第3章第4节 蛋白质工程的原理和应用-【举一反三】2024-2025学年高二生物下学期同步教学讲义（人教版2019选择性必修3）

第4节　蛋白质工程的原理和应用 【题型1 蛋白质工程的基本原理】 【题型2 蛋白质工程的应用】 【题型1 蛋白质工程的基本原理】 【紧扣教材】 蛋白质工程的基本原理 1.目标:根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质的结构进行设计改造。 2.基本思路: 【题型突破】 【例1】 下列关于“大改”“中改”“小改”的说法中，不正确的是（    ） A．“大改”是指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 B．“中改”是指在蛋白质分子中替代某一个肽段或一个特定的结构域 C．“小改”是指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 D．“大改”是指根据氨基酸的性质和特点，人工合成出自然界中已存在的蛋白质 【变式1-1】 科学家利用蛋白质工程研制赖脯胰岛素，与天然胰岛素相比，赖脯胰岛素经皮下注射后易吸收、起效快。图示为利用大肠杆菌制备工程菌获取赖脯胰岛素的操作过程，以下叙述错误的是（　　） A．该技术属于第二代基因工程，需对基因进行改造或合成 B．该技术能改造现有的蛋白质，也能制造一种新的蛋白质 C．图中①②过程可同时发生 D．基因表达过程中，物质a若发生变化，物质b一定改变 【变式1-2】 同一生物对决定相同氨基酸的不同密码子的使用频率有较大差异。密码子的优化是指利用基因工程技术，将使用频率较低的密码子替换。优化后的目的基因和优化前相比，下列说法正确的是（    ） A．DNA分子中可能会出现尿嘧啶 B．转录形成的mRNA序列不变 C．翻译合成的蛋白质种类改变 D．翻译合成蛋白质的效率提高 【变式1-3】 天然胰岛素易形成二聚体，使得其疗效被延缓。科研人员通过蛋白质工程使胰岛素第28位的脯氨酸替换为天冬氨酸，从而抑制了胰岛素的聚合，由此研发出的速效胰岛素类似物产品已经在临床上广泛应用，以下叙述错误的是（　　） A．改造胰岛素的过程实际是改造胰岛素基因的过程 B．若要改变蛋白质的功能，可通过改进蛋白质的氨基酸序列实现 C．可将定点突变技术获得的新的胰岛素基因直接导入大肠杆菌用于发酵生产 D．在通过蛋白质工程对胰岛素改造的过程中，对蛋白质分子结构的了解是非常关键的 【变式1-4】 蛋白质工程被用于改进酶的性能或开发新的工业用酶时，常用两种策略：合理设计，需了解蛋白质的结构及控制性状的基因序列，过程如下图；定向进化，在试管中模拟自然进化，利用人工诱变技术诱发大量突变，按照特定的需要给予选择压力，选择具有所需特征的蛋白质。下列叙述错误的是（    ）    A．对某种蛋白质进行合理设计可能得到多种基因序列 B．⑤过程的完成依赖于基因的改造或基因的合成 C．定向进化也需要事先了解蛋白质的空间结构情况 D．定向进化策略与自然选择实质基本相同，但速度不同 【题型2 蛋白质工程的应用】 【紧扣教材】 蛋白质工程的应用 1.医药工业方面: (1)速效胰岛素类似物:改变氨基酸序列,抑制胰岛素的聚合。 (2)干扰素:一个半胱氨酸替换为丝氨酸,延长保存时间。 (3)单克隆抗体:将小鼠抗体上结合抗原的区域“嫁接”到人的抗体上,降低诱发免疫反应的强度。 2.其他工业方面:广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶。如枯草杆菌蛋白酶。 3.农业方面: (1)改造某些参与调控光合作用的酶,提高植物光合作用的效率。 (2)改造微生物蛋白质的结构,增强防治病虫害的效果。 【题型突破】 【例2】 多聚磷酸激酶PPK2可以利用多聚磷酸盐（PolyP，图1）为磷酸基团供体，实现AMP、ADP、ATP、PolyP之间磷酸基团的高效定向转移（图2）。PPK2酶偏好长链的聚磷酸盐，短链聚磷酸盐分子会阻断PPK2酶上的ADP结合位点SMc02148，科研人员通过在PPK2酶上构建一个替代的ADP结合位点SMc02148-KET来提高PPK2酶对短链聚磷酸盐的利用率。下列叙述正确的是（    ）    A．ATP、ADP、AMP均是驱动细胞生命活动的直接能源物质 B．PPK2酶可以催化AMP和ADP，说明PPK2酶不具有专一性 C．PPK2酶催化的反应存在反馈调节 D．构建ADP结合位点SMc02148-KET可通过直接改变氨基酸序列实现 【变式2-1】 蛋白质工程为改造蛋白质的结构和功能提供了新的途径。有关蛋白质工程的叙述，错误的是（    ） A．蛋白质工程实施的前提是获取基因与目标蛋白质的结构数据 B．蛋白质工程的实施需要限制酶、DNA连接酶及载体等工具 C．蛋白质工程通过改变氨基酸的空间结构而制造出新的蛋白质 D．蛋白质工程的崛起将推动食品、医疗工业等领域的迅速发展 【变式2-2】 白细胞介素-2（IL-2）是一种细胞因子，含有3个半胱氨酸，分别位于58、105、125位，现用大肠杆菌生产IL-2，为保证产物活性，将其基因中编码125位半胱氨酸的序列突变为丝氨酸序列。下列叙述错误的是（    ） A．突变的IL-2基因的序列发生了碱基对的增添 B．完成氨基酸的替换需要通过改造基因实现 C．蛋白质工程的操作流程与中心法则的流动方向相反，即：蛋白质→mRNA→DNA D．该技术可通过基因修饰或合成构建出了一种自然界中原先不存在的全新的基因 【变式2-3】 干扰素是动物细胞受到病毒侵染后产生的一种糖蛋白，可用于对抗病毒的感染和癌症，但体外保存相当困难。下图是利用蛋白质工程设计生产干扰素的流程图，错误的是（    ） A．图中构建新的干扰素模型的主要依据是蛋白质的预期功能 B．图中新的干扰素基因必须插入质粒上的起始密码子和终止密码子之间才能表达 C．图中改造干扰素结构的实质是改造干扰素基因的结构 D．图中各项技术环节中，有些需要通过基因工程实现 【变式2-4】 胰岛素在高浓度时以二聚体的形式存在，若将其B链第28位的脯氨酸改为赖氨酸，第29位的赖氨酸改为脯氨酸，通过对胰岛素结构的这种“小改”可以获得单体速效胰岛素。用蛋白质工程设计速效胰岛素的过程如图所示。下列叙述错误的是（　　）   A．蛋白质工程可生产出自然界从来没有过的蛋白质 B．构建新的胰岛素模型的主要依据是胰岛素的预期功能 C．可通过改变基因的局部碱基序列对胰岛素结构进行“小改” D．新的胰岛素基因直接导入大肠杆菌中即能表达出速效胰岛素 一、单选题 1．绿色荧光蛋白之所以发出绿色荧光，是因为该蛋白中有“丝氨酸-酪氨酸-甘氨酸”构成的绿色发光基团。以下分析不合理的是（　　） A．荧光蛋白的荧光特性与氨基酸序列有关 B．荧光蛋白可作为标记信号，用于癌细胞转移的研究 C．高温能破坏荧光蛋白的空间结构，使其失去发光特性 D．蛋白质工程可直接对荧光蛋白进行改造，以满足人类需求 2．下列有关基因工程的叙述中，错误的是（　　） A．DNA连接酶可以将黏性末端的碱基对连接起来 B．蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供资料 C．基因工程为治疗人类遗传病提供了新的思路 D．基因探针是指用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子 3．萤火虫的荧光素酶能催化 ATP激活的荧光素氧化发光，这一现象在生物检测和成像方面有重要的应用价值。为了解决天然荧光素酶不能高效催化人工合成的荧光素 DTZ发光的问题，研究人员采用蛋白质工程对它进行了改造。下列关于蛋白质工程改造天然荧光素酶的叙述，错误的是（    ） A．蛋白质工程对现有蛋白质的改造要通过改造或合成基因来实现 B．改造天然荧光素酶所用的基因表达载体不需要启动子和终止子 C．可用PCR 方法检测改造后的荧光素酶基因是否转录出了相应的mRNA D．改造后的荧光素酶在一定条件下催化 DTZ 发光是将化学能转化为光能 4．利用蛋白质工程，将干扰素的两个半胱氨酸改为丝氨酸，可以使其保存半年，而活性不受影响。下列关于蛋白质工程的叙述，正确的是（    ） A．蛋白质工程的操作流程与中心法则的方向相同 B．蛋白质工程需要改造或合成蛋白质的编码基因 C．对干扰索的改造无须考虑其空间结构 D．蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列 5．天然荧光素酶不能高效催化人工合成的荧光素（DTZ）发光，研究人员欲采用蛋白质工程解决该问题。下列推测合理的是（    ） A．需要改变天然荧光素酶分子的所有氨基酸序列 B．改造天然荧光素酶的过程应遵循中心法则原理 C．改造天然荧光素酶的过程无需对基因进行操作 D．改造后的荧光素酶能为DTZ发光过程提供能量 6．天然蛋白t-PA 是心梗和脑血栓的急救药，研究证实将t-PA 第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，能显著降低其诱发出血的副作用。下图为采取基因工程方法表达t-PA 改良基因，制造改良t-PA 蛋白的过程。下列叙述正确的是（    ） A．构建重组质粒时需要选用限制酶Xma I和Nhe I 切割质粒pCLY11 B．以上技术制造出性能优异的改良t-PA 过程被称为蛋白质工程 C．DNA 连接酶可以将t-PA 改良基因与质粒间的磷酸和核糖连接起来 D．导入重组质粒的受体细胞在含新霉素的培养基上能存活，且呈蓝色 7．枯草杆菌蛋白酶能催化蛋白质水解为氨基酸，在有机溶剂中也能催化多肽的合成，被广泛应用于洗涤剂、制革及丝绸工业。通过将枯草杆菌蛋白酶分子表面的Asp（99）和Glu（156）改成Lys，使其在pH=6时的活力提高了10倍。下列说法正确的是（　　） A．需要通过改造基因以实现对蛋白质中氨基酸的替换 B．该成果体现了蛋白质工程在培育新物种方面具有优势 C．改造后的枯草杆菌蛋白酶活性提高这一性状不可遗传 D．蛋白质工程的最终目的是获取编码蛋白质的基因序列 8．Bt 抗虫蛋白的第5号螺旋可在害虫肠上皮细胞膜上形成孔道结构，位于该螺旋疏水部分的第168位组氨酸是维持孔道结构稳定的关键。该孔道结构越稳定，Bt抗虫蛋白对害虫的毒性越大。研究人员拟对该蛋白进行改造以提高其抗虫效果，相关叙述正确的是（　　）    A．蛋白质工程的实质是在氨基酸分子水平进行设计和改造蛋白质 B．改造 Bt 抗虫蛋白应首先从设计Bt 抗虫基因中的脱氧核苷酸序列出发 C．将第168位组氨酸替换成亲水性更强的氨基酸可增强Bt抗虫蛋白的抗虫效果 D．蛋白质工程难度很大，主要是因为需要设计改造的蛋白质有复杂的高级结构 9．β—防御素是由H基因编码的抗菌肽，可构建重组毕赤酵母并通过其发酵作用实现量产。但重组毕赤酵母合成的β—防御素与人β—防御素的结构存在差异，因此β—防御素具有潜在的抗原性，如果用作防腐剂添加到食品中可能会引起人体发生过敏反应。蛋白质工程可改造β—防御素，减轻其引起的过敏反应。下列有关叙述正确的是（    ） A．为减轻过敏反应，可改造H基因以去掉β—防御素中抗原性较强的部分 B．将改造后的H基因加上启动子再导入毕赤酵母，就可以使其完成表达 C．通过蛋白质工程获得的新型β—防御素与天然β—防御素属于同一种蛋白质 D．依据改造的β—防御素氨基酸序列可推测新β—防御素基因的核糖核苷酸序列 10．T4溶菌酶是一种重要的工业用酶，但在温度较高时易失去活性，科学家研究发现，若将其第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸，可在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成一个二硫键，提高T4溶菌酶的耐热性。下列相关叙述错误的是（    ） A．T4溶菌酶是否耐热取决于蛋白质的空间结构 B．提高T4溶菌酶耐热性的过程属于蛋白质工程的范畴 C．引起T4溶菌酶空间结构发生改变的根本原因是氨基酸序列的变化 D．替换T4溶菌酶第3位氨基酸的操作中，直接操作对象是T4溶菌酶基因 二、多选题 11．萤火虫的荧光素酶能催化ATP激活的荧光素氧化发光，这一现象在生物检测和成像方面有重要的应用价值。为了解决天然荧光素酶不能高效催化人工合成的荧光素DTZ发光的问题，研究人员采用蛋白质工程（又称为第二代基因工程）对它进行了改造。下列关于蛋白质工程改造天然荧光素酶的叙述，正确的是（    ） A．通过化学诱变剂可定向改造天然荧光素酶的基因序列 B．改造天然荧光素酶所用的基因表达载体不需要启动子和终止子 C．PCR技术可用于检测染色体DNA上是否插入荧光素酶基因 D．改造后的荧光素酶在一定条件下催化DTZ发光是将化学能转化为光能 12．一种天然蛋白 t-PA 能高效降解因血浆纤维蛋白凝聚而成的血栓，是心梗和脑血栓的急救药，但是心梗患者注射大剂量的t-PA会诱发颅内出血。研究证实，将t-PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，能显著降低其诱发出血的副作用。据此，先对天然t-PA基因的碱基序列进行改造，然后再采取传统的基因工程方法表达该改造后的基因，可制造出性能优异的改良 t-PA蛋白。下列说法不正确的是（    ）    A．以上技术制造出性能优异的改良 t-PA 过程被称为蛋白质工程 B．构建重组质粒时需要选用限制酶 Xma I 和 Nhe I 切割质粒 pCLY11 C．可使用T4 DNA 连接酶将t-PA 改良基因与质粒pCLY11连接 D．成功导入重组质粒的受体细胞在含有新霉素的培养基上能存活，且呈现蓝色 13．FⅧ基因主要在肝脏中表达，控制合成凝血因子（FⅧ）。若使FⅧ第309位的丙氨酸替换为丝氨酸，可增加FⅧ的分泌。A型血友病是由于FⅧ基因突变导致FⅧ含量降低或功能异常的疾病。下列叙述正确的是（    ） A．上述得到高分泌量的FⅧ的操作过程属于蛋白质工程 B．构建基因表达载体时应将编辑后的FⅧ基因连接于肝脏细胞特异性启动子下游 C．腺病毒为载体将编辑后的FⅧ基因插入肝细胞核基因组可对A型血友病患者进行治疗 D．为了检测编辑后的FⅧ基因是否成功表达，不能从血液中提取蛋白质进行抗原抗体杂交 14．蛋白质工程是在深入了解蛋白质分子的结构与功能关系的基础上进行的，蛋白质工程的操作过程如图所示。下列说法正确的是（    ） A．图中a、b过程分别是转录、翻译 B．蛋白质工程需要从预期的蛋白质功能出发 C．通过蛋白质工程可能构建出一种全新的基因 D．蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列 15．腈水合酶（）是一类可以催化腈类物质转化成相应酰胺类物质的酶，能作为催化剂应用于有机物合成的工艺，但其不耐高温。在的α和β亚基之间加入一段连接肽，可获得热稳定的融合型腈水合酶（）。下列叙述正确的是（    ） A．腈水合酶为反应提供能量以降低反应所需的活化能 B．连接肽的加入可通过改造的基因来实现 C．插入连接肽后，发生了不可逆的蛋白质变性，从而失去活性 D．若要检测的热稳定性，则可在高温下检测其催化效率 三、非选择题 16．大多数天然β-淀粉酶耐热性差，不利于工业化应用。我国学者借助PCR改造β-淀粉酶基因，并将改造的基因与pLN23质粒重组后导入大肠杆菌，最终获得耐高温的β-淀粉酶。回答下列问题： (1)通过蛋白质工程改造天然β-淀粉酶的思路中，首先要考虑的是 这一特性。 (2)PCR扩增目的基因依据的原理是 ，每次循环包括 、复性和 三个步骤。 (3)某天然β-淀粉酶由484个氨基酸构成。研究发现，将该酶第476位天冬氨酸替换为天冬酰胺后，其耐热性明显提升。在图1所示的β-淀粉酶基因改造方案中，含已替换碱基的引物是 （填字母）。引物的作用是 。 (4)为了使上述改造后的基因能在大肠杆菌中高效表达，由图2所示的pLN23质粒构建得到基因表达载体。除图示信息外，基因表达载体中还应该有β-淀粉酶基因、 。 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第4节　蛋白质工程的原理和应用 【题型1 蛋白质工程的基本原理】 【题型2 蛋白质工程的应用】 【题型1 蛋白质工程的基本原理】 【紧扣教材】 蛋白质工程的基本原理 1.目标:根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质的结构进行设计改造。 2.基本思路: 【题型突破】 【例1】 下列关于“大改”“中改”“小改”的说法中，不正确的是（    ） A．“大改”是指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 B．“中改”是指在蛋白质分子中替代某一个肽段或一个特定的结构域 C．“小改”是指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 D．“大改”是指根据氨基酸的性质和特点，人工合成出自然界中已存在的蛋白质 【答案】D 【分析】蛋白质工程是在原有蛋白质的基础上，根据人们的需求对蛋白质分子作出的定向的改造。 【详解】AD、大改”是指可以根据氨基酸的性质和特点，设计并制造出自然界并不存在的全新蛋白质，A正确、D错误； B、蛋白质工程是在原有蛋白质的基础上，根据人们的需求对蛋白质分子作出的定向的改造，如在蛋白质分子中替代某一个肽段或一个特定的结构区域，即为“中改”，B正确； C、“小改”是指可以通过基因工程中定点诱变技术，有目的地改造蛋白质分子中某些活性部位的一个或几个氨基酸，以改善蛋白质的性质和功能，C正确。 故选D。 【变式1-1】 科学家利用蛋白质工程研制赖脯胰岛素，与天然胰岛素相比，赖脯胰岛素经皮下注射后易吸收、起效快。图示为利用大肠杆菌制备工程菌获取赖脯胰岛素的操作过程，以下叙述错误的是（　　） A．该技术属于第二代基因工程，需对基因进行改造或合成 B．该技术能改造现有的蛋白质，也能制造一种新的蛋白质 C．图中①②过程可同时发生 D．基因表达过程中，物质a若发生变化，物质b一定改变 【答案】D 【分析】蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质。 【详解】A、该技术是蛋白质工程，是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程，操作对象也是DNA，需对基因进行改造或合成，A正确； B、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，以满足人类的生产和生活的需，B正确； C、图中①为转录，②为翻译，大肠杆菌是原核生物，没有核膜，转录和翻译可同时进行，C正确； D、物质a为mRNA，mRNA序列改变，由于密码子的简并性，最终编码的氨基酸序列可能不变，D错误。 故选D。 【变式1-2】 同一生物对决定相同氨基酸的不同密码子的使用频率有较大差异。密码子的优化是指利用基因工程技术，将使用频率较低的密码子替换。优化后的目的基因和优化前相比，下列说法正确的是（    ） A．DNA分子中可能会出现尿嘧啶 B．转录形成的mRNA序列不变 C．翻译合成的蛋白质种类改变 D．翻译合成蛋白质的效率提高 【答案】D 【分析】基因表达包括转录和翻译两个过程，其中转录是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程，该过程主要在细胞核中进行，需要RNA聚合酶参与；翻译是以mRNA为模板合成蛋白质的过程，该过程发生在核糖体上，需要以氨基酸为原料，还需要酶、能量和tRNA。 【详解】A、通过基因改造，将使用频率较低的密码子替换，即改变了mRNA中的密码子种类，相关DNA的碱基对序列发生改变，但不会出现尿嘧啶，A错误； B、转录是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程，由于DNA中碱基对序列发生改变，则转录形成的mRNA序列发生了改变，B错误； C、通过基因改造，将使用频率较低的密码子替换，不改变编码情况，相关蛋白质的氨基酸序列不变，C错误； D、密码子可编码氨基酸，该技术中将使用频率较低的密码子替换，翻译形成蛋白质的效率提高，D正确。 故选D。 【变式1-3】 天然胰岛素易形成二聚体，使得其疗效被延缓。科研人员通过蛋白质工程使胰岛素第28位的脯氨酸替换为天冬氨酸，从而抑制了胰岛素的聚合，由此研发出的速效胰岛素类似物产品已经在临床上广泛应用，以下叙述错误的是（　　） A．改造胰岛素的过程实际是改造胰岛素基因的过程 B．若要改变蛋白质的功能，可通过改进蛋白质的氨基酸序列实现 C．可将定点突变技术获得的新的胰岛素基因直接导入大肠杆菌用于发酵生产 D．在通过蛋白质工程对胰岛素改造的过程中，对蛋白质分子结构的了解是非常关键的 【答案】C 【分析】蛋白质工程概念及基本原理 （1）蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其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，以满足人类的生产和生活的需求。（基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质）。 （2）蛋白质工程崛起的缘由：基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质。 （3）蛋白质工程的基本原理：它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构，又称为第二代的基因工程。 （4）基本途径：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因），最终还是回到基因工程上来解决蛋白质的合成。 【详解】A、蛋白质工程最终还是回到基因工程上来解决蛋白质的合成，即改造胰岛素的过程实际是改造胰岛素基因的过程，A正确； B、蛋白质结构多样性的直接原因构成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序和肽链的空间结构千差万别，结构决定功能，因此若要改变蛋白质的功能，可通过改进蛋白质的氨基酸序列实现，B正确； C、将改造后获得的速效胰岛素基因直接导入大肠杆菌，没有进行基因表达载体的构建，目的基因在受体细胞中可能无法复制、表达，C错误； D、蛋白质工程的基本途径是预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因），因此在通过蛋白质工程对胰岛素改造的过程中，对蛋白质分子结构的了解是非常关键的，D正确。 故选C。 【变式1-4】 蛋白质工程被用于改进酶的性能或开发新的工业用酶时，常用两种策略：合理设计，需了解蛋白质的结构及控制性状的基因序列，过程如下图；定向进化，在试管中模拟自然进化，利用人工诱变技术诱发大量突变，按照特定的需要给予选择压力，选择具有所需特征的蛋白质。下列叙述错误的是（    ）    A．对某种蛋白质进行合理设计可能得到多种基因序列 B．⑤过程的完成依赖于基因的改造或基因的合成 C．定向进化也需要事先了解蛋白质的空间结构情况 D．定向进化策略与自然选择实质基本相同，但速度不同 【答案】C 【分析】1、根据以上分析可知，图中①为转录过程，②为翻译过程，③表示蛋白质的折叠，④为分子设计，⑤表示DNA合成。 【详解】A、由于密码子的简并性，某种蛋白质所对应的基因序列也可能并不是唯一的，即对应的基因序列不一定已知，所以对某种蛋白质进行合理设计可能得到多种基因序列，A正确； B、根据图示分析可知，图中①为转录过程，②为翻译过程，③表示蛋白质的折叠，④为分子设计，⑤表示DNA合成。⑤过程的完成依赖于基因的改造或基因的合成，B正确； C、根据题干信息可知，定向进化，在试管中模拟自然进化，利用人工诱变技术诱发大量突变，按照特定的需要给予选择压力，选择具有所需特征的蛋白质，所以不需要事先了解蛋白质的空间结构情况，C错误； D、由以上分析可知，定向进化策略仍为遗传变异和选择的综合作用，与自然选择实质基本相同，但是定向进化策略建立在对原始蛋白质的结构及功能的了解基础上，需对其对应的基因再进行修饰或合成，是个缓慢的过程，因此定向进化策略与自然选择的速度不同，D正确。 故选C。 【题型2 蛋白质工程的应用】 【紧扣教材】 蛋白质工程的应用 1.医药工业方面: (1)速效胰岛素类似物:改变氨基酸序列,抑制胰岛素的聚合。 (2)干扰素:一个半胱氨酸替换为丝氨酸,延长保存时间。 (3)单克隆抗体:将小鼠抗体上结合抗原的区域“嫁接”到人的抗体上,降低诱发免疫反应的强度。 2.其他工业方面:广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶。如枯草杆菌蛋白酶。 3.农业方面: (1)改造某些参与调控光合作用的酶,提高植物光合作用的效率。 (2)改造微生物蛋白质的结构,增强防治病虫害的效果。 【题型突破】 【例2】 多聚磷酸激酶PPK2可以利用多聚磷酸盐（PolyP，图1）为磷酸基团供体，实现AMP、ADP、ATP、PolyP之间磷酸基团的高效定向转移（图2）。PPK2酶偏好长链的聚磷酸盐，短链聚磷酸盐分子会阻断PPK2酶上的ADP结合位点SMc02148，科研人员通过在PPK2酶上构建一个替代的ADP结合位点SMc02148-KET来提高PPK2酶对短链聚磷酸盐的利用率。下列叙述正确的是（    ）    A．ATP、ADP、AMP均是驱动细胞生命活动的直接能源物质 B．PPK2酶可以催化AMP和ADP，说明PPK2酶不具有专一性 C．PPK2酶催化的反应存在反馈调节 D．构建ADP结合位点SMc02148-KET可通过直接改变氨基酸序列实现 【答案】C 【分析】酶：（1）酶活性：酶的活性受温度、pH、激活剂或抑制剂等因素的影响。（2）活化能：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。（3）作用机理：催化剂是降低反应的活化能。与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著。（4）酶的本质：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数是蛋白质，少数是RNA。（5）酶的特性：高效性、专一性、作用条件较温和（高温、过酸、过碱，都会使酶的结构遭到破坏，使酶永久失活；在低温下，酶的活性降低，但不会失活）。 【详解】A、ATP是生命活动的直接能源物质，ADP和AMP不是，A错误； B、PPK2酶专一催化磷酸基团的定向转移，符合“催化一种或一类反应”的专一性定义，B错误； C、由题干“短链聚磷酸盐分子会阻断PPK2酶上的ADP结合位点SMc02148”，推导出产物可以抑制PPK2酶的活性，为负反馈调节，C正确； D、构建替代的ADP结合位点应通过蛋白质工程实现，需要直接改变基因中的核苷酸序列实现，D错误。 故选C。 【变式2-1】 蛋白质工程为改造蛋白质的结构和功能提供了新的途径。有关蛋白质工程的叙述，错误的是（    ） A．蛋白质工程实施的前提是获取基因与目标蛋白质的结构数据 B．蛋白质工程的实施需要限制酶、DNA连接酶及载体等工具 C．蛋白质工程通过改变氨基酸的空间结构而制造出新的蛋白质 D．蛋白质工程的崛起将推动食品、医疗工业等领域的迅速发展 【答案】C 【分析】蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。由于基因决定蛋白质，因此要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造或合成基因来完成。 【详解】A、蛋白质工程指的是通过改变相关基因进而改变蛋白质，因此蛋白质工程实施的前提是获取基因与目标蛋白质的结构数据，A正确； B、蛋白质工程的实施需要获取目的基因，改造目的基因，并表达目的基因，因此需要限制酶、DNA连接酶及载体等工具，B正确； C、蛋白质工程通过改变氨基酸的种类、数量、排列顺序以及蛋白质的空间结构而制造出新的蛋白质，C错误； D、蛋白质工程可以改造蛋白质的结构和功能，因此蛋白质工程的崛起将推动食品、医疗工业等领域的迅速发展，D正确。 故选C。 【变式2-2】 白细胞介素-2（IL-2）是一种细胞因子，含有3个半胱氨酸，分别位于58、105、125位，现用大肠杆菌生产IL-2，为保证产物活性，将其基因中编码125位半胱氨酸的序列突变为丝氨酸序列。下列叙述错误的是（    ） A．突变的IL-2基因的序列发生了碱基对的增添 B．完成氨基酸的替换需要通过改造基因实现 C．蛋白质工程的操作流程与中心法则的流动方向相反，即：蛋白质→mRNA→DNA D．该技术可通过基因修饰或合成构建出了一种自然界中原先不存在的全新的基因 【答案】A 【分析】蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其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，以满足人类的生产和生活的需求。 【详解】A、由题意可知，为保证产物活性，将IL-2基因中编码125位半胱氨酸的序列突变为丝氨酸序列，只是一个氨基酸发生了改变，应该是发生了碱基对的替换，而不是碱基对的增添，A错误； B、氨基酸的排列顺序是由基因决定的，因此完成氨基酸的替换需要通过改造基因实现，B正确； C、蛋白质工程基本途径：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→推测mRNA序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因），即蛋白质工程的操作流程与中心法则的流动方向相反，即：蛋白质→mRNA→DNA，C正确； D、该技术为蛋白质工程，可通过基因修饰或合成构建出了一种自然界中原先不存在的全新的基因，D正确。 故选A。 【变式2-3】 干扰素是动物细胞受到病毒侵染后产生的一种糖蛋白，可用于对抗病毒的感染和癌症，但体外保存相当困难。下图是利用蛋白质工程设计生产干扰素的流程图，错误的是（    ） A．图中构建新的干扰素模型的主要依据是蛋白质的预期功能 B．图中新的干扰素基因必须插入质粒上的起始密码子和终止密码子之间才能表达 C．图中改造干扰素结构的实质是改造干扰素基因的结构 D．图中各项技术环节中，有些需要通过基因工程实现 【答案】B 【分析】蛋白质工程是将控制蛋白质的基因进行修饰改造或合成新的基因，然后运用基因工程合成新的蛋白质。蛋白质工程的过程：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因）。蛋白质工程得到的蛋白质一般不是天然存在的蛋白质。 【详解】A、由题干可知，题图是利用蛋白质工程设计生产干扰素的流程图，而蛋白质工程的主要依据是蛋白质的预期功能，因此图中构建新的干扰素模型的主要依据是蛋白质的预期功能，A正确； B、启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点，从而驱动转录，而终止子提供转录终止的信号，因此图中新的干扰素基因必须插入质粒上的启动子和终止子之间才能表达，B错误； C、蛋白质工程的实质是对基因进行操作，操作简单，且能遗传给后代，即图中改造干扰素结构的实质是改造干扰素基因的结构，C正确； D、合成新的干扰素基因后，要构建基因表达载体在受体细胞中表达，这属于基因工程技术，D正确。 故选B。 【变式2-4】 胰岛素在高浓度时以二聚体的形式存在，若将其B链第28位的脯氨酸改为赖氨酸，第29位的赖氨酸改为脯氨酸，通过对胰岛素结构的这种“小改”可以获得单体速效胰岛素。用蛋白质工程设计速效胰岛素的过程如图所示。下列叙述错误的是（　　）   A．蛋白质工程可生产出自然界从来没有过的蛋白质 B．构建新的胰岛素模型的主要依据是胰岛素的预期功能 C．可通过改变基因的局部碱基序列对胰岛素结构进行“小改” D．新的胰岛素基因直接导入大肠杆菌中即能表达出速效胰岛素 【答案】D 【分析】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作为基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。 【详解】A、蛋白质工程是将控制蛋白质的基因进行修饰改造或合成新的基因，然后运用基因工程合成新的蛋白质，这些蛋白质是自然界从来没有过的蛋白质，A正确； B、构建新的胰岛素模型的思路：从预期的胰岛素功能出发→设计预期的胰岛素结构→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→获得预期的胰岛素，B正确； C、依题意，若将胰岛素B链第28位的脯氨酸改为赖氨酸，第29位的赖氨酸改为脯氨酸，可以获得单体速效胰岛素。据此可推断，可通过改变相应的基因的局部碱基序列对胰岛素结构进行“小改”，C正确； D、新的胰岛素基因与载体构建成基因表达载体，再导入大肠杆菌中表达，D错误。 故选D。 一、单选题 1．绿色荧光蛋白之所以发出绿色荧光，是因为该蛋白中有“丝氨酸-酪氨酸-甘氨酸”构成的绿色发光基团。以下分析不合理的是（　　） A．荧光蛋白的荧光特性与氨基酸序列有关 B．荧光蛋白可作为标记信号，用于癌细胞转移的研究 C．高温能破坏荧光蛋白的空间结构，使其失去发光特性 D．蛋白质工程可直接对荧光蛋白进行改造，以满足人类需求 【答案】D 【分析】蛋白质的基本单位是氨基酸，蛋白质的结构多样性取决于氨基酸种类、数量、排列顺序以及蛋白质的空间结构。蛋白质的结构决定蛋白质的功能。高温、强酸、强碱会使蛋白质的空间结构改变，这种改变是不可逆的。 【详解】A、蛋白中有“丝氨酸-酪氨酸-甘氨酸”构成的绿色发光基团，说明荧光蛋白的荧光特性与氨基酸序列有关，A正确； B、荧光蛋白可作为标记信号，通过观察荧光可判断癌细胞的转移情况，B正确； C、高温能破坏荧光蛋白的空间结构，从而使蛋白质失去发光特性，C正确； D、蛋白质工程改造的控制蛋白质合成的基因，D错误。 故选D。 2．下列有关基因工程的叙述中，错误的是（　　） A．DNA连接酶可以将黏性末端的碱基对连接起来 B．蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供资料 C．基因工程为治疗人类遗传病提供了新的思路 D．基因探针是指用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子 【答案】A 【分析】1、基因工程的基本操作步骤主要包括四步：①目的基因的获取；②基因表达载体的构建；③将目的基因导入受体细胞；④目的基因的检测与鉴定。 2、基因工程常用工具：（1）限制酶：能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂。（2）DNA连接酶：连接的是两个核苷酸之间的磷酸二酯键。（3）运载体：常用的运载体：质粒、噬菌体的衍生物、动植物病毒。 【详解】A、黏性末端的碱基是靠氢键连接，只要接近就连接，DNA连接酶是将五碳糖和磷酸基团之间的磷酸二酯键连接起来的，A错误； B、在蛋白质工程中，可根据氨基酸的顺序推测密码子的顺序，进而推出DNA中碱基序列，B正确； C、基因工程为治疗人类遗传病提供了新的思路，C正确； D、基因探针是指以放射性同位素、生物素或荧光分子等进行标记的已知核苷酸序列的DNA片段，D正确。 故选A。 3．萤火虫的荧光素酶能催化 ATP激活的荧光素氧化发光，这一现象在生物检测和成像方面有重要的应用价值。为了解决天然荧光素酶不能高效催化人工合成的荧光素 DTZ发光的问题，研究人员采用蛋白质工程对它进行了改造。下列关于蛋白质工程改造天然荧光素酶的叙述，错误的是（    ） A．蛋白质工程对现有蛋白质的改造要通过改造或合成基因来实现 B．改造天然荧光素酶所用的基因表达载体不需要启动子和终止子 C．可用PCR 方法检测改造后的荧光素酶基因是否转录出了相应的mRNA D．改造后的荧光素酶在一定条件下催化 DTZ 发光是将化学能转化为光能 【答案】B 【分析】1、蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其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，以满足人类的生产和生活的需求（基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质）。 2、蛋白质工程的基本途径：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），以上是蛋白质工程特有的途径；后续按照基因工程的一般步骤进行。 【详解】A 、蛋白质工程对现有蛋白质的改造要通过改造或合成基因来实现，因为基因决定蛋白质的结构和功能，A正确； B、基因表达载体必须包含启动子、终止子、目的基因和标记基因等，启动子是 RNA 聚合酶识别和结合的部位，终止子是转录终止的信号，缺少启动子和终止子基因无法正常表达，B错误； C、可用 PCR 方法检测改造后的荧光素酶基因是否转录出了相应的 mRNA，PCR 技术可以特异性地扩增目的基因及其转录产物，C正确； D、改造后的荧光素酶在一定条件下催化DTZ发光，是将化学反应释放的化学能转化为光能，D正确。 故选B。 4．利用蛋白质工程，将干扰素的两个半胱氨酸改为丝氨酸，可以使其保存半年，而活性不受影响。下列关于蛋白质工程的叙述，正确的是（    ） A．蛋白质工程的操作流程与中心法则的方向相同 B．蛋白质工程需要改造或合成蛋白质的编码基因 C．对干扰索的改造无须考虑其空间结构 D．蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列 【答案】B 【分析】蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其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，以满足人类的生产和生活的需求（基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质）。 【详解】A、蛋白质工程的操作流程与中心法则的方向相反，A错误； B、蛋白质工程是对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，最终通过基因改造或合成新基因来完成，B正确； C、对干扰素进行改造需要从预期的蛋白质功能出发，设计预期的蛋白质结构，需要考虑干扰素的空间结构，C错误； D、蛋白质工程不需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列，如通过蛋白质工程，将干扰素结构上的两个半胱氨酸改为丝氨酸，就可以使其保存半年，而活性不受影响，D错误。 故选B。 5．天然荧光素酶不能高效催化人工合成的荧光素（DTZ）发光，研究人员欲采用蛋白质工程解决该问题。下列推测合理的是（    ） A．需要改变天然荧光素酶分子的所有氨基酸序列 B．改造天然荧光素酶的过程应遵循中心法则原理 C．改造天然荧光素酶的过程无需对基因进行操作 D．改造后的荧光素酶能为DTZ发光过程提供能量 【答案】B 【分析】蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其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，以满足人类的生产和生活的需求（基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质）。 【详解】A、不需要改变天然荧光素酶分子的所有氨基酸序列，可能改变某个或某几个氨基酸的相关基因中的碱基序列即可实现目标，A错误； B、改造天然荧光素酶的过程应遵循中心法则原理，因为蛋白质的合成需要经过转录和翻译两个步骤，B正确； C、改造天然荧光素酶的过程需要对基因进行操作，因为蛋白质的合成受基因控制，C错误； D、改造后的荧光素酶能高效降低化学反应的活化能，不能为DTZ发光过程提供能量，D错误。 故选B。 6．天然蛋白t-PA 是心梗和脑血栓的急救药，研究证实将t-PA 第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，能显著降低其诱发出血的副作用。下图为采取基因工程方法表达t-PA 改良基因，制造改良t-PA 蛋白的过程。下列叙述正确的是（    ） A．构建重组质粒时需要选用限制酶Xma I和Nhe I 切割质粒pCLY11 B．以上技术制造出性能优异的改良t-PA 过程被称为蛋白质工程 C．DNA 连接酶可以将t-PA 改良基因与质粒间的磷酸和核糖连接起来 D．导入重组质粒的受体细胞在含新霉素的培养基上能存活，且呈蓝色 【答案】B 【分析】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，因为是对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，所以必须通过基因修饰或基因合成实现。通过蛋白质工程生产出来的蛋白质更加符合人类生产和生活的需要。 【详解】A、根据碱基互补配对原则，t-PA基因的左端黏性末端为CCGG-，为XmaⅠ酶切得到，t-PA基因的右端黏性末端为GATC-，为BglⅡ酶切得到，质粒需要用相同的酶进行酶切以得到与目的基因相同的黏性末端，因此质粒需选用限制酶XmaⅠ和BglⅡ切割质粒pCLY11，A错误； B、该技术通过改造基因，从而产生出优异的改良t-PA蛋白，因此该技术为蛋白质工程，B正确； C、DNA 连接酶可以将t-PA 改良基因与质粒间的磷酸和脱氧核糖连接起来，C错误； D、t-PA能高效降解因血浆纤维蛋白凝聚而成的血栓，成功转入重组质粒的受体细胞在培养基上会出现具有抗性的白色菌落，D错误。 故选A。 7．枯草杆菌蛋白酶能催化蛋白质水解为氨基酸，在有机溶剂中也能催化多肽的合成，被广泛应用于洗涤剂、制革及丝绸工业。通过将枯草杆菌蛋白酶分子表面的Asp（99）和Glu（156）改成Lys，使其在pH=6时的活力提高了10倍。下列说法正确的是（　　） A．需要通过改造基因以实现对蛋白质中氨基酸的替换 B．该成果体现了蛋白质工程在培育新物种方面具有优势 C．改造后的枯草杆菌蛋白酶活性提高这一性状不可遗传 D．蛋白质工程的最终目的是获取编码蛋白质的基因序列 【答案】A 【分析】蛋白质工程是将控制蛋白质的基因进行修饰改造或合成新的基因，然后运用基因工程合成新的蛋白质。蛋白质工程的过程：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因）。 【详解】A、氨基酸的排列顺序是由基因决定的，因此完成氨基酸的替换需要通过改造基因实现，A正确； B、该成果培育了新品种，而不是新物种，B错误； C、经蛋白质工程改造后的枯草杆菌蛋白酶的基因发生了改变，因此经蛋白质工程改造后的枯草杆菌蛋白酶活性提高这一性状可以遗传，C错误； D、蛋白质工程是在深入了解蛋白质分子的结构与功能关系的基础上进行的，虽然合成了改造的基因，但它最终要达到的目的是改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，以满足人类的需求，D错误。 故选A。 8．Bt 抗虫蛋白的第5号螺旋可在害虫肠上皮细胞膜上形成孔道结构，位于该螺旋疏水部分的第168位组氨酸是维持孔道结构稳定的关键。该孔道结构越稳定，Bt抗虫蛋白对害虫的毒性越大。研究人员拟对该蛋白进行改造以提高其抗虫效果，相关叙述正确的是（　　）    A．蛋白质工程的实质是在氨基酸分子水平进行设计和改造蛋白质 B．改造 Bt 抗虫蛋白应首先从设计Bt 抗虫基因中的脱氧核苷酸序列出发 C．将第168位组氨酸替换成亲水性更强的氨基酸可增强Bt抗虫蛋白的抗虫效果 D．蛋白质工程难度很大，主要是因为需要设计改造的蛋白质有复杂的高级结构 【答案】D 【分析】蛋白质工程的基本流程：根据中心法则逆推以确定目的基因的碱基序列：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列（基因）→DNA合成，最终还是回到基因工程上来解决蛋白质的合成。 【详解】A、蛋白质工程的基本流程为：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列（基因）→DNA合成，最终要利用基因工程上来解决蛋白质的合成，因此蛋白质工程的实质是在 DNA 分子水平上进行设计和改造蛋白质，A错误； B、Bt 抗虫蛋白是蛋白质，改造 Bt 抗虫蛋白应首先从首先从设计预期的蛋白质结构出发，B错误； C、由题意可知，位于该螺旋疏水部分的第168位组氨酸是维持孔道结构稳定的关键。该孔道结构越稳定，Bt抗虫蛋白对害虫的毒性越大，因此将第168位组氨酸替换成亲水性更强的氨基酸会降低Bt抗虫蛋白的抗虫效果，C错误； D、多数蛋白质除具有一级结构（即氨基酸顺序）外，还具有复杂的高级结构，即空间结构，而很多蛋白质的空间结构是人们目前还不清楚的，因此实施蛋白质工程的难度很大，D正确。 故选D。 9．β—防御素是由H基因编码的抗菌肽，可构建重组毕赤酵母并通过其发酵作用实现量产。但重组毕赤酵母合成的β—防御素与人β—防御素的结构存在差异，因此β—防御素具有潜在的抗原性，如果用作防腐剂添加到食品中可能会引起人体发生过敏反应。蛋白质工程可改造β—防御素，减轻其引起的过敏反应。下列有关叙述正确的是（    ） A．为减轻过敏反应，可改造H基因以去掉β—防御素中抗原性较强的部分 B．将改造后的H基因加上启动子再导入毕赤酵母，就可以使其完成表达 C．通过蛋白质工程获得的新型β—防御素与天然β—防御素属于同一种蛋白质 D．依据改造的β—防御素氨基酸序列可推测新β—防御素基因的核糖核苷酸序列 【答案】A 【分析】对蛋白质分子的设计和改造是通过蛋白质工程来实现的。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作为基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。蛋白质工程的基本思路是：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→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→经过转录翻译等过程获得所需要的蛋白质。蛋白质工程是在基因工程的基础上进行的，所以蛋白质工程也称为第二代基因工程。本题通过蛋白质工程获得新的β—防御素，以减轻其引起的过敏反应。 【详解】A、蛋白质工程通过改造基因来改造蛋白质，本题中为减轻过敏反应，通过改造H基因，使β—防御素结构改变，去掉B-防御素中抗原性较强的部分，A正确； B、将改造后的H基因，加上启动子、终止子等元件，并构建基因表达载体，再导入毕赤酵母，才能使其完成表达，B错误； C、通过蛋白质工程获得的新型β-防御素在结构上与天然β-防御素不同，不属于同一种蛋白质，C错误； D、人β—防御素基因为DNA，所以依据改造的β-防御素氨基酸序列可推测新B-防御素基因的脱氧核糖核苷酸序列，D错误。 故选A。 10．T4溶菌酶是一种重要的工业用酶，但在温度较高时易失去活性，科学家研究发现，若将其第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸，可在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成一个二硫键，提高T4溶菌酶的耐热性。下列相关叙述错误的是（    ） A．T4溶菌酶是否耐热取决于蛋白质的空间结构 B．提高T4溶菌酶耐热性的过程属于蛋白质工程的范畴 C．引起T4溶菌酶空间结构发生改变的根本原因是氨基酸序列的变化 D．替换T4溶菌酶第3位氨基酸的操作中，直接操作对象是T4溶菌酶基因 【答案】C 【分析】蛋白质工程是以蛋白质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，对现有蛋白质进行基因改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需要。 【详解】A、蛋白质的结构决定功能，T4溶菌酶是否耐热取决于蛋白质的空间结构，A正确； B、若将T4溶菌酶第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸，可在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成一个二硫键，提高T4溶菌酶的耐热性，属于蛋白质工程范畴，B正确； C、引起T4溶菌酶空间结构改变的根本原因是对T4溶菌酶耐热性的相关基因进行了改造，基因碱基序列发生改变，C错误； D、替换T4溶菌酶第3位氨基酸的操作中，属于蛋白质工程，蛋白质工程操作的对象为基因，故直接操作对象是T4溶菌酶基因，D正确。 故选C。 二、多选题 11．萤火虫的荧光素酶能催化ATP激活的荧光素氧化发光，这一现象在生物检测和成像方面有重要的应用价值。为了解决天然荧光素酶不能高效催化人工合成的荧光素DTZ发光的问题，研究人员采用蛋白质工程（又称为第二代基因工程）对它进行了改造。下列关于蛋白质工程改造天然荧光素酶的叙述，正确的是（    ） A．通过化学诱变剂可定向改造天然荧光素酶的基因序列 B．改造天然荧光素酶所用的基因表达载体不需要启动子和终止子 C．PCR技术可用于检测染色体DNA上是否插入荧光素酶基因 D．改造后的荧光素酶在一定条件下催化DTZ发光是将化学能转化为光能 【答案】CD 【分析】1、蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其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，以满足人类的生产和生活的需求（基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质）。 2、蛋白质工程的基本途径：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），以上是蛋白质工程特有的途径；后续按照基因工程的一般步骤进行。 【详解】A、通过化学诱变剂可以让天然荧光素酶的基因序列进行随机突变，但化学诱变通常是不定向的，A错误； B、改造天然荧光素酶所用的基因表达载体必须包含启动子和终止子，启动子是驱动基因转录的元件，而终止子是指示转录终止的位置，B错误； C、PCR 方法主要用于检测 DNA 的存在或者染色体 DNA 上是否插入目的基因，因此PCR技术可用于检测染色体DNA上是否插入荧光素酶基因，C正确； D、改造后的荧光素酶在一定条件下催化DTZ发光是将化学能转化为光能，D正确。 故选CD。 12．一种天然蛋白 t-PA 能高效降解因血浆纤维蛋白凝聚而成的血栓，是心梗和脑血栓的急救药，但是心梗患者注射大剂量的t-PA会诱发颅内出血。研究证实，将t-PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，能显著降低其诱发出血的副作用。据此，先对天然t-PA基因的碱基序列进行改造，然后再采取传统的基因工程方法表达该改造后的基因，可制造出性能优异的改良 t-PA蛋白。下列说法不正确的是（    ）    A．以上技术制造出性能优异的改良 t-PA 过程被称为蛋白质工程 B．构建重组质粒时需要选用限制酶 Xma I 和 Nhe I 切割质粒 pCLY11 C．可使用T4 DNA 连接酶将t-PA 改良基因与质粒pCLY11连接 D．成功导入重组质粒的受体细胞在含有新霉素的培养基上能存活，且呈现蓝色 【答案】BD 【分析】1、基因工程技术的基本步骤： （1）目的基因的获取：方法有从基因文库中获取、利用PCR技术扩增和人工合成。 （2）基因表达载体的构建：是基因工程的核心步骤，基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因等。 （3）将目的基因导入受体细胞：根据受体细胞不同，导入的方法也不一样。将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法；将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法；将目的基因导入微生物细胞的方法是感受态细胞法。 （4）目的基因的检测与鉴定：分子水平上的检测：①检测转基因生物染色体的DNA是否插入目的基因——DNA分子杂交技术；②检测目的基因是否转录出了mRNA——分子杂交技术；③检测目的基因是否翻译成蛋白质——抗原—抗体杂交技术。个体水平上的鉴定：抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等。 2、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，因为是对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，所以必须通过基因修饰或基因合成实现。通过蛋白质工程生产出来的蛋白质更加符合人类生产和生活的需要。 【详解】A、该技术通过改造基因，从而产生出优异的改良t-PA蛋白，因此该技术蛋白质工程，A正确； B、根据碱基互补配对原则，t-PA基因的左端黏性末端为CCGG-，为XmaⅠ酶切得到，t-PA基因的右端黏性末端为GATC-，为BglⅡ酶切得到，质粒需要用相同的酶进行酶切以得到与目的基因相同的黏性末端，因此质粒需选用限制酶XmaⅠ和BglⅡ切割质粒pCLY11，B错误； C、T4DNA连接酶能连接黏性末端，还可以连接平末端，使用T4DNA连接酶能将t-PA改良基因与质粒pCLY11连接，C正确； D、t-PA能高效降解因血浆纤维蛋白凝聚而成的血栓，成功转入重组质粒的受体细胞在培养基上会出现具有抗性的白色菌落，D错误。 故选BD。 13．FⅧ基因主要在肝脏中表达，控制合成凝血因子（FⅧ）。若使FⅧ第309位的丙氨酸替换为丝氨酸，可增加FⅧ的分泌。A型血友病是由于FⅧ基因突变导致FⅧ含量降低或功能异常的疾病。下列叙述正确的是（    ） A．上述得到高分泌量的FⅧ的操作过程属于蛋白质工程 B．构建基因表达载体时应将编辑后的FⅧ基因连接于肝脏细胞特异性启动子下游 C．腺病毒为载体将编辑后的FⅧ基因插入肝细胞核基因组可对A型血友病患者进行治疗 D．为了检测编辑后的FⅧ基因是否成功表达，不能从血液中提取蛋白质进行抗原抗体杂交 【答案】ABC 【分析】1、基因突变：（1）DNA分子中发生碱基的替换、增添或缺失，而引起的基因碱基序列的改变，叫作基因突变。（2）基因突变的特点：具有普遍性、随机性、低频性、不定向性等。 2、基因治疗是指将外源正常基因导入靶细胞，以纠正或补偿缺陷和异常基因引起的疾病，以达到治疗目的。基因治疗的靶细胞主要分为两大类：体细胞和生殖细胞。 【详解】A、根据题干信息可知，操作结果是使自然界中原有蛋白质的空间结构发生改变，使其功能更加符合人类生产生活需要，属于蛋白质工程，A正确； B、为使编辑后的FⅧ基因在肝脏细胞中特异性表达，需要将该基因连接于肝脏细胞特异性启动子的下游，使FⅧ基因表达严格限于肝细胞，B正确； C、A型血友病是由于FⅧ基因突变导致FⅧ含量降低或功能异常的疾病，利用腺病毒的侵染性，以腺病毒作为载体将编辑后的FⅧ基因插入肝细胞核基因组，使其在肝细胞中表达出更多的FⅧ，能对A型血友病患者进行治疗，C正确； D、编辑后的FⅧ基因表达的凝血因子与患者体内遗传凝血因子不同，所以可以从血液中提取蛋白质进行抗原-抗体杂交，检测编辑后的FⅧ基因是否成功表达，D错误。 故选ABC。 14．蛋白质工程是在深入了解蛋白质分子的结构与功能关系的基础上进行的，蛋白质工程的操作过程如图所示。下列说法正确的是（    ） A．图中a、b过程分别是转录、翻译 B．蛋白质工程需要从预期的蛋白质功能出发 C．通过蛋白质工程可能构建出一种全新的基因 D．蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列 【答案】ABC 【分析】蛋白质工程：指以蛋白质分子的结构规律及其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，以满足人类的生产和生活的需求。蛋白质工程的进行离不开基因工程，因为对蛋白质的改造不是直接进行的，而是通过对基因的改造来完成的。蛋白质工程的基本途径：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，再找到相对应的脱氧核苷酸序列等。 【详解】A、图中a是DNA转录成mRNA过程，b过程是翻译成多肽链的过程，A正确； B、蛋白质工程的基本途径：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），故蛋白质工程需要从预期的蛋白质功能出发，B正确； C、蛋白质工程从预期的蛋白质功能出发，最终推测出相应的基因的脱氧核苷酸序列，由于蛋白质工程科产生一种全新的蛋白质，故可能构建出一种全新的基因，C正确； D、蛋白质工程不一定需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列，可通过对某个氨基酸的替换或改造进行，D错误。 故选ABC。 15．腈水合酶（）是一类可以催化腈类物质转化成相应酰胺类物质的酶，能作为催化剂应用于有机物合成的工艺，但其不耐高温。在的α和β亚基之间加入一段连接肽，可获得热稳定的融合型腈水合酶（）。下列叙述正确的是（    ） A．腈水合酶为反应提供能量以降低反应所需的活化能 B．连接肽的加入可通过改造的基因来实现 C．插入连接肽后，发生了不可逆的蛋白质变性，从而失去活性 D．若要检测的热稳定性，则可在高温下检测其催化效率 【答案】BD 【分析】1、蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。 2、蛋白质工程的基本思路：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。 【详解】A、腈水合酶不提供能量，A错误； B、在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽，属于蛋白质工程，最终是通过改变基因得到的，B正确； C、插入连接肽后，N0并没有发生变性，且依旧有活性，C错误； D、若要检测N1的热稳定性，则可在高温下检测其催化效率，D正确。 故选BD。 三、非选择题 16．大多数天然β-淀粉酶耐热性差，不利于工业化应用。我国学者借助PCR改造β-淀粉酶基因，并将改造的基因与pLN23质粒重组后导入大肠杆菌，最终获得耐高温的β-淀粉酶。回答下列问题： (1)通过蛋白质工程改造天然β-淀粉酶的思路中，首先要考虑的是 这一特性。 (2)PCR扩增目的基因依据的原理是 ，每次循环包括 、复性和 三个步骤。 (3)某天然β-淀粉酶由484个氨基酸构成。研究发现，将该酶第476位天冬氨酸替换为天冬酰胺后，其耐热性明显提升。在图1所示的β-淀粉酶基因改造方案中，含已替换碱基的引物是 （填字母）。引物的作用是 。 (4)为了使上述改造后的基因能在大肠杆菌中高效表达，由图2所示的pLN23质粒构建得到基因表达载体。除图示信息外，基因表达载体中还应该有β-淀粉酶基因、 。 【答案】(1)预期β-淀粉酶的耐高温 (2) DNA分子的半保留复制 变性 延伸 (3) b、c 使DNA聚合酶从引物的3'端连接脱氧核苷酸 (4)终止子和标记基因 【分析】基因工程技术的基本步骤： 1、目的基因的获取：方法有从基因文库中获取、利用PCR技术扩增和人工合成。 2、基因表达载体的构建：是基因工程的核心步骤，基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因等。 3、将目的基因导入受体细胞：根据受体细胞不同，导入的方法也不一样。将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法；将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法；将目的基因导入微生物细胞的方法是感受态细胞法。 4、目的基因的检测与鉴定： （1）分子水平上的检测：①检测转基因生物染色体的DNA是否插入目的基因--DNA分子杂交技术；②检测目的基因是否转录出了mRNA--分子杂交技术；③检测目的基因是否翻译成蛋白质--抗原-抗体杂交技术。 （2）个体水平上的鉴定：抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等。 【详解】（1）大多数天然β-淀粉酶耐热性差，不利于工业化应用，通过蛋白质工程改造天然β-淀粉酶的思路中，首先要考虑的是预期β-淀粉酶的耐高温这一特性。 （2）PCR的原理是DNA分子的半保留复制，每次循环包括变性、复性、延伸三个步骤。 （3）根据β-淀粉酶的编码序列，替换的碱基在编码序列中，则利用的引物应该把编码序列全部扩增在内，则所用的引物是b、c。由题干信息可知，该酶是第476位天冬氨酸替换为天冬酰胺，说明改变的碱基在编码序列的后方，所以含替换碱基的引物是c。物的作用是使DNA聚合酶从引物的3'端连接脱氧核苷酸。 （4）作为基因工程载体的质粒应该包含：复制原点、限制酶的切割位点、标记基因、启动子和终止子，除图示信息外，基因表达载体中还应该有β-淀粉酶基因、终止子和标记基因。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$