3.4 蛋白质工程的原理和应用-【优学精讲】2024-2025学年高中生物选择性必修第三册教用课件(人教版)

该高中生物学课件聚焦蛋白质工程的原理与应用，通过导学聚焦明确学习目标，以基因工程的局限为导入，构建“预期功能-蛋白质结构-氨基酸序列-基因改造”的学习支架，衔接前后知识脉络。 其亮点在于融合结构与功能观（生命观念）分析玉米赖氨酸提升等实例，通过流程图建模和“二看法”比较（科学思维）突破重难点，结合案例探究与分级训练（探究实践），助力学生深化理解，为教师提供系统教学资源，提升教学效率。

第4节　蛋白质工程的原理和应用 导 学 聚 焦 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，运用模型与建模、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 核心要点·巧突破 01 过程评价·勤检测 02 课时训练·提素能 03 目录 CONTENTS 核心要点·巧突破 01 精准出击 高效学习 目录 知识点（一）　蛋白质工程崛起的缘由及基本原理 　　 1. 蛋白质工程的概念 目录 生物学·选择性必修3 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　 目录 生物学·选择性必修3 （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含量分别提高5倍和2 倍。 目录 生物学·选择性必修3 3. 蛋白质工程的基本原理 目录 生物学·选择性必修3 4. 判断下列有关表述的正误 （1）蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定 向改变分子的结构。 （　×　） 提示：蛋白质工程中直接改造的是基因，不是蛋白质。 （2）蛋白质工程能产生自然界中不存在的新型蛋白质分子。 （　√　） （3）实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质结构和功能的关 系。 （　√　） × √ √ 目录 生物学·选择性必修3 （4）基因工程遵循中心法则，而蛋白质工程不遵循。 （　×　） 提示：蛋白质工程的基本思路是按照中心法则相反的过程进 行的。 （5）根据某多肽链的一段氨基酸序列，可以很容易地确定控制该 肽链合成的基因的脱氧核苷酸序列。 （　×　） 提示：由于密码子的简并性，根据某多肽链的一段氨基酸序 列，不能确定基因的脱氧核苷酸序列。 × × 目录 生物学·选择性必修3 探讨　基因工程和蛋白质工程的比较 　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： 目录 生物学·选择性必修3 （1）写出流程图中字母代表的含义： A. ；B. ；C. ⁠； D. ；E. ⁠。 预期功能　 氨基酸序列　 改造或合成　 转录　 翻译　 目录 生物学·选择性必修3 （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 ⁠。 （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。 D、E　 A、C　 目录 生物学·选择性必修3 （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。 目录 生物学·选择性必修3 蛋白质工程与基因工程的区别和联系 目录 生物学·选择性必修3 1. 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 目录 生物学·选择性必修3 解析：　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，其原因是不同来源的DNA 分子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，蛋白质工程的直接操作对象仍 然是基因，D错误。 目录 生物学·选择性必修3 2. 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 目录 生物学·选择性必修3 解析：　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；分析题意，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，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。 目录 生物学·选择性必修3 规律方法 “二看法”判断基因工程和蛋白质工程 目录 生物学·选择性必修3 知识点（二）　蛋白质工程的应用 　　 1. 在医药工业方面的应用 目录 生物学·选择性必修3 2. 在其他方面的应用 目录 生物学·选择性必修3 3. 判断下列有关表述的正误 （1）蛋白质工程不能改变蛋白质的活性。 （　×　） 提示：通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性。 （2）蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要是因为人们对蛋白 质复杂的高级结构没有完全认识。 （　√　） （3）科学家利用蛋白质工程的思路来设计优良微生物农药，通过 改造微生物蛋白质的结构，使它防治害虫的效果增强。 （　√　） × √ √ 目录 生物学·选择性必修3 探讨　分析蛋白质工程的应用 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。 目录 生物学·选择性必修3 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。 3. 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；因为一个氨基酸是由一个或多个密码子决定的，因 此获得的基因中的碱基序列有多种。 目录 生物学·选择性必修3 1. 科研人员利用相关技术改变了胰岛素B链的某区域氨基酸的组成， 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. 该过程的操作对象是胰岛素分子 B. 可通过测定DNA序列确定突变是否成功 C. 对胰岛素结构的改造属于蛋白质工程 D. 胰岛素的本质是蛋白质，不宜口服使用 目录 生物学·选择性必修3 解析： 　蛋白质工程的直接操作对象是基因，而不是蛋白质， A错误；可通过测定DNA序列确定突变是否成功，B正确；胰岛 素是蛋白质，对蛋白质结构的改造属于蛋白质工程，C正确；胰 岛素为蛋白质，若口服会被消化酶分解，因此胰岛素不宜口服 使用，D正确。 目录 生物学·选择性必修3 2. 某病毒通过表面刺突蛋白（S蛋白）的活性域（RBD）与人体细胞 表面的ACE2受体相互作用感染细胞。科学家设计了一种自然界中 不存在的蛋白质LCB1，可与S蛋白的RBD紧密结合，以干扰该病毒 的感染。下列说法不合理的是（　　） A. LCB1的结构可能与抗S蛋白的抗体有相似之处 B. S蛋白的RBD结构可以为设计LCB1提供信息 C. 生产LCB1用到了基因工程的操作技术 D. 可直接从细胞中获取基因用于LCB1的生产 目录 生物学·选择性必修3 解析： 　抗S蛋白的抗体能与S蛋白的RBD特异性结合，而LCB1 可与S蛋白RBD紧密结合，说明LCB1的结构可能与抗S蛋白的抗体 类似，A正确；由于LCB1可与S蛋白RBD紧密结合，故LCB1可依 据S蛋白的RBD结构进行设计，B正确；生产LCB1用到了蛋白质工 程，其中一些步骤用到了基因工程的操作技术，例如人工合成 DNA，C正确；由题意可知蛋白质LCB1是一种自然界中不存在的 蛋白质，故不能从细胞中获取相应的基因，D错误。 目录 生物学·选择性必修3 过程评价·勤检测 02 反馈效果 筑牢基础 目录 目录 生物学·选择性必修3 （1）蛋白质工程是指 ⁠ ⁠ ⁠。 （2）基因工程原则上只能生产 的蛋白质。 （3）蛋白质工程的基本思路是 ⁠ ⁠ ⁠ ⁠。 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　 自然界中已存在　 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　 目录 生物学·选择性必修3 1. （2024·江苏连云港高二期中）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 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。 目录 生物学·选择性必修3 2. （2024·北京丰台期中）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 目录 生物学·选择性必修3 解析： 　分析蛋白质的三维结构是蛋白质工程的准备工作，A 不符合题意；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不符合题意；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不符合题意；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符合题意。 目录 生物学·选择性必修3 3. （2024·安徽淮南期末）如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 目录 生物学·选择性必修3 解析： 　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 不完全相同，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。 目录 生物学·选择性必修3 4. （2024·广东揭阳期末）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。下列叙述不正确的是（　　） 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 目录 生物学·选择性必修3 解析： 　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→找到相对应的脱 氧核苷酸序列（基因），A错误。 目录 生物学·选择性必修3 课时训练·提素能 03 分级练习 巩固提升 目录 知识点一　蛋白质工程崛起的缘由及基本原理 1. 下列关于蛋白质工程的说法，错误的是（　　） A. 蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类需要 B. 蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构 C. 蛋白质工程能产生自然界中不曾存在的新型蛋白质分子 D. 蛋白质工程的操作起点是从预期的蛋白质功能出发，设计出相应的基因，并借助基因工程实现 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 生物学·选择性必修3 解析： 　基因的结构决定蛋白质的结构，对蛋白质的结构进行设 计改造是通过改造或合成基因来完成的，而不是直接对蛋白质分子 进行操作，B错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 生物学·选择性必修3 2. 蛋白质工程的基本工作思路是（　　） ①合成DNA　②预计蛋白质的功能　③推测DNA序列　④设计蛋 白质的结构　⑤推测氨基酸的序列　⑥将合成的DNA导入受体细 胞并表达 A. ②④⑤③①⑥ B. ④②⑥③⑤① C. ④①②③⑤⑥ D. ③④⑤①②⑥ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 生物学·选择性必修3 解析： 　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，最后按照基因工程的 一般步骤进行，获得所需要的蛋白质。因此，正确的顺序是②④⑤ ③①⑥。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 生物学·选择性必修3 3. （2024·山东济南高二期末）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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 生物学·选择性必修3 4. T4溶菌酶在高温时易失去活性。研究人员对编码T4溶菌酶的基因 进行改造，使T4溶菌酶第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸，该半胱氨 酸与第97位的半胱氨酸之间形成一个二硫键，提高了酶的耐热性。 下列相关叙述正确的是（　　） A. T4溶菌酶耐热性提高的原因是组成该酶的氨基酸数量发生了改变 B. T4溶菌酶的改造属于蛋白质工程，自然界中的酶都可通过蛋白质工程进行改造 C. 蛋白质工程与中心法则的流动方向一致，即DNA→mRNA→蛋白质 D. 若高温使蛋白质分子的空间结构发生改变，蛋白质的功能也会受到影响 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 生物学·选择性必修3 解析： 　由题意可知，T4溶菌酶耐热性提高的原因是组成该酶的 氨基酸种类及空间结构发生了改变，A错误；T4溶菌酶的改造属于 蛋白质工程，大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA，蛋白质工程只能 用于改造蛋白质，B错误；蛋白质工程与中心法则的流动方向相 反，C错误；结构与功能相适应，若高温使蛋白质分子的空间结构 发生改变，蛋白质的功能也会受到影响，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 生物学·选择性必修3 知识点二　蛋白质工程的应用 5. L-天冬酰胺酶对于治疗小儿白血病特别有效，但在临床应用中经常 出现过敏反应。科研人员预期在L-天冬酰胺酶的基础上研发药效强 但免疫性弱的蛋白质药物，下一步要做的是（　　） A. 合成编码L-天冬酰胺酶的DNA片段 B. 构建含L-天冬酰胺酶基因片段的表达载体 C. 设计出药效强但免疫性弱的蛋白质结构 D. 利用抗原—抗体杂交等方法对表达产物进行检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 生物学·选择性必修3 解析：　合成编码L-天冬酰胺酶的DNA片段的上一步骤应该是根 据L-天冬酰胺酶氨基酸序列推断编码L-天冬酰胺酶的DNA序列，A 错误；构建含L-天冬酰胺酶基因片段的表达载体的上一步骤应该是 合成编码L-天冬酰胺酶的DNA片段，B错误；设计出药效强但免疫 性弱的蛋白质结构的上一步骤是确定预期蛋白质功能，C正确；利 用抗原—抗体杂交等方法对表达产物进行检测是已经表达出相应产 物以后的操作，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 生物学·选择性必修3 6. 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158位的丝氨酸变成亮氨酸，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P的 功能，而且具有了酶的催化活性。下列叙述正确的是（　　） A. 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（或结构）进行改造 B. 直接对蛋白质的氨基酸序列（或结构）进行修饰改造，是蛋白质工程的范畴 C. 改变后的蛋白质（P1）与蛋白质（P）的结构相同，功能不同 D. 蛋白质工程已被广泛发展应用，极大地满足了人类生产生活的需要 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 生物学·选择性必修3 解析： 　蛋白质工程通过改造或合成基因来完成对蛋白质的改 造，而不是直接对蛋白质的氨基酸序列（或结构）进行修饰改造， B错误；改变后的蛋白质（P1）与蛋白质（P）的结构不相同，功 能不同，C错误；由于人们对蛋白质的空间结构了解较少，因此蛋 白质工程还没有被广泛发展应用，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 生物学·选择性必修3 7. （2024·湖南衡阳高二质检）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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 生物学·选择性必修3 8. 干扰素是动物体内的一种蛋白质，可以用于治疗病毒的感染和癌 症，但在体外保存相当困难。如图是利用蛋白质工程设计干扰素的 生产流程图。据图分析，下 列叙述错误的是（　　） A. 图中构建新的干扰素模型的主要依据是预期的蛋白质功能 B. 图中新的干扰素基因必须加上启动子和终止子才能表达 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. 图中各项技术并没有涉及基因工程技术 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 生物学·选择性必修3 解析：　由题干可知，构建新的干扰素模型要利用蛋白质工程， 而蛋白质工程的主要依据就是预期的蛋白质功能，A正确；新的干 扰素基因合成之后，要在受体细胞中表达，必须构建基因表达载 体，基因表达载体的组成包括启动子和终止子等，B正确；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，因此题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，合成新的干扰素基因后，要构建基因表达载体， 并将其导入受体细胞中才能表达，这属于基因工程技术，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 生物学·选择性必修3 9. 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（　　） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 生物学·选择性必修3 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 生物学·选择性必修3 解析：　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，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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 生物学·选择性必修3 10. （多选）水蛭素（EH）具有较好的抗凝血活性，临床上被用作抗 血栓药物。利用酵母菌工业化生产EH时，生产周期长、目标蛋白 表达效率较低；利用大肠杆菌进行生产时，基因的转录和翻译都 正常，但多肽链错误折叠，产生的无活性的EH会聚集形成水不溶 性的包涵体。研究人员通过改造EH基因，以期获得能在大肠杆菌 中表达的可溶性EH。下列有关叙述，正确的是（　　） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 生物学·选择性必修3 A. 大肠杆菌在细胞增殖和代谢速率上较快，可用来改进酵母菌生产 EH时的缺点 B. 包涵体中错误折叠的EH与酵母菌生产的EH在氨基酸序列上有较大 差异 C. 要得到能表达可溶性EH的大肠杆菌，需要用Ca2＋处理大肠杆菌 D. 判断转基因大肠杆菌是否成功，需要对可溶性EH的抗凝血活性进 行测定 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 生物学·选择性必修3 解析： 　大肠杆菌是原核生物中的细菌类，繁殖速度和代谢 速率都较快，可以用来改进酵母菌生产EH时生产周期长、目标蛋 白表达效率较低的缺点，A正确；利用大肠杆菌进行生产时，基 因的转录和翻译都正常，说明在核糖体上合成的多肽正常，与酵 母菌生产的EH在氨基酸序列上应该相同，B错误；在基因工程操 作中，受体细胞是原核生物（如大肠杆菌）时，为提高转化效 率，可Ca2＋处理大肠杆菌，使细胞处于一种更容易吸收周围DNA 分子的生理状态，促进重组质粒的转入， C正确；转基因大肠杆 菌是否成功，还需要在个体水平进行检测，即对可溶性EH的抗凝 血活性进行测定，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 生物学·选择性必修3 11. （2022·湖南高考22题）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）蛋白质工程流程下图所示，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 ⁠。 氨基酸序列多肽链　 mRNA　 密码子具有简并性　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 生物学·选择性必修3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 生物学·选择性必修3 解析： 天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行 的，即基因→表达（转录和翻译）→形成具有特定氨基酸序 列的多肽链→形成具有高级结构的蛋白质→行使生物功能， 而蛋白质工程却与之相反，它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 →找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因），因此题图中的物 质a是氨基酸序列多肽链，物质b是mRNA，在生产过程中， 物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象相同的原因是密码 子具有简并性，即一种氨基酸可能有几个密码子。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 生物学·选择性必修3 （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 仪用化学方法直接人工合成　 DNA复制　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 生物学·选择性必修3 （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，结果下图所示。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　 提 取的水蛭蛋白的酶解时间和处理的酶的种类不同，导致水蛭 蛋白空间结构有不同程度的破坏　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 生物学·选择性必修3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 生物学·选择性必修3 解析：由题图可知，水解产物中的肽含量随着酶解时间的延长均上升， 且差别不大；而水解产物中抗凝血活性有差异，经酶甲处理后，随着 酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后相对稳定，经酶乙处理后，随 着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后下降，且酶甲处理后的酶解 产物的抗凝血活性最终高于经酶乙处理后的酶解产物的抗凝血活性， 差异明显，据此推测两种处理后酶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提取的水蛭蛋白的酶解时间和 酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度的破坏。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 生物学·选择性必修3 （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；用酒精消毒，用 注射器取同一种动物（如家兔）血液，立即将等量的血液分 别加入3支试管中，静置相同时间，统计3支试管中血液凝固 时间　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 生物学·选择性必修3 解析：该实验的目的是比较三种物质抗凝血活性差异，实验设计思路为将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分别与同一种动物的等量血液混合，观察并记录血液凝固时间即可。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目录 生物学·选择性必修3 $