3.4 蛋白质工程-【晨读晚练】2024-2025学年高二生物知识速记与提升（人教版2019选择性必修3）

3．4 蛋白质工程 （必背要点+必知重难+知识检测） 一、蛋白质工程的概念及分析 1．概念：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 ，以满足人类生产或生活的需求。 2．概念分析 (1)基础：蛋白质分子的 结构规律 及其与 生物功能 的关系。 (2)手段：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 。 (3)蛋白质工程的目的：生产符合 人们生产和生活需要 的并非自然界中已存在的蛋白质。 二、蛋白质工程崛起的缘由 1．基因工程的实质和不足 (1)实质：将一种生物的 基因 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 新性状 。 (2)不足：在原则上只能生产自然界 已存在的蛋白质 。 2．天然蛋白质的不足：天然蛋白质的 结构和功能 符合 特定物种 生存的需要，却不一定 完全符合人类生产和生活的需要。 3．蛋白质工程崛起的缘由 (1)基因工程在原则上只能生产自然界 已存在的蛋白质 。 (2)天然蛋白质的结构和功能符合特定物种生存的需要，却 不一定完全符合 人类生产和生活的需要。 4．蛋白质工程崛起的理论和技术条件： 分子生物学 、晶体学以及计算机技术的迅速发展。 4．实例 3．蛋白质工程的实例 (1)延长干扰素保存时间： (2)提高玉米赖氨酸含量： (改造后玉米叶片和种子中的游离赖氨酸分别提高5倍和2倍) (3)还有许多工业用酶也是在改变天然酶的特性后，才使之适应生产和使用需要的。 三、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．原理：由预期的蛋白质找到相对应的 脱氧核苷酸序列 (基因)。 3．蛋白质工程的实质： 改造基因 或 合成基因 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。。 4． 基本思路：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 →找到并改变相对应的 脱氧核苷酸序列 (基因)。 (1)思路 (2)流程 四、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：从而有效抑制了 胰岛素的聚合 ，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 半胱氨酸 变成 丝氨酸 ，提高了干扰素的保存时间。 (3)制备人鼠嵌合抗体 ①医学问题：小鼠单克隆抗体会使人产生 疫反免应 ，从而导致它的治疗效果大大降低。 ②解决方法：通过改造基因，将小鼠抗体上 结合抗原 的区域(即可变区)“嫁接”到 人的抗体 (即恒定区)上(如图所示)，经过这样改造的抗体诱发免疫反应的强度就会降低很多。 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蛋白酶的多种 突变体 。 (2)改造某些重要的酶：利用蛋白质工程改造参与 调控光合作用的酶 ，以提高植物光合作用的效率。 3．面临困难：蛋白质发挥功能必须依赖于正确的 高级功能 ，而这种高级结构往往是十分复杂，科学家要设计出更加符合人类需要的 蛋白质 很困难。 1．蛋白质工程——基本思路 （1）为什么蛋白质工程不是直接改造蛋白质而是通过基因改造和基因合成来完成？ (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)对基因进行改造比对蛋白质进行直接改造容易操作 ，难度小得多。 （2）蛋白质工程的操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？ 基因工程操作程序的基本思路遵守中心法则，从DNA→mRNA→多肽→折叠产生蛋白质，基本上是生产出自然界中已有的蛋白质。蛋白质工程是按照相反的思路进行的，确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质具备的折叠状态→应有的氨基 酸序列→基因中的碱基序列，可以创造自然界不存在的蛋白质。 3．蛋白质工程和基因工程的比较 4．方法技巧——“二看法”判断基因工程和蛋白质工程 （限时：15min） 一、单选题 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。下列叙述正确的是（　　） A．蛋白质工程的最终目的是分析蛋白质的三维结构 B．蛋白质工程和基因工程的操作对象存在差异 C．现有基因的脱氧核苷酸序列是蛋白质工程设计实施的出发点 D．利用蛋白质工程技术改造蛋白质的过程仍遵循中心法则 2．（2021·辽宁·高考真题）腈水合酶（N0）广泛应用于环境保护和医药原料生产等领域，但不耐高温。利用蛋白质工程技术在N0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（N1）。下列有关叙述错误的是（　　） A．N1与N0氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一 B．加入连接肽需要通过改造基因实现 C．获得N1的过程需要进行转录和翻译 D．检测N1的活性时先将N1与底物充分混合，再置于高温环境 3．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。蛋白质工程流程如图所示。下列关于蛋白质工程叙述正确的是（    ） A．蛋白质工程是在分子水平上对DNA分子直接进行操作，定向改变分子的结构 B．图中的b为mRNA a为蛋白质，b和a对应的单体序列都是唯一的 C．通过蛋白质工程改造的水蛭蛋白是自然界已有的蛋白质 D．蛋白质工程改造的水蛭蛋白过程中不涉及中心法则 4．（2022·重庆·高考真题）将人胰岛素A链上1个天冬氨酸替换为甘氨酸，B链末端增加2个精氨酸，可制备出一种人工长效胰岛素。下列关于该胰岛素的叙述，错误的是（    ） A．进入人体后需经高尔基体加工 B．比人胰岛素多了2个肽键 C．与人胰岛素有相同的靶细胞 D．可通过基因工程方法生产 5．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P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的蛋白质药物。下列说法错误的是（    ） A．预期P1功能的下一步是找到并改变相应的脱氧核苷酸序列 B．对P1进行设计和改造最终必须通过改造基因来完成 C．对表达产物进行检测的原理是抗原抗体的特异性结合 D．研发新的P1的技术属于蛋白质工程 6．生物工程应用广泛，成果丰硕，下列对应工程技术应用正确的是（    ） A．利用乳腺反应器生产药物，属于基因工程与动物细胞工程 B．制造一种能降解石油的“超级细菌”属于发酵工程 C．利用苏云金芽孢杆菌制成生物农药属于基因工程 D．人工生产牛胰岛素属于蛋白质工程 7．研究人员利用点突变技术将干扰素（IFN）第17位的半胱氨酸诱变为丝氨酸后，发现其抗病毒活性提高了100倍，且这种新型的IFN在-70℃下保存150天后仍然稳定。下列相关叙述错误的是（    ） A．点突变技术通常是直接对蛋白质进行操作，使氨基酸改变 B．IFN抗病毒活性发生改变的直接原因是其空间结构发生改变 C．该技术为蛋白质工程，蛋白质工程常利用的工具酶有限制酶和DNA连接酶等 D．经改造后的新型IFN活性强、稳定性高的性状是可以遗传的 8．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 分子水平上进行改造或合成 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．蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，因此蛋白质工程难度很大 9．T4溶菌酶是一种工业用酶，但在温度较高时容易失活。科学家利用蛋白质工程，将T4溶菌酶的第3位异亮氨酸变为半胱氨酸，获得了耐高温的T4溶菌酶。下列叙述正确的是（    ） 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．自然界中所有的酶都可通过蛋白质工程进行改造 C．根据设计的T4溶菌酶的氨基酸序列只能推测出一种脱氧核苷酸序列 D．改造后的T4溶菌酶还需进一步测定酶活力等才能应用到生产实践中 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 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 二、非选择题 11．天然胰岛素制剂易形成二聚体或六聚体，皮下注射后往往需要经历逐渐解聚的过程，这在一定程度上延缓了其疗效。科研人员研制出了速效胰岛素，研发流程如图所示。回答下列问题： (1)据图可知，速效胰岛素的研发流程遵循蛋白质工程的基本思路，即从预期的蛋白质功能出发→ → → →获得所需要的蛋白质。速效胰岛素的生产过程遵循 法则。 (2)研制速效胰岛素的过程中，科研人员的直接操作对象是 。在大肠杆菌中表达的新的胰岛素 （填“有”或“没有”）生物活性，理由是 。 (3)若想通过乳腺生物反应器来实现速效胰岛素的批量生产，则需要将新的胰岛素基因与 等调控元件重组在一起，用 的方法，导入哺乳动物如羊的受精卵中，培育出转基因动物，待其进入泌乳期，其乳汁中即含速效胰岛素。 (4)若要比较速效胰岛素和天然胰岛素的疗效差异，请以糖尿病模型鼠为实验材料，简要写出实验设计思路： 。 4 / 4 学科网（北京）股份有限公司 $$ 3．4 蛋白质工程 （必背要点+必知重难+知识检测） 一、蛋白质工程的概念及分析 1．概念：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 ，以满足人类生产或生活的需求。 2．概念分析 (1)基础：蛋白质分子的 结构规律 及其与 生物功能 的关系。 (2)手段：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 。 (3)蛋白质工程的目的：生产符合 人们生产和生活需要 的并非自然界中已存在的蛋白质。 二、蛋白质工程崛起的缘由 1．基因工程的实质和不足 (1)实质：将一种生物的 基因 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 新性状 。 (2)不足：在原则上只能生产自然界 已存在的蛋白质 。 2．天然蛋白质的不足：天然蛋白质的 结构和功能 符合 特定物种 生存的需要，却不一定 完全符合人类生产和生活的需要。 3．蛋白质工程崛起的缘由 (1)基因工程在原则上只能生产自然界 已存在的蛋白质 。 (2)天然蛋白质的结构和功能符合特定物种生存的需要，却 不一定完全符合 人类生产和生活的需要。 4．蛋白质工程崛起的理论和技术条件： 分子生物学 、晶体学以及计算机技术的迅速发展。 4．实例 3．蛋白质工程的实例 (1)延长干扰素保存时间： (2)提高玉米赖氨酸含量： (改造后玉米叶片和种子中的游离赖氨酸分别提高5倍和2倍) (3)还有许多工业用酶也是在改变天然酶的特性后，才使之适应生产和使用需要的。 三、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．原理：由预期的蛋白质找到相对应的 脱氧核苷酸序列 (基因)。 3．蛋白质工程的实质： 改造基因 或 合成基因 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。。 4． 基本思路：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 →找到并改变相对应的 脱氧核苷酸序列 (基因)。 (1)思路 (2)流程 四、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：从而有效抑制了 胰岛素的聚合 ，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 半胱氨酸 变成 丝氨酸 ，提高了干扰素的保存时间。 (3)制备人鼠嵌合抗体 ①医学问题：小鼠单克隆抗体会使人产生 免疫反应 ，从而导致它的治疗效果大大降低。 ②解决方法：通过改造基因，将小鼠抗体上 结合抗原 的区域(即可变区)“嫁接”到 人的抗体 (即恒定区)上(如图所示)，经过这样改造的抗体诱发免疫反应的强度就会降低很多。 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蛋白酶的多种 突变体 。 (2)改造某些重要的酶：利用蛋白质工程改造参与 调控光合作用的酶 ，以提高植物光合作用的效率。 3．面临困难：蛋白质发挥功能必须依赖于正确的 高级功能 ，而这种高级结构往往是十分复杂，科学家要设计出更加符合人类需要的 蛋白质 很困难。 1．蛋白质工程——基本思路 （1）为什么蛋白质工程不是直接改造蛋白质而是通过基因改造和基因合成来完成？ (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)对基因进行改造比对蛋白质进行直接改造容易操作，难度小得多。 （2）蛋白质工程的操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？ 基因工程操作程序的基本思路遵守中心法则，从DNA→mRNA→多肽→折叠产生蛋白质，基本上是生产出自然界中已有的蛋白质。蛋白质工程是按照相反的思路进行的，确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→基因中的碱基序列，可以创造自然界不存在的蛋白质。 3．蛋白质工程和基因工程的比较 4．方法技巧——“二看法”判断基因工程和蛋白质工程 （限时：15min） 一、单选题 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。下列叙述正确的是（　　） A．蛋白质工程的最终目的是分析蛋白质的三维结构 B．蛋白质工程和基因工程的操作对象存在差异 C．现有基因的脱氧核苷酸序列是蛋白质工程设计实施的出发点 D．利用蛋白质工程技术改造蛋白质的过程仍遵循中心法则 【答案】D 【分析】蛋白质工程：（1）概念：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。（2）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，找到相对应的脱氧核苷酸序列或合成新的基因，获得所需要的蛋白质。 【详解】A、蛋白质工程的最终目的是改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，A错误； B、蛋白质工程和基因工程的操作对象都是基因，B错误； C、蛋白质工程设计实施的出发点是预期蛋白质功能，C错误； D、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，找到相对应的脱氧核苷酸序列或合成新的基因，获得所需要的蛋白质。利用蛋白质工程技术改造蛋白质的过程仍遵循中心法则，D正确。 故选D。 2．（2021·辽宁·高考真题）腈水合酶（N0）广泛应用于环境保护和医药原料生产等领域，但不耐高温。利用蛋白质工程技术在N0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（N1）。下列有关叙述错误的是（　　） A．N1与N0氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一 B．加入连接肽需要通过改造基因实现 C．获得N1的过程需要进行转录和翻译 D．检测N1的活性时先将N1与底物充分混合，再置于高温环境 【答案】D 【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。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）。 【详解】A、在N0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（N1），则N1与N0氨基酸序列有所不同，这可能是影响其热稳定性的原因之一，A正确； B、蛋白质工程的作用对象是基因，即加入连接肽需要通过改造基因实现，B正确； C、N1为蛋白质，蛋白质的合成需要经过转录和翻译两个过程，C正确； D、酶具有高效性，检测N1的活性需先将其置于高温环境，再与底物充分混合，D错误。 故选D。 【点睛】 3．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。蛋白质工程流程如图所示。下列关于蛋白质工程叙述正确的是（    ） A．蛋白质工程是在分子水平上对DNA分子直接进行操作，定向改变分子的结构 B．图中的b为mRNA a为蛋白质，b和a对应的单体序列都是唯一的 C．通过蛋白质工程改造的水蛭蛋白是自然界已有的蛋白质 D．蛋白质工程改造的水蛭蛋白过程中不涉及中心法则 【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求。也就是说，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，是包含多学科的综合科技工程领域。 【详解】A、蛋白质工程直接的操作对象是水蛭素基因，是在分子水平上对DNA分子直接进行操作，定向改变分子的结构，A正确； B、据图可知，物质a是具有氨基酸序列的多肽链，物质b是mRNA。在生产过程中，物质b可能不同，原因是密码子的简并性，即一种氨基酸可能对应几个密码子，B错误； C、通过蛋白质工程改造的水蛭蛋白是自然界没有的蛋白质，C错误； D、根据中心法则逆推以确定目的基因的碱基序列，涉及到了中心法则，D错误。 故选A。 4．（2022·重庆·高考真题）将人胰岛素A链上1个天冬氨酸替换为甘氨酸，B链末端增加2个精氨酸，可制备出一种人工长效胰岛素。下列关于该胰岛素的叙述，错误的是（    ） A．进入人体后需经高尔基体加工 B．比人胰岛素多了2个肽键 C．与人胰岛素有相同的靶细胞 D．可通过基因工程方法生产 【答案】A 【分析】基因工程只能生产已有的蛋白质，人工长胰岛素A链有氨基酸的替换，B链增加了两个氨基酸，需要通过蛋白质工程生产。 【详解】A、胰岛素作用于细胞表面的受体，不需要经高尔基体的加工，A错误； B、人工长效胰岛素比人胰岛素的B链上多了两个精氨酸，氨基酸与氨基酸之间通过肽键连接，故多2个肽键，B正确； C、人工胰岛素和人胰岛素作用相同，都是降血糖的作用，故靶细胞相同，C正确； D、人工长效胰岛素是对天然蛋白质的改造，需要通过基因工程生产，D正确。 故选A。 5．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P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的蛋白质药物。下列说法错误的是（    ） A．预期P1功能的下一步是找到并改变相应的脱氧核苷酸序列 B．对P1进行设计和改造最终必须通过改造基因来完成 C．对表达产物进行检测的原理是抗原抗体的特异性结合 D．研发新的P1的技术属于蛋白质工程 【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。 【详解】A、根据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，预期P1功能的下一步是设计预期的蛋白质结构，A错误； B、根据蛋白质工程的基本思路可知，对P1进行设计和改造最终必须通过改造基因来完成，B正确； C、蛋白质工程的表达产物为蛋白质，可以利用抗原一抗体杂交的方法对该蛋白质进行检测，C正确； D、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，因此研发新的P1的技术属于蛋白质工程，D正确。 故选A。 6．生物工程应用广泛，成果丰硕，下列对应工程技术应用正确的是（    ） A．利用乳腺反应器生产药物，属于基因工程与动物细胞工程 B．制造一种能降解石油的“超级细菌”属于发酵工程 C．利用苏云金芽孢杆菌制成生物农药属于基因工程 D．人工生产牛胰岛素属于蛋白质工程 【答案】C 【分析】动物基因工程的应用：培育快速生长的转基因动物，如转基因绵羊、转基因鲤鱼；改善畜产品品质的转基因动物，如乳汁中含乳糖较少的转基因牛；生产药物的转基因动物，如利用乳腺生物反应器生产药物；作器官移植供体的转基因动物，如无免疫排斥的转基因猪。 【详解】A、科学家们将药用蛋白基因导入动物的受精卵中，培养出转基因动物，让药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达，利用乳腺生物反应器生产药物，这属于动物基因工程的应用，A错误； B、野生型的假单胞杆菌只能分解石油中的一种烃类，科学家利用基因工程技术，制造出一种能分解石油中3种烃类的“超级细菌”，提高了石油的降解速率，这属于基因工程的应用，B错误； C、我国科学家将苏云金芽孢杆菌中能够产生杀虫毒素的基因转移到棉花体内，成功培育了一系列抗虫棉品种，该项生物技术属于基因工程，C正确； D、将人的基因导入大肠杆菌体内，使其产生大量胰岛素属于基因工程，D错误。 故选C。 7．研究人员利用点突变技术将干扰素（IFN）第17位的半胱氨酸诱变为丝氨酸后，发现其抗病毒活性提高了100倍，且这种新型的IFN在-70℃下保存150天后仍然稳定。下列相关叙述错误的是（    ） A．点突变技术通常是直接对蛋白质进行操作，使氨基酸改变 B．IFN抗病毒活性发生改变的直接原因是其空间结构发生改变 C．该技术为蛋白质工程，蛋白质工程常利用的工具酶有限制酶和DNA连接酶等 D．经改造后的新型IFN活性强、稳定性高的性状是可以遗传的 【答案】A 【分析】蛋白质工程指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、点突变技术属于蛋白质工程，蛋白质工程直接改造的对象是基因，A错误； B、IFN抗病毒活性发生改变的直接原因是其空间结构发生改变，B正确； C、蛋白质工程是第二代基因工程，基因工程利用的工具酶有限制酶和DNA连接酶等，C正确； D、蛋白质工程改造的是控制蛋白质合成的基因，因此经改造后的新型IFN的性状可以遗传，D正确。 故选A。 8．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 分子水平上进行改造或合成 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．蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，因此蛋白质工程难度很大 【答案】C 【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正确； B、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，因此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，B正确； C、胰岛素属于蛋白质，改造胰岛素应首先从预期的蛋白质功能出发，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C。 9．T4溶菌酶是一种工业用酶，但在温度较高时容易失活。科学家利用蛋白质工程，将T4溶菌酶的第3位异亮氨酸变为半胱氨酸，获得了耐高温的T4溶菌酶。下列叙述正确的是（    ） 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．自然界中所有的酶都可通过蛋白质工程进行改造 C．根据设计的T4溶菌酶的氨基酸序列只能推测出一种脱氧核苷酸序列 D．改造后的T4溶菌酶还需进一步测定酶活力等才能应用到生产实践中 【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，或者制造一种新的蛋白质，以满足人类生产生活的需求，它是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程。 【详解】A、蛋白质工程和基因工程的操作对象都是基因。但是，蛋白质工程需要依据蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系，利用基因工程的手段，通过改造或合成基因来改造现有蛋白质，或者制造一种新的蛋白质，基因工程则是通过基因操作把外源基因转入适当的生物体内并在其中进行表达，A错误； B、在自然界中，绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。如果酶的化学本质是蛋白质，则可通过蛋白质工程进行改造，B错误； C、由于密码子的简并（多个密码子编码同一种氨基酸），根据设计的T4溶菌酶的氨基酸序列推测出的脱氧核苷酸序列不一定只有一种，C错误； D、要将改造后的T4溶菌酶应用到生产实践中，还有很多工作要做。例如，由于改造后酶的空间结构发生了改变，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，D正确。 故选D。 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 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 【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、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； B、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； C、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不一定降低，C错误； 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，D正确。 故选D。 二、非选择题 11．天然胰岛素制剂易形成二聚体或六聚体，皮下注射后往往需要经历逐渐解聚的过程，这在一定程度上延缓了其疗效。科研人员研制出了速效胰岛素，研发流程如图所示。回答下列问题： (1)据图可知，速效胰岛素的研发流程遵循蛋白质工程的基本思路，即从预期的蛋白质功能出发→ → → →获得所需要的蛋白质。速效胰岛素的生产过程遵循 法则。 (2)研制速效胰岛素的过程中，科研人员的直接操作对象是 。在大肠杆菌中表达的新的胰岛素 （填“有”或“没有”）生物活性，理由是 。 (3)若想通过乳腺生物反应器来实现速效胰岛素的批量生产，则需要将新的胰岛素基因与 等调控元件重组在一起，用 的方法，导入哺乳动物如羊的受精卵中，培育出转基因动物，待其进入泌乳期，其乳汁中即含速效胰岛素。 (4)若要比较速效胰岛素和天然胰岛素的疗效差异，请以糖尿病模型鼠为实验材料，简要写出实验设计思路： 。 【答案】(1) 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 中心 (2) （胰岛素）基因 没有 大肠杆菌是原核生物，没有内质网和高尔基体，不能对合成的蛋白质进行加工 (3) 乳腺中特异表达的基因的启动子 显微注射 (4)将生理状况相同的糖尿病模型鼠随机均分为三组，一组皮下注射适量速效胰岛素，一组皮下注射等量天然胰岛素，一组皮下注射等量生理盐水，定时检测三组糖尿病模型鼠的血糖情况 【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】（1）改造蛋白质从根本上来说就是改造基因，蛋白质工程的基本思路，即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。速效胰岛素的生产过程遵循中心法则。 （2）要研制速效胰岛素，就需要研究胰岛素对应的基因。在大肠杆菌中表达的新的胰岛素没有生物活性，原因是大肠杆菌是原核生物，没有内质网和高尔基体，不能对合成的蛋白质进行加工。 （3）为了让胰岛素基因在乳腺细胞中表达，因此需要将新的胰岛素基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，用显微注射的方法，导入哺乳动物如羊的受精卵中，培育出转基因动物，待其进入泌乳期，其乳汁中即含速效胰岛素。 （4）本实验的自变量是胰岛素的种类（速效胰岛素和天然胰岛素），检测指标是小鼠的血糖情况，因此实验思路是将生理状况相同的糖尿病模型鼠随机均分为三组，一组皮下注射适量速效胰岛素，一组皮下注射等量天然胰岛素，一组皮下注射等量生理盐水，定时检测三组糖尿病模型鼠的血糖情况。 4 / 4 学科网（北京）股份有限公司 $$