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热点03 “人工智能（AI）”解析蛋白质结构
（情境预测+重难诠释+限时检测）
由 DeepMind 公司开发。AlphaFold2 利用深度学习算法，基于给定的氨基酸序列，采用神经网络架
构模型 Evoformer，借助同源蛋白质的信息和多序列比对，以原子级精度从氨基酸序列中训练预测蛋白质
结构。2024 年 5 月推出的 AlphaFold3，能够更准确预测不同大分子之间复合物的结构，以及大分子、
小分子和离子之间的相互作用。人工智能解析蛋白质结构是近年来生命科学领域的重大突破，在技术、应
用等方面都有重要意义，相比传统的实验方法如核磁共振、X 射线、冷冻电镜等，人工智能解析蛋白质结
构极大地缩短了时间。其次成本低：传统方法依赖大量试错以及昂贵的设备，每种结构的研究往往长达数
年且成本高昂，人工智能方法无需大量的实验设备和试剂等投入。准确性高：以 AlphaFold2 为代表的人
工智能模型，能够预测几乎所有已知的 2 亿多种蛋白质的结构，预测准确性达到了较高水平，接近实验
解析的结果
命题点：蛋白质结构与功能；蛋白质的基本计算；蛋白质工程等。
1. 蛋白质设计：是指通过人工手段构建具有特定功能的新型蛋白质或对现有蛋白质进行优化的过程。
2. 蛋白质工程：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需求的一项生物技术。
3.基因编辑技术：基因编辑技术是一种能够对生物体基因组特定目标基因进行敲除、敲入、替换等精确修
饰的分子技术。
4. CRISPR/Cas9 技术
原理：CRISPR/Cas9 系统源于细菌的获得性免疫防御机制。CRISPR 序列转录产生的 crRNA 与 tracrRNA 结
合形成向导 RNA（gRNA），gRNA 可引导 Cas9 蛋白识别并结合到与 gRNA 互补的 DNA 靶序列上，Cas9
蛋白发挥核酸酶活性切割 DNA 双链，引发 DNA 损伤修复，实现基因编辑。
特点：操作简单、成本低、编辑效率高、可同时对多个基因进行编辑，应用最为广泛，但存在脱靶效应等
潜在风险。
5. 蛋白质修饰：蛋白质修饰是指在蛋白质合成后的加工过程中，通过对蛋白质的氨基酸残基进行化学修饰，
从而改变蛋白质的结构、功能和定位等的过程。
一、单选题
1．（2024 下·广西汕头·高三期中）2024 年诺贝尔化学奖颁发给蛋白质设计和蛋白质结构预测的相关研究。
人工智能（AI）可依据肽链中氨基酸的某些参数预测蛋白质的结构，这些参数不包括（ ）
A．肽链中肽键的结构
B．氨基酸所带的电荷类型
C．肽链中氨基酸的序列
D．氨基酸中R 基团的结构
2．（2025·安徽合肥·高三）2024 年诺贝尔化学奖颁发给两位在蛋白质的结构预测等方面做出突出贡献的科
情境预测
重难诠释
限时检测 （限时30 分钟）
1
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学家。下列关于蛋白质的说法，错误的是（ ）
A．性激素可以调节生殖细胞的形成和生殖器官的发育，体现了蛋白质的调节功能
B．肌肉、头发、羽毛、蛛丝等的有机物成分主要是蛋白质
C．作为手术缝合线的胶原蛋白被分解成氨基酸才可以被人体吸收
D．溶酶体中的水解酶，正常情况下不会破坏溶酶体膜
3．（2025·广东·高一检测）2020 年10 月7 日诺贝尔化学奖颁给了2 位研究生物学的科学家，以表彰她们
“开发出一种基因编辑方法”。她们阐述和发展了CRISPR 基因编辑技术，利用这些技术和工具，研究人员
可以极其精确地修改动物、植物和微生物的DNA，下列有关叙述错误的是（ ）
A．动物、植物体中DNA 主要分布在细胞核中
B．动物、植物和蓝细菌的DNA 所含的五碳糖、磷酸和碱基种类相同
C．比较DNA 和RNA 彻底水解得到的产物，相同的物质有6 种
D．DNA 分子上特定的碱基（或脱氧核苷酸）排列顺序代表了遗传信息
4．（2024·甘肃省·高一期末）德国科学家本杰明·李斯特和美国科学家戴维·麦克米伦因开发了基于有机小
分子的不对称有机催化（即不对称酶）而荣膺2021 年的诺贝尔化学奖。不对称酶不仅让化学合成变得更
为“绿色”，还能协助合成不对称有机分子。图中的甲、乙、丙分别表示过氧化氢在不同催化条件（过氧
化氢酶、Fe3+和加热）下的分解曲线。下列叙述正确的是（ ）
A．温度、pH 和底物浓度都会影响不对称酶的活性
B．据此推测出可能表示加入过氧化氢酶的曲线是甲
C．若提高反应温度，则曲线乙达到平衡点的时间会缩短
D．经高温处理的过氧化氢酶可使气泡产生速率明显加快
5. （2025 上·山东·高三期末）蛋白质修饰是指对蛋白质分子的结构进行化学修饰，以改变其生物学性质的
一种生物化学过程。蛋白质的修饰主要有糖基化、磷酸化与去磷酸化、甲基化、酰基化等几种类型。下列
叙述错误的是（ ）
A．分泌蛋白的糖基化可能发生在内质网中
B．载体蛋白在物质运输过程中可能会发生磷酸化与去磷酸化
C．组蛋白发生甲基化或乙酰基化可能会影响基因的表达
D．蛋白质修饰的意义是使蛋白质活化，更好的发挥其作用
6. （2025 上·重庆·高三）中国圆田螺（又称“田螺”）属于常见的淡水食用螺类，在极端环境下能够迅速
进入休眠状态。通过转录组测序技术发现，与正常有水养殖相比，干旱休眠时田螺体内的多种基因表达量
2
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出现差异，部分结果如表所示。下列叙述正确的是（ ）
基因名称
转录mRNA 量
基因作用
Poc1b
减少
形成光感受器感觉纤毛和正常视力
FASN
减少
编码脂肪酸合成酶
MSTN
增加
抑制肌肉增长
SRCR
增加
负责对凋亡细胞的清除等
A．干旱休眠时田螺对光线的感知减弱，会增长肌肉、积累脂质
B．干旱休眠状态下田螺通过吞噬自身凋亡细胞可获取一定能量
C．干旱胁迫使田螺发生基因突变，改变自身性状适应不利环境
D．四种基因均通过控制蛋白质分子的结构直接影响田螺的性状
7. （2025·河北邯郸·高三）因Hassabis 和Jumper 开发的AlphaFold 人工智能算法，可根据氨基酸排列序列
预测蛋白质空间结构，而获得了有“诺奖风向标”之称的拉斯克奖。下列叙述错误的是（ ）
A．推测AlphaFold 人工智能算法可预估基因突变对蛋白质结构和功能的影响
B．某三肽的分子式为C8H15O4N3，其水解后形成的氨基酸可能有两种
C．水与蛋白质结合形成结合水，有利于营养物质和代谢废物的运输
D．空间结构不同的蛋白质，组成它们的氨基酸排列顺序可能相同
8. （2025·贵州铜仁·高三期末）细胞色素c 是细胞中普遍含有的一种蛋白质，约有104 个氨基酸，据测算，
它的氨基酸序列每2000 万年才发生1%的改变。不同生物与人的细胞色素c 氨基酸序列的差异如下表所示。
据表分析错误的是（ ）
生物名称
黑猩猩
猕猴
狗
鸡
响尾蛇
金枪
鱼
果蝇
天蚕蛾
链孢霉
氨基酸差异/个
0
1
11
13
14
21
27
31
43
A．人和其他生物的细胞中普遍含有细胞色素c，说明这些生物有共同的祖先
B．细胞色素c 氨基酸序列的差异，表明不同物种之间存在生殖隔离
C．人与猕猴的DNA 序列的相似度高，而与天蚕蛾的DNA 序列相似度低
D．自然选择决定生物进化的方向，是蛋白质朝不同方向发展的决定性因素
二、非选择题
9．（2025·山东青岛·高一期末）计算机建模技术可以模拟蛋白质的结构，通过计算和预测，能够更好地理
解蛋白质的功能和结构。某科研机构采用相同的312 个氨基酸分别构建出三种不同的蛋白质结构，如下图。
已知二硫键（—S—S—）是由2 个巯基（—SH）脱氢形成的。
3
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(1)在人体中组成蛋白质的氨基酸有21 种，其划分的依据是 。人体细胞不能合成的氨基
酸称为 。
(2)环状肽①中含有 个肽键。
(3)烫发时，头发角蛋白发生扭曲，机理如图④所示，烫发后与烫发前相比角蛋白的相对分子质量
（填“不变”或“增加”或“减少”）。组成角蛋白的某种氨基酸侧链基团是—
—
，则该氨基酸
的结构式是 。
10．（2025·河南·高一）蛋白质分选是指蛋白质依靠蛋白质自身信号序列和修饰结构从起始合成部位转运
到其功能发挥部位的过程。核基因编码的蛋白质的分选大体可分为2 条途径：共翻译转运途径（边合成边
转运）和翻译后转运途径（先合成后转运），相关过程如图所示。（mRNA 是核糖体合成蛋白质的模板）
回答下列问题：
(1)写出以下结构名称：② 。图中含有核酸的细胞器有 。
(2)研究发现，从内质网上分泌出来的囊泡包裹的分泌蛋白不含内质网定向信号序列，推测其原因可能是
。
(3)核基因编码的蛋白质分选时，属于翻译后转运途径的有______（填字母）。
A．染色体组成蛋白
B．细胞膜通道蛋白
C．血红蛋白
D．胰岛素
E．
4
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线粒体内膜组成蛋白
(4)翻译后转运蛋白的加工场所 ，入核蛋白通过核膜上的 进入细胞核。该部分蛋白
质不能由囊泡包裹进行运输，线粒体也不具备形成内吞泡的条件，请提出一个蛋白质进入线粒体的合理假
设 。
11．（2025·广东·高一）谷歌科学家使用AlphaFold 程序成功预测了几乎所有已知蛋白质如何折叠成3D 形
状，成功斩获2024 年诺贝尔化学奖。众所周知，蛋白质的结构（下图示蛋白质的一→四级结构）决定了
它的功能，因此AlphaFold 识别2 亿种蛋白质结构的能力让自己成为了帮助识别人类可以利用新蛋白质的主
力军。请回答下列问题：
(1)在上图展示出来的几种氨基酸中，成年人必需从食物中获取的有 （填氨基酸中文名称），下列
有关蛋白质结构的叙述，错误的是
A．蛋白质多条肽链之间结构的稳定性均由二硫键（-S-S-）维系
B．蛋白质变性时其空间结构不一定受到破坏
C．蛋白质亚基之间能够形成氢键
D．拥有稳定的四级结构是所有蛋白质保持生物活性的必要条件
(2)下图为某种生物体内胰岛素结构图，该物质中-S-S-是由2 个-SH 脱去2 个H 形成。该胰岛素若水解需要消
耗的水分子有 个，由氨基酸形成该胰岛素时，减少的分子质量为 。
(3)蛋白质分子的结构极其多样，原因是
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