第3章 第4节 蛋白质工程的原理和应用-【优化探究】2025-2026学年新教材高中生物学选择性必修3同步导学案配套PPT课件（人教版）单选

基因工程 第3章　 第4节　蛋白质工程的原理和应用     [目标导学]　1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。2.简述蛋白质工程的基本原理。 内容索引 NEIRONGSUOYIN 学习任务　蛋白质工程的原理及应用 课时作业 巩固提升 备选题库 教师独具 蛋白质工程的原理及应用 学习任务 1．蛋白质工程的概念 梳理 归纳教材知识 结构规律 生物功能　 改造 合成基因 蛋白质 2．蛋白质工程崛起的缘由 (1)崛起缘由 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________，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 蛋白质 新的性状　 已存在 特定物种　 人类生产和生活 (2)实例：提高玉米赖氨酸含量   改造后玉米叶片和种子中游离赖氨酸的含量分别提高5倍和2倍。 苏氨酸　 天冬酰胺 3．蛋白质工程的基本原理 基因 蛋白 质结构　 氨基酸 脱氧核苷酸 4．蛋白质工程的应用 (1)在医药工业方面的应用 ①研发速效胰岛素类似物：科学家已通过改造________________实现了对相应氨基酸序列的改造，使B28位脯氨酸替换为天冬氨酸或者将它与B29位的赖氨酸交换位置，从而有效抑制了________________，由此研发出速效胰岛素类似物。 ②提高干扰素的保存期：将干扰素分子上的一个____________变成____________，在一定条件下，可以延长保存时间。 ③改造抗体：将小鼠抗体上__________________“嫁接”到人的抗体上，经过这样改造的抗体诱发免疫反应的强度就会降低很多。 胰岛素基因 　胰岛素的聚合　 半胱氨酸 丝氨酸　 结合抗原的区域 (2)在其他工业和农业方面的应用 ①改进酶的性能或开发新的工业用酶：利用蛋白质工程获得枯草杆菌蛋白酶的___________已有上百种。 ②改造某些重要的酶：利用蛋白质工程尝试改造某些参与______________的酶，以提高植物光合作用的效率，增加粮食的产量。 突变体 调控光合作用 [正误辨析] (1)蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质。(　　) (2)对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的。(　　) (3)由于蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化，空间结构千差万别，蛋白质工程操作难度很大 。 (　　) (4)蛋白质工程不能改变蛋白质的活性。(　　) √ × √ × 1．阅读教材P94蛋白质工程的基本思路，回答下列问题。 探究 要点合作突破 (1)如何由蛋白质氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列？ 提示：先根据氨基酸与密码子的对应关系找到mRNA中相对应的核糖核苷酸序列，再根据mRNA与DNA的碱基互补配对关系找到基因中相对应的脱氧核苷酸序列。 (2)如果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呢？并说明理由。 提示：不唯一。因为一个氨基酸可能由一个或多个密码子决定，因此获得的基因总的碱基序列有多种。 (3)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。 (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？ 提示：操作对象相同，蛋白质工程和基因工程的操作对象都为基因。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。 2．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，据图分析并回答相关问题。 (1)生产鼠—人嵌合抗体利用了哪种生物工程技术？该工程技术的目的是什么？ 提示：蛋白质工程。目的是改造已有的蛋白质或制造一种新的蛋白质，满足人类生产和生活的需求。 (2)对鼠源杂交瘤抗体进行改造，是直接改造蛋白质本身吗？ 提示：直接操作对象是基因，不是蛋白质。 (3)请写出利用蛋白质工程制备鼠—人嵌合抗体的流程。 提示：预期鼠—人嵌合抗体的功能→设计鼠—人嵌合抗体的结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列→改造鼠源性抗体基因→扩增基因并通过基因工程生产鼠—人嵌合抗体。 [归纳总结] 蛋白质工程与基因工程的区别和联系 1．干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，可以用于治疗病毒的感染和癌症，但体外保存相当困难。如图是利用蛋白质工程设计生产干扰素的流程图，下列叙述错误的是(　　) 强化 题点对应训练 A．图中构建新的干扰素模型的主要依据是新的干扰素的预期功能 B．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 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．图中各过程并没有涉及基因工程技术 答案：D 解析：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；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，故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正确；蛋白质工程的实质是对基因进行操作，因此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；题图中从“人工合成DNA”到“在受体细胞中表达”的过程运用了基因工程技术，D错误。 2．已知生物体内有一种转运蛋白Y，由300个氨基酸组成。如果将Y中第157位的L－异亮氨酸变成亮氨酸，第261位的酪氨酸变成丝氨酸，改变后的蛋白质Y1不但保留了原有Y的功能，且具备了催化活性。下列说法正确的是(　　) 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．可以通过对Y蛋白基因进行修饰或人工合成获得Y1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Y1蛋白与Y蛋白的过程中，遗传信息的流向是相反的 B 解析：蛋白质工程需要在分子水平上对基因进行操作，A错误；据题干信息可知，可以通过对Y蛋白基因进行修饰或人工合成获得Y1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Y1蛋白与Y蛋白的过程中，遗传信息的流向是相同的，D错误。 [方法技巧] “二看法”判断基因工程和蛋白质工程 课堂小结 备选题库 教师独具 1．下列各项与蛋白质工程没有直接关系的是(　　) A．利用各种高科技手段分析蛋白质的分子结构 B．研究并改变某种蛋白质相关基因的碱基序列 C．设计和制造自然界中没有的人工蛋白质 D．将编码牛凝乳酶的基因导入酵母菌的基因组中获得凝乳酶 2 3 1 4 D 5 解析：将编码牛凝乳酶的基因导入酵母菌的基因组中获得凝乳酶是基因工程的成果，与蛋白质工程没有直接关系，D符合题意。 2 3 1 4 5 2．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 2 3 1 4 D 5 解析：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 3 1 4 5 3．科研人员利用相关技术改变了胰岛素B链的第9位氨基酸，从而避免了胰岛素结合成无活性的二聚体形式。下列相关叙述不正确的是(　　) A．对胰岛素结构的改造属于蛋白质工程 B．可通过测定DNA的序列确定突变是否成功 C．该过程的操作对象是胰岛素相关基因 D．胰岛素适合口服使用 2 3 1 4 D 5 解析：胰岛素是蛋白质，对蛋白质结构的改造属于蛋白质工程，A正确；DNA中碱基的排列顺序代表遗传信息，因而可通过测定DNA的序列确定突变是否成功，B正确；蛋白质工程的直接操作对象是基因，而不是蛋白质，C正确；胰岛素为蛋白质，若口服会被消化酶分解，因此胰岛素不适合口服，D错误。 2 3 1 4 5 4．下列关于蛋白质工程说法不正确的是(　　) A．蛋白质工程的设计与实施遵循中心法则 B．蛋白质工程可对酶的反应物专一性、热变性、碱变性等加以改变 C．原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质，而这种蛋白质完全符合人们生产和生活的需要 D．蛋白质工程在农业方面可以增加粮食产量、研发新型农药 2 3 1 4 C 5 解析：蛋白质工程的设计与实施遵循中心法则，A正确；可以通过蛋白质工程修饰相应的基因改变酶的反应物专一性、热变性、碱变性等，B正确；蛋白质工程可以生产自然界中已存在的蛋白质，也可以生产自然界中不存在的蛋白质，C错误；蛋白质工程在农业方面可以增加粮食产量、研发新型农药，D正确。 2 3 1 4 5 5．已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中第158位的丝氨酸变成亮氨酸，第240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保留了P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题。 2 3 1 4 5 (1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的_____________________进行改造。 (2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰________基因或合成________基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括____________的复制以及遗传信息在不同分子之间的流动。 (3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过______________和_________________，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的________________进行鉴定。 2 3 1 4 5 答案：(1)氨基酸序列 (2)P　P1　DNA和RNA (3)设计预期的蛋白质结构　推测应有的氨基酸序列　生物功能 2 3 1 4 5 解析：(1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的氨基酸序列进行改造。 (2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰P基因或合成P1基因。所获得的基因表达时遵循中心法则，中心法则的全部内容包括DNA和RNA的复制以及遗传信息在不同分子之间的流动。 2 3 1 4 5 (3)蛋白质工程的过程为：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→找到并改变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。据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物功能进行鉴定。 2 3 1 4 5 课时作业 巩固提升 [基础巩固练] 1．下列关于蛋白质工程的叙述，错误的是(　　) A．蛋白质工程的实质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 B．蛋白质工程可以使大肠杆菌细胞合成人的胰岛素 C．蛋白质工程能生产出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子 D．蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 B 解析：蛋白质工程又称为第二代的基因工程，其实质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，A正确；大肠杆菌细胞合成人的胰岛素是通过基因工程完成的，B错误；蛋白质工程能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，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，C正确；蛋白质工程可以根据人的需求来设计蛋白质的结构，又称为第二代基因工程，D正确。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 2．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的流程。下列有关叙述错误的是(　　) A．蛋白质工程就是根据人们需要，直接对蛋白质进行加工改造 B．蛋白质工程是通过基因改造或基因合成等方法，对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质 C．①②过程为转录和翻译 D．蛋白质工程是从④开始的 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 A 解析：蛋白质工程并不是直接对蛋白质进行加工修饰的，蛋白质工程是通过基因修饰或基因合成等方法，对现有蛋白质进行改造，A错误，B正确；基因通过①转录形成mRNA，之后经过②翻译形成多肽链，C正确；蛋白质工程是从预期蛋白质功能开始的，即④，D正确。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 3．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：对天然蛋白质进行改造，是通过对基因的操作来实现的，C正确。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 C 4．某生物中发现一种基因的表达产物是具有较强抗菌性和溶血性的多肽P1，科研人员预期在多肽P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的蛋白质药物，下一步要做的是(　　) A．构建含目的肽DNA片段的表达载体 B．合成编码多肽P1的DNA片段 C．设计抗菌性强但溶血性弱的蛋白质结构 D．利用抗原—抗体杂交的方法对表达产物进行检测 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 C 解析：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)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。因此，预期在多肽P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的蛋白质药物，下一步要做的是设计预期的蛋白质结构，即设计抗菌性强但溶血性弱的蛋白质结构，C正确。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 5．下列不属于蛋白质工程的成果的是(　　) A．改造蛋白质类酶的结构，提高其热稳定性 B．生产鼠—人嵌合抗体 C．将干扰素分子中的半胱氨酸替换为丝氨酸 D．将人的胰岛素基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素 解析：将人的胰岛素基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素是基因工程的成果，D符合题意。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 D 6．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定向设计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。下列有关叙述错误的是(　　) A．蛋白质工程的实质是在DNA分子水平上进行设计和改造蛋白质 B．氨基酸序列的差异是影响胰岛素在患者体内稳定性的原因之一 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 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 C 解析：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定的氨基酸顺序外，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。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 7．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 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 A 解析：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。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 [素能培优练] 8．T4溶菌酶(A0)在温度较高时易失去活性。研究人员通过蛋白质工程对T4溶菌酶第3位上的异亮氨酸改成半胱氨酸，该处半胱氨酸可与第97位半胱氨酸之间形成一个二硫键，获得了热稳定性高的T4溶菌酶(A1)。下列说法正确的是(　　) 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．蛋白质工程与中心法则的流程方向一致，即DNA→mRNA→蛋白质 C．检测A1活性时可先将A1与底物混合，再置于高温环境中 D．A0和A1空间结构的差异是二者热稳定性不同的直接原因 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 D 解析：蛋白质工程需要在分子水平上对基因进行操作，A错误；蛋白质工程与中心法则的流程方向相反，B错误；检测A1活性时应先将A1与底物分别置于高温环境，保温一段时间再混合，C错误；分析题意可知，和A0相比，A1不仅仅是氨基酸的序列不同，同时还增加了一个二硫键，导致空间结构也有差异，这是二者热稳定性不同的直接原因，D正确。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 9．瑞典科学家斯万特·帕博凭借对已灭绝古人类 基因组和人类进化的发现荣获2022年诺贝尔奖生 理学或医学奖。他在研究过程中使用了大引物 PCR构建定点突变，其过程如图。下列相关叙述 正确的是(　　) A．进行PCR扩增需要的酶有解旋酶和耐高温的DNA聚合酶 B．利用该技术将某功能蛋白的结构改变属于蛋白质工程 C．第二轮PCR所用的引物都为第一轮PCR所产生的DNA的两条链 D．PCR子链的延伸过程都是从引物的5′端开始的 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 B 解析：进行PCR扩增需要的酶是耐高温的DNA聚 合酶，不需要解旋酶，A错误；欲将某功能蛋白的 结构改变，应设计诱变引物，该过程属于蛋白质 工程，B正确；除第一轮产物作为第二轮PCR扩增 的大引物外，第二轮PCR仍需加入的引物是另一种 侧翼引物，以便进行另一条链的延伸，C错误； PCR子链的延伸过程都是从5′端开始的，引物与产物互补配对，因此都是从引物的3′端开始的，D错误。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 10．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蛋白质分子中第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 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 D 解析：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；科学家将第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P1蛋白，P1蛋白与P蛋白相比，氨基酸的数目不变，肽键数目相等，但是必需氨基酸含量升高，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 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 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．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 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 D 解析：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，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位置，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，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。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 12．如图表示蛋白质工程的基本思路，探究下列问题。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 (1)写出流程图中字母代表的含义：A.________； B.________；C.________；D.________；E.________。 (2)题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________。 (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，还是通过对基因进行操作来实现？________，原因是___________。 (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？ 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 答案：(1)预期功能　氨基酸序列　改造或合成　转录　翻译 (2)D、E　A、C (3)通过对基因进行操作　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；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)不同。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。得到的蛋白质不同：蛋白质工程可以得到自然界中没有的新的蛋白质；基因工程得到的是自然界中原有的蛋白质。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 解析：(1)蛋白质工程的流程：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mRNA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，据此推测A表示蛋白质的预期功能；B表示应有的氨基酸序列；C表示改造或合成基因；D表示转录；E表示翻译，最终获得目标蛋白质。 (2)中心法则的主要内容指的是信息可以从DNA流向DNA，即DNA的自我复制；也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。 因此题图字母中属于中心法则的过程有转录和翻译，即图中的D和E，属于蛋白质工程的过程有A和C。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 (3)对天然蛋白质进行改造，应该通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造，因为蛋白质的生物合成需要通过基因来控制，而且通过对基因的改造能实现对蛋白质合成的持续作用，能使性状遗传；且蛋白质空间结构复杂，不容易改造；因而其原因可总结为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；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不同，表现在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。由于操作的对象不同，因而基因工程和蛋白质工程得到的蛋白质也有差别，具体表现在蛋白质工程可以得到自然界中没有的新的蛋白质；基因工程得到的是自然界中原有的蛋白质。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 13．科研团队通过转基因获得了一种大肠杆菌工程菌，成为监测残留在生物组织或环境中的四环素水平的“报警器”，其监测原理如图1所示，天然大肠杆菌不具备图1中所示基因。启动子有利于RNA聚合酶识别并启动特定基因的转录，CFP蛋白可在一定条件下发出荧光。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 (1)在上述研究中，必须导入天然大肠杆菌的目的基因有__________(填写编号)。 ①TetR基因　②GFP基因　③四环素合成相关基因　④RNA聚合酶基因 (2)据图1，当环境中不含四环素时，该大肠杆菌工程菌__________(填“能发出”或“不发出”)荧光。该种四环素检测方法的原理是___________________________________。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 (3)图2表示2个DNA片段、质粒及其上的限制性内切核酸酶的识别序列的分布情况；其中质粒上的Ampr代表青霉素抗性基因。如表为相关限制性内切核酸酶的识别序列与切割位点。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 限制酶 识别序列及切割位点 EcoRⅠ XbaⅠ SpeⅠ BamHⅠ 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 若要拼接DNA片段1和2，结合图2和表中信息，在特定工具酶作用下能成功拼接的位点处碱基序列为__________(填写编号)。 ① 5′－TCTAGA－3′ 3′－AGATCT－5′ ② 5′－TCTAGT－3′ 3′－AGATCA－5′ ③ 5′－ACTAGA－3′ 3′－TGATCT－5′ ④ 5′－ACTAGT－3′ 3′－TGATCA－5′ 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 (4)为提高对环境中四环素水平监测的有效性，研究人员将GFP的第65位丝氨酸突变成苏氨酸后，增加了绿色荧光稳定性和强度。该项技术属于__________(填编号)。 ①基因的定点突变　②基因的定向进化　③细胞工程　④蛋白质工程 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 答案：(1)①② (2)不发出　当环境中没有四环素时，由于TetR基因的表达产物TetR蛋白对启动子2的抑制作用，使得GFP基因不能表达出绿色荧光蛋白(GFP蛋白)而不发光，当环境中存在四环素时，可以解除这种抑制作用，绿色荧光蛋白得以表达并发光 (3)②③ (4)①④ 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 解析：(1)据图1分析可知，启动子1可与RNA聚合酶结合，促进TetR基因的表达TetR蛋白，TetR蛋白抑制启动子2与RNA聚合酶的结合，抑制GFP(绿色荧光蛋白)基因表达绿色荧光蛋白。四环素可以抑制TetR蛋白的作用，因此当环境中没有四环素时，GFP(绿色荧光蛋白)基因不表达；当环境中有四环素时，四环素能够解除TetR蛋白对启动子2的抑制作用，最终使菌体发出绿色荧光。可以通过检测荧光强弱来判定环境中的四环素浓度，因此需导入天然大肠杆菌的目的基因有①②。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 (2)据图1可知，四环素检测方法的原理是当环境中没有四环素时，该大肠杆菌工程菌TetR基因表达的TetR蛋白会抑制启动子2与RNA聚合酶的结合，抑制GFP(绿色荧光蛋白)基因表达绿色荧光蛋白，因此不发出荧光。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 (3)据图2分析可知，DNA片段1两端的限制酶识别序列分别是XbaⅠ和EcoRⅠ，而DNA片段2两端的限制酶识别序列是SpeⅠ和BamHⅠ，若要让两个DNA片段连接在一起，需要经酶切后获得相同的黏性末端。据表格分析，XbaⅠ和SpeⅠ酶切能获得相同的黏性末端，因此DNA片段1用XbaⅠ酶切，DNA片段2用SpeⅠ酶切，然后再用DNA连接酶将两个DNA片段连接在一起，所以在特定工具酶作用下能成功拼接的位点处碱基序列为②③。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 (4)该项技术最终改变的是GFP(蛋白质)的结构，属于蛋白质工程，而要将GFP的第65位丝氨酸突变成苏氨酸，就需要改变基因中对应的碱基序列，因此也属于基因的定点突变，故选①④。 $$