第4节 蛋白质工程的原理和应用-【金版新学案】2024-2025学年高中生物选择性必修3同步课堂高效讲义配套课件（人教版2019 单选）

第4节　蛋白质工程的原理和应用 　 第3章　基因工程 学习目标 1．运用结构与功能观等观念，说明蛋白质工程设计的原理。　 2．基于蛋白质工程的实例，构建蛋白质工程的基本操作模型。 知识点一　蛋白质工程崛起的缘由及基本原理 1 知识点二　蛋白质工程的应用 2 课时测评 5 学习小结 3 内容索引 随堂达标演练 4 蛋白质工程崛起的缘由及基本原理 知识点一 返回 新知导学 1．蛋白质工程崛起的缘由 (1)蛋白质工程的概念 生物功能　 蛋白质　 基因合成 (2)蛋白质工程崛起的理由 ①基因工程的实质：将一种生物的_____转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出__________。 ②基因工程的不足：基因工程原则上只能生产自然界中________的蛋白质。 ③天然蛋白质的不足：天然蛋白质的结构和功能符合__________生存的需要，却不一定完全符合_______________的需要。 基因 新的性状 已存在 特定物种 人类生产和生活 2．蛋白质工程 的基本原理 功能 结构 改造 合成 精通教材 1．对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的吗？ 提示：对蛋白质的改造是通过直接改造相应的基因来实现的。 2．若已经推测出多肽中的氨基酸序列，那么推测出的基因中的碱基序列是否唯一，为什么？ 提示：不唯一；因为一个氨基酸可以由一个或多个密码子决定，因此获得的基因中的碱基序列有多种。 合作探究 任务　分析蛋白质工程的原理 基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。蛋白质工程的目标是生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质，甚至是自然界不存在的蛋白质。结合图示回答有关问题： (1)写出流程图中字母代表的含义： A．__________；B．_____________ ；C．____________ ；D．_____；E._____ 。 (2)上图字母中属于中心法则的过程有______ ，属于蛋白质工程的过程有_____ 。 预期功能 氨基酸序列 改造或合成 转录 翻译 D、E A、C (3)对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？原因是什么？ 提示：应该通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造。主要原因是①蛋白质具有十分复杂的空间结构，基因的结构相对简单，容易改造；②改造后的基因可以遗传给下一代，被改造的蛋白质无法遗传。 (4)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：不同。体现：①操作对象不同：蛋白质工程的操作对象是天然基因改造后的基因；基因工程的操作对象是天然基因。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。 基因工程和蛋白质工程的比较 核心归纳 项目 基因工程 蛋白质工程 操作环境 生物体外 生物体外 操作核心 基因 基因 操作起点 目的基因 预期的蛋白质功能 区 别 过程 获取目的基因→构建基因表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定 预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→推测脱氧核苷酸序列→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 结果 生产自然界已存在的蛋白质 可以创造出自然界不存在的蛋白质 联系 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，因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质必须通过改造或合成基因实现 应用1．(2024·广东韶关二模)科学家利用蛋白质工程技术将水蛭素(一种可用于预防和治疗血栓的蛋白质)第47位的天冬酰胺替换为赖氨酸，显著提高了它的抗凝血活性，流程图如下。已知天冬酰胺对应的密码子为AAU、AAC，赖氨酸对应的密码子为AAA、GUA等。下列叙述错误的是 A．上图的操作流程是从预期的水蛭素功能出发的 B．在这项替换研究中目前可行的直接操作对象是基因 C．上图中大分子物质a和b的单体序列均是唯一的 D．用蛋白质工程可生产基因工程所不能生产的蛋白质 √ 据图分析，通过分析预期的水蛭素功能推导出蛋白质的结构，进而明确氨基酸序列，最终确定基因中碱基对的排列顺序，A正确；蛋白质的改造工程直接改变的是控制蛋白质合成所对应的基因，B正确；基因a的基本单位是四种脱氧核苷酸，b是mRNA，基本单位是四种核糖核苷酸，由于密码子简并，同一蛋白质分子所对应的大分子物质a和b的单体序列均不是唯一的，C错误；基因工程是利用已有的基因生产蛋白质，而蛋白质工程是通过改造基因从而获得原本没有的蛋白质，因此用蛋白质工程可生产基因工程所不能生产的蛋白质，D正确。 特别提醒 蛋白质工程需直接改造基因，而不直接改造蛋白质 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更容易操作，难度要小得多。 应用2．下列有关基因工程和蛋白质工程的叙述中，正确的是 A．蛋白质工程难度很大是因为对蛋白质的高级结构了解不够 B．基因工程和蛋白质工程都可以生产自然界不存在的蛋白质 C．不同来源的DNA分子能够拼接，其原因是所有生物共用一套遗传密码 D．基因工程的直接操作对象是基因，蛋白质工程的直接操作对象是蛋白质 √ 蛋白质的空间结构复杂，蛋白质工程难度很大是因为对蛋白质的高级结构了解不够，A正确；基因工程生产自然界已有的蛋白质，蛋白质工程生产自然界中不存在的蛋白质，B错误；不同来源的DNA分子能够拼接，其原因是它们具有相同的结构及遵循碱基互补配对原则，C错误；蛋白质工程需要进行基因修饰或合成，直接操作对象仍然是基因，D错误。 规律方法 “二看法”判断基因工程和蛋白质工程 返回 蛋白质工程的应用 知识点二 返回 新知导学 1．医药工业方面的应用 天冬氨酸　 丝氨酸 结合抗原 2．在其他方面的应用 微生物蛋白质 1．研究人员试图将人胰岛素的B链的第28位氨基酸由脯氨酸替换为天冬氨酸，从而有效抑制胰岛素的聚合，获得速效胰岛素类似物，应该如何操作？ 提示：应将基因相应位置上的碱基进行替换，从而使其指导合成的胰岛素相应位置上的氨基酸发生改变。 2．确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因？ 提示：可以人工合成目的基因，或应用基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等进而改造基因。 精通教材 任务　分析蛋白质工程的应用 利用蛋白质工程可以提高玉米赖氨酸含量，改造途径如下： 结果，改造后玉米叶片和种子中游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍。 (1)结合上述资料，可以通过何种途径提高玉米中的赖氨酸含量？ 提示：改变赖氨酸合成途径中关键酶的活性，来提高赖氨酸的含量。 合作探究 (2)为什么改变一个氨基酸就可以改变蛋白质的稳定性甚至某种蛋白质酶的活性？ 提示：蛋白质的结构是由其氨基酸组成决定的，个别氨基酸的改变就会导致其结构的改变，从而影响到其性质和功能。 应用1．(2024·北京丰台一模)人白细胞介素-2(IL-2)是一种细胞因子，含有3个半胱氨酸，分别位于第58、105、125位，其中58位与105位半胱氨酸之间形成的二硫键对保持IL-2活性起重要作用。用大肠杆菌生产IL-2，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。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．天然的和基因工程生产的IL-2均在核糖体上合成 C．突变的IL-2基因的表达降低了二硫键错配的可能 D．大肠杆菌中IL-2基因的复制和表达遵循中心法则 √ 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，应该是发生了碱基替换，而不是碱基对的增添，A错误；天然的IL-2和基因工程生产的IL-2的本质都是蛋白质，都是在核糖体上合成的，B正确；58位与105位半胱氨酸之间形成的二硫键对保持IL-2活性起重要作用，突变的IL-2基因的表达降低了二硫键错配的可能，C正确；大肠杆菌是原核生物，其遗传物质是DNA，基因的复制和表达都遵循中心法则，D正确。 应用2．(2024·陕西西安高二期末)研究发现，胰岛素进入血液循环后容易被降解，糖尿病患者需要反复注射胰岛素才能达到治疗效果。科研人员借助蛋白质工程改变了胰岛素中的某些氨基酸，提高了胰岛素在患者体内的稳定性，延长了其作用时间。下列叙述错误的是 A．蛋白质工程的实质是在DNA分子水平上进行设计和改造 B．氨基酸序列的差异是影响胰岛素在患者体内是否稳定的原因之一 C．改造胰岛素应首先从设计胰岛素基因中的脱氧核苷酸序列出发 D．蛋白质工程难度很大与蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构有关 √ 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正确；氨基酸序列差异，导致胰岛素的空间结构有所改变，影响了它的功能，B正确；胰岛素属于蛋白质，改造胰岛素应首先从设计预期的蛋白质结构出发，C错误；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。 返回 学　习　小　结 返回 思维导图 要语必背 1.基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。 2.蛋白质工程并不是直接改造蛋白质分子的结构，而是通过基因操作来实现对天然蛋白质的改造。 3.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→获得所需要的蛋白质。 返回 随 堂 达 标 演 练 返回 1．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，它最终要达到的目的是 A．分析蛋白质的三维结构 B．研究蛋白质的氨基酸组成 C．获取编码蛋白质的基因序列信息 D．改造现有蛋白质或制造新的蛋白质 √ 分析蛋白质的三维结构是蛋白质工程的准备工作，与题意不符，A错误；研究蛋白质的氨基酸组成是为了设计或改造相关基因，这不是蛋白质工程的最终目的，B错误；获取编码蛋白质的基因序列信息可以实现对基因的修饰或合成，但不是蛋白质工程要达到的最终目的，C错误；改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，从而满足人类的需求，这是蛋白质工程的最终目的，D正确。 2．下图所示是利用蛋白质工程生产保存时间更久的干扰素(一种糖蛋白)的核心流程，下列叙述正确的是 A．该过程得到的干扰素与自然界中的干扰素相同 B．图中③过程得到的脱氧核苷酸序列往往是唯一的 C．蛋白质工程的基础是蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系 D．蛋白质工程是通过对蛋白质的结构进行修饰或合成来操作的 √ 题图所示是利用蛋白质工程生产保存时间更久的干扰素，该过程得到的干扰素是经过改造的，与自然界中的干扰素不相同，A错误；由于密码子的简并，图中③过程得到的脱氧核苷酸序列往往不是唯一的，B错误；结构与功能相适应，因此，蛋白质工程的基础是蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系，C正确；蛋白质工程是通过对基因进行修饰或合成来操作的，D错误。 3．已知生物体内有一种X蛋白，如果将X蛋白的某一个氨基酸替换，改变后的蛋白质(X1蛋白)不但保留了X蛋白的功能，而且具有了酶的催化活性。下列说法正确的是 A．蛋白质工程和基因工程的根本区别是操作对象的差异 B．可以通过对X蛋白基因进行改造或人工合成获得X1蛋白基因 C．蛋白质工程操作过程中，不需要酶和载体作为工具 D．细胞内合成X1蛋白与X蛋白的过程中，遗传信息的流向是相反的 √ 蛋白质工程和基因工程的操作对象都是基因，两者的根本区别是蛋白质工程可制造出自然界没有的蛋白质，A错误；可以通过对X蛋白基因进行改造或人工合成获得X1蛋白基因，B正确；蛋白质工程操作过程中，需要酶和载体作为工具，C错误；细胞内合成X1蛋白与X蛋白的过程中，遗传信息的流向是相同的，D错误。 4．(2024·陕西咸阳高二期末)研究人员利用蛋白质工程将细菌纤维素酶的第137、179、194位相应氨基酸替换为赖氨酸后，纤维素酶热稳定性得到了提高。下列有关该技术的说法正确的是 A．对纤维素酶的改造需要以基因工程为基础 B．对纤维素酶的改造是通过直接改造mRNA实现的 C．改造后的纤维素酶和原纤维素酶是同一种酶 D．改造前后纤维素酶在细胞内合成过程中遗传信息的流向不同 √ 对纤维素酶的改造属于蛋白质工程，需要以基因工程为基础，蛋白质工程是在基因水平上改造基因，A正确；对纤维素酶的改造是通过直接改造纤维素酶的基因实现的，B错误；改造后的纤维素酶氨基酸序列发生了改变，和原纤维素酶不是同一种酶，C错误；改造前后纤维素酶在细胞内合成过程中遗传信息的流向相同，都是DNA→RNA→蛋白质，D错误。 5．(2024·江西南昌模拟)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．可用PCR方法检测突变的荧光素酶基因是否翻译成蛋白质 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 √ 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；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元件，B错误；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或者目的基因是否转录出mRNA，检测目的基因是否翻译为蛋白质的方法为抗原—抗体杂交，C错误；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。 6．(创新情境)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______。(填图中序号) ④⑤ ①② 题图中④⑤过程代表蛋白质工程的操作思路；①②过程代表中心法则内容。 (2)写出图中各序号代表的生物学过程的名称或内容： ①______，②______，③________________，④____________________， ⑤_________________。 转录 翻译 (多肽链的)折叠　 (蛋白质的)分子设计　 DNA合成或改造 题图中①代表转录过程，②代表翻译过程，③代表多肽链的折叠过程，④代表蛋白质的分子设计过程，⑤代表DNA合成或改造。 (3)蛋白质工程的目的是______________________________________，通过____________________实现。 获得满足人类生产和生活需求的蛋白质 基因改造或基因合成　 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。可见，蛋白质工程的目的是获得满足人类生产和生活需求的蛋白质。 (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。 相反 蛋白质工程是根据具有相应功能的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列，进而推测出脱氧核苷酸序列，因此其与中心法则的基本途径相反。 返回 课　时　测　评 返回 知识点一　蛋白质工程崛起的缘由及基本原理 1．(2024·江苏宿迁高二期末)关于蛋白质工程的基本流程，下列叙述正确的是 ①蛋白质分子结构设计　②DNA合成　③预期蛋白质功能　④据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列 A．①→②→③→④ B．④→②→①→③ C．③→①→④→② D．③→④→①→② √ 蛋白质工程的基本流程是从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质的结构→推测应有的氨基酸序列→找出相应的脱氧核苷酸序列，然后进行DNA合成，即为③→①→④→②，C正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2．合成天然不存在的蛋白质最终需要改造的核心是 A．基因结构 B．RNA结构 C．氨基酸序列 D．蛋白质结构 √ 合成自然界不存在的蛋白质属于蛋白质工程，应根据蛋白质功能，从设计蛋白质结构入手，然后通过改造或合成基因，对现有蛋白质进行改造，或制造出一种新的蛋白质，因此合成天然不存在的蛋白质最终需要改造的核心是基因结构，A正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 3．(2024·辽宁本溪高三期中)近年来，人工智能(AI)算法在蛋白质工程领域的应用已经被开发，下列关于AI算法在蛋白质工程领域应用的设想中，实现难度最大的是 A．根据人类对蛋白质的功能需求设计蛋白质的高级结构 B．根据蛋白质的空间结构推测其氨基酸序列 C．按照设定的氨基酸序列推测mRNA的碱基序列 D．按照设定的mRNA的碱基序列设计新基因 √ 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→推测应有的氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列(基因)。其中根据人类对蛋白质的功能需求设计蛋白质的高级结构是最难实现的，A正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 4．为心梗患者注射大剂量的t-PA(一种能高效降解血栓的单链糖蛋白，主要由血管内皮细胞合成、分泌并释放进血液)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，能显著降低出血等副作用，据此分析错误的是 A．若利用大肠杆菌来生产t-PA，需要对其合成的t-PA进行后期改造 B．改造t-PA的技术属于蛋白质工程 C．欲将t-PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，应直接对蛋白质(t-PA)进行改造 D．可利用抗原—抗体杂交技术来检测转基因的大肠杆菌是否分泌了t-PA √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 由于大肠杆菌只有核糖体一种细胞器，不含内质网和高尔基体，无法对t-PA进行加工，故若利用大肠杆菌来生产t-PA，需要对其合成的t-PA进行后期改造，A正确；本技术是将t-PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，属于蛋白质工程，B正确；欲将t-PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，应对相应的基因进行改造，不能直接改造蛋白质，C错误；t-PA是一种能高效降解血栓的单链糖蛋白，由于抗原与抗体的结合具有特异性，故可利用抗原—抗体杂交技术来检测转基因的大肠杆菌是否分泌了t-PA，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 知识点二　蛋白质工程的应用 5．(2024·吉林白山二模)纸浆漂白需要在高温、碱性条件下进行，因此需要耐高温、耐碱的木聚糖酶。科学家利用蛋白质工程对已知氨基酸序列的木聚糖酶进行改造，获得了耐高温、耐碱的新木聚糖酶，提高了生产效率。下列叙述错误的是 A．新木聚糖酶是依据蛋白质的功能改造其结构得到的 B．木聚糖酶的基因可定向突变成耐高温、耐碱的木聚糖酶基因 C．已知木聚糖酶的氨基酸序列是预测其空间结构的重要基础 D．可通过基因工程将耐高温、耐碱的木聚糖酶基因传递和保存 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 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→获得所需要的蛋白质。因此新木聚糖酶是科学家依据蛋白质的功能改造其结构得到的，A正确。基因突变具有不定向性，B错误。组成蛋白质的氨基酸的种类、数量和排列顺序不同会影响蛋白质的功能，因此已知木聚糖酶的氨基酸序列是预测其空间结构的重要基础，C正确。改造后的耐高温、耐碱的木聚糖酶基因，可通过培养基因工程获得的目的微生物，从而保存在基因文库中代代传递，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 6．(2024·江苏南京高二期中)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。右图是新的速效胰 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．用大肠杆菌生产新的胰岛素不具有生物学活性 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 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 构建新胰岛素模型主要从新胰岛 素预期的功能出发，A正确；新 的胰岛素生产过程中，经过转录、 翻译等过程，涉及中心法则，B 错误；大肠杆菌属于原核生物， 不具有内质网和高尔基体，其不 能对蛋白质进行相应的加工，产 生新的胰岛素不具有生物学活性，C正确；结构决定功能，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，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 7．(2024·吉林延边一模)干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病。如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸(密码子：UGU、UGC)变成丝氨酸(密码子：UCU、UCC、UCA、UCG)，就可以延长干扰素的体外保存时间。下列相关叙述错误的是 A．对干扰素的设计和改造，以基因的结构和功能的关系为基础 B．对干扰素基因进行定点突变(C→G)来实现碱基的替换 C．改造后的干扰素基因仍需导入受体细胞完成表达过程 D．改造后的干扰素的功能与天然干扰素不是完全不同 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 蛋白质工程的目的是根据人们对蛋白质的功能需求改造或制造蛋白质，理论基础是蛋白质的结构与功能相适应，A错误；比较半胱氨酸和丝氨酸的密码子，若第二个碱基由G替换为C，就可引起氨基酸的替换，所以基因上发生定点突变(C→G)，可实现基因的改造，B正确；基因的表达需要众多物质和结构的参与，还需要细胞呼吸提供能量，故改造后的干扰素基因仍需导入受体细胞完成表达过程，C正确；改造后的干扰素由于氨基酸序列改变，导致结构改变，从而延长体外保存时间，但其仍具有干扰病毒复制的功能，即改造后的干扰素与天然干扰素的功能不是完全不同，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 8．(2024·安徽阜阳高三开学考试)已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种载体蛋白，由305个氨基酸组成。科学家将P分子中第158位的丝氨酸替换成亮氨酸，第240位的谷氨酰胺替换成苯丙氨酸，从而得到了新的蛋白质，将其命名为P1，P1不但保留P的功能，而且还具有了酶的催化活性。下列说法正确的是 A．P1蛋白与P蛋白相比，可以提高相关化学反应的活化能 B．P1蛋白与P蛋白一样，分子或离子通过时不需要与之结合 C．P1蛋白与P蛋白相比，肽键数目相等但是必需氨基酸含量降低 D．P蛋白改造成P1蛋白可用基因定点突变技术来进行碱基的替换 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 P1蛋白与P蛋白相比，具有了酶的催化活性，酶的作用机理是降低化学反应的活化能，A错误；P蛋白是一种载体蛋白，P1蛋白与P蛋白一样，分子或离子通过时需要与之结合，B错误；P1蛋白与P蛋白相比，氨基酸的数目不变，肽键数目相等，由题意可知，P蛋白第158位的丝氨酸变成亮氨酸，第240位的谷氨酰胺替换成苯丙氨酸得到P1蛋白，P1蛋白的必需氨基酸含量增加，C错误；P蛋白改造成P1蛋白可用基因定点突变技术来进行碱基的替换，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 9．在研究溶菌酶时，科研人员通过蛋白质工程来设计改变酶的构象，得到了多种突变酶，并测得50%的酶发生变性时的温度(Tm)，部分结果见下表。有关叙述正确的是 注：Cys右上角的数字表示半胱氨酸在肽链的位置。 A．突变酶的出现是基因突变的结果 B．突变酶F的最适温度为65.5 ℃ C．溶菌酶热稳定性的提高可能与空间结构的改变有关 D．溶菌酶热稳定性的提高，是通过改变半胱氨酸的位置实现的 √ 酶 半胱氨酸(Cys) 的位置和数目 二硫键数目 Tm/℃ 野生型T4溶菌酶 Cys51，Cys97 无 41.9 突变酶C Cys21，Cys143 1 52.9 突变酶F Cys3，Cys9，Cys21，Cys142，Cys164 2 65.5 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 突变酶是蛋白质工程形成的，与基因突变无关，A错误；由题意知，50%的突变酶F发生变性时的温度是65.5 ℃，不是酶F的最适温度，B错误；由题意知，改变溶菌酶的构象，酶变性的温度发生改变，即酶的稳定性改变，因此溶菌酶热稳定性的提高可能与空间结构的改变有关，C正确；分析表格中信息可知，溶菌酶热稳定性的提高，是通过增加二硫键的数量实现的，D错误。 酶 半胱氨酸(Cys) 的位置和数目 二硫键数目 Tm/℃ 野生型T4溶菌酶 Cys51，Cys97 无 41.9 突变酶C Cys21，Cys143 1 52.9 突变酶F Cys3，Cys9，Cys21，Cys142，Cys164 2 65.5 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 10．枯草杆菌蛋白酶应用于洗涤剂、制革及丝绸工业。某研究小组利用蛋白质工程将该蛋白酶中第188位丙氨酸替换为脯氨酸、第239位谷氨酰胺替换为精氨酸、第262位缬氨酸替换为亮氨酸，结果发现该酶的催化活性大幅度提高。下列叙述正确的是 A．对枯草杆菌蛋白酶进行改造通过直接改造蛋白酶的分子结构来实现 B．通过基因工程和蛋白质工程生产的枯草杆菌蛋白酶的氨基酸序列相同 C．改造后的枯草杆菌蛋白酶可能使肽键结构发生改变导致其催化活性提高 D．对枯草杆菌蛋白酶进行分子设计必须从预期蛋白酶的功能特点入手 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 对枯草杆菌蛋白酶进行改造通过基因工程改造基因来实现，A错误；由题意知，蛋白质工程生产的枯草杆菌蛋白酶的部分氨基酸发生了替换，两者的氨基酸序列不同，B错误；改造后的枯草杆菌蛋白酶氨基酸序列可能不同，肽键都是一个氨基和一个羧基脱水缩合形成的，其结构不会发生改变，C错误；对蛋白质进行分子设计应从预期的蛋白质功能出发，对蛋白质的结构进行设计，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 11．(2024·广东揭阳高三期末)神经科学家设计了一种合成蛋白质LIMK1(结合ATP并磷酸化其靶标的蛋白质)，能改善老年认知退化人群的记忆功能。下列叙述错误的是 A．设计蛋白质LIMK1时，先设计其基因的碱基序列再推测其功能 B．通过基因定点突变技术可对LIMK1蛋白基因进行碱基的替换 C．设计蛋白质LIMK1利用的技术是蛋白质工程，其可制造新的蛋白质 D．蛋白质的高级结构十分复杂，故蛋白质工程是一项难度很大的工程 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 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，A错误；通过基因定点突变技术可对LIMK1蛋白基因进行碱基的替换，B正确；设计蛋白质LIMK1利用的技术是蛋白质工程，其可制造新的蛋白质，C正确；蛋白质的高级结构十分复杂，故蛋白质工程是一项难度很大的工程，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 12．(2024·辽宁朝阳高三开学考试)天然人白细胞介素-2(IL-2)是一种由133个氨基酸残基组成的多肽，该多肽含有3个半胱氨酸，其中一个半胱氨酸(Cys125)残基以游离方式存在，另两个(Cys58和Cys105)缩合成活性所必需的二硫键，人们利用定位诱变技术将基因中编码Cys125的碱基TGT转换成TCT或GCA，使Cys125转换成丝氨酸或丙氨酸，不仅避免了错误配对发生，而且产生的新IL-2的生物活性不受影响，其热稳定性也得到了明显的改善。下列相关叙述正确的是 A．天然的IL-2是由白细胞分泌的具有免疫能力的抗体 B．人工改造合成新IL-2，属于蛋白质工程 C．可通过直接改造IL-2的氨基酸成为新IL-2从而改善其稳定性 D．利用定位诱变后的基因表达新IL-2的过程不遵循中心法则 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 白细胞介素-2属于免疫活性物质，但不是抗体，A错误；蛋白质可以生产自然界中本不存在的蛋白质，据题可知，通过题中过程可以产生新的蛋白质，所以属于蛋白质工程，B正确；蛋白质工程通过对基因修饰或基因合成间接改造蛋白质的结构从而改变其稳定性，C错误；基因表达蛋白质的过程遵循中心法则，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 13．如图是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 嵌合抗体的过程。下列说法正确的是 A．生产鼠—人嵌合抗体的过程属于 基因工程 B．对鼠源杂交瘤抗体进行改造的难 点是设计嵌合抗体的空间结构 C．对鼠源杂交瘤抗体进行改造，是通过基因定点诱变技术改造基因实现的 D．鼠—人嵌合抗体的使用对人体不会产生任何不良反应 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 生产鼠—人嵌合抗体的过程属于蛋白质工 程，A错误；对鼠源杂交瘤抗体进行改造 的难点是设计嵌合抗体的空间结构，B正 确；对鼠源杂交瘤抗体进行改造，首先要 根据预期嵌合抗体功能(或蛋白质功能)， 设计嵌合抗体结构，然后通过基因拼接， 将鼠源抗体基因改造成鼠—人嵌合抗体基因，最后导入鼠淋巴细胞中表达，而不是通过基因定点诱变技术改造基因实现的，C错误；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，而不是不会产生任何不良反应，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 14．(10分)人的T细胞可以产生某种具有临床价值的蛋白质(Y)。该蛋白质由一条多肽链组成。目前可以利用现代生物技术生产Y。回答下列问题： (1)若要获得Y的基因，可从人的T细胞中提取__________作为模板，在___________催化下合成cDNA。再利用______技术在体外扩增获得大量Y的基因。 mRNA 逆转录酶 PCR cDNA是以mRNA为模板，在逆转录酶的催化下，通过逆转录过程合成的。若要获得大量目的基因可利用PCR技术在体外扩增。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 (2)将目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法。若将上述所得Y的基因插入农杆菌Ti质粒上的_________中，得到含目的基因的重组Ti质粒，则可用农杆菌转化法将该基因导入某种植物的叶肉细胞中。若该叶肉细胞经培养、筛选等得到了能稳定表达Y的愈伤组织，则说明Y的基因已经______________________________。 T-DNA 整合到叶肉细胞染色体DNA上 若用农杆菌转化法将该基因导入某种植物的叶肉细胞中，需将目的基因插入农杆菌Ti质粒上的T-DNA中。若该叶肉细胞经培养、筛选等得到了能稳定表达Y的愈伤组织，则说明Y的基因已经整合到叶肉细胞染色体DNA上。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 (3)天然的Y通常需要在低温条件下保存。假设将Y的第6位氨基酸甲改变为氨基酸乙可提高其热稳定性，若要根据蛋白质工程的原理对Y进行改造以提高其热稳定性，具体思路是______________________________________ ______________________________________________________________。 找到决定第6位氨基酸的碱基所在的基因位置，参照密码子表，将第6位氨基酸甲的碱基替换为氨基酸乙的碱基 若要根据蛋白质工程的原理对Y进行改造以提高其热稳定性，应该通过对基因的操作来实现。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 15．(14分)水蛭是我国的传统中药材，主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构，提高其抗凝血活性。回答下列问题： (1)蛋白质工程流程如图所示，物质a是________，物质b是_________。在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是_____________________________________________________。 多肽链 mRNA 密码子的简并，使不同mRNA翻译出来的氨基酸序列相同 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 根据蛋白质工程的基本流程，a是多肽链，b是mRNA。在生产过程中，mRNA可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是密码子的简并，即一种氨基酸可能有几个对应的密码子，使不同mRNA翻译出来的氨基酸序列相同。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 (2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有__________________________、________________________和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是_________________。 从基因文库中获取目的基因 通过DNA合成仪人工合成 DNA半保留复制 蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有从基因文库中获取、通过DNA合成仪进行人工合成和利用PCR技术扩增。PCR技术是体外扩增DNA的技术，遵循的基本原理是DNA半保留复制。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 (3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性，结果如图所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的________(填“种类”或“含量”)有关，导致其活性不同的原因是______________________________________________________ _______________________。 种类 对水蛭蛋白进行酶解时的酶的种类不同，导致水蛭蛋白水解产物的空间结构不同 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 分析曲线图可知，酶甲、酶乙处理，水解产物中的肽含量都随着酶解时间的延长而逐渐升高，且两种酶作用下差别不大；经酶甲处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先升高而后保持相对稳定；经酶乙处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升而后有所下降，且酶甲处理后的产物的抗凝血活性最终高于酶乙处理后的酶解产物的抗凝血活性。据此推测两种酶处理后水解产物的抗凝血活性差异主要与肽的种类有关，导致其活性不同的原因是对水蛭蛋白进行酶解时的酶的种类不同，导致水蛭蛋白水解产物的空间结构不同。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 (4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异，简要写出实验设计思路：____________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 取3支试管，分别加入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素；取同一种动物(如家兔)血液，将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，放在相同且适宜条件下静置一段时间，观察统计三支试管中血液凝固情况 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异，可以以三种物质作为自变量，分别检测它们的抗凝血活性，故实验设计思路为：取3支试管，分别加入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素；取同一种动物(如家兔)血液，将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，放在相同且适宜条件下静置一段时间，观察统计三支试管中血液凝固情况。 返回 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 谢 谢 观 看 ！ 第 3 章 　 基 因 工 程 $$