《3.4 蛋白质工程的原理和应用》学与练

学而优·教有方PAGE1PAGE3.4蛋白质工程的原理和应用Part1目标任务：对接课标，了解目标Part1目标任务：对接课标，了解目标Part2预习导学：自主梳理+预习检测，掌握基本知识点Part3探究提升：代入情景+典例精讲，深入学习知识要点蛋白质工程的Part4网络梳理：建立知识间的联系Part5强化训练：必刷经典试题，能力提升内容导航新课程标准学习目标1.概述人们根据基因工程原理，进行蛋白质设计和改造，可以获得性状和功能符合人类要求的蛋白质。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。1.说出蛋白质工程崛起的缘由。2.概述蛋白质工程的基本原理。3.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白质的过程。自主梳理一、蛋白质工程的概念蛋白质分子的及其与的关系为基础，通过改造或合成来改造蛋白质进行或制造出。二、蛋白质工程崛起的缘由1.基因工程的实质和不足：(1)实质：将一种生物的基因转移到,后者可以产生它本不能产生的，进而表现出。(2)基因工程存在的不足：原则上只能生产自然界的蛋白质。2.天然蛋白质的不足：天然蛋白质的结构和功能符合生存的需要，却不一定完全符合的需要。（1）实例：玉米中赖氨酸的含量比较低，赖氨酸合成中两种酶的被替换，就可以使玉米叶片和种子中游离赖氨酸分别提高5倍和2倍。二、蛋白质工程的基本原理1.蛋白质工程主要集中应用于对进行改造，改良生物性状。2.蛋白质工程的基本思路：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的序列→找到并改变相对应的序列（基因）或合成新的基因→获得所需要的。三、蛋白质工程的应用1.应用（1）研发速效胰岛素类似物天然胰岛素制剂容易形成二聚体或六聚体，皮下注射胰岛素后往往要经历一个逐渐的过程，科学家希望对胰岛素进行改造，从而降低它的。（2）医药工业方面：利用蛋白质工程研发药物。（3）其他工业方面蛋白质工程被广泛用于或开发新的。（4）农业方面科学家正在尝试改造某些参与调控光合作用的酶，以提高，增加粮食的产量；利用蛋白质工程的思路来设计优良微生物农药，通过改造，使它防治病虫害的效果增强。2.难度大的原因蛋白质发挥功能必须依赖于，而这种高级结构往往十分复杂。预习检测（限时10分钟）1．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。这些碱性蛋白酶具有重要的应用价值，被广泛应用于洗涤剂、制革及丝绸工业。将枯草杆菌蛋白酶分子的Asp（99）和Glu（156）改成，可使其在时的活力提高10倍。下列说法正确的是（

）A．完成氨基酸的替换需要通过改造基因实现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2．蛋白质工程是新崛起的一项生物工程，又称第二代基因工程。下图为蛋白质工程的流程。下列有关叙述错误的是（）A．蛋白质工程就是根据人们需要，直接对蛋白质进行加工改造B．蛋白质工程是通过基因改造或基因合成等方法，对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质C．①②过程为转录和翻译D．蛋白质工程是从④开始的3．已知生物体内有一种转运蛋白Y，由300个氨基酸组成。如果将Y中157位的L异亮氨酸变成亮氨酸，261位的酪氨酸变成丝氨酸，改变后的蛋白质Y1不但保留了原有Y的功能，且具备了催化活性。下列说法正确的是（）A．蛋白质工程和基因工程的根本区别是操作对象的差异B．可以通过对Y蛋白基因进行修饰或人工合成获得Y1蛋白基因C．蛋白质工程操作过程中，不需要酶和载体作为工具D．细胞内合成Y1蛋白与Y蛋白的过程中，遗传信息的流向是相反的4．下列关于蛋白质工程说法不正确的是（）A．蛋白质工程的设计与实施遵循中心法则B．蛋白质工程可对酶的底物专一性、热变性、碱变性等加以改变C．原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质，而这种蛋白质完全符合人们生产和生活的需要D．蛋白质工程在农业方面可以增加粮食产量、研发新型农药5．快速发展的生物技术与人类生产生活的关系越来越密切。下列说法不正确的是（

）A．利用发酵工程可大量获得用作饲料的微生物菌体或蛋白质B．利用马铃薯茎尖进行组织培养获得的脱毒马铃薯能提高产量C．蛋白质工程可对蛋白质结构直接改造以满足生产生活需求D．利用胚胎分割与胚胎移植技术可促进优良动物品种的繁殖6．下列关于蛋白质工程的叙述，错误的是（

）A．该工程和基因工程的根本区别在于操作对象的差异B．该工程与细胞中天然蛋白质的合成都遵循中心法则C．通过该工程改造后，获得的性状可以遗传给后代D．通过该工程可改造现有蛋白质或制造新蛋白质7．蛋白质工程是基因工程的延伸。下列有关蛋白质工程的叙述，正确的是（

）A．蛋白质工程是基因工程的延伸，所以不需要遵循中心法则B．蛋白质工程中可以不用构建基因表达载体C．生产的蛋白质能在自然界中找到D．需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶8．《中国居民膳食指南（2016）》提出的“控糖”建议是：控制添加糖的摄入量，每天摄入不超过50g，最好控制在25g以下。某些糖尿病等直接或间接与长期糖摄入超标有关，可以通过注射胰岛素来治疗。下列叙述错误的是（

）A．糖类不仅是主要的能源物质，还可参与构成细胞内复杂化合物B．长期糖摄入超标可能会影响到体内细胞识别、免疫、代谢调控等过程C．血液中的葡萄糖除可以合成糖原外，还可转变成脂肪和非必需氨基酸D．可利用蛋白质工程直接对胰岛素分子进行修饰改造，让其可以口服使用9．我国科学家刘海燕教授团队开辟了一条全新的蛋白质从头设计的路线（如图所示），实现了核心技术的原始创新，为工业酶、生物医学蛋白等功能蛋白的设计奠定了基础。下列有关蛋白质的叙述错误的是（

）

A．分泌蛋白合成旺盛的细胞中核仁较小B．用该技术设计的工业酶可含有C、H、O、N四种元素C．设计蛋白质的结构时首先要设计蛋白质主链的氨基酸序列D．蛋白质的合成需要核酸的参与，核酸的合成也需要蛋白质的参与10．随着生命科学的发展，生物工程技术已广泛应用于农业、医药卫生和环境保护等多个领域。下列有关生物工程技术在生产实践中应用的叙述正确的是（

）A．利用一定大小的茎尖进行植物组织培养，获得抗病毒的新品种B．利用发酵工程从微生物细胞中提取单细胞蛋白，生产微生物饲料C．传代培养时，悬浮培养的动物细胞需重新用胰蛋白酶等处理，再用离心法收集D．利用蛋白质工程能生产出自然界不存在的蛋白质，满足实际需求►环节蛋白质工程【情景材料】你见过用细菌画画吗？右图是用发出不同颜色荧光的细菌“画"的美妙图案。这些细菌能够发出荧光，是因为在它们的体内导入了荧光蛋白的基因。最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋白，科学家通过改造它，获得了黄色荧光蛋白等。这些荧光蛋白在细胞内生命活动的检测、肿瘤的示踪研究等领域有着重要应用。那么，科学家是怎样对蛋白质分子进行设计和改造的呢？科学家解析了多管水母绿色荧光蛋白的晶体结构，并利用计算机进行辅助设计，在此基础上再采用定点突变的技术将绿色荧光蛋白发光基团正下方的第203位的苏氨酸替换为酪氨酸，从而获得了一种新的绿色荧光蛋白的衍生物——黄色荧光蛋白。【问题探究】1.为什么不能直接加工蛋白质，而是要通过改造基因才能改造蛋白质？2.某多肽链的一段氨基酸序列是：...-丙氨酸-色氨酸-赖氨酸-苯丙氨酸-...怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。3.确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因？4.如何辨别一个操作是基因工程还是蛋白质工程？典例精讲【例1】．纸浆漂白需要在高温、碱性条件下进行，因此需要耐高温、耐碱的木聚糖酶。科学家利用蛋白质工程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，提高了生产效率。下列叙述错误的是（

）A．新木聚糖酶是依据蛋白质的功能改造其结构得到的B．木聚糖酶的基因可定向突变成耐高温、耐碱的木聚糖酶基因C．已知木聚糖酶的氨基酸序列是预测其空间结构的重要基础D．可通过基因工程将耐高温、耐碱的木聚糖酶基因传递和保存【例2】．生物技术与工程学相结合，可研究、设计和加工生产各种生物工程产品。下列有关叙述正确的是（

）①由于外植体在植物组织培养过程中不感染病毒，用任何外植体都可制备脱毒苗②由iPS细胞产生的特定细胞，可以在新药的测试中发挥重要作用③胚胎移植作为胚胎工程的前端技术环节，推动了胚胎工程其他技术的研究和应用④PCR反应过程可以在PCR扩增仪中自动完成，而后常用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物⑤利用基因工程技术的乳腺生物反应器，可以让哺乳动物批量生产相应的药物⑥蛋白质工程仅以蛋白质结构为基础逆中心法则进行，就可以改造或制造新的蛋白质A．①③ B．②④⑤ C．②③④⑥ D．①③④⑤⑥【例3】．酶在生产和生活上有非常广泛的应用，下列关于酶的叙述错误的是（）A．溶菌酶能够溶解真菌的细胞壁，具有抗菌消炎的作用。在临床上与抗生素混合使用，增强抗生素的疗效B．自然界中存在的酶并不完全适于在生活和生产上应用，可以利用酶工程技术对酶进行改造，使之更符合人们的需要C．胰蛋白酶可用于促进伤口愈合和溶解血凝块，还可用于去除坏死组织，抑制污染微生物的繁殖D．利用脂肪酶处理废油脂，制造生物柴油，既保护了环境又使其得到合理利用【例4】．科学家利用基因定点突变技术，对枯草杆菌碱性蛋白酶BAPB92第188、239和262位氨基酸残基进行改造，构建了突变体BAPB92（A188P）、BAPB92（Q239R）和BAPB92（A188P/V262I）。相对于野生型，BAPB92（A188P）酶活力提高了2.6倍，BAPB92（Q239R）酶活力提高了2.5倍，BAPB92（A188P/V262I）酶活力提高了3.3倍，并且突变体蛋白酶的热稳定性和耐碱情况均得到较大提高。下列相关叙述正确的是（）A．碱性蛋白酶BAPB92的改造无需设计蛋白酶突变体的结构B．水解替换酶BAPB92第188位的氨基酸可获得突变体BAPB92（A188P）C．枯草杆菌碱性蛋白酶的改造工程遵循的原理是基因重组D．三种突变体中BAPB92（A188P/V262I）降低反应活化能的效果最显著【例5】．干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病。如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸(密码子：UGU、UGC)变成丝氨酸(密码子：UCU、UCC、UCA、UCG)，就可以延长干扰素的体外保存时间。下列相关叙述，错误的是（

）A．对干扰素的设计和改造，以基因的结构和功能的关系为基础B．对干扰素基因进行定点突变(C→G)来实现碱基的替换C．改造后的干扰素基因仍需导入受体细胞完成表达过程D．改造后的干扰素的功能与天然干扰素不是完全不同【例6】．已知生物体内有一种蛋白质（P），该蛋白质是一种载体蛋白，由305个氨基酸组成。科学家将P分子中第158位的丝氨酸替换成亮氨酸，第240位的谷氨酰胺替换成苯丙氨酸，从而得到了新的蛋白质，将其命名为P₁，P₁不但保留P的功能，而且还具有了酶的催化活性。下列说法正确的是（

）A．P₁蛋白与P蛋白相比，可以提高相关化学反应的活化能B．P₁蛋白与P蛋白一样，分子或离子通过时不需要与之结合C．P₁蛋白与P蛋白相比，肽键数目相等但是必需氨基酸含量降低D．P蛋白改造成P₁蛋白可用基因定点突变技术来进行碱基的替换【例7】．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，纤维素酶热稳定性得到了提高。下列有关该技术的说法正确的是（）A．对纤维素酶的改造需要以基因工程为基础B．对纤维素酶的改造是通过直接改造mRNA实现的C．改造后的纤维素酶和原纤维素酶是同一种酶D．改造前后纤维素酶在细胞内合成过程中遗传信息的流向不同【例8】．干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，可以用于治疗病毒的感染和癌症，但体外保存相当困难。如图是利用蛋白质工程设计生产干扰素的流程图，据图分析下列叙述错误的是（）A．图中构建新的干扰素模型的主要依据是新的干扰素的预期功能B．图中新的干扰素基因必须插入到质粒上的启动子和终止子之间才能表达C．图中改造干扰素结构的实质是改造干扰素基因的结构D．图中各过程并没有涉及基因工程技术【例9】．科研人员利用相关技术改变了胰岛素B链的第9位氨基酸，从而避免了胰岛素结合成无活性的二聚体形式。下列相关叙述中，不正确的是（）A．对胰岛素结构的改造属于蛋白质工程B．可通过测定DNA的序列确定突变是否成功C．该过程的操作对象是胰岛素相关基因D．胰岛素适合口服使用【例10】．下列关于蛋白质工程和基因工程的比较，不合理的是（）A．蛋白质工程的操作起点是从预期的蛋白质功能出发，设计出相应的基因，并借助基因工程实现B．蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成C．当得到可以保存半年的干扰素后，在相关酶、氨基酸和适宜的温度、pH条件下，干扰素可以大量自我合成D．基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的【例11】．T4溶菌酶（AO）在温度较高时易失去活性。研究人员通过蛋白质工程对T4溶菌酶第3位上的异亮氨酸改成半胱氨酸，该处半胱氨酸可与第97位半胱氨酸之间形成一个二硫键，获得了热稳定性高的T4溶菌酶（A1）。下列说法正确的是（

）A．蛋白质工程和基因工程的根本区别是操作对象的差异B．蛋白质工程与中心法则的流程方向一致，即DNA→mRNA→蛋白质C．检测A1活性时可先将A1与底物混合，再置于高温环境中D．AO和A1空间结构的差异是二者热稳定性不同的直接原因要点归纳1.基因工程和蛋白质工程在操作上的基本思路比较(1)基因工程遵循中心法则，从DNA→mRNA→多肽链→形成具有高级结构的蛋白质→行使生物功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。(2)蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→多肽链应有的氨基酸序列→基因应有的碱基序列，可以创造出自然界不存在的蛋白质。2．蛋白质工程和基因工程的比较项目蛋白质工程基因工程区别操作对象基因基因操作水平DNA分子水平DNA分子水平操作流程预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→合成(修饰)基因→基因表达→目的蛋白质目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定结果可生产自然界没有的蛋白质可生产自然界已有的蛋白质区别实质通过改造基因定向改造或生产人类所需蛋白质基因重组，定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或产品应用及现状主要集中在对现有蛋白质的改造，尚有难题未克服在转基因动植物、药品生产等领域已有广泛应用联系①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；②蛋白质工程离不开基因工程，蛋白质工程在改造基因时需要与基因工程有关的工具酶，需要构建基因表达载体；改造后的基因要表达出相应的蛋白质，同样需要将改造或合成的基因导入受体细胞3.蛋白质结构和功能的决定因素(1)氨基酸的种类、数目和排列顺序，每一种蛋白质都有独特的氨基酸序列，所以改变其中关键氨基酸就能改变蛋白质。氨基酸是由三联体密码子决定的，只要改变密码子的一个或两个碱基，氨基酸的种类就可能会发生变化。(2)蛋白质的空间结构。4．蛋白质工程的操作流程蛋白质工程的原理是中心法则的逆推。天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的：基因→表达(转录和翻译)→形成氨基酸序列多肽链→形成具有高级结构的蛋白质→行使生物功能；而蛋白质工程却与之相反。5．蛋白质工程的内容(1)根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质。(2)确定蛋白质的化学组成及空间结构与生物功能之间的关系。[易错警示]1.有关蛋白质工程的两点提醒(1)改造对象是基因：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，被改造的蛋白质也是无法遗传下去的。(2)基因突变的新基因中含有不编码蛋白质的序列，而蛋白质工程中的新基因则没有。2.蛋白质工程与基因工程的关系(1)蛋白质工程是通过基因重组技术改变或设计合成具有特定生物功能的蛋白质，基因工程技术是蛋白质工程技术的基础，因此蛋白质工程也叫第二代基因工程。(2)蛋白质工程在改造基因时需要与基因工程有关的工具酶，需要构建基因表达载体；改造后的基因需要表达出相应的蛋白质，同样需将改造或合成的基因导入受体细胞。(3)蛋白质工程最终还是回到基因工程上来，因为蛋白质的合成由基因控制，所以说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。(4)基因工程中的目的基因一般为自然界存在的基因，而蛋白质工程中的目的基因不是自然界存在的。3.“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；如果将目的基因的编码区进行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逆转录合成目的基因，或根据蛋白质的氨基酸序列先合成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，则为基因工程；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。1．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B．氨基酸序列的差异是影响胰岛素在患者体内是否稳定的原因之一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2．萤火虫的荧光素酶能催化ATP激活的荧光素氧化发光，这一现象在生物检测和成像方面有重要的应用价值。为了解决天然荧光素酶不能高效催化人工合成的荧光素DTZ发光的问题，研究人员采用蛋白质工程（又称为第二代基因工程）对它进行了改造。下列关于蛋白质工程改造天然荧光素酶的叙述，正确的是（）A．通过化学诱变剂可定向改造天然荧光素酶的基因序列B．改造天然荧光素酶所用的基因表达载体不需要启动子和终止子C．可用PCR方法检测突变的荧光素酶基因是否翻译成蛋白质D．改造后的荧光素酶在一定条件下催化DTZ发光是将化学能转化为光能3．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。下列叙述不正确的是（）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．设计蛋白质LIMK1利用的技术是蛋白质工程，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4．研究发现，新冠病毒侵入人体细胞的关键是新冠病毒表面的S蛋白中含有的受体结合结构域(RBD)能够和人体细胞上的血管紧张素转化酶2(ACE2)特异性结合，从而侵入人体细胞。科学家利用蛋白质工程技术获得了5种与RBD高亲和的小蛋白，命名为LCB1～LCB5。下列说法错误的是（

）A．若LCB1～LCB5的空间结构不同，则其和RBD的亲和力可能不同B．LCB1～LCB5可能具有和ACE2相似的结构域C．每种LCB的氨基酸序列只能推测出一种相应的mRNA序列D．利用蛋白质工程合成LCB1～LCB5的过程遵循中心法则5．“卵子死亡”是我国科学家新发现的一种人类单基因遗传病，是PANX1基因突变引起的PANX1通道异常激活，加速了卵子内部ATP的释放，卵子出现萎缩、退化的现象，最终导致不育，该基因在男性个体中不表达。下列相关叙述正确的是（）A．上述卵子出现萎缩、退化的现象属于细胞坏死B．“卵子死亡”患者的致病基因可能来自其父亲或母亲C．若利用蛋白质工程技术对异常PANX1通道进行修复，需构建基因表达载体D．基因工程的目的基因来源于自然界原有基因，不存在安全性问题6．蛋白质工程为改造蛋白质的结构和功能提供了新的途径。下列叙述正确的是（）A．蛋白质工程的最终目的是分析蛋白质的三维结构B．蛋白质工程和基因工程的操作对象存在差异C．现有基因的脱氧核苷酸序列是蛋白质工程设计实施的出发点D．利用蛋白质工程技术改造蛋白质的过程仍遵循中心法则7．蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时，主要包括哪几种（

）①进行少数氨基酸的替换②对不同来源的蛋白质的拼接③从预期蛋白质的功能出发去推测氨基酸排列顺序④直接改变蛋白质的空间结构A．①③④ B．①②③ C．②③④ D．①②④8．研究发现，为心梗患者注射适量t-PA蛋白会诱发颅内出血，但若将t-PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，能显著降低出血等副作用，改良后的t-PA蛋白成为心梗和脑血栓的急救药。下图所示，通过基因工程大量制备改良药物t-PA蛋白，下列说法错误的是（

）

A．制备改良t-PA蛋白的过程属于蛋白质工程B．利用重组pCLY11质粒可获得牛乳腺生物反应器C．选用限制酶XmaI和BglⅡ切割质粒pCLY11，构建重组质粒D．成功导入重组质粒的受体细胞在含有新霉素的培养基上能存活，且呈现蓝色9．组成细胞的有机物中含量最多的是蛋白质，细胞核中的遗传信息，往往要表达成蛋白质才能起作用。蛋白质是生命活动的主要承担者。下列关于蛋白质的叙述错误的是（

）①血红蛋白和血浆蛋白都分布在细胞外液中，但是它们的功能不同，原因可能是两者的氨基酸种类、数量、排列顺序及肽链形成的空间结构不相同②可以采用放射性同位素标记法研究分泌蛋白的合成与分泌过程，可以用3H标记氨基酸的氨基或羧基③绝大多数酶的化学本质是蛋白质，细胞代谢能够有条不紊地进行，与酶的专一性是分不开的④真核细胞中每条染色体的两端都有一段特殊序列的DNA—蛋白质复合体，称为端粒，原核细胞没有端粒，也没有DNA—蛋白质复合体⑤蛋白质工程既可改造现有蛋白质也可制造出新蛋白质，利用蛋白质工程技术改造蛋白质的过程仍遵循中心法则⑥溶菌酶和抗体属于免疫活性物质，其化学本质都是蛋白质，都只在特异性免疫中发挥作用A．①②④⑥ B．②③⑤⑥ C．①③④⑤ D．②④⑤⑥10．（多选）科研人员从某热泉的细菌中发现一种α-淀粉酶（AmyS1）,利用蛋白质工程对其进行改造，获得了具有更高热稳定性和催化效率的重组耐高温α-淀粉酶（AmyS2）。获取AmyS2基因后，构建基因表达载体的过程如图所示。该过程中，将目的基因与原始质粒A构建成质粒B,将质粒B与信号肽（一段能够引导目标蛋白质分泌到细胞外的肽链）基因构建成质粒C。下列分析正确的是（

）A．对淀粉酶结构进行改造最终要通过改造或合成基因来完成B．生产AmyS2是从预期AmyS2功能出发设计其氨基酸序列C．可以从导入质粒C的工程菌的培养液中提取获得AmyS2D．构建质粒B和C,选择的限制酶分别是NdeI和EcoRI、BamHI和Eco52I11．（多选）通过蛋白质工程将人胰岛素A链上1个天冬氨酸替换为甘氨酸，B链末端增加2个精氨酸，可制备出一种人工长效胰岛素。下列关于该长效胰岛素的叙述，错误的是（）A．比人胰岛素多了2个肽链B．可通过基因工程方法生产C．与人胰岛素有相同的靶细胞D．进入人体细胞后需经高尔基体加工12．（多选）玉米中赖氨酸含量较低，原因是赖氨酸合成过程中的两种关键酶——天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性，受细胞内赖氨酸浓度的影响较大，赖氨酸达到一定浓度就会抑制这两种酶的活性。如果将天冬氨酸激酶中第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，可以提高玉米中游离赖氨酸的含量。下列说法正确的是（

）A．赖氨酸不能在人体细胞中合成，是人体的必需氨基酸之一B．玉米通过调节赖氨酸的含量，能有效避免物质浪费C．改造天冬氨酸激酶的第一步是设计预期天冬氨酸激酶的空间结构D．改造天冬氨酸激酶最终必须对基因进行操作，改变脱氧核苷酸的排列顺序13．干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病。1993年，我国批准生产重组人干扰素α—1b，它是我国批准生产的第一个基因工程药物，目前主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎。请回答下列问题：(1)干扰素属于免疫活性物质，免疫活性物质是指。(2)利用基因工程将干扰素基因导入大肠杆菌，可获得产生干扰素的工程菌。基因表达载体构建是基因工程的重要一环。质粒是一种常用于基因表达载体构建的运载体，构建重组质粒需要的工具酶有，重组质粒中标记基因的作用是。(3)科学家通过发酵工程大量培养具有干扰素生产能力的大肠杆菌细胞，从而生产大量的干扰素，在发酵过程中，除需观测发酵条件外，还要随时检测培养液中的、等，以了解发酵进程。(4)干扰素在体外保存相当困难，如果将干扰素分子中的第十七位氨基酸由半胱氨酸变为丝氨酸，则在—70℃的条件下，干扰素可以保存半年。请你据此事实，阐述利用蛋白质工程技术获得上述耐保存的干扰素的基本思路：。14．1965年中国科学家人工合成了具有生物活性的结晶牛胰岛素，摘取了人工合成蛋白质的桂冠。此后科学家又提出了利用基因工程改造大肠杆菌生产人胰岛素的两种方法：AB法是根据胰岛素A、B两条肽链的氨基酸序列人工合成两种DNA片段，利用工程菌分别合成两条肽链后将其混合自然形成胰岛素；BCA法是利用胰岛B细胞中的mRNA得到胰岛素基因，导入工程菌获得胰岛素。这两种方法使用同一种质粒作为载体。回答下列问题：

(1)用AB和BCA法人工合成两种DNA片段（填“AB”“BCA”或“AB和BCA”）法获取的目的基因中不含人胰岛素基因启动子。(2)图中是利用基因工程生产人胰岛素过程中使用的质粒及目的基因的部分结构。为使目的基因与载体正确连接，在设计PCR引物时可添加限制酶的识别序列。通过上述方法获得人的胰岛素基因后，需要通过PCR技术进行扩增，已知胰岛素基因左端①处的碱基序列为-CCTTTCAGCTCA-，则其中一种引物设计的序列是5＇--3＇。(3)β-半乳糖苷酶可以分解无色的X-gal产生蓝色物质使菌落呈现蓝色，否则菌落为白色。据此简述筛选工程菌的过程：。(4)科学家利用蛋白质工程技术，研制出了赖脯胰岛素，与天然胰岛素相比，其皮下注射后易吸收、起效快。写出获取赖脯胰岛素的流程：。15．胰岛素是治疗糖尿病的特效药物。常规的胰岛素制剂是从牛、猪等动物的族腺中提取的，来源少、价格昂贵且疗效不甚理想，还容易发生过敏反应或者胰岛素抵抗。科研人员计划利用基因工程和胚胎工程从牛的乳汁中大量获取人的胰岛素。请回答问题：(1)科研人员可使用酶从人的染色体DNA上提取胰岛素基因，再利用PCR技术扩增该基因，扩增时要使用酶，还需要两种与DNA的两条模板链结合。每扩增一次包含三个步骤。(2)牛属于单胎动物，产仔率低，科研人员欲采用胚胎工程提高其产仔率。为使供体母牛产生更多的卵细胞，需对其注射激素。受精卵发育至囊胚期时，可采集细胞做DNA分析，进行性别鉴定。(3)研究发现，改变人胰岛素B链上第20-29位的氨基酸，可以研制出更适合人体需要的速效胰岛素类似物，这可以通过工程实现。3.4蛋白质工程的原理和应用Part1目标任务：对接课标，了解目标Part1目标任务：对接课标，了解目标Part2预习导学：自主梳理+预习检测，掌握基本知识点Part3探究提升：代入情景+典例精讲，深入学习知识要点蛋白质工程的Part4网络梳理：建立知识间的联系Part5强化训练：必刷经典试题，能力提升内容导航新课程标准学习目标1.概述人们根据基因工程原理，进行蛋白质设计和改造，可以获得性状和功能符合人类要求的蛋白质。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。1.说出蛋白质工程崛起的缘由。2.概述蛋白质工程的基本原理。3.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白质的过程。自主梳理一、蛋白质工程的概念蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础，通过改造或合成基因来改造现有蛋白质进行或制造出一种新的蛋白质。二、蛋白质工程崛起的缘由1.基因工程的实质和不足：(1)实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体内,后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。(2)基因工程存在的不足：原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。2.天然蛋白质的不足：天然蛋白质的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。（1）实例：玉米中赖氨酸的含量比较低，赖氨酸合成中两种酶的两个氨基酸被替换，就可以使玉米叶片和种子中游离赖氨酸分别提高5倍和2倍。二、蛋白质工程的基本原理1.蛋白质工程主要集中应用于对基因进行改造，改良生物性状。2.蛋白质工程的基本思路：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→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。三、蛋白质工程的应用1.应用（1）研发速效胰岛素类似物天然胰岛素制剂容易形成二聚体或六聚体，皮下注射胰岛素后往往要经历一个逐渐解离为单体的过程，科学家希望对胰岛素进行改造，从而降低它的聚合作用。（2）医药工业方面：利用蛋白质工程研发药物。（3）其他工业方面蛋白质工程被广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶。（4）农业方面科学家正在尝试改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，增加粮食的产量；利用蛋白质工程的思路来设计优良微生物农药，通过改造微生物蛋白质的结构，使它防治病虫害的效果增强。2.难度大的原因蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，而这种高级结构往往十分复杂。预习检测（限时10分钟）1．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。这些碱性蛋白酶具有重要的应用价值，被广泛应用于洗涤剂、制革及丝绸工业。将枯草杆菌蛋白酶分子的Asp（99）和Glu（156）改成，可使其在时的活力提高10倍。下列说法正确的是（

）A．完成氨基酸的替换需要通过改造基因实现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【答案】A【详解】A、氨基酸的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实现，A正确；B、该成果培育了新品种，而不是新物种，B错误；C、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；D、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，虽然合成了改造的基因，但它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。故选A。2．蛋白质工程是新崛起的一项生物工程，又称第二代基因工程。下图为蛋白质工程的流程。下列有关叙述错误的是（）A．蛋白质工程就是根据人们需要，直接对蛋白质进行加工改造B．蛋白质工程是通过基因改造或基因合成等方法，对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质C．①②过程为转录和翻译D．蛋白质工程是从④开始的【答案】A【详解】AB、蛋白质工程并不是直接对蛋白质进行加工修饰的，蛋白质工程是通过基因修饰或基因合成等方法，对现有蛋白质进行改造，A错误，B正确；C、基因通过①转录形成mRNA，之后经过②翻译形成多肽链，C正确；D、蛋白质工程是从预期蛋白质功能开始的，即④，D正确。故选A。3．已知生物体内有一种转运蛋白Y，由300个氨基酸组成。如果将Y中157位的L异亮氨酸变成亮氨酸，261位的酪氨酸变成丝氨酸，改变后的蛋白质Y1不但保留了原有Y的功能，且具备了催化活性。下列说法正确的是（）A．蛋白质工程和基因工程的根本区别是操作对象的差异B．可以通过对Y蛋白基因进行修饰或人工合成获得Y1蛋白基因C．蛋白质工程操作过程中，不需要酶和载体作为工具D．细胞内合成Y1蛋白与Y蛋白的过程中，遗传信息的流向是相反的【答案】B【详解】A、蛋白质工程和基因工程的根本区别是蛋白质工程可产生自然界没有的蛋白质，A错误；B、据题干信息可知，可以通过对Y蛋白基因进行修饰或人工合成获得Y1蛋白基因，B正确；C、蛋白质工程操作过程中，需要酶和载体作为工具，C错误；D、细胞内合成蛋白Y1与Y蛋白的过程中，遗传信息的流向是相同的，D错误。故选B。4．下列关于蛋白质工程说法不正确的是（）A．蛋白质工程的设计与实施遵循中心法则B．蛋白质工程可对酶的底物专一性、热变性、碱变性等加以改变C．原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质，而这种蛋白质完全符合人们生产和生活的需要D．蛋白质工程在农业方面可以增加粮食产量、研发新型农药【答案】C【详解】A、蛋白质工程的设计与实施遵循中心法则，A正确；B、可以通过蛋白质工程修饰相应的基因改变酶的底物专一性、热变性、碱变性等，B正确；C、蛋白质工程生产出的蛋白质不一定完全符合人们生产和生活的需要，C错误；D、蛋白质工程在农业方面可以增加粮食产量、研发新型农药，D正确。故选C。5．快速发展的生物技术与人类生产生活的关系越来越密切。下列说法不正确的是（

）A．利用发酵工程可大量获得用作饲料的微生物菌体或蛋白质B．利用马铃薯茎尖进行组织培养获得的脱毒马铃薯能提高产量C．蛋白质工程可对蛋白质结构直接改造以满足生产生活需求D．利用胚胎分割与胚胎移植技术可促进优良动物品种的繁殖【答案】C【详解】A、单细胞蛋白是指利用发酵工程获得的大量的微生物菌体，可在发酵结束之后采用过滤沉淀等方法将菌体分离和干燥得到产品，可作为饲料，A正确；B、马铃薯是种植广泛的农作物，病毒侵染后导致产量大幅下降，马铃薯茎尖病毒极少甚至无病毒，因此可将马铃薯茎尖接种在培养基中，利用马铃薯茎尖组织培养获得的脱毒苗能提高产量，B正确；C、要对蛋白质的结构进行改造，必须通过改造或合成基因来完成，C错误；D、利用胚胎分割与胚胎移植技术可提高优良胚胎的利用率，促进优良动物品种的繁殖正确，D正确。故选C。6．下列关于蛋白质工程的叙述，错误的是（

）A．该工程和基因工程的根本区别在于操作对象的差异B．该工程与细胞中天然蛋白质的合成都遵循中心法则C．通过该工程改造后，获得的性状可以遗传给后代D．通过该工程可改造现有蛋白质或制造新蛋白质【答案】A【详解】A、蛋白质工程和基因工程的操作对象均为基因，根本区别在于蛋白质工程能生产出自然界不存在的蛋白质，A错误；B、蛋白质工程在对蛋白质进行分子设计后，合成相应的基因，合成基因的表达离不开转录和翻译过程，因此蛋白质工程遵循的原理包括中心法则，而细胞中天然蛋白质的合成也遵循中心法则，B正确；C、由于蛋白质工程是直接对基因进行修饰或合成基因，改造后的性状可以遗传给后代，C正确；D、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的需求，D正确。故选A。7．蛋白质工程是基因工程的延伸。下列有关蛋白质工程的叙述，正确的是（

）A．蛋白质工程是基因工程的延伸，所以不需要遵循中心法则B．蛋白质工程中可以不用构建基因表达载体C．生产的蛋白质能在自然界中找到D．需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶【答案】D【详解】A、蛋白质工程最终也是基因控制蛋白质的合成，遵循中心法则，A错误；B、蛋白质工程是基因工程的延伸，需要构建表达载体，B错误；C、生产的蛋白质在自然界中找不到，因此才采用蛋白质工程进行合成，C错误；D、蛋白质工程是基因工程的延伸，需要构建表达载体，需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶，D正确。故选D。8．《中国居民膳食指南（2016）》提出的“控糖”建议是：控制添加糖的摄入量，每天摄入不超过50g，最好控制在25g以下。某些糖尿病等直接或间接与长期糖摄入超标有关，可以通过注射胰岛素来治疗。下列叙述错误的是（

）A．糖类不仅是主要的能源物质，还可参与构成细胞内复杂化合物B．长期糖摄入超标可能会影响到体内细胞识别、免疫、代谢调控等过程C．血液中的葡萄糖除可以合成糖原外，还可转变成脂肪和非必需氨基酸D．可利用蛋白质工程直接对胰岛素分子进行修饰改造，让其可以口服使用【答案】D【详解】A、糖类是主要的能源物质，还可参与构成细胞内复杂化合物，如核糖可以构成RNA，脱氧核糖可以构成DNA，A正确；B、长期糖摄入超标可能会导致血糖浓度升高，从而影响到体内细胞识别、免疫、代谢调控等过程，B正确；C、血液中的葡萄糖除可以合成糖原外，还可转变成脂肪和非必需氨基酸，C正确；D、蛋白质工程不能直接对蛋白质分子进行修饰和改造，应该对编码胰岛素的基因进行设计和改造，D错误。故选D。9．我国科学家刘海燕教授团队开辟了一条全新的蛋白质从头设计的路线（如图所示），实现了核心技术的原始创新，为工业酶、生物医学蛋白等功能蛋白的设计奠定了基础。下列有关蛋白质的叙述错误的是（

）

A．分泌蛋白合成旺盛的细胞中核仁较小B．用该技术设计的工业酶可含有C、H、O、N四种元素C．设计蛋白质的结构时首先要设计蛋白质主链的氨基酸序列D．蛋白质的合成需要核酸的参与，核酸的合成也需要蛋白质的参与【答案】A【详解】A、分泌蛋白合成旺盛的细胞中核仁较大，A错误；B、工业酶的本质是蛋白质，蛋白质的组成元素为C、H、O、N等，B正确；C、由图可知，设计蛋白质结构时首先给主链结构设计了氨基酸序列的ABACUS模型，C正确；D、核酸指导蛋白质的合成，蛋白质的合成需要核酸的参与，核酸的合成也需要DNA聚合酶、RNA聚合酶等蛋白质的参与，D正确。故选A。10．随着生命科学的发展，生物工程技术已广泛应用于农业、医药卫生和环境保护等多个领域。下列有关生物工程技术在生产实践中应用的叙述正确的是（

）A．利用一定大小的茎尖进行植物组织培养，获得抗病毒的新品种B．利用发酵工程从微生物细胞中提取单细胞蛋白，生产微生物饲料C．传代培养时，悬浮培养的动物细胞需重新用胰蛋白酶等处理，再用离心法收集D．利用蛋白质工程能生产出自然界不存在的蛋白质，满足实际需求【答案】D【详解】A、利用一定大小的茎尖进行植物组织培养，获得脱病毒的新品种，不能获得抗病毒的新品种，A错误；B、单细胞蛋白不是从微生物细胞中提取的，而是通过发酵过程获得的大量微生物菌体即为单细胞蛋白，B错误；C、传代培养时，悬浮培养的动物细胞不需重新用胰蛋白酶等处理，可直接用离心法收集，C错误；D、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，以满足人类的生产和生活的需求。因此，蛋白质工程需通过基因修饰或基因合成来改造原有蛋白质，生产出自然界中不存在的新型蛋白质分子，D正确。故选D。►环节蛋白质工程【情景材料】你见过用细菌画画吗？右图是用发出不同颜色荧光的细菌“画"的美妙图案。这些细菌能够发出荧光，是因为在它们的体内导入了荧光蛋白的基因。最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋白，科学家通过改造它，获得了黄色荧光蛋白等。这些荧光蛋白在细胞内生命活动的检测、肿瘤的示踪研究等领域有着重要应用。那么，科学家是怎样对蛋白质分子进行设计和改造的呢？科学家解析了多管水母绿色荧光蛋白的晶体结构，并利用计算机进行辅助设计，在此基础上再采用定点突变的技术将绿色荧光蛋白发光基团正下方的第203位的苏氨酸替换为酪氨酸，从而获得了一种新的绿色荧光蛋白的衍生物——黄色荧光蛋白。【问题探究】1.为什么不能直接加工蛋白质，而是要通过改造基因才能改造蛋白质？2.某多肽链的一段氨基酸序列是：...-丙氨酸-色氨酸-赖氨酸-苯丙氨酸-...怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。3.确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因？4.如何辨别一个操作是基因工程还是蛋白质工程？【答案】1.因为蛋白质的结构特别复杂，直接改造蛋白质难度太大。蛋白质是基因表达的产物，可以通过改造基因中的遗传信息来间接地改造蛋白质，并且基因可以遗传。2.①查密码子表得知：丙氨酸（GCU、GCC、GCA、GCG)、色氨酸(UGG)、赖氨酸(AAA、AAG）、谷氨酸（GAA、GAG）、苯丙氨酸（UUU、UUC）。②推知mRNA序列为：GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）GAA（或G）UUU（或C）③进一步推知脱氧核苷酸序列为：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）CTT（或C）AAA（或G）GCT（或C或A或G）TGGAAA（或G）GAA（或G）TTT（或C）3.人工合成目的基因或从基因文库中获取目的基因。对基因的改造经常会用到基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等。4.典例精讲【例1】．纸浆漂白需要在高温、碱性条件下进行，因此需要耐高温、耐碱的木聚糖酶。科学家利用蛋白质工程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，提高了生产效率。下列叙述错误的是（

）A．新木聚糖酶是依据蛋白质的功能改造其结构得到的B．木聚糖酶的基因可定向突变成耐高温、耐碱的木聚糖酶基因C．已知木聚糖酶的氨基酸序列是预测其空间结构的重要基础D．可通过基因工程将耐高温、耐碱的木聚糖酶基因传递和保存【答案】B【详解】A、蛋白质工程的基本思路是：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→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。因此新木聚糖酶是科学家依据蛋白质的功能改造其结构得到的，A正确；B、基因突变具有不定向性，B错误；C、组成蛋白质的氨基酸的种类、数量和排列顺序不同会影响蛋白质的功能，因此已知木聚糖酶的氨基酸序列是预测其空间结构的重要基础，C正确；D、改造后的耐高温、耐碱的木聚糖酶基因，可通过基因工程获得目的微生物进行培养，从而保存在基因文库中代代传递，D正确。故选B。【例2】．生物技术与工程学相结合，可研究、设计和加工生产各种生物工程产品。下列有关叙述正确的是（

）①由于外植体在植物组织培养过程中不感染病毒，用任何外植体都可制备脱毒苗②由iPS细胞产生的特定细胞，可以在新药的测试中发挥重要作用③胚胎移植作为胚胎工程的前端技术环节，推动了胚胎工程其他技术的研究和应用④PCR反应过程可以在PCR扩增仪中自动完成，而后常用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物⑤利用基因工程技术的乳腺生物反应器，可以让哺乳动物批量生产相应的药物⑥蛋白质工程仅以蛋白质结构为基础逆中心法则进行，就可以改造或制造新的蛋白质A．①③ B．②④⑤ C．②③④⑥ D．①③④⑤⑥【答案】B【详解】①虽然外植体在植物组织培养过程中不感染病毒，但外植体可能本身携带病毒，因此不是用任何外植体都可制备脱毒苗，一般用茎尖制备脱毒苗，①错误；②iPS细胞为多功能干细胞，能分裂分化产生的特定细胞，可以在新药的测试中发挥重要作用，②正确；③胚胎移植作为胚胎工程的最后技术环节，推动了胚胎工程其他技术的研究和应用，③错误；④PCR反应过程可以在PCR扩增仪中自动完成，PCR的产物的分子量大小等不同，因此常用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物，④正确；⑤利用基因工程技术的乳腺生物反应器，可以利用哺乳动物源源不断地批量生产相应的药物，⑤正确；⑥蛋白质工程师指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，⑥错误。故选B。【例3】．酶在生产和生活上有非常广泛的应用，下列关于酶的叙述错误的是（）A．溶菌酶能够溶解真菌的细胞壁，具有抗菌消炎的作用。在临床上与抗生素混合使用，增强抗生素的疗效B．自然界中存在的酶并不完全适于在生活和生产上应用，可以利用酶工程技术对酶进行改造，使之更符合人们的需要C．胰蛋白酶可用于促进伤口愈合和溶解血凝块，还可用于去除坏死组织，抑制污染微生物的繁殖D．利用脂肪酶处理废油脂，制造生物柴油，既保护了环境又使其得到合理利用【答案】A【详解】A、溶菌酶能够溶解细菌的细胞壁，具有抗菌消炎的作用。在临床上与抗生素混合使用，增强抗生素的疗效，A错误；B、自然界中存在的酶并不完全适于在生活和生产上应用，可以根据人们的要求，利用酶工程技术对酶进行改造，使之更符合人们的需要，B正确；C、胰蛋白酶能催化蛋白质水解，所以胰蛋白酶可以促进伤口愈合和溶解血凝块，还可用于去除坏死组织，抑制污染微生物的繁殖，C正确；D、油脂中含有脂肪，可以被脂肪酶分解，所以利用脂肪酶处理废油脂，可制造生物柴油，既保护了环境又使其得到合理利用，D正确。故选A。【例4】．科学家利用基因定点突变技术，对枯草杆菌碱性蛋白酶BAPB92第188、239和262位氨基酸残基进行改造，构建了突变体BAPB92（A188P）、BAPB92（Q239R）和BAPB92（A188P/V262I）。相对于野生型，BAPB92（A188P）酶活力提高了2.6倍，BAPB92（Q239R）酶活力提高了2.5倍，BAPB92（A188P/V262I）酶活力提高了3.3倍，并且突变体蛋白酶的热稳定性和耐碱情况均得到较大提高。下列相关叙述正确的是（）A．碱性蛋白酶BAPB92的改造无需设计蛋白酶突变体的结构B．水解替换酶BAPB92第188位的氨基酸可获得突变体BAPB92（A188P）C．枯草杆菌碱性蛋白酶的改造工程遵循的原理是基因重组D．三种突变体中BAPB92（A188P/V262I）降低反应活化能的效果最显著【答案】D【详解】A、碱性蛋白酶BAPB92的改造首先要设计蛋白酶突变体的结构，再改造相关的基因，A错误；B、替换酶BAPB92第188位的氨基酸不能通过水解实现，B错误；C、枯草杆菌碱性蛋白酶的改造工程利用基因定点突变技术，定点突变的目的是把目的基因上面特定部位的碱基替换成另外的碱基，遵循的原理是基因突变，C错误；D、三种突变体中BAPB92（A188P/V262I）酶活力提高最多，降低反应活化能的效果最显著，D正确。故选D。【例5】．干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病。如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸(密码子：UGU、UGC)变成丝氨酸(密码子：UCU、UCC、UCA、UCG)，就可以延长干扰素的体外保存时间。下列相关叙述，错误的是（

）A．对干扰素的设计和改造，以基因的结构和功能的关系为基础B．对干扰素基因进行定点突变(C→G)来实现碱基的替换C．改造后的干扰素基因仍需导入受体细胞完成表达过程D．改造后的干扰素的功能与天然干扰素不是完全不同【答案】A【详解】A、蛋白质工程的目的是根据人们对蛋白质的功能需求改造或制造蛋白质，理论基础是蛋白质的结构与功能相适应，A错误；B、比较半胱氨酸和丝氨酸的密码子，若第二个碱基由G替换为C，就可引起氨基酸的替换，所以基因上发生定点突变（C→G），可实现基因的改造，B正确；C、基因的表达需要众多物质和结构的参与，还需要细胞呼吸提供能量，故改造后的干扰素基因仍需导入受体细胞完成表达过程，C正确；D、改造后的干扰素由于氨基酸序列改变，导致结构改变，从而延长体外保存时间，但其仍具有干扰病毒复制的功能，即改造后的干扰素与天然干扰素的功能不是完全不同，D正确。故选A。【例6】．已知生物体内有一种蛋白质（P），该蛋白质是一种载体蛋白，由305个氨基酸组成。科学家将P分子中第158位的丝氨酸替换成亮氨酸，第240位的谷氨酰胺替换成苯丙氨酸，从而得到了新的蛋白质，将其命名为P₁，P₁不但保留P的功能，而且还具有了酶的催化活性。下列说法正确的是（

）A．P₁蛋白与P蛋白相比，可以提高相关化学反应的活化能B．P₁蛋白与P蛋白一样，分子或离子通过时不需要与之结合C．P₁蛋白与P蛋白相比，肽键数目相等但是必需氨基酸含量降低D．P蛋白改造成P₁蛋白可用基因定点突变技术来进行碱基的替换【答案】D【详解】A、P1蛋白与P蛋白相比，具有了酶的催化活性，酶的作用机理是降低化学反应的活化能，A错误；B、P蛋白是一种载体蛋白，P1蛋白与P蛋白一样，分子或离子通过时需要与之结合，B错误；C、P1蛋白与P蛋白相比，氨基酸的数目不变，肽键数目相等，但是必需氨基酸含量不一定降低，C错误；D、P蛋白改造成P1蛋白可用基因定点突变技术来进行碱基的替换，D正确。故选D。【例7】．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，纤维素酶热稳定性得到了提高。下列有关该技术的说法正确的是（）A．对纤维素酶的改造需要以基因工程为基础B．对纤维素酶的改造是通过直接改造mRNA实现的C．改造后的纤维素酶和原纤维素酶是同一种酶D．改造前后纤维素酶在细胞内合成过程中遗传信息的流向不同【答案】A【详解】A、对纤维素酶的改造属于蛋白质工程，需要以基因工程为基础，蛋白质工程是在基因水平上改造基因，A正确；B、对纤维素酶的改造是通过直接改造纤维素酶的基因实现的，B错误；C、改造后的纤维素酶氨基酸序列发生了改变，和原纤维素酶不是同一种酶，C错误；D、改造前后纤维素酶在细胞内合成过程中遗传信息的流向相同，都是DNA→RNA→蛋白质，D错误。故选A。【例8】．干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，可以用于治疗病毒的感染和癌症，但体外保存相当困难。如图是利用蛋白质工程设计生产干扰素的流程图，据图分析下列叙述错误的是（）A．图中构建新的干扰素模型的主要依据是新的干扰素的预期功能B．图中新的干扰素基因必须插入到质粒上的启动子和终止子之间才能表达C．图中改造干扰素结构的实质是改造干扰素基因的结构D．图中各过程并没有涉及基因工程技术【答案】D【详解】A、蛋白质工程的主要依据是蛋白质的预期功能，因此图中构建新的干扰素模型的主要依据是蛋白质的预期功能，A正确；B、启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点，从而驱动转录，而终止子提供转录终止的信号，故新的干扰素基因必须插入质粒上的启动子和终止子之间才能表达，B正确；C、蛋白质工程的实质是对基因进行操作，因此图中改造干扰素结构的实质是改造干扰素基因的结构，C正确；D、题图中从“人工合成DNA”到“在受体细胞中表达”的过程运用了基因工程技术，D错误。故选D。【例9】．科研人员利用相关技术改变了胰岛素B链的第9位氨基酸，从而避免了胰岛素结合成无活性的二聚体形式。下列相关叙述中，不正确的是（）A．对胰岛素结构的改造属于蛋白质工程B．可通过测定DNA的序列确定突变是否成功C．该过程的操作对象是胰岛素相关基因D．胰岛素适合口服使用【答案】D【详解】A、胰岛素是蛋白质，对蛋白质结构的改造属于蛋白质工程，A正确；B、DNA中碱基的排列顺序代表遗传信息，因而可通过测定DNA的序列确定突变是否成功，B正确；C、蛋白质工程的直接操作对象是基因，而不是蛋白质，C正确；D、胰岛素为蛋白质，若口服会被消化酶分解，因此胰岛素不适合口服，D错误。故选D。【例10】．下列关于蛋白质工程和基因工程的比较，不合理的是（）A．蛋白质工程的操作起点是从预期的蛋白质功能出发，设计出相应的基因，并借助基因工程实现B．蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成C．当得到可以保存半年的干扰素后，在相关酶、氨基酸和适宜的温度、pH条件下，干扰素可以大量自我合成D．基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的【答案】C【详解】A、蛋白质工程的操作起点是从预期的蛋白质功能出发，设计预期的蛋白质结构，推测出相应的基因序列，进而设计出相应的基因，并借助基因工程实现，A正确；B、基因工程生产的自然界中已存在的蛋白质不能完全符合人类需要，因此催生了蛋白质工程，但由于基因决定蛋白质，因此蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成，B正确；C、干扰素作为一种表达产物，其化学本质为蛋白质，蛋白质不具有自我合成的能力，C错误；D、基因工程产生的变异即为基因重组，目的基因转入后便可以随宿主的基因一同表达并遗传给后代，蛋白质工程最终也要通过基因来改造，因此蛋白质工程产生的变异也可以遗传，D正确。故选C。【例11】．T4溶菌酶（AO）在温度较高时易失去活性。研究人员通过蛋白质工程对T4溶菌酶第3位上的异亮氨酸改成半胱氨酸，该处半胱氨酸可与第97位半胱氨酸之间形成一个二硫键，获得了热稳定性高的T4溶菌酶（A1）。下列说法正确的是（

）A．蛋白质工程和基因工程的根本区别是操作对象的差异B．蛋白质工程与中心法则的流程方向一致，即DNA→mRNA→蛋白质C．检测A1活性时可先将A1与底物混合，再置于高温环境中D．AO和A1空间结构的差异是二者热稳定性不同的直接原因【答案】D【详解】A、蛋白质工程和基因工程都要对基因进行操作，其操作对象相同，A错误；B、蛋白质工程与中心法则的流程方向相反，B错误；C、检测A1活性时应先将A1与底物分别置于高温环境，保温一段时间再混合，C错误；D、分析题意可知，和AO相比，A1不仅仅是氨基酸的序列不同，同时还增加了一个二硫键，导致空间结构也有差异，是二者热稳定性不同的直接原因，D正确。故选D。要点归纳1.基因工程和蛋白质工程在操作上的基本思路比较(1)基因工程遵循中心法则，从DNA→mRNA→多肽链→形成具有高级结构的蛋白质→行使生物功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。(2)蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→多肽链应有的氨基酸序列→基因应有的碱基序列，可以创造出自然界不存在的蛋白质。2．蛋白质工程和基因工程的比较项目蛋白质工程基因工程区别操作对象基因基因操作水平DNA分子水平DNA分子水平操作流程预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→合成(修饰)基因→基因表达→目的蛋白质目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定结果可生产自然界没有的蛋白质可生产自然界已有的蛋白质区别实质通过改造基因定向改造或生产人类所需蛋白质基因重组，定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或产品应用及现状主要集中在对现有蛋白质的改造，尚有难题未克服在转基因动植物、药品生产等领域已有广泛应用联系①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；②蛋白质工程离不开基因工程，蛋白质工程在改造基因时需要与基因工程有关的工具酶，需要构建基因表达载体；改造后的基因要表达出相应的蛋白质，同样需要将改造或合成的基因导入受体细胞3.蛋白质结构和功能的决定因素(1)氨基酸的种类、数目和排列顺序，每一种蛋白质都有独特的氨基酸序列，所以改变其中关键氨基酸就能改变蛋白质。氨基酸是由三联体密码子决定的，只要改变密码子的一个或两个碱基，氨基酸的种类就可能会发生变化。(2)蛋白质的空间结构。4．蛋白质工程的操作流程蛋白质工程的原理是中心法则的逆推。天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的：基因→表达(转录和翻译)→形成氨基酸序列多肽链→形成具有高级结构的蛋白质→行使生物功能；而蛋白质工程却与之相反。5．蛋白质工程的内容(1)根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质。(2)确定蛋白质的化学组成及空间结构与生物功能之间的关系。[易错警示]1.有关蛋白质工程的两点提醒(1)改造对象是基因：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，被改造的蛋白质也是无法遗传下去的。(2)基因突变的新基因中含有不编码蛋白质的序列，而蛋白质工程中的新基因则没有。2.蛋白质工程与基因工程的关系(1)蛋白质工程是通过基因重组技术改变或设计合成具有特定生物功能的蛋白质，基因工程技术是蛋白质工程技术的基础，因此蛋白质工程也叫第二代基因工程。(2)蛋白质工程在改造基因时需要与基因工程有关的工具酶，需要构建基因表达载体；改造后的基因需要表达出相应的蛋白质，同样需将改造或合成的基因导入受体细胞。(3)蛋白质工程最终还是回到基因工程上来，因为蛋白质的合成由基因控制，所以说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。(4)基因工程中的目的基因一般为自然界存在的基因，而蛋白质工程中的目的基因不是自然界存在的。3.“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；如果将目的基因的编码区进行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逆转录合成目的基因，或根据蛋白质的氨基酸序列先合成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，则为基因工程；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。1．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B．氨基酸序列的差异是影响胰岛素在患者体内是否稳定的原因之一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【答案】C【详解】A、蛋白质工程的基本流程为：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→据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列（基因）→DNA合成，最终要利用基因工程上来解决蛋白质的合成，因此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；B、氨基酸序列差异，导致胰岛素的空间结构有所改变，影响了它的功能，B正确；C、胰岛素属于蛋白质，改造胰岛素应首先从设计预期的蛋白质结构出发，C错误；D、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，即空间结构，而很多蛋白质的空间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。故选C。2．萤火虫的荧光素酶能催化ATP激活的荧光素氧化发光，这一现象在生物检测和成像方面有重要的应用价值。为了解决天然荧光素酶不能高效催化人工合成的荧光素DTZ发光的问题，研究人员采用蛋白质工程（又称为第二代基因工程）对它进行了改造。下列关于蛋白质工程改造天然荧光素酶的叙述，正确的是（）A．通过化学诱变剂可定向改造天然荧光素酶的基因序列B．改造天然荧光素酶所用的基因表达载体不需要启动子和终止子C．可用PCR方法检测突变的荧光素酶基因是否翻译成蛋白质D．改造后的荧光素酶在一定条件下催化DTZ发光是将化学能转化为光能【答案】D【详解】A、通过化学诱变剂可以让天然荧光素酶的基因序列进行随机突变，但化学诱变通常是不定向的，A错误；B、改造天然荧光素酶所用的基因表达载体必须包含启动子和终止子，启动子是驱动基因转录的元件，而终止子是指示转录终止的位置，B错误；C、PCR方法主要用于检测DNA的存在或者染色体DNA上是否插入目的基因，检测目的基因是否翻译为蛋白质的方法为抗原﹣抗体杂交，C错误；D、改造后的荧光素酶在一定条件下催化DTZ发光是将化学能转化为光能，D正确。故选D。3．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。下列叙述不正确的是（）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．设计蛋白质LIMK1利用的技术是蛋白质工程，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【答案】A【详解】A、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)，A错误；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，B正确；C、设计蛋白质LIMK1利用的技术是蛋白质工程，其可制造新的蛋白质，C正确；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，D正确。故选A。4．研究发现，新冠病毒侵入人体细胞的关键是新冠病毒表面的S蛋白中含有的受体结合结构域(RBD)能够和人体细胞上的血管紧张素转化酶2(ACE2)特异性结合，从而侵入人体细胞。科学家利用蛋白质工程技术获得了5种与RBD高亲和的小蛋白，命名为LCB1～LCB5。下列说法错误的是（

）A．若LCB1～LCB5的空间结构不同，则其和RBD的亲和力可能不同B．LCB1～LCB5可能具有和ACE2相似的结构域C．每种LCB的氨基酸序列只能推测出一种相应的mRNA序列D．利用蛋白质工程合成LCB1～LCB5的过程遵循中心法则【答案】C【详解】A、信息分子之所以能与受体识别并结合，在于其空间结构能与特定的受体契合，所以若LCB1～LCB5的空间结构不同，则其和RBD的亲和力可能不同，A正确；B、由题干信息可知，LCB1～LCB5是与RBD高亲和的小蛋白，且RBD能够和ACE2特异性结合，所以可以推测LCB1～LCB5可能具有和ACE2相似的结构域，B正确；C、由于密码子的简并性，根据LCB的氨基酸序列可以推测出多种mRNA序列，C错误；D、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，依据遵循中心法则，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的需求，所以利用蛋白质工程合成LCB1～LCB5的过程遵循中心法则，D正确。故选C。5．“卵子死亡”是我国科学家新发现的一种人类单基因遗传病，是PANX1基因突变引起的PANX1通道异常激活，加速了卵子内部ATP的释放，卵子出现萎缩、退化的现象，最终导致不育，该基因在男性个体中不表达。下列相关叙述正确的是（）A．上述卵子出现萎缩、退化的现象属于细胞坏死B．“卵子死亡”患者的致病基因可能来自其父亲或母亲C．若利用蛋白质工程技术对异常PANX1通道进行修复，需构建基因表达载体D．基因工程的目的基因来源于自然界原有基因，不存在安全性问题【答案】C【详解】A、题中卵子出现萎缩、退化的现象属于细胞凋亡，A错误；B、“卵子死亡”患者的致病基因可能来自其父亲或自身基因突变，依据题意有PANX1基因突变便引起PANX1通道异常激活，就会加速了卵子内部ATP的释放，卵子出现萎缩、退化的现象，最终导致不育，若母亲有该致病基因则不育无后代，B错误；C、蛋白质工程是对基因进行修饰改造或重新合成，然后进行表达，需构建基因表达载体，C正确；D、基因