高中生物选修3
蛋白质工程的崛起
【基础巩固】
1．蛋白质工程的实质是( ) A．改造蛋白质 C．改造基因 [答案] C
[解析] 蛋白质工程的目的是获取人类需要的蛋白质，由于蛋白质的合成是受基因控制的，所以要从根本上对基因进行改造。
2．蛋白质工程制造的蛋白质是( ) A．天然蛋白质 B．稀有蛋白质
C．自然界中不存在的蛋白质 D．尚没有制造出来 [答案] C
[解析] 蛋白质工程是对基因进行改造进而产生符合人们需要的蛋白质，因此不再是天然的蛋白质。
3．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( )
A．基因工程 C．诱变 [答案] B
[解析] 蛋白质工程可通过基因工程这一手段实现对蛋白质的改造目的。 4．下列关于蛋白质工程的说法，错误的是( )
A．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
B．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 C．蛋白质工程能产生自然界中不曾存在的新型蛋白质分子 D．蛋白质工程与基因工程密不可分，又称为第二代基因工程 [答案] B
[解析] 基因的结构决定蛋白质的结构，因此，要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造基因来完成，而不是直接对蛋白质分子进行操作。
5．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。下图为蛋白质工程流程图，图中A、B在遗传学上依次表示( )
B．蛋白质工程 D．细胞工程 B．改造mRNA D．改造氨基酸
1
高中生物选修3
A．转录和翻译 C．复制和转录 [答案] A 【巩固提升】
6．猪的胰岛素用于人体降低血糖浓度效果不明显，原因是猪的胰岛素分子中有一个氨基酸与人的不同。为了使猪的胰岛素用于临床治疗人的糖尿病，用蛋白质工程对蛋白质分子进行设计的最佳方案是( )
A．对猪的胰岛素进行一个不同氨基酸的替换
B．将猪的胰岛素和人的胰岛素进行拼接，组成新的胰岛素 C．将猪的胰岛素和人的胰岛素混合在一起治疗人的糖尿病 D．根据人的胰岛素设计制造一种新的胰岛素 [答案] A
[解析] 由于猪的胰岛素分子中只有一个氨基酸与人的胰岛素不同，所以可通过蛋白质工程中蛋白质的分子设计，只需替换这一个不同的氨基酸即可。虽然根据人胰岛素分子的结构设计一种全新的胰岛素也可以用于临床治疗，但在分子设计和胰岛素的生产方面都存在着很多困难，所以不是最佳方案。
7．某种微生物合成的蛋白酶与人体消化液中的蛋白酶的结构和功能很相似，只是热稳定性较差，进入人体后容易失效。现要将此酶开发成一种片剂，临床治疗消化不良，最佳方案是( )
A．将此酶中的少数氨基酸替换，以改善其功能 B．将此酶与人蛋白酶进行拼接，形成新的蛋白酶 C．重新设计与创造一种全新的蛋白酶 D．减少此酶在片剂中的含量 [答案] A
[解析] 要想使蛋白酶热稳定性有所提高，就要改变蛋白质的结构，此类问题一般是对蛋白质中的个别氨基酸进行替换。
8．下列关于蛋白质工程的叙述，正确的是( )
A．将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使生物表现出新的性状 B．干扰素是动物体内的一种蛋白质，可用于治疗病毒的感染和癌症
C．由于赖氨酸抑制天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性，所以赖氨酸产量难以提高
D．蛋白质工程能产生自然界已有的蛋白质 [答案] C
[解析] 蛋白质工程崛起的缘由是为了得到符合人类生产和生活需要的特定的蛋白质。
2
B．翻译和转录 D．传递和表达
高中生物选修3
如玉米生产过程中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第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸分别提高5倍和2倍。
9．人们发现蛛丝蛋白比蚕丝蛋白更细，但强度却更大，于是有人试图通过破解蛛丝蛋白的结构从而推出其基因结构，以指导对蚕丝蛋白基因的修改，从而让蚕也吐出像蛛丝蛋白一样坚韧的丝，此过程的名称和依据的原理分别是( )
A．基因突变：DNA→RNA→蛋白质 B．基因工程：RNA→RNA→蛋白质 C．基因工程：DNA→RNA→蛋白质
D．蛋白质工程：蛋白质→RNA→DNA→RNA→蛋白质 [答案] D
[解析] 通过修改已知蚕丝蛋白的基因，从而创造出全新的蛋白质的过程叫蛋白质工程，其原理是蛋白质→RNA→DNA→RNA→蛋白质。
10．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、生产的过程。如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①设计预期蛋②推测应有的③推测相应基因中
――→――→――→
质功能白质结构氨基酸序列脱氧核苷酸序列――→生产相应蛋白质
(1)图中③过程的主要依据是每种氨基酸都有其对应的________，后者位于________分子上，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③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④过程需要涉及_________________________________________技术。 [答案] (1)密码子 mRNA 碱基互补配对 (2)启动子 终止子 DNA连接 (3)基因工程
[解析] (1)由氨基酸可推知mRNA中碱基序列，进而能推知相应基因中的核苷酸序列。(2)经③过程获得的脱氧核苷酸序列并非完整的基因，它还必需加入启动子、终止子等。(3)完成④过程需基因工程技术，从而实现改造的目的基因的表达。
11．绿色荧光蛋白(GFP)能在蓝光或紫外光的激发下发出荧光， 这样借助GFP发出的荧光就可以跟踪蛋白质在细胞内部的移动情况，帮助推断蛋白质的功能。下图为我国首例绿色荧光蛋白(GFP)转基因克隆猪的培育过程示意图，据图回答下列问题：
④
3
高中生物选修3
(1)图中通过过程①、②形成重组质粒，需要限制酶切取目的基因、切割质粒。限制酶Ⅰ的识别序列和切点是－GGATCC－，限制酶Ⅱ的识别序列和切点是－GATC －。在质粒上有酶Ⅰ的一个切点，在目的基因的两侧各有1 个酶Ⅱ的切点。
①请画出质粒被限制酶Ⅰ切割后形成黏性末端的过程。
________________________________________________________________________。 ②在DNA连接酶的作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接起来________________________________________________________________________，
理由是_____________________________________________________________。 (2)过程③将重组质粒导入猪胎儿成纤维细胞时，采用最多也最有效的方法是________________________________________________________________________。
(3)如果将切取的GFP基因与抑制小猪抗原表达的基因一起构建到载体上，GFP基因可以作为基因表达载体上的标记基因，其作用是____________________________________。
(4)目前科学家们通过蛋白质工程制造出了蓝色荧光蛋白、黄色荧光蛋白等，采用蛋白质工程技术制造出蓝色荧光蛋白过程的正确顺序是：____________________(用序号表示)。
①推测蓝色荧光蛋白的氨基酸序列和基因的核苷酸序列 ②蓝色荧光蛋白的功能分析和结构设计 ③蓝色荧光蛋白基因的修饰(合成) ④表达出蓝色荧光蛋白
[答案] (1)①(只写出切割后形成的部分即可)
↓
↓
②可以连接 因为由两种不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的(或是可以互补的) (2)显微注射技术
(3)鉴定受体细胞中是否含有目的基因 (4)②①③④
[解析] (1)中①问相对比较简单，书写要关注DNA序列与限制酶识别序列的区别，不要遗漏了酶和黏性末端的正确表达。②问中由于两种限制酶切割形成的黏性末端是相同的，可以互补配对，因此可用DNA连接酶进行相互“缝合”。(2)基因工程中目的基因导入动物细胞的方法是显微注射技术。(3)基因表达载体上标记基因的作用是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因。(4)考查蛋白质工程的操作流程，正确的操作过程是②①③④。
4
高中生物选修3
12．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，依据蛋白质工程原理，设计实验流程，让动物生产“可以保存的干扰素”(请填写)。
――→ ――→ ――→
(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________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_______________________________________________。
[答案] (1)预期蛋白质的功能 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
[解析] 基因工程遵循中心法则，从DNA→mRNA→蛋白质折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。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→应有的氨基酸序列→应有的碱基排列→创造出自然界不存在的蛋白质。
【走进高考】
13．(2015·全国卷Ⅱ，40)已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158位的丝氨酸变成亮氨酸，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，所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括____________的复制，以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：_______________________________。
(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过___________________和____________________，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对合成蛋白质的生物________进行鉴定。
5
设计
推测
合成
高中生物选修3精品课时作业12：1.4 蛋白质工程的崛起
