3.3蛋白质工程讲义高二下学期生物选择性必修3

3.3蛋白质工程知识巩固一、蛋白质工程是基因工程的延伸1．概念：指以蛋白质分子的结构规律及其与的关系为基础，对编码该蛋白的基因进行有目的的设计改造，以或制造。2．过程3．结果：生产出符合人们生产和生活需要的、自然界中不存在的蛋白质。4．蛋白质工程首先要获取基因和蛋白质的结构数据（1）GenBank是目前全球最为著名的生物大分子数据库。（2）GenPept是由GenBank中的核酸序列翻译而得到的蛋白质序列数据库。（3）Entrez数据库查询系统是一个将核酸、蛋白质序列和基因图谱、蛋白质结构数据库整合在一起的综合数据库查询系统。5．通过基因改造生产目标蛋白质（1）大面积的定向突变：一般采用基因全合成的方法。（2）含有单一或少数几个突变位点的定向突变①方法：引物定点引入法。②实质：是一种寡聚核苷酸介导的定点诱变，能在克隆基因内直接产生各种点突变和区域突变，从而有目的地改造蛋白质分子中某活性部位的一个或几个氨基酸残基，最终达到改善蛋白质的性质和功能的目的。（3）非定点诱变技术特点：目的性和针对性不强，突变位点多，有时会产生意想不到的改造效果。二、蛋白质工程的设计思路与应用1．提高蛋白质（酶）的稳定性（1）引入能显著提高蛋白质（酶）的稳定性。（2）可提高蛋白质（酶）的稳定性。2．改善酶的催化活性（1）转换氨基酸残基是改善酶催化活性的一种主要思路。（2）删除末端部分氨基酸序列或某些肽段等也可以改善某些酶的催化活性。3．消除酶的被抑制特性：转换氨基酸残基可以消除酶的被抑制特性。随堂速测1.下列有关蛋白质工程的叙述,错误的是（）A.蛋白工程可以改造蛋白酶的高级结构,提高酶的活性B.蛋白质工程可以改造现有的蛋白质或制造出新的蛋白质C.蛋白质工程是基因工程的延伸,不需要对基因进行操作D.蛋白质工程进行中难度最大的操作是设计蛋白质的结构2.蛋白质工程是基因工程的延伸，又称为第二代基因工程。下列关于基因工程和蛋白质工程的叙述正确的是（）A.基因工程需用到工具酶，而蛋白质工程无需用到工具酶B.基因工程用的是现有基因，而蛋白质工程用的是新基因C.蛋白质工程的操作过程中，需要先合成mRNA，后合成基因D.蛋白质工程的实施，充分体现了功能决定结构的科学思想3.如图表示蛋白质工程的基本思路，下列叙述错误的是（）A.蛋白质工程的直接操作对象是蛋白质，基因工程的直接操作对象是DNAB.蛋白质工程又称第二代基因工程，通过①②过程传递遗传信息C.通过⑤过程推测出的基因结构不含启动子和终止子序列D.可利用抗原一抗体杂交技术检测细胞中是否合成物质a4.下列关于蛋白质工程的说法，错误的是（）A.蛋白质工程能产生自然界中不曾存在的新型蛋白质分子B.蛋白质工程与基因工程密不可分，又称为第二代基因工程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5.最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋白，科学家通过一定的技术手段获得了黄色荧光蛋白。下列有关研究思路不正确的是（）A.需要设计发出黄色荧光的蛋白质的三维结构B.需要推测出发出黄色荧光蛋白的氨基酸序列C.需要根据其氨基酸序列合成出相应的mRNAD.需要根据推测的氨基酸序列合成相应的DNA6.水蛭素可用于预防和治疗血栓。研究人员发现，将水蛭素第47位的天冬酰胺替换为赖氨酸，其抗凝血活性显著提高，可通过奶牛乳腺生物反应器批量生产活性高的水蛭素。下列说法正确的是（）A.对水蛭素的改造直接操作对象为水蛭素基因所以属于基因工程的范畴B.改造好的水蛭素基因可以直接用显微注射法导入奶牛的受精卵细胞中C.水蛭素基因及其mRNA只能从转基因奶牛的乳腺细胞中提取并检测D.转基因奶牛的乳汁中是否有水蛭素可用抗原一抗体杂交技术进行鉴定7.蛋白质工程在农业、医药业及其他工业中有很大的应用价值，下列不属于蛋白质工程应用的是（）A.对编码T4溶菌酶基因进行改造可提高T4溶菌酶的耐热性B.将肠乳糖酶基因导入奶牛中大大降低牛奶中乳糖的含量C.用赖氨酸替换水蛭素第47位的天冬酰胺以提高它的抗凝血活性D.通过改造微生物蛋白质的结构来提高其防治病虫害的效果8.某研究小组拟仿照制备乳腺生物反应器的研究思路，制备一种膀胱生物反应器来获得W蛋白质，基本过程如图所示。回答下列问题：（1）步骤①要用到____________酶，重组表达载体包括（答出3个）等结构。在进行步骤④之前，需对代孕母体进行____________处理，往往选择发育至____________时期的胚胎进行移植。（2）相比乳腺生物反应器，膀胱生物反应器的优势主要在于____________（答出2点）。（3）图中涉及的生物技术主要包括____________（答出2项）。答案以及解析知识巩固生物功能改造现有蛋白质新的蛋白质二硫键转换氨基酸残基随堂速测1.答案：C解析：A、蛋白质工程可以改造酶的结构,提高酶的热稳定性,A正确;B、通过蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造,或制造出新的蛋白质,B正确;C、蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其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,故蛋白质工程需要对基因进行操作,C错误;D、蛋白质的结构比较复杂,蛋白质工程进行中难度最大的操作是设计蛋白质的结构,D正确。故选:C。2.答案：B解析：蛋白质工程是第二代基因工程，过程中需对现有基因进行改造或合成新的基因，构建基因表达载体时，需用到限制酶和DNA连接酶，A项错误、B项正确；蛋白质工程的操作过程中，只需要推导出mRNA的碱基序列即可，无需合成，C项错误；蛋白质工程的实施，充分体现了结构决定功能的科学思想，D项错误。3.答案：A解析：蛋白质工程和基因工程的直接操作对象均是DNA，A项错误；蛋白质工程又称第二代基因工程，通过①②过程传递遗传信息，B项正确；通过⑤过程推测出的基因结构不含启动子和终止子序列，C项正确；可利用抗原一抗体杂交技术检测细胞中是否合成物质a.D项正确。4.答案：D解析：D、蛋白质工程是在分子水平上对基因直接进行操作，定向改变分子的结构，D错误5.答案：C解析：A、对绿色荧光蛋白进行改造获得黄色荧光蛋白的过程需要利用蛋白质工程，蛋白质工程首先要从预期的蛋白质功能出发，设计黄色荧光蛋白的三维结构，A正确；B、根据中心法则逆推以确定目的基因的碱基序列：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），故设计得到黄色荧光蛋白的三维结构之后，进一步推测其应有的氨基酸序列，B正确；C、推测出黄色荧光蛋白应有的氨基酸序列之后，应对绿色荧光蛋白的脱氧核苷酸序列进行改造或合成相应的DNA（基因），不需要合成相应的mRNA，C错误；D、根据中心法则逆推以确定目的基因的碱基序列：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），故推测出黄色荧光蛋白应有的氨基酸序列之后，需要根据其氨基酸序列合成相应DNA，D正确。6.答案：D解析：A、对水蛭素的改造是通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，属于蛋白质工程的范畴，A错误；B、改造好的水蛭素基因需要构建基因表达载体，再用显微注射法导入奶牛的受精卵细胞中，B错误；C、转基因奶牛的所有细胞中都含有水蛭素基因，只是在乳腺细胞中进行选择性表达，C错误；D、结合抗原与抗体特异性结合的特性，转基因奶牛的乳汁中是否有水蛭素可用抗原一抗体杂交技术进行鉴定，D正确。故选D。7.答案：B解析：B、将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖含量大大降低，属于基因工程的应用范畴，B符合题意。8.答案：（1）（限制酶和）DNA连接；复制原点、目的基因、启动子，终止子和标记基因；同期发情；桑椹胚或囊胚（2）不受动物性别的限制、不受动物年龄的限制（3）转基因技术、体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植解析：（1）步骤①为基因表达载体的构建，需要使用的工具酶有DNA连接酶（基因的针线）和限制酶（基因的剪刀），重组表达载体包括复制原点、目的基因、启动子、终止子和标记基因。④为胚胎移植过程，为了提高胚胎移植的成功率，在进行步骤④之前，需对代孕母体进行同期发情处理，使其生理状态与供体相同。（2）“