1、1.4蛋白质工程的崛起理一理蛋白质工程判一判1.添加在洗衣粉中的某种酶在低温下活性较低，影响了洗衣粉的洗衣效果。若让你用生物工程的方法改变此酶的特性，首先考虑的是基因工程。()2蛋白质工程在实施中遇到的最大难题是对大多数蛋白质的高级结构不清楚。()3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。()4蛋白质工程在设计蛋白质结构时依据的是现有基因的脱氧核苷酸序列。()5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。()6蛋白质工程是通过基因的修饰和合成来实现对蛋白质的改造。()悟一悟1.蛋白质工程通过对基因的操作实现对天然蛋白质进行改造的原因(1)任何一种天然蛋白
2、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，被改造的蛋白质还是无法遗传。(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。2“三看法”判断基因工程和蛋白质工程(1)一看对基因的操作方法：如果仅将基因用限制酶从DNA片段中切割下来，没有经过对编码蛋白序列进行修饰、加工，或仅对其调控序列进行加工，则属于基因工程；如果将目的基因经过了一些实质性的改造，如对编码蛋白序列进行了碱基替换或增添或缺失某几个碱基，则属于蛋白质工程。(2)二看目的基因的合成方式：基因工程和蛋白质工程中都可以通过反转录合成目的基因，或根据蛋白质的氨基酸序
3、列先合成mRNA，再合成基因。如果合成时mRNA或氨基酸序列没有经过改造，则为基因工程技术；如果mRNA或氨基酸序列经过了改造，或mRNA、氨基酸序列是根据蛋白质预期的功能人工设计的，则为蛋白质工程技术。(3)三看合成的蛋白质种类：如果合成的蛋白质是天然蛋白质，则是基因工程；如果合成的蛋白质和天然蛋白质有差异，甚至是自然界中所没有的，则为蛋白质工程。感悟体会：练一练1.2019河北高二月考为提高葡萄糖异构酶的热稳定性，将其第138号的甘氨酸替换为脯氨酸，致使该酶最适反应温度提高了1012 。下列叙述不正确的是()A应直接将蛋白质分子的甘氨酸替换为脯氨酸B可通过基因修饰的方法对葡萄糖异构酶进行改
4、造C该技术能按照人类的需求生产出蛋白质D该项技术要先预测蛋白质的功能再设计蛋白质的结构解析：为提高葡萄糖异构酶的热稳定性，将其第138号的甘氨酸替换为脯氨酸，应对葡萄糖异构酶的基因进行修饰，A项错误，B项正确；该技术能按照人类的需求生产出新的蛋白质，C项正确；该项技术要先根据蛋白质的功能设计蛋白质的结构，D项正确。答案：A22019海南卷人的T细胞可以产生某种具有临床价值的蛋白质(Y)，该蛋白质由一条多肽链组成。目前可以利用现代生物技术生产Y。回答下列问题。(1)若要获得Y的基因，可从人的T细胞中提取_作为模板，在_催化下合成cDNA，再利用_技术在体外扩增获得大量Y的基因。(2)将目的基因导
5、入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法。若将上述所得Y的基因插入农杆菌Ti质粒上的_中，得到含目的基因的重组Ti质粒，则可用农杆菌转化法将该基因导入某种植物的叶肉细胞中。若该叶肉细胞经培养、筛选等得到了能稳定表达Y的愈伤组织，则说明Y的基因已经_。(3)天然的Y通常需要在低温条件下保存。假设将Y的第6位氨基酸甲改变为氨基酸乙可提高其热稳定性，若要根据蛋白质工程的原理对Y进行改造以提高其热稳定性，具体思路是_。解析：(1)由于人的T细胞可以产生蛋白质Y，要获得Y的基因，可从人的T细胞中提取mRNA作为模板，在逆转录酶催化下，利用四种游离的脱氧核苷酸合成cDNA，再利用PCR技术(体外扩增DNA的技术
6、)在体外扩增获得大量Y的基因。(2)农杆菌转化法中，TDNA可以携带目的基因转移至受体细胞，并整合到受体细胞的染色体DNA上，故需要Y的基因插入农杆菌Ti质粒上的TDNA中，得到含目的基因的重组Ti质粒，把含目的基因的重组Ti质粒导入到农杆菌中，再让含目的基因的农杆菌侵染植物的叶肉细胞。若该叶肉细胞经培养、筛选等得到了能稳定表达Y的愈伤组织，则说明Y的基因已经整合到叶肉细胞染色体DNA上。(3)蛋白质工程需要从预期的蛋白质的功能出发，设计预期的蛋白质结构，推出相应的氨基酸序列，找到相应的脱氧核苷酸序列，故对Y进行改造以提高其热稳定性，需要找到第6位氨基酸中的碱基所在的基因位置，参照密码子表，将
7、第6位氨基酸甲的碱基替换为氨基酸乙的碱基。答案：(1)mRNA逆转录酶PCR(2)TDNA整合到叶肉细胞染色体DNA上(3)找到第6位氨基酸中的碱基所在的基因位置，参照密码子表，将第6位氨基酸甲的碱基替换为氨基酸乙的碱基考点一 蛋白质工程崛起的缘由1.2019陕西高二期末天然干扰素在体外难以保存，若将其分子上一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可以在70 下保存半年。上述实现对天然干扰素结构的改造使用的技术是()A基因工程B细胞工程C蛋白质工程 D胚胎工程解析：基因工程指按照人们的意愿，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生
8、物产品，A错误；细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人们的意愿来改变细胞内遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术，而题干中是通过改造基因来改造蛋白质，B错误；题干中“天然干扰素在体外难以保存，若将其分子上一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可以在70 下保存半年”，说明其改造了蛋白质的结构，属于蛋白质工程中的小改，蛋白质工程是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，C正确；基因定点突变属于分子水平，不属于胚胎工程，D错误。答案：C22019
9、沭阳县修远中学高二月考下列关于蛋白质工程的说法，正确的是()A蛋白质工程以基因工程为基础B蛋白质工程就是对蛋白质的结构进行直接改造C蛋白质工程只能生产天然蛋白质D蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造解析：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，A正确；蛋白质工程是以蛋白质分子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需求，因此蛋白质工程可生产自然界没有的蛋白质，B、C、D均错误。答案：A考点二 蛋白质工程的基本原理3.2019全国高二课时练习蛋白质工程是新崛起的一项生物工程，又称第二代基因
10、工程。下图为蛋白质工程的流程图，图中A、B在遗传学上依次表示()A转录和翻译 B翻译和转录C复制和转录 D传递和表达解析：图中A过程为转录，B过程为翻译。答案：A42019安徽合肥一中高二期中现代生物技术并不是各自独立的，而是相互联系、相互渗透的。下图表示利用乳腺生物反应器生产某种动物蛋白的流程示意图，请分析回答下列问题：(1)该生产流程中应用到的现代生物技术有_、_(写出其中两种)。(2)图中A、B分别表示_、_。(3)蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改造，必须通过基因_或基因_来完成，而不直接改造蛋白质，原因是改造后的基因能够遗传，且改造基因易于操作。解析：(1)由图中“预期蛋白质功能
11、预期蛋白质结构A相应脱氧核苷酸序列”这一基本流程可知，该生产流程中应用到蛋白质工程技术；由“目的基因与载体结合成B受精卵早期胚胎受体转基因动物”可知，该生产流程应用到基因工程技术。(2)由蛋白质工程的基本流程可知，A表示推测应有的氨基酸序列；B表示由目的基因与载体构建而成的基因表达载体。(3)蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改造，必须通过基因修饰或基因合成来完成，而不直接改造蛋白质，原因是改造后的基因能够遗传，且改造基因易于操作。答案：(1)蛋白质工程基因工程(2)推测应有的氨基酸序列基因表达载体(3)修饰合成考点三 蛋白质工程的进展和前景5.2019安徽合肥高升学校高二月考蛋白质工程目前
12、已取得成功的实例是()A对胰岛素进行改造，生产速效型药品B蛋白质工程应用于微电子方面C体外耐保存的干扰素D用蛋白质工程生产赖氨酸玉米解析：蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥功能必须依赖正确的高级结构，这种高级结构十分复杂，目前科学家对大多数蛋白质的高级结构了解还不是很够，这就制约了其发展。通过对胰岛素进行改造，已经使其成为速效性药品，A正确；通过蛋白质工程方法制造成电子元件正在探索中，B错误；室温下可保存半年的干扰素目前还没实现，C错误；生产赖氨酸含量高的玉米尚未成功，D错误。故选A。答案：A基础达标一、选择题(每小题5分，共60分)12019河北高二月考
13、下列对蛋白质工程过程的排序，正确的是()推测应有的氨基酸序列预期蛋白质的功能找到对应的脱氧核苷酸序列设计预期的蛋白质结构A BC D解析：蛋白质工程的基本操作程序：预期蛋白质的功能设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸的序列找到相对应的脱氧核苷酸的序列。综上分析，B正确。答案：B22019黑龙江哈尔滨市第六中学校高二月考基因工程与蛋白质工程的区别是()A基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程不对基因进行操作B基因工程合成的是天然蛋白质，蛋白质工程合成的一般不是天然存在的蛋白质C基因工程是分子水平操作，蛋白质工程是细胞水平(或性状水平)D基因工程完全不同于蛋白质工程解析：基因工程和蛋白质工程
14、菌需对基因进行分子水平操作，A不符合题意；基因工程合成的是天然蛋白质，蛋白质工程合成的一般不是天然存在的蛋白质，B符合题意；二者都是分子水平的操作，C不符合题意；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，D不符合题意。答案：B32019天津市武清区杨村第三中学高二月考下列关于蛋白质工程的进展和应用前景的说法，不正确的是()A通过对基因结构的定点突变实现玉米赖氨酸合成的关键酶结构的改变属于蛋白质工程B将人的胰岛素基因导入大肠杆菌细胞内，使大肠杆菌产生胰岛素的技术属于蛋白质工程C对蛋白质进行分子设计必须从蛋白质的功能特点入手D通过对基因结构的改造生产出自然界中从来不存在的蛋白质种类
15、目前还很少解析：蛋白质工程可通过改造基因来实现对蛋白质分子结构的定向改造，使之更加符合人类需要，故通过对基因结构的定点突变实现玉米赖氨酸合成的关键酶结构的改变属于蛋白质工程，A正确；将人的胰岛素基因导入大肠杆菌细胞内，使大肠杆菌产生胰岛素的技术属于基因工程，B错误；蛋白质工程的原理是从预期的蛋白质功能出发最终找到脱氧核苷酸序列的过程，C正确；根据分析可知，目前，蛋白质工程成功的例子不多，主要是人们对蛋白质的结构了解的还很不够，所以通过对基因结构的改造生产出自然界中从来不存在的蛋白质种类目前还很少，D正确。答案：B4下列关于基因工程药物与蛋白质工程药物的说法，正确的是()A都与天然产物完全相同B
16、都与天然产物完全不相同C基因工程药物与天然产物完全相同，蛋白质工程药物与天然产物可不相同D基因工程药物与天然产物不相同，蛋白质工程药物与天然产物完全相同解析：基因工程是将一种生物的基因转移到另一种生物体内，因此基因工程药物与天然产物完全相同；蛋白质工程是通过修改基因或创造合成新基因来改造生物的遗传和表达性状，因此蛋白质工程药物与天然产物不完全相同。故选C。答案：C5下列哪项不是蛋白质工程的研究内容()A分析蛋白质分子的精细结构B分析氨基酸的化学组成C对蛋白质进行有目的的改造D按照人的意愿将天然蛋白质改造成新的蛋白质解析：蛋白质工程是根据预期蛋白质功能设计预期的蛋白质分子的精细结构，A不符合题意
17、；蛋白质工程分析、设计蛋白质分子不分析氨基酸的化学组成，B符合题意；蛋白质工程通过修改基因或创造合成新基因来改变对蛋白质进行有目的制造，C不符合题意；按照人的意愿将天然蛋白质改造成新的蛋白质，D不符合题意。答案：B62019福建厦门外国语学校高二月考下列有关蛋白质工程的叙述，错误的是()A蛋白质工程只能改造现有的蛋白质而不能制造新的蛋白质BT4溶菌酶中引入二硫键提高了它的热稳定性是蛋白质工程应用的体现C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D蛋白质工程需要用到限制酶和DNA连接酶解析：蛋白质工程可以合成新的蛋白质，A错误；T4溶菌酶中引入二硫键提高热稳定性，属于蛋白质的改造
18、，是蛋白质工程应用的体现，B正确；蛋白质工程可通过改造基因来实现对蛋白质分子结构的定向改造，使之更加符合人类需要，C正确；蛋白质工程的核心是基因工程，故蛋白质工程需要用到限制酶和DNA连接酶，D正确。答案：A72019江苏省泰州市教育局高二期末下列关于蛋白质工程的叙述，错误的是()A通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性B通过蛋白质工程可以改造酶的结构从而提高酶的热稳定性C利用蛋白质工程可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素D蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程解析：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，A正确；绝大多数酶是蛋白质，蛋白质工程可以改造化学本质为蛋白质
19、的酶的结构，从而提高酶的热稳定性，B正确；利用基因工程可以在真菌细胞中得到人的胰岛素，C错误；蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程，D正确。答案：C82019延安市宝塔区第四中学高二期末下列关于蛋白质工程及其应用的叙述，正确的是()A能定向改造蛋白质分子结构，使之更加符合人类需要B实质是通过改变氨基酸的结构改变蛋白质的功能C蛋白质工程技术的操作对象是蛋白质分子D以通过人工化学合成的方法直接对蛋白质的氨基酸进行改造解析：蛋白质工程可通过改造基因来实现对蛋白质分子结构的定向改造，使之更加符合人类需要，A正确；蛋白质工程的实质是通过改变基因来改变蛋白质的功能，B错误；蛋白质工程技术中
20、的操作对象是控制蛋白质合成的基因，C错误；蛋白质工程不是通过人工化学合成的方法直接改造蛋白质，D错误。答案：A92019江苏南师附中新城模拟下列有关蛋白质工程的说法，正确的是()A蛋白质工程无需构建基因表达载体B通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍是天然的蛋白质C蛋白质工程需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶D蛋白质工程是在蛋白质分子水平上改造蛋白质的解析：蛋白质工程需对编码蛋白质的基因进行有目的的设计和改造，A错误；蛋白质工程通过基因的修饰或基因的合成，对现有的基因进行改造或制造一种新的蛋白质，改造后的蛋白质有的不再是天然的蛋白质，B错误；蛋白质工程需对编码蛋白质的基因进行有目的的设计和改造，需
21、要限制性核酸内切酶和DNA连接酶，C正确；蛋白质工程是通过基因的修饰或基因的合成，对现有的基因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，D错误。答案：C102019湖北高二期中下列关于蛋白质工程设计思路的说法中，不正确的是()A由脱氧核苷酸的排列顺序推测氨基酸的排列顺序B由氨基酸的排列顺序推测基因中脱氧核苷酸的排列顺序C由蛋白质的结构推测氨基酸的排列顺序D由蛋白质的功能推测蛋白质应有的结构解析：蛋白质工程的设计思路是：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对应的脱氧核苷酸序列(基因)，所以A错误，B、C、D正确。答案：A112019赤峰二中高二月考
22、科学家为提高玉米中赖氨酸的含量，计划将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中的第104位的氨基酸由天冬氨酸变成异亮氨酸，这样就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍。下列对蛋白质改造的叙述，正确的是()A直接通过分子水平改造蛋白质B直接改造相应的mRNAC对相应的基因进行操作D重新合成新的基因解析：根据蛋白质被改造部位的多少，可以将这种改造分为“大改”、“中改”和“小改”，“小改”是指通过基因工程中的定点诱变技术，有目的的改造蛋白质分子中某活性部位的1个或几个氨基酸残基，以改善蛋白质的性质和功能。题干中对蛋白质的改造属于“小改”层次，需直接对相
23、应的基因进行改造，即对相应的基因进行定点诱变。答案：C122019山东高二月考下列关于蛋白质工程的叙述，错误的是()A蛋白质工程的实质是改造基因B蛋白质工程在设计蛋白质结构时的依据是现有基因的脱氧核苷酸序列C蛋白质工程的基础是基因工程D蛋白质工程遵循的原理包括中心法则解析：蛋白质工程的实质是通过改造基因来改造蛋白质，故A正确；蛋白质工程设计蛋白质结构的依据是从蛋白质的功能出发，故B错误；蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，故C正确；蛋白质工程遵循的原理是中心法则的逆推，故D正确。答案：B二、非选择题(40分)13(13分)2019梅河口市第五中学高二月考下图为蛋白质工程的基本操作思路，请
24、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_。(填写数字)(2)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对_进行分子设计，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是_的。解析：(1)蛋白质工程相比基因工程特有的是，从预期的蛋白质的功能出发，推测相应的氨基酸及脱氧核苷酸序列。图中转录、翻译属于中心法则的部分内容。(2)图中折叠、分子设计、DNA合成。(3)蛋白质工程是对蛋白质的结构进行分子设计，再推出相应的氨基酸序列，通过基因合成或修饰实现。(4)蛋白质的基本途径是从预期的蛋白质的结构出发，推出相应
25、的脱氧核苷酸序列，中心法则是从DNA出发，合成相应的蛋白质，二者的基本途径是相反的。答案：(1)(2)折叠分子设计DNA合成(3)蛋白质的结构基因合成或修饰(4)相反14(15分)2019安徽合肥高升学校高二月考干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染和癌症，但体外保存相当困难，如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可在70 下保存半年，给广大患者带来福音。(1)蛋白质的合成是受基因控制的，因此获得能够控制合成“可以保存的干扰素”的基因是生产的关键，依据蛋白质工程的原理，设计实验流程，让动物生产“可以保存的干扰素”(请填写)。预期蛋白质的功能设计_推测_合成_。(2)基因工程
26、和蛋白质工程相比较，基因工程在原则上只能生产_的蛋白质，不一定符合人类生产和生活的需要。而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_或_，对现有蛋白质进行_，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活需要。(3)蛋白质工程实施的难度很大，原因是蛋白质具有十分复杂的_结构。(4)对天然蛋白质进行改造，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_。解析：(1)蛋白质工程的基本途径是：预期蛋白质的功能设计预期蛋白质的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。(2)基因工程和蛋白质工程相比较，基因工程在原则上只能生产自然界中存在的蛋白质
27、，不一定符合人类生产生活需要。而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，通过基因的修饰或合成，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需要。(3)蛋白质工程实施的难度很大，原因是蛋白质具有十分复杂的高级结构。(4)对天然蛋白质进行改造，应该通过对基因的操作来实现，原因是基因控制蛋白质的合成，并且基因能遗传给下一代。答案：(1)蛋白质三维结构应有的氨基酸序列相应的脱氧核苷酸序列(基因)(2)自然界已存在基因修饰基因合成改造(3)空间(或高级)(4)对基因的操作基因控制蛋白质的合成，并且基因能遗传给下一代15(12分)2019河南南阳中学高二月考已
28、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分子中第158位的丝氨酸变成亮氨酸，第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。(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。解析：(1)由上述资料中可知，改变了蛋白质中的氨基酸序列，可以改变蛋白质的功能，故若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的氨基酸序列进行改造；(2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有两种，是改造P基因，从而获得P1基因，是通过直接合成获得P1基因。答案：(1)氨基酸序列(或结构)(2)PP1
