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生物苏教版 (2019)第三节 传统发酵技术和产品教学设计
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这是一份生物苏教版 (2019)第三节 传统发酵技术和产品教学设计，共18页。
第三节 蛋白质工程
1．理解蛋白质工程的概念和原理。(重、难点)
2．掌握基因工程和蛋白质工程的区别和联系。(重点)
3．了解蛋白质工程的应用和发展。
蛋白质工程的概念和原理
1．概念
(1)基础：蛋白质的结构和功能的关系。
(2)手段：借助计算机辅助设计、基因定点诱变和重组DNA技术改造基因。
(3)目的：定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋白质。
2．原理
(1)结构分析
①前提条件：了解蛋白质的结构和功能的关系。
(2)结构预测与设计：构建蛋白质空间结构模型。
(3)基因工程：对基因进行改造，是蛋白质工程的关键技术。
改造类型
操作程序
大改
根据氨基酸的性质和特点，设计并制造出自然界中不存在的全新蛋白质，使之具有特定的氨基酸序列、空间结构和预期功能
中改
在蛋白质分子中替代某一个多肽链片段或一个特定的结构
小改
通过基因工程中的定点诱变技术，有目的地改造蛋白质分子中某活性部位的一个或几个氨基酸残基，以改善蛋白质的性质和功能
(4)蛋白质纯化：纯化蛋白质，测定和分析其结构和功能。
(5)功能分析：分析蛋白质的生物学和化学特性。
科学家将β干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌中表达，使干扰素第十七位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高了β干扰素的抗病活性，并且提高了储存稳定性。
探讨：上述材料中的技术属于什么工程？
提示：蛋白质工程。
探讨：蛋白质工程为什么需要直接改造基因，而不直接改造蛋白质？
提示：①任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白质也是无法遗传的。
②对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小得多。
探讨：蛋白质工程操作的基本思路是什么？
提示：蛋白质工程是按照以下思路进行的：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)，可以创造出自然界不存在的蛋白质。
1．对概念的理解
(1)首先了解蛋白质的结构和功能。
(2)其次是设计蛋白质。
(3)实质是改造基因。
(4)最后合成出自然界不存在的蛋白质。
2．基本原理
3．了解蛋白质结构的方法
实施蛋白质工程的前提条件是通过物理化学与生物化学等技术手段了解蛋白质结构与功能的关系，所以首先要了解蛋白质的结构。
(1)三维结构：X射线晶体衍射法。
(2)构象：核磁共振法。
(3)一级结构(氨基酸序列)：DNA和蛋白质测序技术。
4．核心技术——定点诱变技术和非定点诱变技术
(1)定点诱变技术：基因的定点诱变技术是改变蛋白质结构的核心技术之一。
项目
内容
条件
原料
脱氧核苷酸
酶
DNA多聚酶(聚合酶)和DNA连接酶
引物
含突变位点的DNA分子片段
操作方法
PCR技术
结果
后代中半数为诱变的DNA分子
适用范围
空间结构完全清楚的蛋白质，进行“小改”
特点
定点诱变有目的性和针对性
(2)非定点诱变技术
①适用对象：对于不能预先确定诱变位点的蛋白质，可采用非定点诱变技术来进行蛋白质的改造。
②特点：非定点诱变突变位点多，有时甚至会产生意想不到的改造效果。
[特别提醒]
有关蛋白质工程的三点提醒
(1)任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白质也是无法遗传下去的。
(2)蛋白质工程在改造基因时需要与基因工程有关的工具酶。改造后的基因需要表达出相应的蛋白质，同样需将改造或合成的基因导入受体细胞。
(3)蛋白质工程中经过处理得到的新基因与基因突变得到的新基因有较大差别，基因突变的新基因中含有不编码蛋白质的序列，而蛋白质工程中的新基因则没有。
1．蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时，主要包括哪几种( ) 【导学号：10210027】
①进行少数氨基酸的替换 ②对不同来源的蛋白质的拼接 ③从氨基酸的排列顺序出发设计全新的蛋白质 ④直接改变蛋白质的空间结构
A．①② B．①②③
C．②③④ D．①②④
【解析】 蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时，不能直接改变蛋白质的空间结构。但是能进行少数氨基酸的替换，能对不同来源的蛋白质进行拼接，能够从氨基酸的排列顺序出发设计全新的蛋白质。
【答案】 B
2．(2016·临沂期中)下列有关蛋白质工程的叙述，不正确的是( )
A．收集大量的蛋白质分子结构的信息，以便分析结构与功能之间的关系
B．可以预测具有一定氨基酸序列的蛋白质的空间结构和生物功能
C．根据特定的生物功能，设计蛋白质的氨基酸序列和空间结构
D．根据人们的需要，直接对氨基酸的分子结构进行改造
【解析】 蛋白质工程中需要收集大量的蛋白质分子结构的信息，以便分析结构与功能之间的关系，A正确；预测具有一定氨基酸序列的蛋白质的空间结构和生物功能，B正确；蛋白质工程能根据特定的生物功能，设计蛋白质的氨基酸序列和空间结构，C正确；根据人们的需要，通过对基因进行改造来实现对蛋白质的改造，D错误。
【答案】 D
蛋 白 质 工 程 的 应 用
1．改造酶的结构，提高酶的热稳定性。
2．生物工程制药
(1)实例1：鼠源杂交瘤抗体的改造。
①改造方法：在基因水平上对抗体进行重组，产生人恒定区和鼠可变区嵌合抗体。
②结果：对人体的不良反应减少。
(2)实例2：对tPA的改造。
①tPA功能：溶解血栓块，医治心肌梗死等疾病。
②改造方法：将tPA分子中的天冬酰胺替换为谷氨酰胺。
③结果：tPA在血液循环中停留时间延长，疗效 更加显著。
3．疾病诊断
(1)方法：蛋白质芯片法。
(2)原理：抗原—抗体的特异性结合。
(3)实例：SARS病毒的检测与诊断。
资料1 将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米细胞，可以提高玉米中的赖氨酸含量；
资料2 更换赖氨酸形成过程中的天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的个别氨基酸，使两种酶的活性提高，也可以提高玉米中的赖氨酸含量。
探讨：资料1、2中的技术分别属于什么工程？
提示：基因工程；蛋白质工程。
探讨：上述两种提高玉米中赖氨酸含量的技术的实质相同吗？为什么？
提示：不相同。蛋白质工程实质是定向改造或生产人类所需蛋白质，基因工程实质是定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品。
探讨：蛋白质工程和基因工程的操作对象以及得到的蛋白质相同吗？分别体现在哪些方面？
提示：(1)操作对象相同都是基因。(2)得到的蛋白质不同：蛋白质工程可以得到自然界没有的新的蛋白质；基因工程得到的是自然界原有的蛋白质。
探讨：基因工程和蛋白质工程是否都遵循中心法则？为什么？
提示：都遵循中心法则。基因工程指导合成天然蛋白质的过程是遵循中心法则的；蛋白质工程操作时，经改造的基因表达所需要的蛋白质仍需遵循中心法则。
1．提高酶的热稳定性
(1)原因
工业化生产中所使用的酶需要具有高度的稳定性和催化活性，特别是对高温的稳定性。一般来说，热稳定性高的酶也具有较强的耐酸、碱和有机溶剂的能力。
(2)方法
①方法一：通过替换酶的几种氨基酸，可以提高酶的热稳定性。
②方法二：在蛋白质分子中引入二硫键也可以显著提高蛋白质的热稳定性。
2．制造速效胰岛素
(1)原因：胰岛素进入血液速度缓慢的主要原因是胰岛素分子会聚合成二聚体或多聚体。
(2)方法：通过基因定点诱变，将胰岛素B链由B28脯氨酸—B29赖氨酸改为B28赖氨酸—B29脯氨酸，获得单体速效胰岛素。
3．鼠—人嵌合抗体的形成
(1)原因：小鼠单克隆抗体的制备比较简单，但这种鼠源性的单克隆抗体会被人的免疫系统排斥，不能直接用于人体。
(2)方法：在基因水平上对抗体进行重组嵌合抗体，就是保留鼠单克隆抗体的可变区，而用人抗体的恒定区替换鼠单克隆抗体的恒定区，这种嵌合抗体的抗原性显著下降，而抗体的特异识别功能没有丧失，可用于临床治疗。
4．制造长效纤维蛋白溶解酶原激活因子
(1)原因：组织纤溶酶原激活物(tPA)专一激活人体内的纤溶系统，保证血液循环的畅通。但tPA进入血浆后大部分与纤溶酶原激活剂抑制物形成复合物，并迅速失去活性。
(2)方法：利用基因定点诱变技术，将纤维蛋白溶解酶原激活因子(tPA)分子中的天冬酰胺替换为谷氨酰胺，使tPA在血液循环中的停留时间大大延长，疗效更加显著。
5．蛋白质工程和基因工程的区别和联系
蛋白质工程
基因工程
操作环境
生物体外
生物体外
操作起点
预期蛋白质的功能
获取目的基因
实质
定向改造和生产人类所需要的蛋白质
定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或产品
操作对象
基因
操作程序
确定蛋白质功能→设计预期蛋白质结构→推测氨基酸序列→找到相应的脱氧核苷酸序列→人工合成或修饰目的基因→合成具有相应生物功能的蛋白质
获取目的基因→构建表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
应用
主要集中在对现有蛋白质进行改造
已被广泛应用，转基因植物的推广与应用已带来巨大的社会效益和经济效益
结果
可生产自然界没有的蛋白质
只能生产自然界已有的蛋白质
2.联系
(1)蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出的第二代基因工程。
(2)基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造。
[特别提醒]
基因工程没有产生新基因，只相当于人工基因重组。
1．某种微生物合成的蛋白酶与人体消化液中的蛋白酶的结构和功能很相似，只是热稳定性较差，进入人体后容易失效。现要将此酶开发成一种片剂，临床治疗人的食物消化不良，其最佳方案是( )
A．对此酶中的少数氨基酸进行替换，以改善其功能
B．将此酶与人蛋白酶进行拼接，形成新的蛋白酶
C．重新设计与创造一种全新的蛋白酶
D．减少此酶在片剂中的含量
【解析】 要想使蛋白酶的热稳定性有所提高，就要改变蛋白质的结构，一般是对蛋白质中的少数氨基酸进行替换。
【答案】 A
2．(2016·吉林长春月考)胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射入人体后，会堆积在皮下，要经过较长时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此治疗效果受到影响。下图是用蛋白质工程设计的速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题。 【导学号：10210028】
(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是__________________________。
(2)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是：根据新的胰岛素的_______________________________________________
推测出其基因中的_______________________________________________，
然后利用______________________来合成新的基因。
(3)新的胰岛素基因与运载体(质粒)结合过程中需要__________________________酶和______________________________酶。
(4)若将含有新的胰岛素基因的表达载体导入植物细胞中，最常用的有效做法是________________________。
(5)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有________________、________________和发酵工程。
【解析】 (1)蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质结构进行分子设计，因此，题图中构建新的胰岛素模型的依据是预期胰岛素的功能。
(2)由新的蛋白质模型到构建新的基因，其基本设计思路是根据新的蛋白质中氨基酸的序列，推测出基因中的脱氧核苷酸序列，然后用DNA合成仪直接合成出新的基因。利用蛋白质工程生产自然界原本不存在的蛋白质，需对原有的胰岛素进行改造，根据新的胰岛素中氨基酸的序列推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，人工合成新的胰岛素基因， 形成目的基因。
(3)合成的目的基因应与载体构建基因表达载体，需要用限制性核酸内切酶和DNA连接酶，然后将基因表达载体导入受体细胞中才能得以表达。
(4)把基因表达载体导入植物细胞的常用方法是农杆菌转化法。
(5)改造好的目的基因需通过基因工程来生产基因产物，并且在生产过程中要借助工程菌，所以还需要进行发酵。因此该过程涉及蛋白质工程、基因工程和发酵工程。
【答案】 (1)蛋白质的预期功能 (2)氨基酸的序列 脱氧核苷酸序列 DNA合成仪 (3)限制性核酸内切 DNA连接 (4)农杆菌转化法 (5)蛋白质工程 基因工程
1．蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是( )
A．氨基酸结构 B．蛋白质空间结构
C．肽链结构 D．基因结构
【解析】 蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础，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。
【答案】 D
2．蛋白质工程的目标是( ) 【导学号：10210029】
A．通过对基因进行诱变，产生新的蛋白质
B．通过基因重组，合成生物体本来没有的蛋白质
C．根据人们对蛋白质功能的特定需求，改造或制造蛋白质
D．生产大量的蛋白质
【解析】 蛋白质工程是指为了满足人类的生产和生活的需要，以蛋白质分子的结构规律和生物功能为基础，通过对基因修饰或合成新的基因，对现有的蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质。
【答案】 C
3．对蛋白质的改造有大改、中改和小改之分，其划分的依据是( )
A．蛋白质分子的复杂程度
B．操作过程的复杂程度
C．蛋白质改造部位的多少
D．蛋白质数目的多少
【解析】 蛋白质的改造有大改、中改、小改，其划分的依据是蛋白质改造部位的多少。
【答案】 C
4．下列不属于蛋白质工程成果的是( )
【导学号：10210030】
A．改造酶的结构，提高酶的热稳定性
B．生产出鼠—人嵌合抗体
C．将tPA分子中的天冬酰胺替换为谷氨酰胺
D．将人的胰岛基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素
【解析】 将人的胰岛基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素属于基因工程的成果。
【答案】 D
5．添加在洗衣粉中的某种酶在低温下活性较低，影响了洗衣粉的洗衣效果。若让你用生物工程的方法改变此酶的特性，首先考虑的是( )
A．基因工程 B．蛋白质工程
C．诱变 D．细胞工程
【解析】 蛋白质工程可通过基因工程这一手段实现对蛋白质的改造目的。
【答案】 B
课堂小结：
网络构建
核心回扣
1. 蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程。
2.任何—种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。
3.只能生产出自然界中已存在的蛋白质种类是基因工程的“缺点”，能够生产出自然界中不存在的蛋白质种类则是蛋白质工程的“优点”。
4.蛋白质工程中不对蛋白质进行直接改造的原因是对基因进行改造比对蛋白质直接改造容易操作，难度小得多。
学业分层测评(四)
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1．下列关于蛋白质工程的说法正确的是( )
A．蛋白质工程无需构建基因的表达载体
B．通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍是天然的蛋白质
C．蛋白质工程是在蛋白质分子水平上改造蛋白质
D．蛋白质工程需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶
【解析】 蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的，最终改造的对象仍是DNA分子。需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶。
【答案】 D
2．(2016·南京高二期末)关于蛋白质工程的说法，正确的是( )
A．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作
B．蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子
C．对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的
D．蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是相同的
【解析】 所谓的蛋白质工程，就是利用基因工程手段，包括基因的定点突变和基因表达对蛋白质进行改造，以期获得性质和功能更加完善的蛋白质分子，能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子。
【答案】 B
3．下列关于基因定点诱变技术的说法，正确的是( )
【导学号：10210031】
A．对任何蛋白质的改造都可以用基因定点诱变技术
B．对于已知空间结构的蛋白质的改造可以采用基因定点诱变技术
C．基因定点诱变技术是蛋白质工程中必须用到的技术
D．采用基因定点诱变技术通常可以改变蛋白质中多种氨基酸
【解析】 基因定点诱变技术是“小改”时所用的一项技术，是有目的地改造蛋白质分子中某活性部位的1个或几个氨基酸残基，是改变蛋白质结构的核心技术之一，主要应用于空间结构已知的蛋白质。对于空间结构未知的蛋白质用非定点诱变技术来进行蛋白质的改造。
【答案】 B
4．合成鼠—人嵌合抗体属于蛋白质分子设计中的( )
A．对已知蛋白质分子结构进行少数氨基酸替换
B．对不同来源的蛋白质进行拼接组装
C．设计制造自然界中全新的蛋白质
D．把两种不同的蛋白质组装成一种蛋白质分子
【解析】 鼠—人嵌合抗体是由鼠抗体中的可变区与人抗体中的恒定区组装拼接而成的，是将两种不同来源的蛋白质分子进行拼接后形成的嵌合抗体。由于形成的融合蛋白质具有两种蛋白质的结构，所以能表现两种蛋白质的特性。
【答案】 B
5．以下有关蛋白质工程的叙述，不正确的是( )
【导学号：10210032】
A．蛋白质工程发展的基础是基因工程
B．蛋白质工程的原理是从预期的蛋白质功能出发最终找到脱氧核苷酸序列的过程
C．T4溶菌酶中引入二硫键提高了它的热稳定性是蛋白质工程应用的体现
D．蛋白质工程只能改造现有的蛋白质而不能制造新的蛋白质
【解析】 蛋白质工程从预期蛋白质的功能出发，通过基因工程实现对基因的改造，通过中心法则实现蛋白质的合成。二硫键引入到蛋白质结构中，提高了蛋白质的热稳定性。蛋白质工程不仅能改造现有的蛋白质也能制造新的蛋白质。
【答案】 D
6．蛋白质工程的研究将对生命科学产生重大影响。下列关于蛋白质工程的叙述，不正确的是( )
A．实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质结构和功能的关系
B．基因工程是蛋白质工程的关键技术
C．蛋白质工程是对蛋白质分子的直接改造
D．蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程
【解析】 蛋白质工程通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造。
【答案】 C
7．基因工程与蛋白质工程的区别是( )
A．基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程不对基因进行操作
B．基因工程合成的是天然存在的蛋白质，蛋白质工程合成的可以是自然界不存在的蛋白质
C．基因工程是分子水平操作，蛋白质工程是细胞水平(或性状水平)操作
D．基因工程完全不同于蛋白质工程
【解析】 蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程。蛋白质工程从分子水平对蛋白质进行改造设计，通过对相应的基因进行修饰加工甚至人工进行基因合成，从而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。而基因工程只是将外源基因导入另一生物体内并使之表达，体现人类所需的性状，或者获取所需的产品。因此，基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。
【答案】 B
8．科学家想提高玉米中赖氨酸的含量，计划将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸，这样就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸分别提高5倍和2倍。下列对蛋白质的改造，操作正确的是( )
A．直接通过分子水平改造蛋白质
B．直接改造相应的mRNA
C．对相应的基因进行操作
D．重新合成新的基因
【解析】 蛋白质功能与其高级结构密切相关，因蛋白质高级结构非常复杂，所以直接对蛋白质进行改造非常困难。而蛋白质是由基因控制合成的，对基因进行操作却容易得多；另外，通过改造基因对蛋白质的修改可以遗传，如对蛋白质直接改造，即使成功也不能遗传。
【答案】 C
9．蛋白质工程的基本操作程序正确的是( )
【导学号：10210033】
①蛋白质分子结构合成 ②DNA合成 ③mRNA合成 ④蛋白质的预期功能 ⑤根据氨基酸的序列推出脱氧核苷酸的序列
A．①→②→③→④→⑤→①
B．⑤→④→③→②→①→②
C．④→①→⑤→②→③→①
D．②→③→⑤→①→②→④
【解析】 蛋白质工程的操作流程为：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。
【答案】 C
10．下图为蛋白质的定点诱变技术的部分过程图解，请据图解回答下列问题：
(1)图中的质粒的本质是__________。
(2)将定点诱变过的质粒引入细胞进行复制后，可得到________种结果，图示的三对碱基的组成分别是______________、________。
(3)图示的这种对遗传物质的改造和人工诱变的区别是_______________________________________________
_______________________________________________。
(4)通过图示技术实现对蛋白质的改造属于__________。
【解析】 基因定点诱变技术是实现蛋白质工程“小改”的操作技术，与人工诱变和自然突变相比，是一种定向的基因改造，而一般的基因突变是不定向的。
【答案】 (1)DNA
(2)两
(3)人工诱变是遗传物质不定向的变异，而图示的这种对遗传物质的改造是对遗传物质的定向改变
(4)小改
[能力提升]
11．(2013·广东高考)从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是( )
A．合成编码目的肽的DNA片段
B．构建含目的肽DNA片段的表达载体
C．依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽
D．筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽
【解析】 紧扣蛋白质工程的流程(基本途径)进行分析。由题可知，多肽P1为抗菌性和溶血性均较强的多肽，要设计出抗菌性强但溶血性弱的多肽，即在P1的基础上设计出自然界原本不存在的蛋白质，用蛋白质工程技术可以实现。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。故要想在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是依据P1的氨基酸序列设计出多条模拟肽，然后进行改造，从而确定抗菌性强但溶血性弱的多肽的氨基酸序列。
【答案】 C
12．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。如图表示蛋白质工程流程，图中A、B在遗传学上依次表示( )
【导学号：10210034】
A．转录和翻译 B．翻译和转录
C．复制和转录 D．传递和表达
【解析】 蛋白质工程需要从根本上设计基因，首先预期蛋白质功能，后预测蛋白质结构，后推断控制新蛋白质合成的基因的碱基序列，后进行人工合成DNA。合成后的DNA通过转录得到mRNA，经过翻译得到多肽链。
【答案】 A
13．猪的胰岛素用于降低人体血糖浓度效果不明显，原因是猪胰岛素分子中有一个氨基酸与人的不同。为了使猪胰岛素用于临床治疗糖尿病，用蛋白质工程对蛋白质分子设计的最佳方案是( )
A．对猪胰岛素进行一个不同氨基酸的替换
B．将猪胰岛素和人胰岛素进行拼接组成新的胰岛素
C．将猪和人的胰岛素混合在一起治疗糖尿病
D．根据人的胰岛素设计制造一种全新的胰岛素
【解析】 由于猪胰岛素分子中只有一个氨基酸与人胰岛素不同，所以蛋白质工程中蛋白质的分子设计，只需替换这一个不同的氨基酸即可。虽然根据人胰岛素分子的结构设计一种全新的胰岛素也可以用于临床治疗，但分子设计和胰岛素的生产方面都存在很多困难，所以不是最佳方案。
【答案】 A
14．科学家对鼠源杂交瘤抗体进行改造，生产出效果更好的鼠—人嵌合抗体，用于癌症治疗。如图表示形成鼠—人嵌合抗体的过程，据图回答下列问题：
(1)改造鼠源杂交瘤抗体，生产鼠—人嵌合抗体，属于________________(生物工程)的范畴。
(2)图示过程是根据预期的__________，设计__________________，最终必须对__________进行操作，此操作中改变的是______________________。
(3)经过改造的鼠—人嵌合抗体，与鼠源杂交瘤抗体相比较，突出的优点是_______________________________________________
(从免疫角度考虑)。
(4)上述过程中对科学家来说难度最大的是_______________________________________________
_______________________________________________。
【解析】 (1)通过图示可知鼠—人嵌合抗体是通过人工设计而形成的特定功能蛋白质，其生产过程应属于蛋白质工程的范畴。
(2)蛋白质工程的流程：预期蛋白质的功能→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)→通过基因工程操作生产预期的蛋白质。
(3)从免疫的角度考虑，对人体来说鼠源抗体为抗原，若利用人的抗体与之嵌合，则排斥作用会减轻，对人体的副作用会减少。
(4)由于蛋白质空间结构比较复杂，不易确定，所以成为蛋白质工程中最大的障碍。
【答案】 (1)蛋白质工程
(2)嵌合体功能 嵌合体的结构 基因 碱基对
(3)对人体的不良反应减少
(4)设计嵌合体的空间结构
15．如图是某种动物蛋白质工程的示意图，请分析回答：
(1)目前蛋白质工程中难度最大的是图中编号________所示的过程，实现③过程的依据有_______________________________________________
_______________________________________________
_______________________________________________。
(2)若相关蛋白质的核酸片段是从细胞质获取的，则④过程需要________酶。
(3)⑤过程中对核苷酸序列有严格要求的工具酶是________，进行⑤过程的目的是_______________________________________________
_______________________________________________。
【解析】 蛋白质工程中，根据预测蛋白质的功能预期蛋白质的结构是首要任务，也是难度较大的任务。过程③的依据RNA上密码子决定氨基酸种类和排列顺序，根据蛋白质应有的氨基酸序列推断mRNA上密码子的排列顺序，根据逆转录原理推断DNA的碱基排列顺序。过程④为逆转录法合成目的基因，该过程需要诱导基因发生突变。
【答案】 (1)① 氨基酸对应的密码子、mRNA与DNA的模板链间的碱基互补配对原则 (2)逆转录 (3)限制酶 使目的基因在受体细胞中稳定存在并遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用
第三节 蛋白质工程
1．理解蛋白质工程的概念和原理。(重、难点)
2．掌握基因工程和蛋白质工程的区别和联系。(重点)
3．了解蛋白质工程的应用和发展。
蛋白质工程的概念和原理
1．概念
(1)基础：蛋白质的结构和功能的关系。
(2)手段：借助计算机辅助设计、基因定点诱变和重组DNA技术改造基因。
(3)目的：定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋白质。
2．原理
(1)结构分析
①前提条件：了解蛋白质的结构和功能的关系。
(2)结构预测与设计：构建蛋白质空间结构模型。
(3)基因工程：对基因进行改造，是蛋白质工程的关键技术。
改造类型
操作程序
大改
根据氨基酸的性质和特点，设计并制造出自然界中不存在的全新蛋白质，使之具有特定的氨基酸序列、空间结构和预期功能
中改
在蛋白质分子中替代某一个多肽链片段或一个特定的结构
小改
通过基因工程中的定点诱变技术，有目的地改造蛋白质分子中某活性部位的一个或几个氨基酸残基，以改善蛋白质的性质和功能
(4)蛋白质纯化：纯化蛋白质，测定和分析其结构和功能。
(5)功能分析：分析蛋白质的生物学和化学特性。
科学家将β干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌中表达，使干扰素第十七位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高了β干扰素的抗病活性，并且提高了储存稳定性。
探讨：上述材料中的技术属于什么工程？
提示：蛋白质工程。
探讨：蛋白质工程为什么需要直接改造基因，而不直接改造蛋白质？
提示：①任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白质也是无法遗传的。
②对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小得多。
探讨：蛋白质工程操作的基本思路是什么？
提示：蛋白质工程是按照以下思路进行的：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)，可以创造出自然界不存在的蛋白质。
1．对概念的理解
(1)首先了解蛋白质的结构和功能。
(2)其次是设计蛋白质。
(3)实质是改造基因。
(4)最后合成出自然界不存在的蛋白质。
2．基本原理
3．了解蛋白质结构的方法
实施蛋白质工程的前提条件是通过物理化学与生物化学等技术手段了解蛋白质结构与功能的关系，所以首先要了解蛋白质的结构。
(1)三维结构：X射线晶体衍射法。
(2)构象：核磁共振法。
(3)一级结构(氨基酸序列)：DNA和蛋白质测序技术。
4．核心技术——定点诱变技术和非定点诱变技术
(1)定点诱变技术：基因的定点诱变技术是改变蛋白质结构的核心技术之一。
项目
内容
条件
原料
脱氧核苷酸
酶
DNA多聚酶(聚合酶)和DNA连接酶
引物
含突变位点的DNA分子片段
操作方法
PCR技术
结果
后代中半数为诱变的DNA分子
适用范围
空间结构完全清楚的蛋白质，进行“小改”
特点
定点诱变有目的性和针对性
(2)非定点诱变技术
①适用对象：对于不能预先确定诱变位点的蛋白质，可采用非定点诱变技术来进行蛋白质的改造。
②特点：非定点诱变突变位点多，有时甚至会产生意想不到的改造效果。
[特别提醒]
有关蛋白质工程的三点提醒
(1)任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白质也是无法遗传下去的。
(2)蛋白质工程在改造基因时需要与基因工程有关的工具酶。改造后的基因需要表达出相应的蛋白质，同样需将改造或合成的基因导入受体细胞。
(3)蛋白质工程中经过处理得到的新基因与基因突变得到的新基因有较大差别，基因突变的新基因中含有不编码蛋白质的序列，而蛋白质工程中的新基因则没有。
1．蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时，主要包括哪几种( ) 【导学号：10210027】
①进行少数氨基酸的替换 ②对不同来源的蛋白质的拼接 ③从氨基酸的排列顺序出发设计全新的蛋白质 ④直接改变蛋白质的空间结构
A．①② B．①②③
C．②③④ D．①②④
【解析】 蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时，不能直接改变蛋白质的空间结构。但是能进行少数氨基酸的替换，能对不同来源的蛋白质进行拼接，能够从氨基酸的排列顺序出发设计全新的蛋白质。
【答案】 B
2．(2016·临沂期中)下列有关蛋白质工程的叙述，不正确的是( )
A．收集大量的蛋白质分子结构的信息，以便分析结构与功能之间的关系
B．可以预测具有一定氨基酸序列的蛋白质的空间结构和生物功能
C．根据特定的生物功能，设计蛋白质的氨基酸序列和空间结构
D．根据人们的需要，直接对氨基酸的分子结构进行改造
【解析】 蛋白质工程中需要收集大量的蛋白质分子结构的信息，以便分析结构与功能之间的关系，A正确；预测具有一定氨基酸序列的蛋白质的空间结构和生物功能，B正确；蛋白质工程能根据特定的生物功能，设计蛋白质的氨基酸序列和空间结构，C正确；根据人们的需要，通过对基因进行改造来实现对蛋白质的改造，D错误。
【答案】 D
蛋 白 质 工 程 的 应 用
1．改造酶的结构，提高酶的热稳定性。
2．生物工程制药
(1)实例1：鼠源杂交瘤抗体的改造。
①改造方法：在基因水平上对抗体进行重组，产生人恒定区和鼠可变区嵌合抗体。
②结果：对人体的不良反应减少。
(2)实例2：对tPA的改造。
①tPA功能：溶解血栓块，医治心肌梗死等疾病。
②改造方法：将tPA分子中的天冬酰胺替换为谷氨酰胺。
③结果：tPA在血液循环中停留时间延长，疗效 更加显著。
3．疾病诊断
(1)方法：蛋白质芯片法。
(2)原理：抗原—抗体的特异性结合。
(3)实例：SARS病毒的检测与诊断。
资料1 将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米细胞，可以提高玉米中的赖氨酸含量；
资料2 更换赖氨酸形成过程中的天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的个别氨基酸，使两种酶的活性提高，也可以提高玉米中的赖氨酸含量。
探讨：资料1、2中的技术分别属于什么工程？
提示：基因工程；蛋白质工程。
探讨：上述两种提高玉米中赖氨酸含量的技术的实质相同吗？为什么？
提示：不相同。蛋白质工程实质是定向改造或生产人类所需蛋白质，基因工程实质是定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品。
探讨：蛋白质工程和基因工程的操作对象以及得到的蛋白质相同吗？分别体现在哪些方面？
提示：(1)操作对象相同都是基因。(2)得到的蛋白质不同：蛋白质工程可以得到自然界没有的新的蛋白质；基因工程得到的是自然界原有的蛋白质。
探讨：基因工程和蛋白质工程是否都遵循中心法则？为什么？
提示：都遵循中心法则。基因工程指导合成天然蛋白质的过程是遵循中心法则的；蛋白质工程操作时，经改造的基因表达所需要的蛋白质仍需遵循中心法则。
1．提高酶的热稳定性
(1)原因
工业化生产中所使用的酶需要具有高度的稳定性和催化活性，特别是对高温的稳定性。一般来说，热稳定性高的酶也具有较强的耐酸、碱和有机溶剂的能力。
(2)方法
①方法一：通过替换酶的几种氨基酸，可以提高酶的热稳定性。
②方法二：在蛋白质分子中引入二硫键也可以显著提高蛋白质的热稳定性。
2．制造速效胰岛素
(1)原因：胰岛素进入血液速度缓慢的主要原因是胰岛素分子会聚合成二聚体或多聚体。
(2)方法：通过基因定点诱变，将胰岛素B链由B28脯氨酸—B29赖氨酸改为B28赖氨酸—B29脯氨酸，获得单体速效胰岛素。
3．鼠—人嵌合抗体的形成
(1)原因：小鼠单克隆抗体的制备比较简单，但这种鼠源性的单克隆抗体会被人的免疫系统排斥，不能直接用于人体。
(2)方法：在基因水平上对抗体进行重组嵌合抗体，就是保留鼠单克隆抗体的可变区，而用人抗体的恒定区替换鼠单克隆抗体的恒定区，这种嵌合抗体的抗原性显著下降，而抗体的特异识别功能没有丧失，可用于临床治疗。
4．制造长效纤维蛋白溶解酶原激活因子
(1)原因：组织纤溶酶原激活物(tPA)专一激活人体内的纤溶系统，保证血液循环的畅通。但tPA进入血浆后大部分与纤溶酶原激活剂抑制物形成复合物，并迅速失去活性。
(2)方法：利用基因定点诱变技术，将纤维蛋白溶解酶原激活因子(tPA)分子中的天冬酰胺替换为谷氨酰胺，使tPA在血液循环中的停留时间大大延长，疗效更加显著。
5．蛋白质工程和基因工程的区别和联系
蛋白质工程
基因工程
操作环境
生物体外
生物体外
操作起点
预期蛋白质的功能
获取目的基因
实质
定向改造和生产人类所需要的蛋白质
定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或产品
操作对象
基因
操作程序
确定蛋白质功能→设计预期蛋白质结构→推测氨基酸序列→找到相应的脱氧核苷酸序列→人工合成或修饰目的基因→合成具有相应生物功能的蛋白质
获取目的基因→构建表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
应用
主要集中在对现有蛋白质进行改造
已被广泛应用，转基因植物的推广与应用已带来巨大的社会效益和经济效益
结果
可生产自然界没有的蛋白质
只能生产自然界已有的蛋白质
2.联系
(1)蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出的第二代基因工程。
(2)基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造。
[特别提醒]
基因工程没有产生新基因，只相当于人工基因重组。
1．某种微生物合成的蛋白酶与人体消化液中的蛋白酶的结构和功能很相似，只是热稳定性较差，进入人体后容易失效。现要将此酶开发成一种片剂，临床治疗人的食物消化不良，其最佳方案是( )
A．对此酶中的少数氨基酸进行替换，以改善其功能
B．将此酶与人蛋白酶进行拼接，形成新的蛋白酶
C．重新设计与创造一种全新的蛋白酶
D．减少此酶在片剂中的含量
【解析】 要想使蛋白酶的热稳定性有所提高，就要改变蛋白质的结构，一般是对蛋白质中的少数氨基酸进行替换。
【答案】 A
2．(2016·吉林长春月考)胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射入人体后，会堆积在皮下，要经过较长时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此治疗效果受到影响。下图是用蛋白质工程设计的速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题。 【导学号：10210028】
(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是__________________________。
(2)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是：根据新的胰岛素的_______________________________________________
推测出其基因中的_______________________________________________，
然后利用______________________来合成新的基因。
(3)新的胰岛素基因与运载体(质粒)结合过程中需要__________________________酶和______________________________酶。
(4)若将含有新的胰岛素基因的表达载体导入植物细胞中，最常用的有效做法是________________________。
(5)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有________________、________________和发酵工程。
【解析】 (1)蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质结构进行分子设计，因此，题图中构建新的胰岛素模型的依据是预期胰岛素的功能。
(2)由新的蛋白质模型到构建新的基因，其基本设计思路是根据新的蛋白质中氨基酸的序列，推测出基因中的脱氧核苷酸序列，然后用DNA合成仪直接合成出新的基因。利用蛋白质工程生产自然界原本不存在的蛋白质，需对原有的胰岛素进行改造，根据新的胰岛素中氨基酸的序列推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，人工合成新的胰岛素基因， 形成目的基因。
(3)合成的目的基因应与载体构建基因表达载体，需要用限制性核酸内切酶和DNA连接酶，然后将基因表达载体导入受体细胞中才能得以表达。
(4)把基因表达载体导入植物细胞的常用方法是农杆菌转化法。
(5)改造好的目的基因需通过基因工程来生产基因产物，并且在生产过程中要借助工程菌，所以还需要进行发酵。因此该过程涉及蛋白质工程、基因工程和发酵工程。
【答案】 (1)蛋白质的预期功能 (2)氨基酸的序列 脱氧核苷酸序列 DNA合成仪 (3)限制性核酸内切 DNA连接 (4)农杆菌转化法 (5)蛋白质工程 基因工程
1．蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是( )
A．氨基酸结构 B．蛋白质空间结构
C．肽链结构 D．基因结构
【解析】 蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础，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。
【答案】 D
2．蛋白质工程的目标是( ) 【导学号：10210029】
A．通过对基因进行诱变，产生新的蛋白质
B．通过基因重组，合成生物体本来没有的蛋白质
C．根据人们对蛋白质功能的特定需求，改造或制造蛋白质
D．生产大量的蛋白质
【解析】 蛋白质工程是指为了满足人类的生产和生活的需要，以蛋白质分子的结构规律和生物功能为基础，通过对基因修饰或合成新的基因，对现有的蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质。
【答案】 C
3．对蛋白质的改造有大改、中改和小改之分，其划分的依据是( )
A．蛋白质分子的复杂程度
B．操作过程的复杂程度
C．蛋白质改造部位的多少
D．蛋白质数目的多少
【解析】 蛋白质的改造有大改、中改、小改，其划分的依据是蛋白质改造部位的多少。
【答案】 C
4．下列不属于蛋白质工程成果的是( )
【导学号：10210030】
A．改造酶的结构，提高酶的热稳定性
B．生产出鼠—人嵌合抗体
C．将tPA分子中的天冬酰胺替换为谷氨酰胺
D．将人的胰岛基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素
【解析】 将人的胰岛基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素属于基因工程的成果。
【答案】 D
5．添加在洗衣粉中的某种酶在低温下活性较低，影响了洗衣粉的洗衣效果。若让你用生物工程的方法改变此酶的特性，首先考虑的是( )
A．基因工程 B．蛋白质工程
C．诱变 D．细胞工程
【解析】 蛋白质工程可通过基因工程这一手段实现对蛋白质的改造目的。
【答案】 B
课堂小结：
网络构建
核心回扣
1. 蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程。
2.任何—种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。
3.只能生产出自然界中已存在的蛋白质种类是基因工程的“缺点”，能够生产出自然界中不存在的蛋白质种类则是蛋白质工程的“优点”。
4.蛋白质工程中不对蛋白质进行直接改造的原因是对基因进行改造比对蛋白质直接改造容易操作，难度小得多。
学业分层测评(四)
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1．下列关于蛋白质工程的说法正确的是( )
A．蛋白质工程无需构建基因的表达载体
B．通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍是天然的蛋白质
C．蛋白质工程是在蛋白质分子水平上改造蛋白质
D．蛋白质工程需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶
【解析】 蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的，最终改造的对象仍是DNA分子。需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶。
【答案】 D
2．(2016·南京高二期末)关于蛋白质工程的说法，正确的是( )
A．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作
B．蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子
C．对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的
D．蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是相同的
【解析】 所谓的蛋白质工程，就是利用基因工程手段，包括基因的定点突变和基因表达对蛋白质进行改造，以期获得性质和功能更加完善的蛋白质分子，能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子。
【答案】 B
3．下列关于基因定点诱变技术的说法，正确的是( )
【导学号：10210031】
A．对任何蛋白质的改造都可以用基因定点诱变技术
B．对于已知空间结构的蛋白质的改造可以采用基因定点诱变技术
C．基因定点诱变技术是蛋白质工程中必须用到的技术
D．采用基因定点诱变技术通常可以改变蛋白质中多种氨基酸
【解析】 基因定点诱变技术是“小改”时所用的一项技术，是有目的地改造蛋白质分子中某活性部位的1个或几个氨基酸残基，是改变蛋白质结构的核心技术之一，主要应用于空间结构已知的蛋白质。对于空间结构未知的蛋白质用非定点诱变技术来进行蛋白质的改造。
【答案】 B
4．合成鼠—人嵌合抗体属于蛋白质分子设计中的( )
A．对已知蛋白质分子结构进行少数氨基酸替换
B．对不同来源的蛋白质进行拼接组装
C．设计制造自然界中全新的蛋白质
D．把两种不同的蛋白质组装成一种蛋白质分子
【解析】 鼠—人嵌合抗体是由鼠抗体中的可变区与人抗体中的恒定区组装拼接而成的，是将两种不同来源的蛋白质分子进行拼接后形成的嵌合抗体。由于形成的融合蛋白质具有两种蛋白质的结构，所以能表现两种蛋白质的特性。
【答案】 B
5．以下有关蛋白质工程的叙述，不正确的是( )
【导学号：10210032】
A．蛋白质工程发展的基础是基因工程
B．蛋白质工程的原理是从预期的蛋白质功能出发最终找到脱氧核苷酸序列的过程
C．T4溶菌酶中引入二硫键提高了它的热稳定性是蛋白质工程应用的体现
D．蛋白质工程只能改造现有的蛋白质而不能制造新的蛋白质
【解析】 蛋白质工程从预期蛋白质的功能出发，通过基因工程实现对基因的改造，通过中心法则实现蛋白质的合成。二硫键引入到蛋白质结构中，提高了蛋白质的热稳定性。蛋白质工程不仅能改造现有的蛋白质也能制造新的蛋白质。
【答案】 D
6．蛋白质工程的研究将对生命科学产生重大影响。下列关于蛋白质工程的叙述，不正确的是( )
A．实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质结构和功能的关系
B．基因工程是蛋白质工程的关键技术
C．蛋白质工程是对蛋白质分子的直接改造
D．蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程
【解析】 蛋白质工程通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造。
【答案】 C
7．基因工程与蛋白质工程的区别是( )
A．基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程不对基因进行操作
B．基因工程合成的是天然存在的蛋白质，蛋白质工程合成的可以是自然界不存在的蛋白质
C．基因工程是分子水平操作，蛋白质工程是细胞水平(或性状水平)操作
D．基因工程完全不同于蛋白质工程
【解析】 蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程。蛋白质工程从分子水平对蛋白质进行改造设计，通过对相应的基因进行修饰加工甚至人工进行基因合成，从而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。而基因工程只是将外源基因导入另一生物体内并使之表达，体现人类所需的性状，或者获取所需的产品。因此，基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。
【答案】 B
8．科学家想提高玉米中赖氨酸的含量，计划将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸，这样就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸分别提高5倍和2倍。下列对蛋白质的改造，操作正确的是( )
A．直接通过分子水平改造蛋白质
B．直接改造相应的mRNA
C．对相应的基因进行操作
D．重新合成新的基因
【解析】 蛋白质功能与其高级结构密切相关，因蛋白质高级结构非常复杂，所以直接对蛋白质进行改造非常困难。而蛋白质是由基因控制合成的，对基因进行操作却容易得多；另外，通过改造基因对蛋白质的修改可以遗传，如对蛋白质直接改造，即使成功也不能遗传。
【答案】 C
9．蛋白质工程的基本操作程序正确的是( )
【导学号：10210033】
①蛋白质分子结构合成 ②DNA合成 ③mRNA合成 ④蛋白质的预期功能 ⑤根据氨基酸的序列推出脱氧核苷酸的序列
A．①→②→③→④→⑤→①
B．⑤→④→③→②→①→②
C．④→①→⑤→②→③→①
D．②→③→⑤→①→②→④
【解析】 蛋白质工程的操作流程为：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。
【答案】 C
10．下图为蛋白质的定点诱变技术的部分过程图解，请据图解回答下列问题：
(1)图中的质粒的本质是__________。
(2)将定点诱变过的质粒引入细胞进行复制后，可得到________种结果，图示的三对碱基的组成分别是______________、________。
(3)图示的这种对遗传物质的改造和人工诱变的区别是_______________________________________________
_______________________________________________。
(4)通过图示技术实现对蛋白质的改造属于__________。
【解析】 基因定点诱变技术是实现蛋白质工程“小改”的操作技术，与人工诱变和自然突变相比，是一种定向的基因改造，而一般的基因突变是不定向的。
【答案】 (1)DNA
(2)两
(3)人工诱变是遗传物质不定向的变异，而图示的这种对遗传物质的改造是对遗传物质的定向改变
(4)小改
[能力提升]
11．(2013·广东高考)从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是( )
A．合成编码目的肽的DNA片段
B．构建含目的肽DNA片段的表达载体
C．依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽
D．筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽
【解析】 紧扣蛋白质工程的流程(基本途径)进行分析。由题可知，多肽P1为抗菌性和溶血性均较强的多肽，要设计出抗菌性强但溶血性弱的多肽，即在P1的基础上设计出自然界原本不存在的蛋白质，用蛋白质工程技术可以实现。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。故要想在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是依据P1的氨基酸序列设计出多条模拟肽，然后进行改造，从而确定抗菌性强但溶血性弱的多肽的氨基酸序列。
【答案】 C
12．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。如图表示蛋白质工程流程，图中A、B在遗传学上依次表示( )
【导学号：10210034】
A．转录和翻译 B．翻译和转录
C．复制和转录 D．传递和表达
【解析】 蛋白质工程需要从根本上设计基因，首先预期蛋白质功能，后预测蛋白质结构，后推断控制新蛋白质合成的基因的碱基序列，后进行人工合成DNA。合成后的DNA通过转录得到mRNA，经过翻译得到多肽链。
【答案】 A
13．猪的胰岛素用于降低人体血糖浓度效果不明显，原因是猪胰岛素分子中有一个氨基酸与人的不同。为了使猪胰岛素用于临床治疗糖尿病，用蛋白质工程对蛋白质分子设计的最佳方案是( )
A．对猪胰岛素进行一个不同氨基酸的替换
B．将猪胰岛素和人胰岛素进行拼接组成新的胰岛素
C．将猪和人的胰岛素混合在一起治疗糖尿病
D．根据人的胰岛素设计制造一种全新的胰岛素
【解析】 由于猪胰岛素分子中只有一个氨基酸与人胰岛素不同，所以蛋白质工程中蛋白质的分子设计，只需替换这一个不同的氨基酸即可。虽然根据人胰岛素分子的结构设计一种全新的胰岛素也可以用于临床治疗，但分子设计和胰岛素的生产方面都存在很多困难，所以不是最佳方案。
【答案】 A
14．科学家对鼠源杂交瘤抗体进行改造，生产出效果更好的鼠—人嵌合抗体，用于癌症治疗。如图表示形成鼠—人嵌合抗体的过程，据图回答下列问题：
(1)改造鼠源杂交瘤抗体，生产鼠—人嵌合抗体，属于________________(生物工程)的范畴。
(2)图示过程是根据预期的__________，设计__________________，最终必须对__________进行操作，此操作中改变的是______________________。
(3)经过改造的鼠—人嵌合抗体，与鼠源杂交瘤抗体相比较，突出的优点是_______________________________________________
(从免疫角度考虑)。
(4)上述过程中对科学家来说难度最大的是_______________________________________________
_______________________________________________。
【解析】 (1)通过图示可知鼠—人嵌合抗体是通过人工设计而形成的特定功能蛋白质，其生产过程应属于蛋白质工程的范畴。
(2)蛋白质工程的流程：预期蛋白质的功能→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)→通过基因工程操作生产预期的蛋白质。
(3)从免疫的角度考虑，对人体来说鼠源抗体为抗原，若利用人的抗体与之嵌合，则排斥作用会减轻，对人体的副作用会减少。
(4)由于蛋白质空间结构比较复杂，不易确定，所以成为蛋白质工程中最大的障碍。
【答案】 (1)蛋白质工程
(2)嵌合体功能 嵌合体的结构 基因 碱基对
(3)对人体的不良反应减少
(4)设计嵌合体的空间结构
15．如图是某种动物蛋白质工程的示意图，请分析回答：
(1)目前蛋白质工程中难度最大的是图中编号________所示的过程，实现③过程的依据有_______________________________________________
_______________________________________________
_______________________________________________。
(2)若相关蛋白质的核酸片段是从细胞质获取的，则④过程需要________酶。
(3)⑤过程中对核苷酸序列有严格要求的工具酶是________，进行⑤过程的目的是_______________________________________________
_______________________________________________。
【解析】 蛋白质工程中，根据预测蛋白质的功能预期蛋白质的结构是首要任务，也是难度较大的任务。过程③的依据RNA上密码子决定氨基酸种类和排列顺序，根据蛋白质应有的氨基酸序列推断mRNA上密码子的排列顺序，根据逆转录原理推断DNA的碱基排列顺序。过程④为逆转录法合成目的基因，该过程需要诱导基因发生突变。
【答案】 (1)① 氨基酸对应的密码子、mRNA与DNA的模板链间的碱基互补配对原则 (2)逆转录 (3)限制酶 使目的基因在受体细胞中稳定存在并遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用
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