第3章 第3节 蛋白质工程-【新课程学案】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程配套课件PPT（苏教版）

该高中生物学课件聚焦蛋白质工程，系统梳理其概念、基本原理、与基因工程的比较及应用实例，从基因工程不足切入，通过对比构建从已知到未知的学习支架，清晰呈现从预期功能到基因改造的完整流程。 其亮点在于结合水蛭素改造、胰岛素设计等实例，运用对比表格和“三看法”判断方法，培养科学思维与探究实践能力，深化结构与功能的生命观念。学生能提升知识应用能力，教师可借助层级训练和典例优化教学效果。

第三节 蛋白质工程 学习目标 1.说出蛋白质工程崛起的缘由，概述蛋白质工程的基本原理。　　 2.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。 课时跟踪检测 目录 课堂小结与随堂训练 教材知识梳理 (一)蛋白质工程是基因工程的延伸 1.蛋白质工程的一般过程 (1)蛋白质工程的概念：是指以蛋白质分子的__________及其与_________的关系为基础，对__________________进行有目的的设计改造，以改造现有蛋白质或制造新的蛋白质。 结构规律 生物功能 编码该蛋白的基因 (2)蛋白质工程的一般过程示意图 预期功能 改造或合成 转录 翻译 分子 设计 (3)基因工程的不足 ①原则上只能生产自然界中已经_____的蛋白质。 ②生产的蛋白质不一定符合人们生产和生活的_____。 (4)蛋白质工程的优势 ①能更_____地利用自然界中存在的蛋白质。 ②能在分子水平上对蛋白质进行______________，进而创造出自然界中_______的蛋白质。 (5)实例：水蛭素第47位天冬酰胺 赖氨酸或精氨酸→抗凝血效率可提高4倍。 存在 需要 充分 再设计和改造 不存在 2.蛋白质工程首先要获取基因和蛋白质的结构数据 蛋白质工程首先需要获得和分析____________的相关信息，包括基因及蛋白质的结构数据。GenBank是目前全球最为著名的生物大分子数据库。 3.通过基因改造生产目标蛋白质 (1)基因的体外定向突变 ①适用对象：掌握了基本_________的蛋白质。 目标蛋白质 结构信息 ②类型 目的 方法 大面积的定向突变 __________ 单一或少数几个突变位点的基因定向突变 ______________ 基因全合成 引物定点引入法 ③定点诱变法的 过程示意图 突变 引物 DNA聚合酶和DNA连 接酶 受体细胞 突变 (2)非定点诱变技术 适用对象 不能预先确定__________的蛋白质 缺点 目的性和_______不够强 优点 由于突变位点___，有时会产生意想不到的改造效果 诱变位点 针对性 多 (二)蛋白质工程的设计思路与应用 1.设计思路：对于已知_________的蛋白质，可以采用_________技术，通过改变其结构便可有目的地改造蛋白质的功能。例如，将人胰岛素B链第28位的脯氨酸残基、第29位的赖氨酸残基分别改为赖氨酸残基和脯氨酸残基，便可获得单体速效胰岛素，这样便能避免胰岛素分子形成聚合体，以保证其效能的及时发挥。 空间结构 定点诱变 2.应用 目的 思路 实例 提高蛋白 质(酶)的_______ 在蛋白质分子中引入二硫键 向T4溶菌酶引入二硫键能提高T4溶菌酶的热稳定性 转换氨基酸残基 酵母菌的丙糖磷酸异构酶的两个亚基中各含有两个天冬酰胺残基，分别用苏氨酸和异亮氨酸残基替代，大幅度提高了酶的热稳定性 稳定性 改善酶的_________ 转换氨基酸残基、删除末端部分氨基酸序列或某些肽段等 将嗜热芽孢杆菌酪氨酰—tRNA合成酶分子中的一个苏氨酸残基改变为丙氨酸或脯氨酸残基时，酶的活性大幅提高 消除酶的__________ 转换氨基酸残基 将枯草芽孢杆菌蛋白酶分子中第222位的甲硫氨酸残基转换成半胱氨酸残基或丙氨酸残基，酶的活性将不再受漂白剂的抑制 催化活性 被抑制特性 续表 [微提醒] 通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造优势 (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能会遗传下去。 (2)对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小得多。 蛋白质工程与基因工程的比较 核心要点点拨 项目 蛋白质工程 基因工程 区别 起点 预期新蛋白质功能 获取目的基因 过程 预期新蛋白质的功能→设计蛋白质结构→设计对应的氨基酸序列→改造或合成相关DNA序列→合成出新蛋白质 获取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因及其表达产物的检测鉴定 实质 通过改造相应的基因达到对蛋白质进行改造的目的 基因重组 区别 结果 可以创造出自然界中不存在的蛋白质 生产自然界已存在的 蛋白质 应用及现状 ①主要集中在对现有蛋白质进行改造，如胰岛素、T4溶菌酶和丙糖磷酸异构酶等；②对创造新的蛋白质还有许多技术难题未突破，因为蛋白质高级结构非常复杂，人们对此知之甚少 ①已被广泛应用，如转基因植物、动物、药品生产等已商业化；②基因治疗仅处于初期的临床试验 阶段 联系 ①蛋白质工程获得目的基因后，需要通过基因工程技术合成新的蛋白质，因此基因工程是蛋白质工程的关键技术； ②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 续表 [典例]　(2025·常州高二期末)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。回答下列问题： (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。  氨基酸序列(或结构) [解析]　根据题意可知，对蛋白质的氨基酸序列(或结构)进行改造，可达到改变蛋白质功能的目的。 (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，即__________________________________________________ ______________。  　　　 DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录和翻译) P P1 DNA和RNA(或遗传物质) [解析] 以P基因序列为基础，获得P1基因，可以对P基因进行修饰改造，也可以用人工方法合成P1基因；中心法则的全部内容包括DNA和RNA的复制、DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质。 (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生物_____进行鉴定。  　　功能 设计蛋白质的结构 推测氨基酸序列 [解析] 蛋白质工程的基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过设计蛋白质结构和推测氨基酸序列，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，并获取基因。经表达的蛋白质，要对其进行生物功能鉴定。 [方法规律] “三看法”判断基因工程和蛋白质工程 (一)澄清概念 1.判断下列叙述的正误 (1)蛋白质工程可合成自然界中不存在的蛋白质。( ) (2)蛋白质工程的实质是通过改变氨基酸的结构改变蛋白质的功能。( ) (3)蛋白质工程与基因工程密不可分，又被称为第二代基因工程。( ) (4)科研人员预期在L天冬酰胺酶的基础上研发药效性强但免疫性弱的蛋白质药物，下一步要做的是合成编码L天冬酰胺酶的DNA片段。( ) (5)蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质。( ) (6)定点诱变技术可用于各种蛋白质的改造。( ) (7)热稳定的蛋白质一般都具有抗有机溶剂和极端pH的能力。( ) 层级训练评价 √ × √ × √ × √ (二)落实知能 2.(2025·镇江月考)葡萄糖异构酶(GI)在工业上应用广泛，为提高其热稳定性，科学家对GI基因进行体外定点诱变，以脯氨酸(Pro138)替代甘氨酸(Gly138)，含突变体的重组质粒在大肠杆菌中表达，结果GI的最适反应温度提高10~12 ℃。这属于生物工程中的(　　) A.基因工程 B.蛋白质工程 C.发酵工程 D.酶工程 √ 解析：根据题意可知，葡萄糖异构酶热稳定性得到了提高，是根据人们的需要通过对基因进行修饰改造，以实现对现有蛋白质的改造，获得了人们预期的产品，属于蛋白质工程，B正确。 3.(2025·南京高二检测)纤维素酶广泛应用于医药、食品发酵、造纸、废水处理等领域。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，纤维素酶的热稳定性得到了提高。下列有关该技术的说法错误的是 (　　) A.经改造后的纤维素酶热稳定性提高这一性状可遗传 B.对纤维素酶的改造是通过直接改造mRNA实现的 C.改造纤维素酶也需要构建基因表达载体 D.改造后的纤维素酶和原纤维素酶不是同一种酶 √ 解析：蛋白质工程是对基因进行修饰改造或重新合成，然后使改造或合成的基因进行表达，改造后的性状是可遗传的，A正确，B错误；改造纤维素酶也需要构建基因表达载体，C正确；原纤维素酶的第137、179、194位氨基酸被替换，改造后的纤维素酶的热稳定性得到了提高，所以改造后的纤维素酶和原纤维素酶不是同一种酶，D正确。 4.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.设计并合成蛋白质LIMK1利用了蛋白质工程，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 √ 解析：设计蛋白质LIMK1时，应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→找到相对应的基因碱基序列，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；设计并合成蛋白质LIMK1利用了蛋白质工程，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。 5.(2025·淮安月考)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，能显著降低颅内出血等副作用。据此分析，下列叙述错误的是 (　　) 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 √ 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等，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，蛋白质工程应直接对相应的基因进行改造，B正确，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。 (三)迁移应用 6.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______________。  　　密码子的简并性　 氨基酸序列多肽链 mRNA 解析：据题图分析可知，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却相同，原因是密码子的简并性，即一种氨基酸可能对应几种密码子。 (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________________。  　　DNA半保留复制 通过基因文库获取目的基因 通过化学合成法直接人工合成 解析：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通过基因文库获取目的基因、通过化学合成法直接人工合成和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是DNA半保留复制。 (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______________________________________ ________________________________________________。  　 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破坏 种类 解析：将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，据图可知，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破坏。 (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，用注射器取同一只动物(如家兔)的血液，立即将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，静置相同时间，统计三支试管中血液凝固情况 解析：实验设计思路见答案。 /课堂小结与随堂训练/ 一、知识体系构建 二、关键语句必背 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为基础，对编码该蛋白的基因进行有目的的设计改造，以改造现有蛋白质或制造新的蛋白质。 2.蛋白质工程与基因工程的主要区别是利用基因工程原则上只能生产自然界已经存在的蛋白质。蛋白质工程不仅能更充分地利用自然界中存在的蛋白质，而且能在分子水平上对蛋白质进行再设计和改造，进而创造出自然界中不存在的蛋白质。 3.蛋白质工程的设计思路是对于已知空间结构的蛋白质，可以采用定点诱变技术，通过改变其结构便可有目的地改造蛋白质的功能。 三、素养好题训练 1.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：题述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mRNA，再翻译形成蛋白质(蛛丝蛋白)的过程，即基本思路为蛋白质→RNA→DNA→RNA →蛋白质，D正确。 2.干扰素是动物体内的一种蛋白质，可用于治疗病毒的感染和癌症，但干扰素在体外保存很困难。若将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，则其在-70 ℃的条件下可保存半年，给广大患者带来福音。下列叙述正确的是 (　　) A.题干所述对干扰素进行改造的过程属于蛋白质工程的范畴 B.改造后的干扰素保存时间延长与该干扰素中氨基酸的种类和数目发生改变有关 C.通过该过程制造的蛋白质都是自然界中已经存在的蛋白质 D.该过程能够实现对蛋白质的结构进行设计和改造，不需要依赖基因 √ 解析：题干所述为对现有蛋白质(干扰素)进行改造，属于蛋白质工程的范畴，A正确；由题干信息可知，改造后的干扰素与原干扰素相比，一个半胱氨酸变成了丝氨酸，氨基酸的数目没有改变，B错误；蛋白质工程中，通过基因修饰或基因合成，可以对现有蛋白质进行改造，也可以制造一种新的蛋白质，C错误；蛋白质工程能够实现对蛋白质的结构进行设计改造，需要通过改造基因来完成，D错误。 3.胰岛素容易形成二聚体或六聚体，治疗糖尿病的效果会受到影响，科研人员用蛋白质工程设计生产速效胰岛素的过程如下图。下列说法错误的是 (　　) A.蛋白质工程的基本思路与中心法则是相同的 B.蛋白质的高级结构十分复杂，实施蛋白质工程的难度很大 C.能得到速效胰岛素，根本原因是改变了胰岛素基因的碱基序列 D.上述过程以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础 √ 解析：蛋白质工程的基本流程是根据中心法则逆推以确定目的基因的碱基序列，再利用基因工程技术合成新的蛋白质，与中心法则中信息的流向不完全相同，A错误；蛋白质的高级结构(即空间结构)十分复杂，因此实施蛋白质工程的难度很大，B正确；利用蛋白质工程设计生产速效胰岛素，根本上是改变了胰岛素基因的碱基序列，C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的，D正确。 4.(2025·南通期中)[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会聚集形成不溶性的包涵体。研究人员通过改造EH的基因，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 (　　) 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.得到能表达可溶性EH的大肠杆菌的过程中，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 √ √ √ 解析：大肠杆菌是原核生物，其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，则与酵母菌生产的EH在氨基酸序列上应该相同，B错误；得到能表达可溶性EH的大肠杆菌的过程涉及基因工程，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，可用Ca2+处理大肠杆菌，使细胞处于一种容易吸收周围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，还需要在个体生物学水平进行鉴定，即对可溶性EH的抗凝血活性进行测定，D正确。 5.利用木聚糖酶进行纸浆漂白，可以大幅度减少氯化物的用量，减轻造纸工业对环境的污染。纸浆漂白需要在高温碱性条件下进行，因此需要耐热耐碱的木聚糖酶。根据生产需要，科学家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，减少了纸浆漂白时木聚糖酶的用量，提高了生产效率。回答下列问题： (1)蛋白质工程的目标是根据人们对____________的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。与蛋白质工程相比，基因工程原则上只能生产______________________，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要。  　自然界中已存在的蛋白质 蛋白质功能 (2)在蛋白质工程和基因工程中常用大肠杆菌作为受体细胞，原因是大肠杆菌__________________________________ (答出两点)。分离纯化大肠杆菌时，可使用接种环采用__________法将聚集的菌种逐步分离并培养成单菌落；实验室中利用选择培养基筛选微生物的原理是________________________________________________________ _________。  　　 人为提供有利于目的菌生长的条件，同时抑制或阻止其他微生物的生长　 为单细胞、繁殖快、遗传物质相对较少 平板划线 (3)人工合成的新木聚糖酶的基因在导入受体细胞前要先构建_____________，以使目的基因能够表达和发挥作用。若要将重组大肠杆菌分泌的耐热耐碱木聚糖酶应用于造纸工业生产，除了需要研究木聚糖酶的产量外，还需要检测木聚糖酶的_____________________。  　生物活性(或催化效率) 基因表达载体 (4)有研究表明，在木聚糖酶中特定部位引入精氨酸可以增加木聚糖酶中的离子键数目，从而增加该酶在碱性环境中的稳定性。利用蛋白质工程技术改造木聚糖酶，其基本思路是____________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。  根据新木聚糖酶的氨基酸序列设计新木聚糖酶的基因，会设计出多种脱氧核苷酸序列，原因是__________________________________ ___________________________。  根据对木聚糖酶耐碱这一功能特点的需求，设计新木聚糖酶中特定部位引入精氨酸以后的氨基酸序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪合成新木聚糖酶基因，再利用基因工程技术合成新木聚糖酶 密码子具有简并现象(或存在多种密码子决定同一种氨基酸的现象) 名师推荐：课题活动(三)　关注科技前沿：揭秘欣欣向荣的基因工程 紧扣新高考生物学“重实践、强应用”的脉搏，一帆融媒图书特邀名师匠心打造系列“主题式探究课题活动”。本活动深度践行新课标理念，以“鲜活课题”为引领，“有机串联核心知识”，“浸润学科核心素养”。设计突出“动手实践”与“创新思维”培养，模拟真实科研情境，引导学生亲历探究全过程。告别纸上谈兵，助力学生“融会贯通知识、锤炼关键能力”，有效应对高考命题新趋势，是提升生物学科综合竞争力的生动实践课堂。 本资源属自主选择有偿使用栏目，敬请进入微信小程序“一帆书匠馆”在线学习。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 一、选择题 1.(2025·盐城月考)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 √ 解析：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。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 √ 2.下列关于基因工程与蛋白质工程的叙述，正确的是 (　　) A.通过蛋白质工程改造后的蛋白质仍然是天然的蛋白质 B.基因工程需对基因进行操作，蛋白质工程不需对基因进行操作 C.蛋白质工程以基因工程为基础 D.蛋白质工程直接实现了对蛋白质的改造 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：通过蛋白质工程改造后的蛋白质不是天然的蛋白质，A错误；基因工程需对基因进行操作，蛋白质工程也是对基因进行操作，因而蛋白质工程是以基因工程为基础建立起来的第二代基因工程，B错误，C正确；蛋白质工程间接实现了对蛋白质的改造，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 3.蛋白质工程的基本步骤顺序正确的是 (　　) ①从预期的蛋白质功能出发　②设计预期的蛋白质结构　③推测应有的氨基酸序列　④找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列或合成新的基因　⑤获得所需要的蛋白质 A.⑤④③②① B.①④⑤②③ C.①④②③⑤ D.①②③④⑤ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：蛋白质工程的一般过程是先根据新蛋白质的预期功能设计蛋白质结构，进而设计对应的氨基酸序列，在此基础上改造或合成可以产生新蛋白质的相关DNA序列(基因)，再利用基因工程技术合成新的蛋白质。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 √ 4.下列关于蛋白质工程的叙述，正确的是 (　　) A.利用蛋白质工程，通过引入二硫键可以提高蛋白质(酶)的稳定性 B.蛋白质工程的操作对象是蛋白质或控制蛋白质合成的基因 C.蛋白质工程的实质是通过改变氨基酸的结构改变蛋白质的功能 D.限制蛋白质工程发展的关键因素是基因工程技术还不成熟 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：利用蛋白质工程，通过引入二硫键可以提高蛋白质(酶)的稳定性，A正确；蛋白质工程能通过基因修饰或基因合成，定向对现有蛋白质分子的结构进行改造，使之更加符合人类需要，故蛋白质工程的操作对象为控制蛋白质合成的基因，B错误；蛋白质工程的实质是通过改变基因的结构达到改变蛋白质功能的目的，C错误；当前限制蛋白质工程发展的关键因素是对蛋白质的高级结构了解不够，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 √ 5.(2025·徐州期中)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 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：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；氨基酸序列存在差异会导致胰岛素的空间结构有所改变，进而影响了胰岛素的稳定性，B正确；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；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，蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，而很多蛋白质的高级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。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 √ 6.(2025·南京月考)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 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：据题意可知，研发药效强但免疫性弱的蛋白质药物应利用蛋白质工程，科研人员已对蛋白质功能作出预期，下一步应是设计预期的蛋白质结构，故选C。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 7.呼吸道合胞病毒(RSV)是引起婴幼儿肺炎和支气管炎的首要致病病毒。F蛋白是RSV囊膜蛋白之一，但其构象不稳定。科研人员通过蛋白质工程构建了构象更加稳定的F蛋白，利用改造后的F蛋白研发的疫苗能引起小鼠和猴体内产生高浓度抗体。下列说法正确的是 (　　) A.改造前需要对F蛋白的氨基酸序列进行分析 B.F蛋白的改造过程不需要限制酶和DNA连接酶 C.将改造的F蛋白基因直接转入适当的微生物可获取大量F蛋白 D.通过蛋白质工程可制造出任何一种人类所需要的蛋白质 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：蛋白质工程的实质是改造基因，因此改造前需要对F蛋白的氨基酸序列进行分析，以便找到对应的脱氧核苷酸序列(基因)，A正确；要对蛋白质进行改造，最终需要通过基因工程来实现，而基因工程需要的工具酶包括限制酶和DNA连接酶，B错误；改造的F蛋白基因无法直接转入适当的微生物细胞内，需要通过载体运输，C错误；由于蛋白质的高级结构相当复杂，因此目前并不能制造出人类所需要的所有的蛋白质，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 8.(2025·常州高二阶段测)枯草杆菌蛋白酶能催化蛋白质水解为氨基酸，在有机溶剂中也能催化多肽的合成，被广泛应用于洗涤剂、制革及丝绸工业。某科学家通过将枯草杆菌蛋白酶分子表面的Asp(99)和Glu(156)改成Lys，使其在pH=6时的活力提高了10倍。下列说法正确的是 (　　) A.需要通过改造基因实现对蛋白质中氨基酸的替换 B.该成果体现了蛋白质工程在培育新物种方面具有独特的优势 C.经蛋白质工程改造后的枯草杆菌蛋白酶活性提高这一性状不可遗传 D.蛋白质工程最终要达到的目的是获取编码蛋白质的基因序列信息 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：氨基酸的排列顺序是由基因决定的，因此完成氨基酸的替换需要通过改造基因来实现，A正确；该成果培育了新品种，而不是新物种，B错误；经蛋白质工程改造后的枯草杆菌蛋白酶的基因发生了改变，因此经蛋白质工程改造后的枯草杆菌蛋白酶活性提高这一性状可以遗传，C错误；蛋白质工程最终要达到的目的是改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，满足人类的需求，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 9.人体内的蛋白TPA能降解由血纤维蛋白凝聚而成的血栓，但为心梗患者注射大剂量的TPA会诱发颅内出血。研究证实，通过蛋白质工程，将TPA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，可制造出性能优异的改良TPA，进而显著降低出血副作用。下列关于该蛋白质工程的叙述正确的是 (　　) A.制造改良TPA无需用到基因工程的操作技术 B.可利用X射线衍射技术分析TPA的晶体结构 C.改良TPA的过程中，TPA基因增添碱基时可使用基因定点突变技术 D.需要在分子水平上直接对TPA进行定向改造 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：蛋白质工程是在基因工程基础上延伸的第二代基因工程，A错误；X射线衍射技术可分析蛋白质的晶体结构，B正确；改良TPA的过程中，TPA基因不是增添碱基，而是替换碱基，C错误；该过程不是在分子水平上直接对TPA进行改造，而是对TPA的基因进行改造，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 10.[多选]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)。下列有关叙述正确的是 (　　) 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 √ √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：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)，N1与N0氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一，A正确；加入连接肽需要利用蛋白质工程，通过改造基因实现，B正确；获得N1蛋白质的过程需要进行转录和翻译，C正确；检测N1的活性时先将N1与底物分别置于高温环境，再于高温环境中充分混合，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 11.[多选]从自然界中的生物体内分离得到的天然酶，在工业生产环境中催化效率往往较低。科研人员对酶的改造包括理性设计方法和非理性设计方法。理性设计方法是通过定点诱变改变蛋白质中的个别氨基酸，以产生更加理想的酶；非理性设计方法主要通过易错PCR技术实现，该技术是利用低保真的Taq酶和改变PCR的反应条件，降低DNA复制的保真度，从而使扩增产物出现较多突变点的一种体外诱导DNA序列变异的方法。下列相关叙述错误的是 (　　) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 A.通过理性设计以产生更加理想的酶的技术称为蛋白质工程 B.Taq酶的保真性与DNA的突变率没有直接关系 C.利用易错PCR技术扩增产物时在PCR反应缓冲液中一般会添加Mg2+ D.易错PCR技术的扩增过程中55 ℃处理的目的是使DNA分子彻底变性 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：通过理性设计，产生更加理想的酶，属于蛋白质工程，A正确；低保真的Taq酶会增加新DNA链合成过程中碱基的错配率，产生较多的突变点，使DNA突变率增加，B错误；Mg2+可以使非互补碱基的稳定性提高，从而有利于易错PCR的进行，故利用易错PCR技术扩增产物时在PCR反应缓冲液中一般会添加Mg2+，C正确；易错PCR扩增时，55 ℃处理的目的是使引物与模板结合，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 二、非选择题 12.据报道，我国科学家建立了蛋白质从头设计新方法。该报道中记述我国科研人员从头设计的9种蛋白质分子的高分辨晶体结构，其中5种蛋白质具有不同于已知天然蛋白的新颖结构。请回答下列相关问题： (1)可以通过蛋白质工程对相关蛋白质进行改造，一般过程是先根据新蛋白质的_________设计蛋白质结构，进而设计对应的_______序列，在此基础上改造或合成可以产生新蛋白质的相关______序列，再利用基因工程技术合成新的蛋白质。  　DNA　 预期功能 　氨基酸 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 (2)利用PCR技术对目的基因扩增的前提是_______________________ _______。  (3)构建基因表达载体的目的是_________________________________ _________________________________。  构建的基因表达载体除含目的基因外，还必须有__________________ _________________ (至少答出三点)等。  目的基因的一段碱基序列已知 复制原点、标记基因、启动子、终止子 使目的基因进入受体细胞并有效表达，而且要能稳定存在且遗传给后代　 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 (4)艾弗里等人的肺炎链球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献，也可以说是基因工程的先导，如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示，那么这一启示是______________________ _________________。  DNA可以从一种生物个体转移到另一个体 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn $