3.4蛋白质工程的原理和应用（导学案）生物人教版选择性必修3

3.4　蛋白质工程的原理和应用（导学案） 1.简述蛋白质工程的概念，理解其基本原理。 2.阐明蛋白质工程的基本操作流程，特别是如何根据预期功能设计蛋白质。 3.举例说明蛋白质工程在医药、工业等领域的应用及发展前景。 4.比较蛋白质工程与基因工程的异同，理解两者之间的关系。 【学习重点】 1.蛋白质工程的概念及原理。 2.蛋白质工程的操作流程（中心法则的逆推）。 【学习难点】 1.蛋白质工程操作流程中"氨基酸序列"到"脱氧核苷酸序列"的逆向设计思维。 2.理解蛋白质工程被称为"第二代基因工程"的原因。 阅读教材相关内容，小组合作完成以下任务。 【思考】1. 什么是蛋白质工程？ 概念： 以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础，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，以满足人类生产和生活的需求。 实质： 基因工程的延伸。 【思考】2. 蛋白质工程的原理是什么？ 中心法则的逆推。即：预期的蛋白质功能 → 应有的蛋白质结构 → 推测氨基酸序列 → 找到对应的脱氧核苷酸序列（基因）。 【思考】3. 蛋白质工程与基因工程的主要区别是什么？ 基因工程： 将自然界已有的基因从一种生物转入另一种生物，使其表达出自然界已存在的蛋白质。 蛋白质工程： 可以根据需要，改造或合成新的基因，从而产生自然界不存在的新型蛋白质。 阅读教材案例（如干扰素、玉米的赖氨酸合成等），小组讨论完成任务。 【讨论】1. 蛋白质工程的基本流程是怎样的？ 请按顺序排列以下步骤： ① 推测应有的氨基酸序列 ② 找到对应的脱氧核苷酸序列 ③ 预期蛋白质的功能 ④ 改造或合成基因 ⑤ 获得所需要的蛋白质 ⑥ 设计预期的蛋白质结构 正确流程： ③ → ⑥ → ① → ② → ④ → ⑤ 【讨论】2. 为什么蛋白质工程要通过对基因的操作来实现？ 因为基因能够自我复制并遗传给下一代，且中心法则决定了蛋白质的合成依赖于DNA的碱基序列。直接改造蛋白质无法遗传，且技术难度极大；而改造基因后，细胞可以利用改造后的基因源源不断地生产出改造后的蛋白质。 【讨论】3. 举例说明蛋白质工程的应用。 医药： 改造胰岛素，使其起效更快；改造干扰素，使其在体外常温下保存。 农业： 增加玉米中赖氨酸的含量（通过改造天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶）。 工业： 改造酶的结构，提高酶在高温或极端pH条件下的稳定性。 【讨论】4.科学家希望提高玉米中赖氨酸的含量。 预期功能： 玉米胚乳中赖氨酸含量显著提高。 设计思路： 玉米中天冬氨酸激酶（第352位的苏氨酸）和二氢吡啶二羧酸合成酶（第104位的天冬酰胺）的活性受赖氨酸浓度的反馈抑制。 改造方案： 将天冬氨酸激酶的苏氨酸（Thr）改为异亮氨酸（Ile）。 将二氢吡啶二羧酸合成酶的天冬酰胺（Asn）改为异亮氨酸（Ile）。 结果： 改造后的酶不再受赖氨酸的反馈抑制，从而显著提高了玉米中赖氨酸的含量。 一、选择题 1．基因工程应用广泛，成果丰硕。下列不属于基因工程应用的是（    ） A．制造能降解石油的“超级细菌” B．利用乳腺生物反应器生产药物 C．从大肠杆菌细胞内获得干扰素 D．培育青霉菌并从中提取青霉素 【答案】D 【详解】A、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，A不符合题意； B、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，B不符合题意； C、将干扰素基因导入大肠杆菌，制造一种能产生干扰素的大肠杆菌，这属于基因工程的应用，C不符合题意； D、科学家通过诱变育种方式培育出高产青霉菌株，培养青霉菌并从中提取青霉素。该过程没有采用基因工程技术，不属于基因工程的应用，D符合题意。 故选D。 2．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 【答案】C 【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→找出相对应的脱氧核苷酸序列（基因）。 【详解】A、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； B、通过蛋白质工程改造脂肪酶，必须通过基因修饰或基因合成来完成，而不直接改造脂肪酶的活性中心，B错误； C、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； D、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。 故选C。 3．近年来，人工智能（AI）技术在蛋白质工程领域的应用取得了显著成果，不仅攻克了长期存在的蛋白质结构预测问题，还成功设计了多种新型功能蛋白，为多个领域带来了潜在的生物活性分子。下列说法错误的是（    ） A．蛋白质工程的目标是改造现有蛋白质或创造新蛋白质 B．AI预测新型蛋白质的结构和功能依据的原理是中心法则 C．AI在蛋白质工程中的应用仍需要基因工程水平上的操作 D．AI可帮助人们更深入了解蛋白质的结构与功能关系 【答案】B 【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。 【详解】A、蛋白质工程的目标是通过改造或合成基因，从而生产出符合人类需求的蛋白质，包括改造现有蛋白质或创造新蛋白质，A正确； B、AI预测蛋白质结构主要基于氨基酸序列的物理化学性质及结构规律，而非直接依据中心法则（DNA→RNA→蛋白质的信息传递），B错误； C、蛋白质工程需通过基因修饰或合成来实现蛋白质设计，因此AI的应用仍需依赖基因工程操作（如基因编辑、载体构建等），C正确； D、AI通过分析大量数据，可揭示蛋白质结构与功能间的复杂关系，帮助研究者深入理解，D正确。 故选B。 4．淀粉酶在制糖工业中应用广泛，提高淀粉酶的热稳定性可以在较高温度下提高糖的生产率。如图为通过蛋白质工程改造淀粉酶结构的流程图，相关叙述正确的是（　　） A．改造淀粉酶基因的原理是基因重组 B．改造后的淀粉酶可能在自然界中原本存在 C．在实际生产过程中，不同的A可能得到相同的B D．通过蛋白质工程可改造青霉素、性激素的结构 【答案】C 【分析】蛋白质工程是将控制蛋白质的基因进行修饰改造或合成新的基因，然后运用基因工程合成新的蛋白质。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）。蛋白质工程得到的蛋白质一般不是天然存在的蛋白质，蛋白质工程的实质是改造基因。 【详解】A、改造淀粉酶基因的原理是基因突变，A错误； B、改造后的淀粉酶可能在自然界中原本不存在的蛋白质，B错误； C、因此密码子具有简并性，因此在实际生产过程中，不同的脱氧核苷酸序列可能得到相同的氨基酸序列，C正确； D、通过蛋白质工程可以改变蛋白质的结构，进而改变蛋白质的活性，但性激素不是蛋白质，D错误。 故选C。 5．蛋白质工程是在基因工程基础上发展起来的第二代基因工程，在医药、农业等领域具有广泛应用。某科研团队针对天然蛋白质的功能缺陷，开展蛋白质改造研究。下列关于蛋白质工程的叙述，正确的是（　　） A．蛋白质工程的实质是直接对蛋白质分子进行加工修饰 B．蛋白质工程可生产出自然界中不存在的新型蛋白质 C．实施蛋白质工程无需了解蛋白质的结构与功能关系 D．蛋白质工程不遵循中心法则，与基因工程原理不同 【答案】B 【详解】A、蛋白质工程并非直接修饰蛋白质分子，而是通过修改基因序列来改变蛋白质结构，属于基因层面的改造，A错误； B、蛋白质工程可定向设计并合成自然界不存在的新型蛋白质（如改造酶的特性），B正确； C、实施蛋白质工程必须明确蛋白质的空间结构与功能的关系，才能进行针对性基因改造，C错误； D、蛋白质工程需通过基因修饰实现，遵循中心法则（DNA→RNA→蛋白质），其原理与基因工程一致（均为DNA重组技术），D错误。 故选B。 6．地球上纤维素含量丰富，其酶解产物利用广泛，但由于纤维素酶催化活性低下、持续催化能力较弱等，导致生产成本过高以至于影响了其实际应用，采用蛋白质工程技术对纤维素酶进行分子改造是避免上述问题的一种有效方式。下列相关叙述错误的是（    ） A．通过蛋白质工程技术改造纤维素酶不需要对基因进行操作 B．与基因工程相比，通过蛋白质工程可以生产自然界没有的纤维素酶 C．设计预期蛋白质结构和推测应有的氨基酸序列是蛋白质工程的重要步骤 D．改变DNA序列可以改变纤维素酶的氨基酸序列，实现纤维素酶功能的改变 【答案】A 【分析】与基因工程相比，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，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产生活需要。 【详解】A、蛋白质工程就是通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造或合成新蛋白，需要对基因进行操作，A错误； B、与基因工程相比，蛋白质工程对基因进行改造，可以生产自然界没有的蛋白质，B正确； C、设计预期蛋白质结构和推测应有的氨基酸序列是蛋白质工程重要步骤，也是最难的环节，C正确； D、结构决定功能，改变DNA序列可以改变纤维素酶的氨基酸序列，实现纤维素酶功能的改变，D正确。 故选A。 7．人工智能（AI）技术在蛋白质工程领域的应用取得了显著成果，不仅攻克了长期存在的蛋白质结构预测问题，还成功设计了多种新型功能蛋白，为多个领域带来了潜在的生物活性分子。下列说法正确的是（　　） A．自然界中的酶都可通过蛋白质工程进行改造 B．AI可帮助人们高效地改造现有蛋白质或创造新蛋白质 C．AI引入表明可根据人们需要直接对蛋白质进行加工改造 D．AI预测新型蛋白质的结构和功能的依据的原理是中心法则 【答案】B 【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。 【详解】A、自然界中的酶（少数酶为RNA）并非都能通过蛋白质工程改造，且某些酶的结构可能过于复杂或现有技术存在限制，且蛋白质工程需通过基因修饰实现，并非直接改造酶，A错误； B、由题意可知，人工智能（AI）技术在蛋白质工程领域的应用取得了显著成果，不仅攻克了长期存在的蛋白质结构预测问题，还成功设计了多种新型功能蛋白。故AI通过分析大量数据，能够高效预测蛋白质结构并设计新型功能蛋白，B正确； C、蛋白质工程需通过基因改造间接合成目标蛋白质，而非直接对蛋白质进行加工，AI的作用是辅助设计而非直接操作，C错误； D、AI预测蛋白质结构的依据是氨基酸序列与空间结构的对应关系（结构生物学原理），而非中心法则（遗传信息传递规律），D错误。 故选B。 二、解答题 8．Bt基因即苏云金芽孢杆菌(Badcillus thuringiensis，简称Bt)基因，因其表达产物Bt毒蛋白杀虫效果好、安全、高效等优点而成为应用最为广泛的转杀虫基因。如图为培育转Bt基因苗的基本操作过程。 （1）Bt基因可从构建的Bt基因组文库中获取，也可以从其cDNA文库中获取，从前者获取的基因__________（填“含有”或“不含有”）启动子。若利用PCR技术扩增Bt基因，此过程中Taq酶所起的作用是____________________________________。 （2）步骤IV中产生的细胞团称为________________，步骤IV和V过程要注意控制培养基中_____________________________的浓度比例，以便获得幼苗。 （3）我国西北的一些地区年降雨量很小，只适宜种植少数的草本植物，但却被硬性规定种植转Bt基因的植物，结果造成减产。这个案例主要违背了生态工程的_______________原理。 （4）蛋白质工程也被称为_________________，其基本途径是从_______________出发，通过设计预期的蛋白质结构和推测应有的氨基酸序列，进而找到相对应的_______________，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。 【答案】（1）含有 保证在高温条件下从引物起始进行DNA子链的合成 （2）愈伤组织 生长素与细胞分裂素 （3）协调与平衡 （4）第二代基因工程 预期的蛋白质功能 脱氧核苷酸序列 【分析】1、步骤Ⅰ是剪切幼龄叶片的部分组织；步骤Ⅱ是外植体消毒；步骤Ⅲ是利用农杆菌转化法将目的基 因导入受体细胞；步骤Ⅳ是在适宜培养基中诱导外植体脱分化形成愈伤组织。步骤Ⅴ是愈伤组织经过再分化 形成植株。 2、蛋白质工程的流程图如下图所示 【详解】（1）Bt基因组文库包括苏云金芽孢杆菌的全部基因，是包含启动子的。若利用PCR技术扩增Bt基因，Taq酶能够保证在高温条件下从引物起始进行DNA子链的合成。 （2）步骤IV在适宜培养基中诱导外植体脱分化形成愈伤组织，图示中的细胞团称为愈伤组织。步骤IV和V过程分别是脱分化和再分化的过程，需要要注意控制培养基中生长素和细胞分裂素的浓度比例，以便获得幼苗。 （3）生态工程的原理包括物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理、体统学和工程学原理、系统整体性原理。我国西北的一些地区不适合种植转Bt基因的植物，却被硬性规定种植，结果造成减产的案例主要违背了生态工程的协调与平衡原理。 （4）由于蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，在技术方面有很多同基因工程技术相似的地方，因此也被称为第二代基因工程。其基本途径是从预期的蛋白质功能出发，通过设计预期的蛋白质结构和推测应有的氨基酸序列，进而找到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功能进行鉴定。 【点睛】掌握基因工程的原理、操作步骤和蛋白质工程的流程图，结合题意分析便可解答本题。 9．人胰岛素由A链和B链构成，其中B链的第20~29位氨基酸是胰岛素分子间相互作用形成多聚体的关键区域。丹麦科学家将B28位脯氨酸替换为天冬氨酸，从而有效抑制了胰岛素分子间的聚合，由此研发出速效胰岛素类似物，并已经在临床上广泛应用。回答下列相关问题： (1)蛋白质工程是指以_________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，以满足人类的生产和生活的需要。 (2)蛋白质工程的基本思路如下图所示，物质a是_________；在制备速效胰岛素类似物时可能出现物质b不同但合成的速效胰岛素类似物空间构象相同的现象，原因是_________。 (3)在对胰岛素基因进行改造时，常采用重叠延伸PCR技术引入特定位点突变，过程如图所示： 除DNA模板﹑引物外，PCR反应还需要_________等物质条件才能顺利进行。PCR②③过程分别至少需要经过_________轮反应可得到等长的DNA片段。PCR②③过程不能在同一反应容器内同时进行，原因是_________。经⑤过程形成的改造后的胰岛素基因在PCR扩增时，需要添加的引物是_________。 (4)若要比较蛋白质工程改造后的速效胰岛素和天然胰岛素的降血糖能力的差异，简要写出实验设计思路：_________。 【答案】(1)蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系 (2)多肽链 密码子具有简并性，使不同mRNA翻译出来的氨基酸序列相同 (3)耐高温的DNA聚合酶、四种脱氧核苷酸 2 引物2和3中存在互补配对片段，置于同一反应系统时它们会发生结合而失去作用 引物4和引物1 (4)生理状况相同的糖尿病小鼠均分为三组，编号为ABC，分别加入等量的蛋白质工程改造后的速效胰岛素、天然胰岛素和生理盐水，一段时间后检测三组小鼠的血糖情况。 【分析】PCR原理：在解旋酶作用下，打开DNA双链，每条DNA单链作为母链，以4种游离脱氧核苷酸为原料，合成子链，在引物作用下，DNA聚合酶从引物3'端开始延伸DNA链，即DNA的合成方向是从子链的5'端自3'端延伸的。实际上就是在体外模拟细胞内DNA的复制过程。DNA的复制需要引物，其主要原因是DNA聚合酶只能从3′端延伸DNA链。 【详解】（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。 （2）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），据此推测，图中的a是多肽链；由于密码子的简并性，即一种氨基酸可能由一个或多个密码子决定，故在制备速效胰岛素类似物时可能出现物质bmRNA不同但合成的速效胰岛素类似物空间构象相同的现象。 （3）PCR过程中，除DNA模板﹑引物外，PCR反应还需要耐高温的DNA聚合酶、四种脱氧核苷酸等物质条件才能顺利进行；PCR②③过程第1次复制形成的两个DNA分子不等长，第2次复制才能形成等长的DNA片段；该阶段必须将引物1、2和引物3、4置于不同反应系统中，这是因为引物2和3中存在互补配对片段，置于同一反应系统时它们会发生结合而失去作用；由于PCR体系中引物需要与模板的3'端结合，结合题图可知，经⑤过程形成的改造后的胰岛素基因在PCR扩增时，需要添加的引物是引物4和引物1。 （4）若要比较蛋白质工程改造后速效胰岛素和天然胰岛素的降血糖能力的差异，可以以两种物质作为自变量，分别检测它们的降血糖能力，故实验设计思路为：生理状况相同的糖尿病小鼠均分为三组，编号为ABC，分别加入等量的蛋白质工程改造后的速效胰岛素、天然胰岛素和生理盐水，一段时间后检测三组小鼠的血糖情况。 一、蛋白质工程与基因工程的关系 比较项目 基因工程 蛋白质工程 实质 基因的剪切与转移 基因修饰或基因合成 结果 生产自然界已存在的蛋白质 生产自然界不存在的新型蛋白质 地位 第一代生物技术 第二代基因工程 二、蛋白质工程的前景与挑战 前景： 在微电子、新材料（如蛛丝蛋白）、医药（如长效胰岛素）、环境治理（降解酶改造）等方面潜力巨大。 挑战： 蛋白质的空间结构非常复杂，目前科学家对大多数蛋白质的空间结构和功能关系了解还不够深入，导致设计难度极大。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 3.4　蛋白质工程的原理和应用（导学案） 1.简述蛋白质工程的概念，理解其基本原理。 2.阐明蛋白质工程的基本操作流程，特别是如何根据预期功能设计蛋白质。 3.举例说明蛋白质工程在医药、工业等领域的应用及发展前景。 4.比较蛋白质工程与基因工程的异同，理解两者之间的关系。 【学习重点】 1.蛋白质工程的概念及原理。 2.蛋白质工程的操作流程（中心法则的逆推）。 【学习难点】 1.蛋白质工程操作流程中"氨基酸序列"到"脱氧核苷酸序列"的逆向设计思维。 2.理解蛋白质工程被称为"第二代基因工程"的原因。 阅读教材相关内容，小组合作完成以下任务。 【思考】1. 什么是蛋白质工程？ 概念： 以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础，通过 或 ，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。 实质： 。 【思考】2. 蛋白质工程的原理是什么？ 中心法则的 。即：预期的蛋白质功能 → 应有的蛋白质结构 → 推测氨基酸序列 → 找到对应的脱氧核苷酸序列（基因）。 【思考】3. 蛋白质工程与基因工程的主要区别是什么？ 基因工程： 。 蛋白质工程： 。 阅读教材案例（如干扰素、玉米的赖氨酸合成等），小组讨论完成任务。 【讨论】1. 蛋白质工程的基本流程是怎样的？ 请按顺序排列以下步骤： ① 推测应有的氨基酸序列 ② 找到对应的脱氧核苷酸序列 ③ 预期蛋白质的功能 ④ 改造或合成基因 ⑤ 获得所需要的蛋白质 ⑥ 设计预期的蛋白质结构 正确流程： 【讨论】2. 为什么蛋白质工程要通过对基因的操作来实现？ 【讨论】3. 举例说明蛋白质工程的应用。 医药： 。 农业： 。 工业： 。 【讨论】4.科学家希望提高玉米中赖氨酸的含量。 预期功能： 。 设计思路： 玉米中天冬氨酸激酶（第352位的苏氨酸）和二氢吡啶二羧酸合成酶（第104位的天冬酰胺）的活性受赖氨酸浓度的反馈抑制。 改造方案： 将天冬氨酸激酶的 改为 。 将二氢吡啶二羧酸合成酶的 改为 。 结果： 。 一、选择题 1．基因工程应用广泛，成果丰硕。下列不属于基因工程应用的是（    ） A．制造能降解石油的“超级细菌” B．利用乳腺生物反应器生产药物 C．从大肠杆菌细胞内获得干扰素 D．培育青霉菌并从中提取青霉素 2．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 3．近年来，人工智能（AI）技术在蛋白质工程领域的应用取得了显著成果，不仅攻克了长期存在的蛋白质结构预测问题，还成功设计了多种新型功能蛋白，为多个领域带来了潜在的生物活性分子。下列说法错误的是（    ） A．蛋白质工程的目标是改造现有蛋白质或创造新蛋白质 B．AI预测新型蛋白质的结构和功能依据的原理是中心法则 C．AI在蛋白质工程中的应用仍需要基因工程水平上的操作 D．AI可帮助人们更深入了解蛋白质的结构与功能关系 4．淀粉酶在制糖工业中应用广泛，提高淀粉酶的热稳定性可以在较高温度下提高糖的生产率。如图为通过蛋白质工程改造淀粉酶结构的流程图，相关叙述正确的是（　　） A．改造淀粉酶基因的原理是基因重组 B．改造后的淀粉酶可能在自然界中原本存在 C．在实际生产过程中，不同的A可能得到相同的B D．通过蛋白质工程可改造青霉素、性激素的结构 5．蛋白质工程是在基因工程基础上发展起来的第二代基因工程，在医药、农业等领域具有广泛应用。某科研团队针对天然蛋白质的功能缺陷，开展蛋白质改造研究。下列关于蛋白质工程的叙述，正确的是（　　） A．蛋白质工程的实质是直接对蛋白质分子进行加工修饰 B．蛋白质工程可生产出自然界中不存在的新型蛋白质 C．实施蛋白质工程无需了解蛋白质的结构与功能关系 D．蛋白质工程不遵循中心法则，与基因工程原理不同 6．地球上纤维素含量丰富，其酶解产物利用广泛，但由于纤维素酶催化活性低下、持续催化能力较弱等，导致生产成本过高以至于影响了其实际应用，采用蛋白质工程技术对纤维素酶进行分子改造是避免上述问题的一种有效方式。下列相关叙述错误的是（    ） A．通过蛋白质工程技术改造纤维素酶不需要对基因进行操作 B．与基因工程相比，通过蛋白质工程可以生产自然界没有的纤维素酶 C．设计预期蛋白质结构和推测应有的氨基酸序列是蛋白质工程的重要步骤 D．改变DNA序列可以改变纤维素酶的氨基酸序列，实现纤维素酶功能的改变 7．人工智能（AI）技术在蛋白质工程领域的应用取得了显著成果，不仅攻克了长期存在的蛋白质结构预测问题，还成功设计了多种新型功能蛋白，为多个领域带来了潜在的生物活性分子。下列说法正确的是（　　） A．自然界中的酶都可通过蛋白质工程进行改造 B．AI可帮助人们高效地改造现有蛋白质或创造新蛋白质 C．AI引入表明可根据人们需要直接对蛋白质进行加工改造 D．AI预测新型蛋白质的结构和功能的依据的原理是中心法则 二、解答题 8．Bt基因即苏云金芽孢杆菌(Badcillus thuringiensis，简称Bt)基因，因其表达产物Bt毒蛋白杀虫效果好、安全、高效等优点而成为应用最为广泛的转杀虫基因。如图为培育转Bt基因苗的基本操作过程。 （1）Bt基因可从构建的Bt基因组文库中获取，也可以从其cDNA文库中获取，从前者获取的基因__________（填“含有”或“不含有”）启动子。若利用PCR技术扩增Bt基因，此过程中Taq酶所起的作用是____________________________________。 （2）步骤IV中产生的细胞团称为________________，步骤IV和V过程要注意控制培养基中_____________________________的浓度比例，以便获得幼苗。 （3）我国西北的一些地区年降雨量很小，只适宜种植少数的草本植物，但却被硬性规定种植转Bt基因的植物，结果造成减产。这个案例主要违背了生态工程的_______________原理。 （4）蛋白质工程也被称为_________________，其基本途径是从_______________出发，通过设计预期的蛋白质结构和推测应有的氨基酸序列，进而找到相对应的_______________，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。 9．人胰岛素由A链和B链构成，其中B链的第20~29位氨基酸是胰岛素分子间相互作用形成多聚体的关键区域。丹麦科学家将B28位脯氨酸替换为天冬氨酸，从而有效抑制了胰岛素分子间的聚合，由此研发出速效胰岛素类似物，并已经在临床上广泛应用。回答下列相关问题： (1)蛋白质工程是指以_________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，以满足人类的生产和生活的需要。 (2)蛋白质工程的基本思路如下图所示，物质a是_________；在制备速效胰岛素类似物时可能出现物质b不同但合成的速效胰岛素类似物空间构象相同的现象，原因是_________。 (3)在对胰岛素基因进行改造时，常采用重叠延伸PCR技术引入特定位点突变，过程如图所示： 除DNA模板﹑引物外，PCR反应还需要_________等物质条件才能顺利进行。PCR②③过程分别至少需要经过_________轮反应可得到等长的DNA片段。PCR②③过程不能在同一反应容器内同时进行，原因是_________。经⑤过程形成的改造后的胰岛素基因在PCR扩增时，需要添加的引物是_________。 (4)若要比较蛋白质工程改造后的速效胰岛素和天然胰岛素的降血糖能力的差异，简要写出实验设计思路：_________。 一、蛋白质工程与基因工程的关系 比较项目 基因工程 蛋白质工程 实质 基因的剪切与转移 基因修饰或基因合成 结果 生产自然界已存在的蛋白质 生产自然界不存在的新型蛋白质 地位 第一代生物技术 第二代基因工程 二、蛋白质工程的前景与挑战 前景： 在微电子、新材料（如蛛丝蛋白）、医药（如长效胰岛素）、环境治理（降解酶改造）等方面潜力巨大。 挑战： 蛋白质的空间结构非常复杂，目前科学家对大多数蛋白质的空间结构和功能关系了解还不够深入，导致设计难度极大。 / 学科网（北京）股份有限公司 $