第3章 第4节 蛋白质工程的原理和应用-【正禾一本通】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3章 基因工程 第4节　 蛋白质工程的原理和应用 任务一　蛋白质工程崛起的缘由及 基本原理 自主预习 蛋白质结构 氨基酸序列 脱氧核苷酸序列 合作探究 学以致用 01 02 03 01 02 03 01 02 03 01 02 03 任务二　蛋白质工程的应用 自主预习 合作探究 学以致用 01 02 03 01 02 03 01 02 03 01 02 03 01 02 03 01 02 03 新情境命题 基因工程抗体的制备(科学思维) 课堂小结　巩固提升 课下巩固训练(十五)　 蛋白质工程的原理和应用 01 02 03 04 05 06 07 08 09 01 02 03 04 05 06 07 08 09 01 02 03 04 05 06 07 08 09 01 02 03 04 05 06 07 08 09 01 02 03 04 05 06 07 08 09 01 02 03 04 05 06 07 08 09 01 02 03 04 05 06 07 08 09 01 02 03 04 05 06 07 08 09 01 02 03 04 05 06 07 08 09 01 02 03 04 05 06 07 08 09 01 02 03 04 05 06 07 08 09 01 02 03 04 05 06 07 08 09 01 02 03 04 05 06 07 08 09 01 02 03 04 05 06 07 08 09 01 02 03 04 05 06 07 08 09 01 02 03 04 05 01 02 03 04 05 01 02 03 04 05 01 02 03 04 05 01 02 03 04 05 01 02 03 04 05 01 02 03 04 05 01 02 03 04 05 01 02 03 04 05 01 02 03 04 05 01 02 03 04 05 01 02 03 04 05 01 02 03 04 05 【学习目标】1.生命观念：运用结构与功能观等观念，说明蛋白质工程设计的原理。 2.科学思维：基于蛋白质工程的实例，采用模型与建模、归纳与概括等方法，用文字、图示或模型的形式表示蛋白质工程的基本思路。 生物功能 基因 蛋白质 蛋白质 基因工程 基因 新的性状 1.蛋白质工程的概念 (1)基础： 分子的结构规律及其与 的关系。 (2)操作方法：改造或合成 。 (3)结果：改造现有的 或制造一种新的 。 (4)目的：满足人类生产和生活的需求。 (5)与基因工程的关系：在 的基础上，延伸出来的第二代基因工程。 2.蛋白质工程崛起的缘由 (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 。 蛋白质 蛋白质 改造或合成基因 (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。 3.蛋白质工程的基本原理 (1)目标：根据人们对 功能的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。 (2)改造方法及原因：基因决定蛋白质，要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过 来完成。 已存在 特定物种 人类生产和生活 (3)蛋白质工程的基本思路 【深挖教材·P94】 蛋白质工程要对控制蛋白质合成的基因进行改造，通常用基因的定点突变技术进行碱基的替换。 4.“三看法”判断基因工程和蛋白质工程 一看对基因的操作方法 若仅将基因用限制酶从DNA片段中切割下来，没有对编码蛋白序列进行修饰、加工，或仅对其调控序列进行加工，则属于基因工程；若将目的基因进行了一些实质性的改造，如对编码蛋白序列进行了碱基替换或增添或缺失某几个碱基，则属于蛋白质工程 二看目的 基因的合成 方式 基因工程和蛋白质工程中都可以通过逆转录合成目的基因，或根据蛋白质的氨基酸序列先合成mRNA，再合成基因。若合成时mRNA或氨基酸序列没有经过改造，则为基因工程技术；若mRNA或氨基酸序列经过了改造，或mRNA、氨基酸序列是根据蛋白质预期的功能人工设计的，则为蛋白质工程技术 三看合成的蛋白质种类 若合成的蛋白质是天然蛋白质，则是基因工程；若合成的蛋白质和天然蛋白质有差异，甚至是自然界中所没有的，则为蛋白质工程 氨基酸序列 改造或合成 转录 翻译 D、E A、C 下图表示蛋白质工程的基本思路。 (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 (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，还是对基因进行操作？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：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。 1.(2024·山东德州高二期末)蛋白质工程与基因工程相比，其突出特点是(　　) A.基因工程生产的天然蛋白质完全符合人类生产和生活的需要 B.蛋白质工程能对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质 C.蛋白质工程可以不通过转录和翻译来实现 D.蛋白质工程是通过直接的蛋白质修饰或蛋白质合成来完成的 解析：选B。基因工程生产的天然蛋白质有些不符合人类生产和生活的需要，A不符合题意；蛋白质工程能对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，B符合题意；蛋白质工程中合成的蛋白质需要经过转录和翻译，C不符合题意；蛋白质工程是在基因工程的基础上，通过改造或合成基因，来改造蛋白质，或合成自然界不存在的新的蛋白质，D不符合题意。 2.(2024·湖北武汉高二检测)蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改造，必须通过改造或合成基因来完成，而不直接改造蛋白质的主要原因是(　　) A.缺乏改造蛋白质所必需的工具酶 B.改造基因易于操作且改造后能够遗传 C.人类对大多数蛋白质的高级结构知之甚少 D.蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化，操作难度大 解析：选B。蛋白质工程中，若直接对蛋白质进行改造，工作量过大，改造的蛋白质数量有限，难以保证生产的需要；而通过改造或合成基因来完成对蛋白质的改造，则易于操作且改造后能够遗传，生产的蛋白质数量能保证生产的需要，B正确。 3.如图是蛋白质工程的基本途径，请回答下列有关问题： (1)图中③过程的主要依据是每种氨基酸都有其对应的______，后者位于_____分子上，其上的核苷酸序列与基因中的脱氧核苷酸序列之间存在着_______关系。 (2)通过③过程获得的脱氧核苷酸序列不是完整的基因，要使这一序列能够表达、发挥作用，还必须在序列的上、下游加上_______和__________，在这个过程中需要____________酶的参与。 (3)完成④过程需要涉及________技术。 答案：(1)密码子　信使RNA　碱基互补配对　(2)启动子　终止子　DNA连接　(3)重组DNA(基因工程) 延长 结合抗原 改进酶的性能 参与调控光合作用 微生物蛋白质 1.医药工业方面 (1)速效胰岛素类似物：改变氨基酸序列， 胰岛素的聚合。 (2)干扰素：一个半胱氨酸替换为丝氨酸， 保存时间。 (3)单克隆抗体：将小鼠抗体上 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 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 的酶，提高植物光合作用的效率。 (2)改造 的结构，增强防治病虫害的效果。 抑制 (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：蛋白质的结构决定功能，个别氨基酸的改变就会导致蛋白质结构的改变， 从而影响到其性质和功能。 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。 1.(2024·江苏常州高二期中)β­葡聚糖酶是一种在酒类、饲料等行业中具有重要用途的工业用酶。为提高β­葡聚糖酶的催化活性，科学家将其第20位、117位和165位赖氨酸突变为丝氨酸。下列有关叙述错误的是(　　) A.改造后的β­葡聚糖酶的耐酸碱能力增强 B.改造后的β­葡聚糖酶空间结构发生了改变 C.对β­葡聚糖酶结构的改造属于蛋白质工程 D.可通过DNA分子测序法检测突变是否成功 解析：选A。根据题干“为提高β­葡聚糖酶的催化活性”可知，不能得出改造后的β­葡聚糖酶的耐酸碱能力增强，A错误；根据题干“为提高β­葡聚糖酶的催化活性，科学家将其第20位、117位和165位赖氨酸突变为丝氨酸”可知，氨基酸的序列发生改变，因此改造后的β­葡聚糖酶空间结构也发生了改变，B正确；对蛋白质的氨基酸序列进行改造，属于蛋白质工程，C正确；蛋白质工程被称为第二代基因工程，因此可通过DNA分子测序法检测突变是否成功，D正确。 2.(2024·山东淄博高二期中)乳酸菌无氧呼吸过程产生的丙酮酸会在LDH酶的催化下产生乳酸，如图所示。由于工业需求，需要利用苯丙酮酸生产①处基团体积更大的苯乳酸。因此科研人员拟改造LDH的结构，使其成为能生产苯乳酸的mLDH。改造思路是改变LDH编码基因的序列，使其编码的蛋白质第52位的酪氨酸替换为亮氨酸，使得活性中心增大，以容纳更大的基团。 下列说法错误的是(　　) A.mLDH编码基因原本不存在于自然界中 B.根据mRNA反推的mLDH编码基因只有一种碱基序列 C.应测定改造所得mLDH生产苯乳酸的能力 D.上述改造过程属于蛋白质工程技术 解析：选B。mLDH是新的蛋白质，其编码基因原本不存在于自然界中，A正确；根据密码子简并性，同一蛋白质的氨基酸序列可对应多个mRNA序列，也就有多种可选的DNA序列，B错误；合成出mLDH后，还需要测定改造所得mLDH生产苯乳酸的能力，C正确；蛋白质工程是根据人类需求改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，上述改造过程属于蛋白质工程技术，D正确。 3.(2024·四川成都高二期末)HAMA效应是指人体针对鼠源单克隆抗体所产生的反应，该反应可使鼠源抗体加速被清除，有时可引起过敏性反应，科学家通过基因改造完成了下图的改造，鼠源抗体诱发免疫反应的强度就会降低很多。下列有关说法错误的是(　　) A.生产鼠—人嵌合抗体的过程属于蛋白质工程 B.改造过程涉及鼠的基因和人的基因的拼接 C.把来自不同抗体的可变区和恒定区直接拼接 D.改造过程没有利用基因定点诱变技术改造基因 解析：选C。生产鼠—人嵌合抗体的过程属于对现有蛋白质分子进行改造，属于蛋白质工程，A正确；蛋白质工程操作的对象是基因，因此改造过程涉及鼠的基因和人的基因的拼接，B正确；蛋白质工程操作的对象是基因，因此应将鼠抗体可变区基因与人抗体恒定区基因拼接，C错误；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，最后导入到鼠淋巴细胞中表达，改造过程没有利用基因定点诱变技术改造基因，D正确。 基因工程抗体又称重组抗体，是指利用重组DNA及蛋白质工程技术对编码抗体的基因按不同需要进行加工改造和重新装配，经转染适当的受体细胞所表达的抗体分子。下图为某研究所制备小鼠抗甲肝病毒抗体的流程图。 【命题设计】 1.考查知识迁移能力与科学思维 (1)实验室构建重组质粒时，为保证目的基因与载体的正确连接，过程①最好选择的限制酶是________。 2.考查长句表达能力与生命观念 (2)在重组质粒中，目的基因上游的启动子能够__________，从而驱动目的基因的转录。除启动子之外，重组质粒还应该包含_____________。为了筛选出导入目的基因的骨髓瘤细胞，可以在过程③的培养液中添加_________，过程③所获得的细胞具有___________的特点。 3.考查识图能力与科学思维 (3)临床试验发现，过程⑤提取的小鼠抗甲肝病毒抗体具有外源性，容易被人体的免疫系统清除，从而导致其治疗效果大大降低。如图抗体中的A区是与抗原特异性结合的区域，B区是引起人体免疫反应的区域。若要避免小鼠抗甲肝病毒抗体被人体免疫系统清除，请提出合理的改造思路。___________________。 解析：(1)图中EcoRⅤ会破坏目的基因，故不能用于切割目的基因，目的基因和载体共同含有的限制酶还有EcoRⅠ和BamHⅠ，为了保证目的基因与载体的正确连接，应该选择EcoRⅠ和BamHⅠ切割目的基因和载体。(2)RNA聚合酶可以与目的基因的启动子结合，驱动转录。重组质粒应该包含目的基因、启动子、终止子、标记基因、复制原点等。重组质粒中含有青霉素抗性基因，故可以在过程③的培养液中添加青霉素，来筛选导入目的基因的骨髓瘤细胞。过程③所获得的细胞是含有目的基因的骨髓瘤细胞，既能大量增殖，又能产生足够数量的抗甲肝病毒抗体。(3)由于B区是引起人体免疫反应的区域，若要避免小鼠抗甲肝病毒抗体被人体免疫系统清除，可采用蛋白质工程技术将小鼠抗甲肝病毒抗体上B区域进行改造，或替换成人体相应抗体的B区，进而降低人体对该抗体的免疫排斥。 答案：(1) EcoRⅠ和BamHⅠ　(2)与RNA聚合酶结合　终止子、目的基因、标记基因、复制原点　(适量的)青霉素　既能大量增殖，又能产生足够数量的抗甲肝病毒抗体　(3)采用蛋白质工程技术将小鼠抗甲肝病毒抗体上B区域进行改造，或替换成人体相应抗体的B区，进而降低人体对该抗体的免疫排斥 【教材答疑】 从社会中来 P93 科学家解析了多管水母绿色荧光蛋白的晶体结构，并利用计算机进行辅助设计，在此基础上再采用定点突变的技术将绿色荧光蛋白发光基团正下方的第203位的苏氨酸替换为酪氨酸，从而获得了一种新的绿色荧光蛋白的衍生物——黄色荧光蛋白。 P93 人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科学领域重大的国际合作科研项目。2001年，国际人类蛋白质组组织宣布成立。2003年，该组织正式提出启动两项重大国际合作项目：一项是由中国科学家牵头执行的 “人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是由美国科学家牵头执行的“人类血浆蛋白 质组计划”；由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。“人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类组织器官的蛋白质组计划，由我国贺福初院士牵头，这是中国科学家第一次领衔重大国际科研协作计划。它的目标是通过对肝脏蛋白质高通量、规模化的研究，解析肝脏蛋白质在生理、病理过程中的功能意义，为重大肝病的预防、诊断、治疗和新药的研发提供重要的科学依据。2010年，该计划“两谱、两图、三库”的目标初步实现。我国科学家完成了人类肝脏蛋白质组表达谱和修饰谱，绘制了蛋白质相互作用连锁图和定位图。“三库”则是建立符合国际标准的肝脏标本库、发展规模化抗体制备技术并建立肝脏蛋白质抗体库和建立完 整的肝脏蛋白质组数据库。人类蛋白质组计划取得的成果有力推动了蛋白质工程的发展，为它提供了重要的理论支持。2014年6月，中国人类蛋白质组计划启动。 思考·讨论 P94 1.首先应该根据密码子推出mRNA序列为GCU(或C、或A、或G) UGGAAA(或G)GAA(或G)UUU(或C)，再根据碱基互补配对原则推出脱氧核苷酸序列为CGA(或G、或T、或C)ACCTTT(或C)CTT(或C)AAA(或G)。 2.确定目的基因的碱基序列后，可以人工合成目的基因或从基因文库中获取目的基因。对基因的改造经常会用到基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等。 异想天开 P95 理论上讲可以，但目前还没有真正成功的例子。利用改造后的动物细胞、微生物细胞等可以生产人类需要的蛋白质，但这些蛋白质往往都是自然界中已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来的、自然界中不存在的蛋白质。主要原 因是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对大多数蛋白质的高级结构和蛋白质在生物体内如何行使功能了解得还不够，很难设计出一个全新的而又具有功能的蛋白质。即使设计并获得了一个全新的蛋白质，它的生理生化特性、用它生产的蛋白质食品的安全性等都需要长期深入的研究。 [练习与应用·P96] 一、概念检测 1.(1)×　(2)×　(3)√　2.D　3.A 二、拓展应用 这项工作属于蛋白质工程的范畴。引起T4溶菌酶空间结构发生改变的根本原因是基因的碱基序列发生了变化。如果要将改造后的T4溶菌酶应用于生产实践，还有很多工作需要做。例如由于改造后酶的空间结构发生了变化，因此它的一些基本特性需要重新明确，包括它能耐受的温度范围、催化反应的最适温度、酶活力的大小等；需要建立规模化生产该酶的技术体系，评估生产成本等。 【体系构建】 【核心语句】 1.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。 2.蛋白质工程并不是直接对蛋白质的结构进行设计改造，而是通过改造或合成基因来实现。 3.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。 【基础巩固练】 一、选择题 1.科学家将胰岛素的第28和29位的氨基酸调换顺序，成功获得了速效胰岛素，生产速效胰岛素时需要定向改造的对象是(　　) A.胰岛素 B.胰岛素mRNA C.胰岛素基因 D.胰岛B细胞 解析：选C。科学家将胰岛素的第28和29位的氨基酸调换顺序，成功获得了速效胰岛素，这属于蛋白质工程，而蛋白质工程直接操作对象是基因，因此生产速效胰岛素时需要定向改造的对象是胰岛素基因。 2.蛛丝的强度和柔韧度得益于蛛丝蛋白的特殊布局，使它产生了一个由坚硬的结晶区和非结晶区构成的混合区域。有人试图通过破解蛛丝蛋白的结构从而推测出其相应的基因结构，以指导对蚕丝蛋白的修改，从而让蚕也吐出像蛛丝蛋白一样坚韧的丝。此过程运用的技术及基本思路分别是(　　) A.基因突变；DNA→RNA→蛋白质 B.基因工程；RNA→RNA→蛋白质 C.蛋白质工程；DNA→RNA→蛋白质 D.蛋白质工程；蛋白质→RNA→DNA→RNA→蛋白质 解析：选D。通过破解蛛丝蛋白的结构从而推测出其相应的基因结构，以指导对蚕丝蛋白的修改，从而让蚕也吐出像蛛丝蛋白一样坚韧的丝，此过程运用的是蛋白质工程技术。其基本思路是：推测蛛丝蛋白的氨基酸序列，推出其mRNA的碱基序列，再改造或合成控制蛛丝蛋白合成的DNA(目的基因)，然后借助基因工程技术将目的基因导入蚕的体内，在蚕的体内完成由DNA转录形成RNA，再翻译形成蛋白质(蛛丝蛋白)。 3.下列关于蛋白质工程应用的叙述，错误的是(　　) A.蛋白质工程可以改造酶的结构，提高酶的热稳定性 B.通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性 C.利用蛋白质工程将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成赖氨酸就可得到能长期保存的干扰素 D.蛋白质工程可以对胰岛素进行改造，合成速效型胰岛素制剂 解析：选C。蛋白质工程可以改造酶的结构，提高酶的热稳定性，A正确；通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性，B正确；利用蛋白质工程将干扰素分子上的一个半胱氨酸变为丝氨酸就可以生产出能在一定条件下长期保存的干扰素，C错误；蛋白质工程可以对胰岛素进行改造，合成速效型胰岛素制剂，D正确。 4.(2024·北京朝阳高二期末)利用蛋白质工程改造源于溶珊瑚弧菌的几丁质酶：保留该酶N端，在C端增加陆生真菌几丁质结合保守域，从而增加酶与底物的结合能力。改造后的酶活性显著高于市售几丁质酶。下列相关叙述错误的是(　　) A.几丁质是海洋中含量丰富的多糖之一 B.溶珊瑚弧菌通过分泌几丁质酶获取氮源 C.直接操作对象是溶珊瑚弧菌的几丁质酶基因 D.表达改造后的几丁质酶需要借助于受体细胞 解析：选B。几丁质也是一种多糖，又称为壳多糖，广泛存在于甲壳类动物和昆虫的外骨骼中，几丁质是海洋中含量丰富的多糖之一，A正确；酶的作用是催化，溶珊瑚弧菌分泌几丁质酶，通过几丁质酶催化几丁质的水解获取氮源，B错误；蛋白质工程操作的对象为基因，结合题干可知直接操作对象是溶珊瑚弧菌的几丁质酶基因，C正确；改造的为几丁质酶基因，改造后的基因需要表达，需要导入相应的受体细胞中，经转录翻译后合成相应蛋白质，D正确。 5.(2024·四川成都高二期末)科学家设计了一种合成蛋白质 LIMK1，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.蛋白质的高级结构十分复杂，故蛋白质工程的难度很大 B.设计蛋白质LIMK1直接操作的对象为蛋白质 C.蛋白质工程创造了自然界不存在的新的蛋白质 D.通过基因定点突变技术可对LIMK1蛋白基因进行碱基对替换 解析：选B。由于蛋白质的高级结构十分复杂，因此蛋白质工程的难度很大，A正确；蛋白质工程不是对蛋白质分子的直接改造，而是通过改造或合成基因来改变生物的遗传和表达性状，所以直接操作对象是基因，B错误；通过基因定点突变技术可对LIMK1蛋白基因进行碱基对的替换，产生新的基因，从而表达出自然界不存在的新的蛋白质，C、D正确。 6.(2024·福建泉州高二期末)如图为蛋白质工程操作的基本思路，下列叙述不正确的是(　　) A.蛋白质工程的目的是对基因的结构进行分子设计 B.代表蛋白质工程操作思路的过程是④⑤，代表中心法则内容的是①② C.图中①代表转录，②代表翻译，④代表推测，⑤代表改造或合成 D.从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则是相反的 解析：选A。蛋白质工程的目的是对蛋白质的结构进行分子设计，通过改造或合成基因实现，A错误；代表蛋白质工程操作思路的过程是④⑤，代表中心法则内容的是①②，B正确；由图可知，①代表转录，②代表翻译，④代表推测，⑤代表改造或合成，C正确；蛋白质工程是根据具有相应功能的蛋白质结构推测氨基酸序列，进而推测出脱氧核苷酸序列，因此蛋白质工程的基本途径与中心法则是相反的，D正确。 7.(2024·山东滨州高二期末)科学家选取纤维素酶分子中若干个氨基酸位点作为改造点，结合中心法则原理，构建了“小而精”的突变体文库，最终获得催化效率更高的纤维素酶分子。下列说法错误的是(　　) A.改造纤维素酶分子的前提是已知纤维素酶的氨基酸序列及其空间结构 B.该过程设计出的高效纤维素酶分子可能是自然界中不存在的蛋白质 C.该过程的实质是对纤维素酶基因在分子水平上进行改造 D.纤维素酶和高效纤维素酶在细胞内合成过程中遗传信息的流向不同 解析：选D。改造纤维素酶分子属于蛋白质工程，蛋白质工程的前提是已知纤维素酶的氨基酸序列及其空间结构，以便推测相应基因中的碱基序列，A正确；设计出的高效纤维素酶分子可能是自然界中不存在的蛋白质，B正确；该过程的实质是对纤维素酶基因在分子水平上进行改造，C正确；纤维素酶和高效纤维素酶在细胞内合成过程中遗传信息的流向相同，D错误。 8.中华鲟是地球上最古老的脊椎动物之一，被称为“活化石”。研究者试图通过蛋白质工程改造中华鲟体内的某些蛋白质，使其更加适应现在的水域环境。以下相关叙述错误的是(　　) A.蛋白质工程可以定向改变蛋白质分子的结构 B.改造蛋白质是通过改造基因结构而实现的 C.蛋白质工程的基础是基因工程 D.改造后的中华鲟的后代不可能具有改造的蛋白质 解析：选D。蛋白质工程可以定向改造蛋白质分子的结构，A正确；改造蛋白质是通过改造基因结构而实现的，B正确；蛋白质工程是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，故蛋白质工程的基础是基因工程，C正确；蛋白质工程改造的是基因，可以遗传给后代，因此改造后的中华鲟的后代也具有改造的蛋白质，D错误。 二、非选择题 9.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。 (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__________。 (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_____________。 答案：(1)mRNA　逆转录酶　PCR　(2)T­DNA　整合到叶肉细胞染色体DNA上　(3)找到第6位氨基酸中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 【综合提升练】 一、选择题 1.(2024·四川凉山高二期末)组织纤维蛋白溶酶原激活因子(tPA)能切割纤溶酶原形成纤溶酶，从而使血栓溶解。tPA容易在血浆中被清除。科学家利用基因定点诱变技术，最终改变tPA分子中的某些糖基化氨基酸而减少糖基化，可延缓tPA在血浆中被清除的速率，达到延长其半衰期。下列叙述错误的是(　　) A.科学家利用基因定点突变技术，最终改变tPA的结构属于蛋白质工程 B.蛋白质工程的操作对象是蛋白质，目的是改造或创造一种新的蛋白质 C.蛋白质工程可以生产自然界没有的蛋白质 D.蛋白质工程的实质是定向改造或生产人类所需的蛋白质 解析：选B。蛋白质工程的操作对象是基因，蛋白质工程通过改造或合成基因，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，所以用基因定点突变技术，最终改变tPA的结构属于蛋白质工程，A正确，B错误；蛋白质工程的实质是定向改造或生产人类所需的蛋白质，可以生产自然界没有的蛋白质，C、D正确。 2.(2024·河北衡水高二期末)多聚磷酸激酶可以利用多聚磷酸盐为磷酸基团供体，实现AMP、ADP、ATP、PolyP 之间磷酸基团的高效定向转移，如下图所示。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SMc02148­KET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.PPK2酶可以催化AMP和ADP，说明PPK2酶不具有专一性 B.PPK2酶合成ATP的过程中不存在负反馈调节 C.在PPK2酶上构建一个替代的ADP结合位点属于蛋白质工程 D.ADP结合位点SMc02148­KET不会与短链聚磷酸盐结合 解析：选C。PPK2酶催化的是一类物质的合成，依然具有专一性，A错误；PPK2酶在合成ATP的过程中会生成短链聚磷酸盐，短链聚磷酸盐会抑制PPK2酶与ADP的结合，抑制ATP的合成，存在负反馈调节，B错误；在PPK2酶上构建一个替代的ADP结合位点，合成了一种之前没有的蛋白质，属于蛋白质工程，C正确；ADP结合位点SMc02148­KET 可以提高对短链聚磷酸盐的利用率，说明其可以与短链聚磷酸盐结合，D错误。 3.(2024·山东淄博高二期末)西妥昔是由人—鼠融合基因表达的一种人—鼠嵌合型单抗(如图)，除具备鼠源抗体的特异性和亲和力外，还降低了鼠源抗体对人体的免疫原性，可用于多种癌症晚期的治疗。EGF是体内促进细胞生长和增殖的因子，西妥昔注射到人体后可与癌细胞表面的EGF受体特异性结合，抑制癌细胞的生长，诱导癌细胞凋亡。服用西妥昔有一定副作用，如可引起皮肤瘙痒、肝功能下降等。下列关于西妥昔的说法，正确的是(　　) A.恒定区决定了抗体的特异性 B.人体的不良反应主要与恒定区有关 C.EGF受体仅在某些癌细胞中表达 D.西妥昔单抗的制备过程属于蛋白质工程 解析：选D。由图可知，可变区能够与抗原特异性结合，可变区决定了抗体的特异性，A错误；鼠源抗体对人体具有免疫原性，人体的不良反应与鼠源抗体有关，主要与可变区有关，B错误；EGF是体内促进细胞生长和增殖的因子，EGF受体在其他细胞中也能表达，C错误；西妥昔单抗的制备过程通过对原有抗体基因改造完成，属于蛋白质工程，D正确。 4.(2024·辽宁大连高二期末)脂肪酶被广泛应用于制药、食品、饮料、化妆品、医疗诊断等多个领域，但天然脂肪酶催化效率低，对非天然底物的选择性差。通过蛋白质工程获取高效脂肪酶是满足工业需求的重要措施，已知酶的活性中心包含催化位点和结合位点。下列叙述正确的是(　　) A.脂肪酶可为脂肪水解为甘油和脂肪酸的过程提供活化能 B.通过蛋白质工程改造脂肪酶可以直接对脂肪酶的活性中心进行改造 C.改造脂肪酶的前提是根据预期脂肪酶的功能设计预期的蛋白质结构 D.若通过氨基酸替换改造脂肪酶，则可通过碱基对的增添或缺失改造基因 解析：选C。脂肪酶能够催化脂肪水解为甘油和脂肪酸，在此过程中，脂肪酶能够降低化学反应的活化能，A错误；通过蛋白质工程改造脂肪酶，必须通过改造或合成基因来完成，而不直接改造脂肪酶的活性中心，B错误；改造脂肪酶的前提是根据预期的脂肪酶的功能设计预期的蛋白质(脂肪酶)结构，C正确；若通过氨基酸替换改造脂肪酶，则可通过碱基对的替换改造基因，D错误。 二、非选择题 5.(2024·广西桂林高二期末)干扰素是动物和人体细胞受到病毒感染后产生的一种糖蛋白，具有抗病毒、抑制细胞增殖及抗肿瘤作用。利用基因工程技术培育能生产干扰素的植物细胞流程如图所示。请回答下列问题： 限制酶 识别序列和切割位点 EcoRⅠ G↓ATTC BamHⅠ G↓ATCC SmaⅠ CCC↓GGG ApaⅠ GGGCC↓C (1)分析上图，可选择限制酶____________来切割质粒，其目的是_____________。质粒被切割后，可用________________酶将其与目的基因连接。 (2)图中的重组质粒，除目的基因、标记基因外，还必须有_________________。 (3)诱导产生胡萝卜愈伤组织的过程称为__________。③过程所使用的固体培养基，除了无机盐、有机营养物质、琼脂、植物激素外，还需添加卡那霉素。卡那霉素的作用是________。在分子水平上通常采用________技术检测干扰素基因是否导入受体细胞。培养产生干扰素的胡萝卜细胞的技术是______________。 (4)干扰素在体外保存相当困难，但如果将其分子中个别氨基酸进行替换，可延长其在体外的保存期。改造思路是从预期______________出发，其直接操作对象是__________，此项技术属于________(填“基因”或“蛋白质”)工程。 解析：(1)据图可知，图中的SmaⅠ会破坏干扰素基因，故不能选择，同时为避免反向连接和自身环化，应采用双酶切，结合图中目的基因两侧的酶切位点可知，应选择BamHⅠ和EcoRⅠ进行切割，以确保目的基因与质粒正确连接。质粒切割后，需要用DNA连接酶将其与目的基因进行连接。(2)图中的重组质粒，除目的基因、标记基因外，还必须有启动子、终止子，两者调控转录的开始和结束，此外还应有复制原点。(3)诱导产生胡萝卜愈伤组织的过程称为脱分化。卡那霉素抗性基因属于标记基因，故培养基中添加卡那霉素的作用是筛选出导入重组质粒的植物细胞。在分子水平上通常采用PCR技术检测干扰素基因是否导入受体细胞。培养产生干扰素的细胞的技术是植物细胞培养技术。(4)干扰素是一种蛋白质， 在体外保存相当困难，但如果将其分子中个别氨基酸进行替换，可延长其在体外的保存期，故改造思路是从预期蛋白质的功能出发；由于基因决定蛋白质的合成，故通过对基因的改造完成，此技术属于蛋白质工程。 答案：(1) BamHⅠ和EcoRⅠ　确保目的基因与质粒正确连接　DNA连接　(2)启动子、终止子、复制原点　(3)脱分化　筛选出导入重组质粒的植物细胞　PCR　植物细胞培养　(4)蛋白质的功能　基因　蛋白质 $$