1、蛋白质工程的崛起(20分钟50分)1.(10分)蛋白质工程是指根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质的结构进行分子设计,并生产出新蛋白质的过程。下图是蛋白质工程的基本途径,试回答下列有关问题:预期蛋白质功能设计预期蛋白质结构推测应有氨基酸序列推测相应基因中脱氧核苷酸序列生产相应蛋白质(1)图中过程的主要依据是每种氨基酸都有其对应的_,后者位于_上,其上的核苷酸序列与基因中的脱氧核苷酸序列之间存在着_关系。(2)通过过程获得的脱氧核苷酸序列不是完整的基因,要使这一序列能够表达、发挥作用,还必须在序列的上、下游加上_和_,在这个过程中需要_酶的参与。(3)完成过程需要涉及_技术。【解析】(1)蛋
2、白质工程根据氨基酸序列推测基因中的脱氧核苷酸序列,氨基酸与脱氧核苷酸之间的联系纽带是信使RNA,信使RNA由脱氧核苷酸转录形成,而密码子是信使RNA上特定的决定一个氨基酸的三个相邻的碱基序列。(2)人工合成的基因只是基因的编码序列,完整的基因还包括启动子、终止子等结构,把启动子、终止子等DNA片段连接到基因的编码区需要DNA连接酶。(3)由基因合成蛋白质涉及基因工程。答案:(1)密码子信使RNA碱基互补配对(2)启动子终止子DNA连接(3)基因工程2.(10分)下图为蛋白质工程操作的基本思路,请据图回答下列问题:(1)代表蛋白质工程操作思路的过程是_,代表中心法则内容的是_。(填写序号)(2)
3、写出图中各数字代表的生物学过程的名称或内容:_,_,_。(3)蛋白质工程的目的是_,通过_实现。(4)从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则_。【解析】蛋白质工程是根据具有相应功能的蛋白质结构推测氨基酸序列,进而推测出脱氧核苷酸序列,所以应为图中的过程;过程代表中心法则,与蛋白质工程的基本途径相反。答案:(1)(2)折叠分子设计DNA合成(3)获取符合人类需要的蛋白质基因合成或修饰(4)相反【规律方法】有关蛋白质工程的解题方法蛋白质工程体现着当代生命科学前沿的最新成果,通常可作为新背景题材进行命题,具体的解题可遵循“一找二联三综合”原则。“一找”,即找寻题干中有无“新颖蛋白质”“前所未有
4、的蛋白质”“设计创造蛋白质”等字样,以确定是否考查蛋白质工程。“二联”,即考题一定会联系基因工程,善于和基因工程中操作工具的运用、具体操作的过程及基因工程应用进行联系。“三综合”,即综合性联系现代分子遗传学的部分内容,如中心法则的内容,有时也会综合性联系遗传规律的应用、变异的知识等。3.(14分)(2018兰州高二检测)黄曲霉毒素B1(AFB1)存在于被黄曲霉污染的饲料中,它可以通过食物链进入动物体内并积累,引起癌变。某些微生物能合成AFB1解毒酶。将该酶添加在饲料中可以降解AFB1,清除其毒性。如图为采用基因工程技术生产AFB1解毒酶的流程图。请回答:(1)AFB1属于_致癌因子,使细胞内的
5、原癌基因和抑癌基因发生突变,导致正常细胞癌变。(2)基因工程常见的运载工具(载体)有_等(至少写两个)。将目的基因导入酵母细胞,最常用的化学方法是_。(3)酵母细胞导入AFB1解毒酶基因后,采用_技术,检测到AFB1解毒酶基因存在于酵母细胞内。实验发现酵母菌中没有检测到合成的AFB1解毒酶,分析原因可能是_。(4)采用蛋白质工程进一步改造该酶的基本途径是:从提高酶的活性出发,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_。【解析】分析题图和题干可知,该题考查基因工程、蛋白质工程,图中的是提取RNA,是从cDNA文库中获取目的基因后用PCR技术进行扩增,然后构建基因表达载体进行表达。
6、(1)黄曲霉毒素B1(AFB1)是黄曲霉产生的,属于化学致癌因子。(2)基因工程中常用的载体有质粒、噬菌体的衍生物和动植物病毒等。酵母细胞属于微生物,所以将目的基因导入受体细胞用CaCl2处理,使其处于感受态容易接受外源DNA。(3)要检测目的基因是否导入,可以用DNA分子杂交技术,如果出现杂交带,说明该基因已经导入成功。酵母菌中没有检测到表达产物,是因为酵母细胞中AFB1解毒酶基因没有转录或翻译,即没有表达。(4)采用蛋白质工程进一步改造该酶的基本途径是:从提高酶的活性出发,设计预期的蛋白质结构,推测应有的氨基酸序列,根据氨基酸和密码子的对应关系及碱基互补配对原则,找到相对应的脱氧核苷酸序列
7、。答案:(1)化学(2)质粒、噬菌体的衍生物、动植物病毒CaCl2处理(3)DNA分子杂交酵母细胞中AFB1解毒酶基因没有表达(或没有转录和翻译)(4)脱氧核苷酸序列【补偿训练】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。下图表示形成鼠-人嵌合抗体的过程,据图回答问题。(1)改造鼠源杂交瘤抗体,生产鼠-人嵌合抗体,属于_(生物工程)的范畴。 (2)图示过程是根据预期的_,设计_,最终必须对_进行操作,此操作中改变的是_。(3)经过改造的鼠-人嵌合抗体,与鼠源杂交瘤抗体相比较,突出的优点是_(从免疫角度考虑)。(4)上述过程中对科学家来说难度最大的是_。【解析】
8、嵌合抗体是鼠抗体和人抗体两种蛋白质的组合体,属新型蛋白质。改造鼠源杂交瘤抗体,生产新型嵌合体,利用了蛋白质工程技术。蛋白质工程的一般过程:首先预期蛋白质的功能,然后设计蛋白质的结构,最终通过改造基因来改造蛋白质。答案:(1)蛋白质工程(2)嵌合抗体功能嵌合抗体的结构基因碱基对(3)对人体的不良反应减少(4)设计嵌合抗体的空间结构4.(16分)胰岛素可以用于治疗糖尿病,但是胰岛素被注射入人体后,会堆积在皮下,要经过较长时间才能进入血液,而进入血液的胰岛素又容易分解,治疗效果受到影响。下图是用蛋白质工程设计的速效胰岛素的生产过程,请据图回答有关问题:(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键,图中
9、构建新的胰岛素模型的主要依据是_。(2)图中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是_。(3)新的胰岛素基因与载体(质粒)结合过程中需要限制酶和DNA连接酶。已知限制酶的识别序列和切点是-GGATCC-。请画出质粒被限制酶切割后所形成的黏性末端:_。DNA连接酶对所连接的DNA两端碱基序列是否有专一性要求?_。(4)若将含有新的胰岛素基因的表达载体导入植物细胞中,最常用的方法是_。(5)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素,需用到的生物工程有_、_等。【解析】(1)构建新的胰岛素模型的主要依据是蛋白质的预期功能。(2)根据蛋白质的预期功能,推测新的胰岛素中氨基酸的序列,进而推断基因中的脱氧核苷酸序列来合成新的胰岛素基因。(3)限制酶识别特定的核苷酸序列,产生特定的黏性末端或平末端,而DNA连接酶对所连接的DNA两端碱基序列却没有专一性要求。(4)将目的基因导入植物细胞中,最常用的转化方法是农杆菌转化法。(5)生产自然界中本来没有的蛋白质需要用到蛋白质工程、基因工程等技术。答案:(1)蛋白质的预期功能(2)根据新的胰岛素中氨基酸的序列,推测出其基因中的脱氧核苷酸序列,然后利用DNA合成仪来合成新的胰岛素基因(4)农杆菌转化法(5)蛋白质工程基因工程
