2025年大學《分子科學與工程》專業(yè)題庫——蛋白質與核酸分子工程技術考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項前的字母填在答題紙上。）1.蛋白質工程的根本目標是？A.研究蛋白質的結構與功能關系B.利用基因工程手段改造蛋白質C.設計和改造蛋白質分子，使其獲得新的或改良的功能D.發(fā)現(xiàn)新的蛋白質2.在蛋白質工程中，如果希望提高酶的熱穩(wěn)定性，以下哪種策略通常被認為是有效的？A.降低蛋白質的等電點B.改變活性位點口袋的疏水性C.篩選出具有更高熱穩(wěn)定性的天然同源物變體D.增加蛋白質分子中的鹽橋數(shù)量3.噬菌體展示技術中，被展示的分子通常是？A.DNA片段B.RNA分子C.蛋白質或多肽D.脂質4.PCR反應體系中，通常不需要添加的物質是？A.模板DNAB.限制性內切酶C.dNTPsD.DNA聚合酶5.CRISPR-Cas9基因編輯系統(tǒng)識別靶向DNA序列的主要分子是？A.Cas9蛋白B.gRNA（向導RNA）C.逆轉錄酶D.連接酶6.下列哪種技術通常用于擴增特定基因片段？A.基因克隆B.PCRC.基因測序D.基因編輯7.將目的基因導入宿主細胞的過程稱為？A.基因擴增B.基因篩選C.基因轉化D.基因表達8.中心法則描述了遺傳信息流動的基本途徑，其主要內容包括？A.DNA自我復制B.蛋白質合成C.DNA轉錄為RNAD.以上所有9.蛋白質的一級結構是指？A.蛋白質的氨基酸排列順序B.蛋白質的折疊空間結構C.蛋白質亞基的排列方式D.蛋白質的功能區(qū)域10.下列哪種工具或技術可用于定點修飾蛋白質的特定氨基酸殘基？A.噬菌體展示B.易錯PCRC.限制性內切酶D.重組DNA技術二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填在答題紙上。）1.蛋白質工程通常遵循__________、__________、__________和__________四個主要步驟。2.噬菌體展示技術的核心在于將隨機_____________文庫與噬菌體表面蛋白融合，并通過_____________進行篩選。3.PCR技術的關鍵是______________的特異性識別和______________的高效延伸。4.基因克隆的基本過程包括______________、______________和______________三個主要階段。5.CRISPR-Cas9系統(tǒng)中的gRNA由兩部分組成：______________（識別靶向序列）和______________（識別PAM序列）。6.蛋白質的______________結構是指蛋白質分子的空間構象，對于維持其功能至關重要。7.核酸分子工程主要利用______________和______________作為基本工具。三、簡答題（每題5分，共20分。請將答案寫在答題紙上。）1.簡述蛋白質工程的理性設計方法的基本思路。2.簡述PCR技術的基本原理及其需要的關鍵條件。3.簡述基因克隆過程中，選擇標記基因的作用。4.簡述蛋白質定向進化技術的原理及其主要方法。四、實驗設計/分析題（每題10分，共20分。請將答案寫在答題紙上。）1.假設你需要改造一種酶，使其在較高溫度下仍能保持活性。請簡述你會采用的一種蛋白質工程技術（如定向進化或理性設計），并說明該策略的關鍵步驟和設計思路。2.某研究團隊利用CRISPR-Cas9技術成功將細菌基因庫中某個基因的特定密碼子（如GAA）替換為另一個編碼相同氨基酸（如谷氨酰胺）但更優(yōu)化的密碼子（如GGA）。請簡述該基因編輯實驗可能涉及的關鍵步驟，并分析這種改造可能帶來的潛在影響。五、論述題（10分。請將答案寫在答題紙上。）結合蛋白質工程和核酸分子工程的相關知識，論述一項你在近期閱讀或了解到的、基于這兩者交叉融合的科研成果或應用前景，并分析其面臨的挑戰(zhàn)和潛在價值。試卷答案一、選擇題（每小題2分，共20分。）1.C2.C3.C4.B5.B6.B7.C8.D9.A10.A二、填空題（每空1分，共15分。）1.需求分析，設計，構建，篩選2.多肽，親和力3.引物，模板DNA4.目的基因的獲取，載體的選擇與構建，轉化與篩選5.范圍，支架6.三級7.DNA技術，蛋白質技術三、簡答題（每題5分，共20分。）1.簡述蛋白質工程的理性設計方法的基本思路。解析思路：理性設計首先基于已知的蛋白質結構-功能關系，通過生物信息學手段分析目標蛋白質的結構特征，識別對其功能關鍵的區(qū)域（如活性位點、結合位點）。然后，根據(jù)預期的功能改變，設計特定的氨基酸替換、刪除或添加。利用計算機模擬預測這些變化對蛋白質結構穩(wěn)定性和功能的影響。最后，通過基因工程手段合成目標蛋白質，并在實驗室進行功能驗證。2.簡述PCR技術的基本原理及其需要的關鍵條件。解析思路：PCR（聚合酶鏈式反應）原理是利用DNA聚合酶在體外模擬體內DNA復制過程，通過溫度循環(huán)使特定的DNA片段得以選擇性擴增。其基本原理包括變性（高溫使模板DNA雙鏈解開）、退火（低溫使引物與模板DNA結合）、延伸（中溫下DNA聚合酶以dNTP為原料合成新的DNA鏈）。關鍵條件包括：高溫熱穩(wěn)定DNA聚合酶（如Taq酶）、特異性引物、模板DNA、四種脫氧核糖核苷三磷酸（dNTPs）、緩沖液（提供適宜的pH和離子強度）以及精確控制的溫度循環(huán)程序。3.簡述基因克隆過程中，選擇標記基因的作用。解析思路：選擇標記基因（或稱篩選標記）是一段能夠賦予宿主細胞特定表型的DNA序列，如抗藥性基因。在基因克隆過程中，將目的基因插入到含有選擇標記基因的載體（如質粒）上。然后將重組載體轉化導入宿主細胞（如大腸桿菌）。通過培養(yǎng)在含有相應抑制劑（如抗生素）的培養(yǎng)基上，只有成功導入了重組載體的細胞才能存活并生長，從而將含有目的基因的細胞篩選出來，與未轉化或轉化失敗的細胞分開。4.簡述蛋白質定向進化技術的原理及其主要方法。解析思路：蛋白質定向進化是一種模擬自然界進化過程，在實驗室中加速蛋白質分子功能改良或創(chuàng)造新功能的技術。其原理是引入蛋白質基因的隨機突變，創(chuàng)造出具有多樣性突變體的蛋白質文庫。然后，根據(jù)預定的功能目標，設計篩選或選擇策略，從文庫中篩選出功能改進或符合特定需求的蛋白質變體。主要方法包括：易錯PCR（通過引入引物錯誤率提高突變頻率）、DNA改組（將多個模板DNA的核苷酸序列進行隨機重組）、噬菌體展示（將隨機多肽文庫展示在噬菌體表面，通過親和篩選）。四、實驗設計/分析題（每題10分，共20分。）1.假設你需要改造一種酶，使其在較高溫度下仍能保持活性。請簡述你會采用的一種蛋白質工程技術（如定向進化或理性設計），并說明該策略的關鍵步驟和設計思路。解析思路：選擇策略一：定向進化。關鍵步驟：①獲取目標酶的基因序列；②利用易錯PCR或DNA改組技術創(chuàng)造該基因的突變文庫（引入隨機點突變或序列重排）；③將文庫轉化導入宿主菌，表達突變體酶；④將突變體酶溶液置于較高溫度（目標活性溫度）下處理一段時間，讓熱不穩(wěn)定的突變體失活；⑤通過親和層析或其他方法從混合溶液中篩選出能夠在該高溫下仍保持活性的酶變體；⑥對篩選到的優(yōu)良變體進行測序，分析其突變位點，并利用理性設計方法進一步優(yōu)化；⑦表達和驗證最終改造酶的熱穩(wěn)定性。設計思路：利用隨機突變產生的多樣性，結合高溫篩選壓力，富集那些因特定突變而獲得更高熱穩(wěn)定性的酶變體。（或選擇策略二：理性設計。關鍵步驟：①解析目標酶的高分辨率結構；②利用分子動力學模擬等方法預測酶結構中可能影響熱穩(wěn)定性的關鍵殘基（如鹽橋、疏水核心、氫鍵網(wǎng)絡）；③基于物理化學原理，設計合理的氨基酸替換方案，旨在增強這些關鍵相互作用或增加疏水核心；④通過定點突變技術合成設計好的突變體；⑤表達并測試突變體酶的熱穩(wěn)定性及活性；⑥根據(jù)結果進行迭代優(yōu)化設計。設計思路：基于結構信息，有針對性地改造關鍵位點，提高蛋白質的內在能量穩(wěn)定性，從而提升其熱穩(wěn)定性。）2.某研究團隊利用CRISPR-Cas9技術成功將細菌基因庫中某個基因的特定密碼子（如GAA）替換為另一個編碼相同氨基酸（如谷氨酰胺）但更優(yōu)化的密碼子（如GGA）。請簡述該基因編輯實驗可能涉及的關鍵步驟，并分析這種改造可能帶來的潛在影響。解析思路：關鍵步驟：①設計針對目標基因中GAA密碼子上下游的gRNA序列；②將gRNA和Cas9蛋白（或Cas9表達載體）共同導入目標細菌細胞；③在細胞內，gRNA引導Cas9蛋白在GAA密碼子附近切割DNA雙鏈，產生雙鏈斷裂（DSB）；④細胞會啟動DNA損傷修復機制。由于GAA和GGA編碼同一種氨基酸谷氨酰胺，其DNA序列不同（GAAvsGGA）。如果DSB發(fā)生，細胞在修復過程中可能錯誤地使用一個編碼谷氨酰胺的tRNA（其反密碼子能識別GGA密碼子）來填補缺口，從而將GAA替換為GGA，實現(xiàn)堿基替換（即密碼子優(yōu)化）；⑤通過測序等技術驗證基因序列是否成功被替換；⑥篩選并分析替換后基因的功能變化。潛在影響：由于替換的是同一種氨基酸，理論上蛋白質的一級結構和高級結構（如果該位置不處于關鍵功能區(qū)）可能不變，因此其生物學功能可能不受影響。但如果該密碼子位于蛋白質的功能位點或翻譯調控區(qū)，或者tRNA的使用效率存在差異，可能會影響蛋白質的折疊、穩(wěn)定性、活性或表達水平，帶來潛在的功能改變或優(yōu)勢。例如，使用GGA密碼子可能有利于tRNA的識別，提高翻譯效率。五、論述題（10分。）結合蛋白質工程和核酸分子工程的相關知識，論述一項你在近期閱讀或了解到的、基于這兩者交叉融合的科研成果或應用前景，并分析其面臨的挑戰(zhàn)和潛在價值。(此處要求結合近期了解，無標準答案，以下提供一個符合要求的示例思路)解析思路示例：可以選擇“基于CRISPR-Cas9的蛋白質工程應用于酶的定向進化”作為論述主題。論述內容可包含：1.成果/應用前景：描述利用CRISPR-Cas9進行基因敲除、插入或替換，結合高通量篩選平臺（如結合AI預測），快速篩選獲得具有特定性能（如更高活性、更優(yōu)熱穩(wěn)定性、新底物特異性）的酶。例如，在工業(yè)酶開發(fā)中，通過編輯基因庫，快速獲得能在極端環(huán)境下工作的酶，用于生物催化。或在醫(yī)藥領域，改造酶以產生具有更好藥理性質的酶類藥物（如工程化酶用于酶替代療法）。2.交叉融合：CRISPR-Cas9提供了對基因組進行精確編輯的強大工具（核酸分子工程），使得蛋白質基因的定點改造變得高效易行；而蛋白質工程的理性設計或定向進化策略則指導著基因編輯的目標和方向，以及后續(xù)蛋白質功能的評估和應用。3.面臨的挑戰(zhàn)：基因編輯的脫靶