区能够结合H基因上特定的序列，F区则能在该序列处将DNA双链切开，如图1所示。
　　　
①根据__________________设计出其氨基酸序列，再根据氨基酸序列对应的密码子序列推测出编码TALE蛋白的DNA序列，人工合成DNA序列之后，再以其为模板进行转录生成mRNA。
②将两种mRNA用_________________________法导入文昌鱼的卵细胞中，然后滴加精液使卵细胞受精，此受精卵发育成的个体为F0。
③F0个体细胞内被两种TALE蛋白处理过的DNA，经_________________催化重新连接后，H基因很可能因发生碱基对的___________________而丧失功能，基因丧失功能则被称为“敲除”。
(2)提取F0胚胎细胞DNA，通过_______________体外扩增H基因，用_________________进行切割，电泳后用_________________为探针进行DNA分子杂交，实验结果如图2所示。图中样品____________________________代表的F0个体中部分H基因已被敲除。研究者发现，在F0个体产生的所有配子中，通常只有部分配子的H基因被敲除，可能的原因是_______________________。
参考答案
A级　基础达标练
一、选择题
1．
答案：C
2．
答案：D
3．
答案：D
4．
答案：B
5．
答案：ABC
二、非选择题
6．
答案：
(1) ④⑤ ①②③
(2) 转录 翻译 折叠 分子设计 DNA合成或改造
(3) 对蛋白质的结构进行分子设计 基因合成或改造
(4) 相反
解析：蛋白质工程的目的是对蛋白质的结构进行分子设计，再通过基因合成或改造实现；在此途径中因从蛋白质预期功能出发，推测基因的结构，故与中心法则相反。
B级　合格达标练
一、选择题
1．
答案：C
2．
答案：D
3．
答案：B
4．
答案：B
5．
答案：CD
6．
答案：ABC
二、非选择题
7．
答案：
(1) TALE蛋白的功能 显微注射 DNA连接酶 缺失
(2) PCR技术 BsrGⅠ酶 放射性同位素(或荧光)标记的目的基因片段 2 F0受精卵中成对的H基因中仅一个被敲除(或F0胚胎中仅部分细胞的H基因被敲除、或细胞中H基因未被敲除)
解析：
(1)①蛋白质工程的基本流程：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→获得所需要的蛋白质。因此人工设计TALE蛋白时，应该先根据TALE蛋白的功能设计出其氨基酸序列，再根据氨基酸序列对应的密码子(mRNA)序列推测出编码TALE蛋白的DNA序列，人工合成DNA序列之后，再以其为模板进行转录生成mRNA。②将两种mRNA导入动物细胞(文昌鱼的卵细胞)最有效的方法是显微注射法。③由图1可知，被两种TALE蛋白处理过的DNA经过DNA连接酶重新连接后，缺失了BsrGⅠ识别位点，即发生碱基对的缺失，H基因很有可能因此而丧失功能，基因丧失功能则被称为“敲除”。
(2)体外扩增目的基因可采用PCR技术；H基因中含有一个BsrGⅠ识别位点，因此可用BsrGⅠ酶切割H基因；探针是指放射性同位素(或荧光)标记的目的基因片段；样品1中有两种长度不同的DNA，说明其代表的F0个体中H基因没有被敲除，样品2中含有3种不同长度的DNA片段，说明其代表的F0个体中部分H基因已被敲除。在F0个体产生的所有配子中，通常只有部分配子的H基因被敲除，可能的原因是F0受精卵中成对的H基因中仅一个被敲除(或F0胚胎中仅部分细胞的H基因被敲除、或细胞中H基因未被敲除)。
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