春高中生物1基因工程1

蛋白質(zhì)工程的崛起

學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.舉例說出蛋白質(zhì)工程崛起的緣由。2.理解蛋白質(zhì)工程的原理。（重、難點(diǎn)）3.了

解蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用。

一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由（閱讀教材P26）

1.基因工程的實(shí)質(zhì)：將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，后者可以產(chǎn)生它本不

能產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，進(jìn)而表現(xiàn)出新的性狀。

2.蛋白質(zhì)工程的崛起

（1）理論和技術(shù)條件：分子生物學(xué)、晶體學(xué)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展。

（2）緣由

①基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界且疊在的蛋白質(zhì)。

②天然蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要，卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生

道的需要。

（3）實(shí)例

①延長干擾素保存時(shí)間：

干擾素（半胱氨酸）|呵■阡擾素（絲氨酸）

體外很難保存體外可以保存半年

②提高玉米賴氨酸含量：

天冬氨酸激酶改造天冬氨酸激酶

（352位的蘇氨酸）|~1（異亮氨酸）

二氫毗咤二竣酸合成酶|改造|二氫毗咤二竣酸合成酶

（104位的天冬酰胺）~~1（異亮氨酸）

（改造后玉米葉片和種子中的游離賴氨酸分別提高5倍和2倍）

二、蛋白質(zhì)工程的基本原理（閱讀教材P%?P27）

1.蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)

根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求,對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)。

2.對概念的理解

（1）基礎(chǔ)：蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系。

⑵手段：基因修飾或基因合成。

（3）目的：對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì),以滿足人類的生產(chǎn)和生活

的需求。

3.基本途徑：從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)一設(shè)計(jì)預(yù)期的演質(zhì)結(jié)構(gòu)一推測應(yīng)有的氨基酸序

列一找到相對應(yīng)的脫氧核昔酸序列（基因）。

三、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景（閱讀教材P28）

1.前景誘人：用蛋白質(zhì)工程方法制成的電子元件，具有體積小、耗電少和效率高的特

點(diǎn)。

2.難度很大：主要是因?yàn)槟壳翱茖W(xué)家對大多數(shù)蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)的了解還很不夠。

YUXIFANKUI

■判一判

（1）蛋白質(zhì)工程制造的是天然蛋白質(zhì)。（X）

（2）對蛋白質(zhì)的改造是通過直接改造相應(yīng)的mRNA來實(shí)現(xiàn)的。（X）

（3）（2018?徐州高二檢測）由于蛋白質(zhì)中氨基酸的排列順序千變?nèi)f化，空間結(jié)構(gòu)千差萬

別，蛋白質(zhì)工程操作難度很大。（J）

（4）蛋白質(zhì)工程不能改變蛋白質(zhì)的活性。（X）

._主___題__探__究__-_講__練__互___動__/

主題1蛋白質(zhì)工程的操作

YAODIANTANJIU

□探究1蛋白質(zhì)工程的實(shí)例分析

材料:酵母菌的丙糖磷酸異構(gòu)酶上有兩個(gè)天冬酰胺，在分別轉(zhuǎn)變?yōu)樘K氨酸和異亮氨酸后,

酶的熱穩(wěn)定性提高了近50%。此外，在蛋白質(zhì)分子中引入二硫鍵也可以顯著提高蛋白質(zhì)的熱

穩(wěn)定性。

通過改造酶的結(jié)構(gòu)，有目的地提高酶的熱穩(wěn)定性。如通過替換酶的某種氨基酸,或者在

蛋白質(zhì)分子中引入二琥鍵可以顯著提高蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性。

口探究2蛋白質(zhì)工程的操作流程

科學(xué)家對鼠源雜交瘤抗體進(jìn)行改造，生產(chǎn)出效果更好的鼠一人嵌合抗體，用于癌癥治療。

如圖表示形成鼠一人嵌合抗體的過程，據(jù)圖分析探究:

人抗體

(1)圖示過程是根據(jù)預(yù)期的嵌合抗體功能,設(shè)計(jì)嵌合抗體的結(jié)構(gòu),最終必須對基因進(jìn)行

操作，此操作中改變的是堿基對。

(2)改造鼠源雜交瘤抗體，生產(chǎn)鼠一人嵌合抗體，屬于蛋白質(zhì)工程(生物工程)的范疇。

歸納探煉—

蛋白質(zhì)工程的操作流程

蛋白質(zhì)工程

麗超普望扁氨基酸序列|綽粵蛋白質(zhì)卜預(yù)期功能

D私劇HIRN!鬲可底鏈局m三維結(jié)構(gòu)生物功能

中心法則

「高考熱考交匯1

交匯點(diǎn)1蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)多樣性的原因：

⑴組成蛋白質(zhì)的氨基酸的——、數(shù)量和——不同。

(2)肽鏈的盤曲、折疊方式及其形成的千差萬別。

交匯點(diǎn)2中心法則

結(jié)構(gòu)圖示：

(1)圖示遺傳信息傳遞過程名稱：

①;②;③;?;⑤

(2)圖①?⑤過程需要的模板分別是、

答案：交匯點(diǎn)1

(1)種類排列順序(2)空間結(jié)構(gòu)

交匯點(diǎn)2

(l)DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯RNA復(fù)制逆轉(zhuǎn)錄

(2)DNA的兩條鏈DNA的一條單鏈mRNARNARNA

MINGTlTUPO

1.蛋白質(zhì)工程中直接需要進(jìn)行操作的對象是（）

A.氨基酸的結(jié)構(gòu)B.蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)

C.肽鏈的結(jié)構(gòu)D.基因的結(jié)構(gòu)

解析：選D。蛋白質(zhì)工程是根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子

設(shè)計(jì)，但因?yàn)榛驔Q定蛋白質(zhì)，所以對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，歸根到底還需對相應(yīng)的

基因進(jìn)行操作，按要求進(jìn)行修飾、加工、改造，使之能控制合成人類需要的蛋白質(zhì)。

2.從某海洋動物中獲得一基因，其表達(dá)產(chǎn)物為一種抗菌性和溶血性均較強(qiáng)的多肽P1。

目前在P1的基礎(chǔ)上研發(fā)抗菌性強(qiáng)但溶血性弱的多肽藥物，首先要做的是（）

A.合成編碼目的肽的DNA片段

B.構(gòu)建含目的肽DNA片段的表達(dá)載體

C.依據(jù)P1氨基酸序列設(shè)計(jì)多條模擬肽

D.篩選出具有優(yōu)良活性的模擬肽作為目的肽

解析：選C。緊扣蛋白質(zhì)工程的流程（基本途徑）進(jìn)行分析。由題可知，多肽P1為抗菌

性和溶血性均較強(qiáng)的多肽，要設(shè)計(jì)出抗菌性強(qiáng)但溶血性弱的多肽，即在P1的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出

自然界原本不存在的蛋白質(zhì)，用蛋白質(zhì)工程技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)。蛋白質(zhì)工程的基本途徑是：從預(yù)

期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)一設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)一推測應(yīng)有的氨基酸序列一找到相對應(yīng)的脫

氧核甘酸序列。故要想在P1的基礎(chǔ)上研發(fā)抗菌性強(qiáng)但溶血性弱的多肽藥物，首先要做的是

依據(jù)P1的氨基酸序列設(shè)計(jì)出多條模擬肽，然后進(jìn)行改造，從而確定抗菌性強(qiáng)但溶血性弱的

多肽的氨基酸序列。

主題2基因工程與蛋白質(zhì)工程的比較

YAODIANTANJIU

項(xiàng)目基因工程蛋白質(zhì)工程

操作環(huán)境（場所）生物體外生物體外

操作核心基因基因

操作起點(diǎn)目的基因預(yù)期的蛋白質(zhì)功能

獲取目的基因f構(gòu)建基因表達(dá)載體預(yù)期蛋白質(zhì)功能一設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

過程f導(dǎo)入受體細(xì)胞一目的基因的檢測f推測氨基酸序列f推測脫氧核昔

區(qū)與鑒定酸序列f合成DNAf表達(dá)出蛋白質(zhì)

別結(jié)果生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)可以創(chuàng)造出自然界不存在的蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延伸出來的第二代基因工程，因?yàn)閷ΜF(xiàn)

聯(lián)系

有蛋白質(zhì)的改造或制造新的蛋白質(zhì)必須通過基因修飾或基因合成實(shí)現(xiàn)

小組討論

（1）蛋白質(zhì)工程的直接操作對象是什么？操作手段有哪些?

提不：基因?；蛐揎椇突蚝铣?。

（2）為什么說蛋白質(zhì)工程是第二代基因工程？

提示：蛋白質(zhì)工程離不開基因工程，改造基因后，要通過基因工程生產(chǎn)人類需要的蛋白

質(zhì)。

（1）任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且

改造過的蛋白質(zhì)可以遺傳下去。如果對蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白質(zhì)也

是無法遺傳下去的。

（2）蛋白質(zhì)工程在改造基因時(shí)需要與基因工程有關(guān)的工具酶。改造后的基因需要表達(dá)出

相應(yīng)的蛋白質(zhì)，同樣需將改造或合成的基因?qū)胧荏w細(xì)胞。

（3）蛋白質(zhì)工程中經(jīng)過處理得到的新基因與基因突變得到的新基因有較大差別，基因突

變的新基因中含有不編碼蛋白質(zhì)的序列，而蛋白質(zhì)工程中的新基因則沒有。

MINGTlTUPO

1.（2018?南通高二檢測）下列有關(guān)蛋白質(zhì)工程的說法，正確的是（）

A.蛋白質(zhì)工程無需構(gòu)建基因表達(dá)載體

B.通過蛋白質(zhì)工程改造后的蛋白質(zhì)有的仍是天然的蛋白質(zhì)

C.蛋白質(zhì)工程需要限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶

D.蛋白質(zhì)工程是在蛋白質(zhì)分子水平上改造蛋白質(zhì)

解析：選C。蛋白質(zhì)工程的基本流程：從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)，設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)

構(gòu)，推測應(yīng)有的氨基酸序列，找出相對應(yīng)的脫氧核甘酸序列（基因）。這是蛋白質(zhì)工程特有的

途徑，接下來是按照基因工程的一般步驟進(jìn)行。因此，基因工程技術(shù)利用的工具（限制酶、

DNA連接酶、載體）以及操作流程也適用于蛋白質(zhì)工程技術(shù)中，A項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確；蛋白質(zhì)

工程生產(chǎn)的蛋白質(zhì)是改造后的蛋白質(zhì)或者是新的蛋白質(zhì)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；蛋白質(zhì)工程的操作對象

是基因，屬于分子水平，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

2.下列有關(guān)基因工程和蛋白質(zhì)工程的敘述，不正確的是（）

A.將基因表達(dá)載體導(dǎo)入小鼠的受精卵中常用顯微注射法

B.設(shè)計(jì)擴(kuò)增目的基因的引物時(shí)，不必考慮表達(dá)載體的序列

C.蛋白質(zhì)工程是通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新蛋

白質(zhì)的技術(shù)

D.蛋白質(zhì)工程可合成自然界中不存在的蛋白質(zhì)

解析：選B。選項(xiàng)A正確，將基因表達(dá)載體導(dǎo)入小鼠的受精卵中常用顯微注射法；選項(xiàng)

B不正確，設(shè)計(jì)的引物應(yīng)能與表達(dá)載體兩端的序列互補(bǔ)配對；選項(xiàng)C正確，蛋白質(zhì)工程是指

以分子生物學(xué)相關(guān)理論為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制

造一種新的蛋白質(zhì)的技術(shù)；選項(xiàng)D正確，通過蛋白質(zhì)工程可合成自然界中不存在的蛋白質(zhì)。

基因工程與蛋白質(zhì)工程的判斷方法

是否對原有基因進(jìn)行改造改造：蛋白質(zhì)工程不改造：基因工程

核心知識小結(jié)

［答題必備］

o基因工程只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白

質(zhì)。

?蛋白質(zhì)工程的主要目的是對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)

［要點(diǎn)回眸］

行改造或生產(chǎn)新的蛋白質(zhì)，以滿足人類生產(chǎn)

預(yù)期蛋白質(zhì)功用操作

設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋;流程和生活的需要。

白質(zhì)麗-!J崛起緣由I

&蛋白質(zhì)工程直接操作的對象是基因，而不

I;I甘田］操作

推測氨基酸序;醫(yī)四F對象-T進(jìn)展和前景|

是蛋白質(zhì)。

到J「與基因工程

\\I新蛋白質(zhì)

的關(guān)系o蛋白質(zhì)工程的基本途徑是：從預(yù)期的蛋白

合成DNA---'

質(zhì)功能出發(fā)設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測應(yīng)有

的氨基酸序列找到相應(yīng)的脫氧核甘酸序列。

@蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸

出來的第二代基因工程。

知能演練，輕巧奪冠（即時(shí)訓(xùn)練?體驗(yàn)成對

［隨堂檢測］

1.（2018?河北黃驊中學(xué)高二期中）將人的干擾素基因通過基因定點(diǎn)突變，使干擾素第

17位的半胱氨酸改變成絲氨酸，改造后的干擾素比天然干擾素的抗病毒活性和穩(wěn)定性顯著

提高，此項(xiàng)技術(shù)屬于（）

A.蛋白質(zhì)工程B.細(xì)胞工程

C.胚胎工程D.生態(tài)工程

解析：選A。通過改造基因來改造蛋白質(zhì)，屬于蛋白質(zhì)工程，A正確；基因定點(diǎn)突變屬

于分子水平，不屬于細(xì)胞工程、胚胎工程和生態(tài)工程，B、C、D錯(cuò)誤。

2.（2018?泰州高二檢測）下面對蛋白質(zhì)工程的基本操作程序的敘述，正確的是（）

①蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)合成

②DNA合成

③mRNA合成

④蛋白質(zhì)的預(yù)期功能

⑤根據(jù)氨基酸的序列推出脫氧核甘酸的序列

A.①一②一③一④一⑤一①

B.⑤一④一③一②一①一②

C.④一①一⑤f②一③一①

D.②一③一⑤一①一②一④

解析：選C。蛋白質(zhì)工程的操作流程為：從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)一設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)

結(jié)構(gòu)一推測應(yīng)有的氨基酸序列一找到相對應(yīng)的脫氧核昔酸序列（即基因）一修改或合成的基

因表達(dá)出相應(yīng)的蛋白質(zhì)。

3.L溶菌酶的穩(wěn)定性大大提高的根本原因是（）

A.控制Ta溶菌酶合成的基因的一個(gè)位點(diǎn)發(fā)生突變

B.控制T&溶菌酶合成的mRNA上的密碼子發(fā)生變化

C.4溶菌酶中一個(gè)氨基酸發(fā)生了替換

D.T,溶菌酶中的第3位氨基酸由異亮氨酸變?yōu)榘腚装彼?/p>

解析：選A。溶菌酶是一種蛋白質(zhì)，其穩(wěn)定性提高的原因是其分子結(jié)構(gòu)的改變。蛋白

質(zhì)的合成受基因控制，所以蛋白質(zhì)改變的根本原因是基因的改變。選項(xiàng)B、C、D的內(nèi)容都是

L溶菌酶改變的原因，但都不是根本原因。

4.（2018?新疆四中高二期末）某種微生物合成的蛋白酶與人體消化液中的蛋白酶的結(jié)

構(gòu)和功能很相似，只是其熱穩(wěn)定性較差，進(jìn)入人體后容易失效。現(xiàn)要將此酶開發(fā)成一種片劑,

臨床治療食物消化不良，最佳方案是（）

A.替換此酶中的少數(shù)氨基酸，以改善其功能

B.將此酶與人蛋白酶進(jìn)行拼接，形成新的蛋白酶

C.重新設(shè)計(jì)與創(chuàng)造一種蛋白酶

D.減少此酶在片劑中的含量

解析：選A。要想使某種微生物合成的蛋白酶熱穩(wěn)定性有所提高，就要改變蛋白質(zhì)的結(jié)

構(gòu)，此類問題一般是對蛋白質(zhì)中的個(gè)別氨基酸進(jìn)行替換。

5.（2018?天津高二檢測）蛋白質(zhì)工程與基因工程相比，其突出特點(diǎn)是（）

A.基因工程原則上能生產(chǎn)任何蛋白質(zhì)

B.蛋白質(zhì)工程能對現(xiàn)有的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)

C.蛋白質(zhì)工程可以不通過轉(zhuǎn)錄和翻譯來實(shí)現(xiàn)

D.蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來的第三代基因工程

解析：選B?；蚬こ淘瓌t上只能生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì)；蛋白質(zhì)工程通過基因修飾

或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的

需求，是延伸出來的第二代基因工程，蛋白質(zhì)工程需進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和翻譯。

6.（2018?河南平頂山高二期末）糖尿病是近年來高發(fā)的“富貴病”，常見類型有遺傳

性糖尿病和II型糖尿病。遺傳性糖尿病的主要病因之一是胰島受損。科研機(jī)構(gòu)作出如下設(shè)計(jì):

取糖尿病患者的細(xì)胞，將人的正常胰島素基因?qū)肫渲校缓笞黾?xì)胞培養(yǎng)，誘導(dǎo)產(chǎn)生胰島組

織，重新植入患者的胰島，使胰島恢復(fù)功能。II型糖尿病需要注射胰島素治療。目前臨床使

用胰島素制劑注射后120min后才出現(xiàn)高峰，與人體生理狀態(tài)不符?？蒲腥藛T通過一定的工

程技術(shù)手段，將胰島素B鏈的28號和29號氨基酸互換，獲得了速效胰島素，已通過臨床試

驗(yàn)。請回答下列問題：

(1)對遺傳性糖尿病進(jìn)行基因治療的方案中，胰島素基因?yàn)?實(shí)驗(yàn)室中

要先對該基因利用技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)增。將該基因?qū)肴梭w細(xì)胞所用的方法是

。該科研機(jī)構(gòu)采用的基因治療方法是o

(2)對遺傳性糖尿病患者進(jìn)行治療的基因工程步驟中的核心步驟是o

(3)科研人員利用蛋白質(zhì)工程合成速效胰島素，該技術(shù)的實(shí)驗(yàn)流程為：

蛋白質(zhì)三推測e找到相應(yīng)的脫氧生產(chǎn)出速

也］—>

維結(jié)構(gòu)核昔酸序列效胰島素

其中，流程A是,流程B是o

(4)基因工程技術(shù)還可以用于基因診斷，其基本原理是o

解析：(1)對遺傳性糖尿病進(jìn)行基因治療的方案中，胰島素基因?yàn)槟康幕??？刹捎肞CR

技術(shù)擴(kuò)增目的基因。將該基因?qū)肴梭w細(xì)胞所用的方法是顯微注射法?？蒲袡C(jī)構(gòu)在治療遺傳

性糖尿病時(shí)，取糖尿病患者的細(xì)胞，將人的正常胰島素基因?qū)肫渲?，然后做?xì)胞培養(yǎng)，誘

導(dǎo)產(chǎn)生胰島組織，重新植入患者的胰島，使胰島恢復(fù)功能，因此該科研機(jī)構(gòu)采用的基因治療

方法是體外基因治療。(2)基因工程步驟中的核心步驟是基因表達(dá)載體的構(gòu)建。(3)分析題圖

可知：流程A是從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)，流程B是推測應(yīng)有的氨基酸序列。(4)基因工程

技術(shù)還可以用于基因診斷，其基本原理是DNA分子雜交。

答案：(1)目的基因PCR顯微注射法體外基因治療

(2)基因表達(dá)載體的構(gòu)建(3)從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)推測應(yīng)有的氨基酸序列

(4)DNA分子雜交

7.已知生物體內(nèi)有一種蛋白質(zhì)(P),該蛋白質(zhì)是一種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，由305個(gè)氨基酸組成。

如果將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸，240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸，改變后的蛋

白質(zhì)(PJ不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列問題：

(1)從上述資料可知，若要改變蛋白質(zhì)的功能，可以考慮對蛋白質(zhì)的進(jìn)行

改造。

(2)以P基因序列為基礎(chǔ)，獲得Pi基因的途徑有修飾_______基因或合成

基因。所獲得的基因表達(dá)時(shí)是遵循中心法則的，中心法則的全部內(nèi)容包括

的復(fù)制，以及遺傳信息在不同分子之間的流動，即：o

(3)蛋白質(zhì)工程也被稱為第二代基因工程，其基本途徑是從預(yù)期蛋白質(zhì)功能出發(fā)，通過

—和，進(jìn)而確定相對應(yīng)的脫氧核昔酸序列，據(jù)此獲得基因，

再經(jīng)表達(dá)、純化獲得蛋白質(zhì)，之后還需要對蛋白質(zhì)的生物進(jìn)行鑒定。

解析：（1）從題中所述資料可知，將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸，240位的谷

氨酰胺變成苯丙氨酸后，該蛋白質(zhì)的功能發(fā)生了改變，此過程是通過對構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸

的排列順序進(jìn)行改造，進(jìn)而改變了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而改變了蛋白質(zhì)的功能。

（2）在蛋白質(zhì)工程中，目的基因可以以P基因序列為基礎(chǔ)，對生物體內(nèi)原有P基因進(jìn)行

修飾，也可以通過人工合成法合成新的巴基因。中心法則的內(nèi)容如下圖所示：

復(fù)制?A呆*?A*?蛋白質(zhì)

由圖可知，中心法則的全部內(nèi)容包括：DNA以自身為模板進(jìn)行的復(fù)制，DNA通過轉(zhuǎn)錄將

遺傳信息傳遞給RNA,最后RNA通過翻譯將遺傳信息表達(dá)成蛋白質(zhì)；在某些病毒中RNA可自

我復(fù)制（如煙草花葉病毒等），在某些病毒中能以RNA為模板逆轉(zhuǎn)錄合成DNA（如HIV）,這是

對中心法則的補(bǔ)充。

（3）蛋白質(zhì)工程的基本途徑是預(yù)期蛋白質(zhì)功能一設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)一推測應(yīng)有的氨

基酸序列一合成DNA—表達(dá)出蛋白質(zhì)，經(jīng)過該過程得到的蛋白質(zhì)，需要對其生物功能進(jìn)行鑒

定，以保證其發(fā)揮正常作用。

答案：（1）氨基酸序列（或結(jié)構(gòu)）（其他合理答案也可）

（2）PPiDNA和RNA（或遺傳物質(zhì)）DNA-RNA、RNA-DNA、RNA一蛋白質(zhì)（或轉(zhuǎn)錄、逆

轉(zhuǎn)錄、翻譯）

（3）設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)推測氨基酸序列功能

［課時(shí)作業(yè)］

一、選擇題

1.科學(xué)家將控制某藥物蛋白合成的基因轉(zhuǎn)移到白色來亨雞胚胎細(xì)胞的DNA中，發(fā)育后

的雌雞就能產(chǎn)出含該藥物蛋白的雞蛋，在每一只雞蛋的蛋清中都含有大量的藥物蛋白；而且

這些含該藥物蛋白的雞蛋孵出的雞，仍能產(chǎn)出含該藥物蛋白的雞蛋。據(jù)此分析不正確的一項(xiàng)

是（）

A.這些雞是基因工程的產(chǎn)物

B.這種變異屬于可遺傳的變異

C.該過程屬于蛋白質(zhì)工程技術(shù)

D.該種變異屬于定向變異

解析：選C。根據(jù)題干信息分析，將目的基因（控制某藥物蛋白合成的基因）導(dǎo)入了來亨

雞胚胎細(xì)胞的DNA中，發(fā)育成的雞產(chǎn)生了該藥物蛋白的雞蛋，說明目的基因在這些雞中表達(dá)

了，A正確；這些含該藥物蛋白的雞蛋孵出的雞，仍能產(chǎn)出含該藥物蛋白的雞蛋，說明這種

變異屬于可遺傳的變異，B正確；該技術(shù)為第一代基因工程技術(shù)，并沒有利用蛋白質(zhì)工程對

控制蛋白質(zhì)合成的基因的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，C錯(cuò)誤；基因工程的原理是基因重組，且是對生物

性狀的定向改造，即這種變異是定向的，D正確。

2.蛋白質(zhì)工程在實(shí)施中最大的難題是（）

A.生產(chǎn)的蛋白質(zhì)無法應(yīng)用

B.發(fā)展前景太窄

C.對于大多數(shù)蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)不清楚

D.無法人工合成目的基因

解析：選C。多數(shù)蛋白質(zhì)除具有一級結(jié)構(gòu)即氨基酸順序外，還具有復(fù)雜的高級結(jié)構(gòu)，即

空間結(jié)構(gòu)，而很多蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)是人們目前還不清楚的?？臻g結(jié)構(gòu)不清楚也就無法合成

制造具有生物活性的蛋白質(zhì)。

3.關(guān)于蛋白質(zhì)工程的設(shè)計(jì)思路，不正確的是（）

A.從蛋白質(zhì)的功能推測蛋白質(zhì)應(yīng)有的結(jié)構(gòu)

B.從蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)推測氨基酸的排列順序

C.從氨基酸的順序推測基因的脫氧核甘酸的排列順序

D.蛋白質(zhì)工程完全不遵循中心法則

解析：選D。蛋白質(zhì)工程需要以基因工程為指導(dǎo)，蛋白質(zhì)工程中也有基因的表達(dá)過程，

遵循中心法則。

4.（2018?鄭州高二檢測）蛋白質(zhì)工程中對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要包括哪幾種

（）

①進(jìn)行少數(shù)氨基酸的替換

②對不同來源的蛋白質(zhì)的拼接

③從預(yù)期蛋白質(zhì)的功能出發(fā)去推測氨基酸排列順序

④直接改變蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)

A.①②B.①②③

C.②③④D.①②④

解析：選B。蛋白質(zhì)工程中對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要包括：制造出自然界中不存

在的全新蛋白質(zhì)；在蛋白質(zhì)分子中替代一個(gè)肽段或一個(gè)特定的結(jié)構(gòu)域；改造蛋白質(zhì)分子中的

幾個(gè)氨基酸殘基。由于蛋白質(zhì)分子通常都較大，而直接改變蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)不易于操作，

因此蛋白質(zhì)工程是在基因的水平上進(jìn)行操作的。

5.豬的胰島素用于降低人體血糖濃度的效果不明顯，原因是豬胰島素分子中有一個(gè)氨

基酸與人的不同。為了使豬胰島素用于臨床治療糖尿病，用蛋白質(zhì)工程對蛋白質(zhì)分子設(shè)計(jì)的

最佳方案是（）

A.對豬胰島素中與人胰島素不同的氨基酸進(jìn)行替換

B.將豬胰島素和人胰島素進(jìn)行拼接組成新的胰島素

C.將豬和人的胰島素混合在一起治療糖尿病

D.根據(jù)人的胰島素設(shè)計(jì)制造一種全新的胰島素

解析：選A。根據(jù)題干信息可知，因豬胰島素分子中有一個(gè)氨基酸與人的不同，所以可

利用蛋白質(zhì)工程對該氨基酸進(jìn)行替換。

6.中華鮑是地球上最古老的脊椎動物，被稱為“活化石”。研究者試圖通過蛋白質(zhì)工

程改造中華鮑體內(nèi)的某些蛋白質(zhì)，使其更加適應(yīng)現(xiàn)在的水域環(huán)境，以下說法錯(cuò)誤的是（）

A.該工程可以定向改變蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)

B.改造蛋白質(zhì)是通過改造基因結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)的

C.改造后的中華鯨和現(xiàn)有中華鮑仍是同一物種

D.改造后的中華鮑的后代不具有改造的蛋白質(zhì)

解析：選D。蛋白質(zhì)工程可以定向改造蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)，A正確；改造蛋白質(zhì)是通過

改造基因結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)的，B正確；改造后的中華酮具有新的性狀，但其和現(xiàn)有中華鮑仍是同

一物種，C正確；蛋白質(zhì)工程改造的是基因，可以遺傳給子代，因此改造后的中華鰭的后代

也具有改造的蛋白質(zhì)，D錯(cuò)誤。

7.下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法，錯(cuò)誤的是（）

A.蛋白質(zhì)工程能定向改造蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)，使之更加符合人類需要

B.根據(jù)人們的需要，直接對氨基酸的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)

C.蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生自然界中不曾存在的新型蛋白質(zhì)分子

D.蛋白質(zhì)工程與基因工程密不可分，又稱為第二代基因工程

解析：選B。由于基因的結(jié)構(gòu)決定蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，所以要對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造,

最終還必須通過改造基因來完成。

8.（2018?常熟高二檢測）下列有關(guān)蛋白質(zhì)工程的敘述，錯(cuò)誤的是（）

A.收集大量的蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的信息，以便分析結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系

B.蛋白質(zhì)工程的原理是從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)最終推測出脫氧核昔酸序列的過程

C.T”溶菌酶中引入二硫鍵提高了它的熱穩(wěn)定性是蛋白質(zhì)工程的體現(xiàn)

D.蛋白質(zhì)工程只能改造現(xiàn)有的蛋白質(zhì)而不能制造新的蛋白質(zhì)

解析：選D。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性決定蛋白質(zhì)功能的多樣性，在實(shí)施蛋白質(zhì)工程的準(zhǔn)備

階段，只有收集到大量的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的信息，才能從其中尋求到某一結(jié)構(gòu)跟預(yù)期的蛋白質(zhì)功

能之間的關(guān)系，從而據(jù)其構(gòu)建出某一段氨基酸序列，此氨基酸序列成為構(gòu)建脫氧核甘酸序列

（即基因）的依據(jù)，A、B項(xiàng)正確。。溶菌酶是蛋白質(zhì)，對其改造屬于蛋白質(zhì)工程，C項(xiàng)正確。

在蛋白質(zhì)工程中，基因修飾后可以表達(dá)出改造的蛋白質(zhì)，基因合成后可以制造出新的蛋白質(zhì)。

9.（2018?河北涿鹿中學(xué)高二期中）下面各項(xiàng)中與蛋白質(zhì)工程沒有直接關(guān)系的是（）

A.利用各種高科技手段分析蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

B.研究并改變某種蛋白質(zhì)相關(guān)基因的堿基序列

C.設(shè)計(jì)和制造自然界中沒有的人工蛋白質(zhì)

D.用基因替換的方法治療人的某種遺傳病

解析：選D。用基因替換的方法治療人的某種遺傳病屬于基因工程。

10.當(dāng)前醫(yī)學(xué)上，蛋白質(zhì)工程藥物正逐步取代第一代基因工程多肽或蛋白質(zhì)類替代治療

劑，則基因工程藥物與蛋白質(zhì)工程藥物的區(qū)別是（）

A.都與天然產(chǎn)物完全相同

B.都與天然產(chǎn)物不相同

C.基因工程藥物與天然產(chǎn)物完全相同，蛋白質(zhì)工程藥物與天然產(chǎn)物不相同

D.基因工程藥物與天然產(chǎn)物不相同，蛋白質(zhì)工程藥物與天然產(chǎn)物完全相同

解析：選C?；蚬こ毯铣傻氖亲匀唤缫汛嬖诘牡鞍踪|(zhì)，與相應(yīng)天然產(chǎn)物完全相同；蛋

白質(zhì)工程可以合成自然界不存在的蛋白質(zhì)，與天然產(chǎn)物不相同。

二、非選擇題

11.（2018?廣東高明一中高二月考）枯草桿菌產(chǎn)生的蛋白酶具有催化分解蛋白質(zhì)的特

性，但極易被氧化而失效。1985年，美國的埃斯特爾將枯草桿菌蛋白酶分子中的第222位

氨基酸替換后，雖然其水解活性有所下降，但抗氧化能力大大提高。用這種水解酶作為洗滌

劑的添加劑，可以有效地除去血漬、奶漬等蛋白質(zhì)污漬。

（1）改造枯草桿菌蛋白酶的生物技術(shù)是。

（2）改造后的枯草桿菌中的控制合成蛋白酶的基因與原來相比，至少有個(gè)堿基

對發(fā)生變化。

（3）利用生物技術(shù)改造蛋白質(zhì)，提高了蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性，埃斯特爾所做的工作是對已知

蛋白質(zhì)進(jìn)行o

（4）若要獲得新型蛋白質(zhì)，需用到的生物工程有蛋白質(zhì)工程、和發(fā)酵工程。

（5）埃斯特爾獲得新型的枯草桿菌蛋白酶的基本思路是什么？

解析：（1）改造枯草桿菌蛋白酶的生物技術(shù)是蛋白質(zhì)工程。（2）由于將枯草桿菌蛋白酶分

子中的第222位氨基酸替換，改造后的枯草桿菌中的控制合成蛋白酶的基因與原來相比，至

少有1個(gè)堿基對發(fā)生變化。（3）利用生物技術(shù)改造蛋白質(zhì)，提高了蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性，埃斯特

爾所做的工作是對已知蛋白質(zhì)進(jìn)行少數(shù)氨基酸的替換。（4）若要獲得新型蛋白質(zhì)，需用到的

生物工程有蛋白質(zhì)工程、基因工程和發(fā)酵工程。（5）獲得新型的枯草桿菌蛋白酶的基本思路

是從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)，設(shè)計(jì)預(yù)期蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，推測應(yīng)有的氨基酸的序列，推測出其

基因中的脫氧核甘酸序列，然后對現(xiàn)有的基因進(jìn)行改造或利用DNA合成儀合成出基因。

答案：（1）蛋白質(zhì)工程（2）1（3）少數(shù)氨基酸的替換（4）基因工程（5）從預(yù)期的蛋白

質(zhì)功能出發(fā)，設(shè)計(jì)預(yù)期蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，推測應(yīng)有的氨基酸的序列，推測出其基因中的脫氧核

昔酸序列，然后對現(xiàn)有的基因進(jìn)行改造或利用DNA合成儀合成出基因

12.干擾素是動物體內(nèi)合成的一種蛋白質(zhì)，可以用于治療病毒感染和癌癥，但在體外保

存相當(dāng)困難，如果將其分子上的一個(gè)半胱氨酸變成絲氨酸，就可在一70七保存半年，給廣

大患者帶來福音。請回答下列問題：

(1)蛋白質(zhì)的合成是受基因控制的，因此獲得能夠控制合成“可以保存的干擾素”的基

因是生產(chǎn)的關(guān)鍵，依據(jù)蛋白質(zhì)工程原理，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程，讓動物生產(chǎn)“可以保存的干擾素”:

I①I包I②|一

③

(2)基因工程和蛋白質(zhì)工程相比較，基因工程在原則上只能生產(chǎn)的蛋

白質(zhì)，不一定符合的需要。而蛋白質(zhì)工程是以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與

生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過或，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行,或制造

一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活需要。

(3)蛋白質(zhì)工程實(shí)施的難度很大，原因是蛋白質(zhì)具有十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

(4)對天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過對基因的操作

來實(shí)現(xiàn)？,

原因是o

解析：基因工程遵循中心法則，從DNA-mRNA-蛋白質(zhì)折疊產(chǎn)生功能，從而生產(chǎn)出自然

界已有的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程是按照以下思路進(jìn)行的：確定蛋白質(zhì)的功能一蛋白質(zhì)應(yīng)有的空

間結(jié)構(gòu)一蛋白質(zhì)應(yīng)有的氨基酸序列一基因應(yīng)有的堿基排列一創(chuàng)造出自然界不存在的蛋白質(zhì)。

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)是由基因決定的，基因可以遺傳給后代，而蛋白質(zhì)不能直接遺傳下去。

答案：(D①預(yù)期蛋白質(zhì)的功能②預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

③應(yīng)有的氨基酸序列④相應(yīng)的脫氧核甘酸序列(基因)

(2)自然界已存在人類生產(chǎn)和生活基因修飾基因合成改造(3)空間(或高級)

(4)應(yīng)該從對基因的操作來實(shí)現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)的改造①任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因

編碼的，改造了基因也就是對蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且改造過的蛋白質(zhì)可以通過改造過的基

因遺傳下去；如果對蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質(zhì)分子也無法遺傳；

②對基因進(jìn)行改造比對蛋白質(zhì)直接進(jìn)行改造要容易操作，難度要小得多

13.在體內(nèi)，人胰島素基因表達(dá)可合成出一條稱為前胰島素原的肽鏈，此肽鏈在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

中經(jīng)酶甲切割掉氨基端一段短肽后成為胰島素原，進(jìn)入高爾基體的胰島素原經(jīng)酶乙切割去除

中間片段C后，產(chǎn)生A、B兩條肽鏈，再經(jīng)酶丙作用生成由51個(gè)氨基酸殘基組成的胰島素。

目前，利用基因工程技術(shù)可大量生產(chǎn)胰島素?；卮鹣铝袉栴}：

(1)人體內(nèi)合成前胰島素原的細(xì)胞是,合成胰高血糖素的細(xì)胞是。

(2)可根據(jù)胰島素原的氨基酸序列，設(shè)計(jì)并合成編碼胰島素原的序列，用

該序列與質(zhì)粒表達(dá)載體構(gòu)建胰島素原基因重組表達(dá)載體。再經(jīng)過細(xì)菌轉(zhuǎn)化、篩選及鑒定，即

可建立能穩(wěn)定合成的基因工程菌。

(3)用胰島素原抗體檢測該工程菌的培養(yǎng)物時(shí)，培養(yǎng)液無抗原抗體反應(yīng)，菌體有抗原抗

體反應(yīng)，則用該工程菌進(jìn)行工業(yè)發(fā)酵時(shí)，應(yīng)從中分離、純化胰島素原。胰島素

原經(jīng)酶處理便可轉(zhuǎn)變?yōu)橐葝u素。

解析：（1）由題干信息可知，前胰島素原在細(xì)胞內(nèi)經(jīng)加工后成為胰島素，人體合成胰島

素的細(xì)胞是胰島B細(xì)胞，所以合成前胰島素原的細(xì)胞也是胰島B細(xì)胞；而胰島A細(xì)胞合成的

激素是胰高血糖素。

（2）真核生物的目的基因可用人工合成的方法合成，可根據(jù)胰島素原的氨基酸序列，設(shè)

計(jì)并合成編碼胰島素原的DNA序列（即目的基因）；合成的DNA序列經(jīng)過修飾與質(zhì)粒構(gòu)建胰島

素原基因表達(dá)載體，導(dǎo)入細(xì)菌體內(nèi)，經(jīng)轉(zhuǎn)化后篩選鑒定，最終得到能穩(wěn)定合成胰島素原的基

因工程菌。

（3）由題目信息可知，培養(yǎng)液無抗原抗體反應(yīng)，菌體有抗原抗體反應(yīng)，所合成的胰島素

原存在于菌體內(nèi)，所以用該工程菌進(jìn)行工業(yè)發(fā)酵時(shí)，應(yīng)從菌體中分離、純化胰島素原，經(jīng)酶

處理便可轉(zhuǎn)變?yōu)橐葝u素。

答案：（1）胰島B細(xì)胞胰島A細(xì)胞

（2）DNA胰島素原（3）菌體

14.（2018?吉林舒蘭一中高二月考）凝乳酶是奶酪生產(chǎn)中的關(guān)鍵性酶。研究人員運(yùn)用基

因工程技術(shù)，將編碼該酶的基因轉(zhuǎn)移到了微生物細(xì)胞中并使之表達(dá)。下圖是基因工程中獲得

的基因和構(gòu)建重組質(zhì)粒過程，請回答下列有關(guān)問題：

-EcoRI

EcoRIEcoRIPstI

抗四環(huán)素基因

-BamHI—外源DNA

PstI

tt

抗氨羊青BamHIBamU.I

霉O素基因

（1）分析上圖可知，構(gòu)建重組質(zhì)粒（如圖所示）最好選用限制酶，理

由是O

（2）工業(yè)生產(chǎn)過程中，最初多采用重組大腸桿菌或芽抱桿菌生產(chǎn)凝乳酶，將目的基因?qū)?/p>

入大腸桿菌或芽抱桿菌前所做的具體處理方法是。現(xiàn)在生產(chǎn)凝乳酶多

采用酵母菌，酵母菌作為受體細(xì)胞的優(yōu)勢是O

（3）研究發(fā)現(xiàn)，如果將該凝乳酶20位和24位氨基酸改變?yōu)榘腚装彼?，其催化能力將?/p>

高2倍?？茖W(xué)家可以生產(chǎn)上述高效凝乳酶的現(xiàn)代生物工程技術(shù)是,該生物工程

技術(shù)的原理是，實(shí)質(zhì)是o

（4）基因工程的最后一步中，目的基因能否在生物體內(nèi)穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵是,

檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA所用的探針是用（填“DNA”“RNA”或“蛋

白質(zhì)”）制作的。

答案：（1）止血H和B儀防止目的基因