1.4　蛋白质工程的崛起.doc

随堂检测1将人的干扰素基因通过基因定点突变，使干扰素第 17 位的半胱氨酸改变成丝氨酸，改造后的干扰素比天然干扰素的抗病毒活性和稳定性显著提高，此项技术属于()A蛋白质工程B细胞工程C胚胎工程 D生态工程解析：选A。通过改造基因来改造蛋白质，属于蛋白质工程，A正确；基因定点突变属于分子水平，不属于细胞工程、胚胎工程和生态工程，B、C、D错误。2下面对蛋白质工程的基本操作程序的叙述，正确的是()蛋白质分子结构合成 DNA合成 mRNA合成蛋白质的预期功能 根据氨基酸的序列推出脱氧核苷酸的序列ABCD解析：选C。蛋白质工程的操作流程为：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(即基因)修改或合成的基因表达出相应的蛋白质。3T4溶菌酶的稳定性大大提高的根本原因是()A控制T4溶菌酶合成的基因的一个位点发生突变B控制T4溶菌酶合成的mRNA上的密码子发生变化CT4溶菌酶中一个氨基酸发生了替换DT4溶菌酶中的第3位氨基酸由异亮氨酸变为半胱氨酸解析：选A。T4溶菌酶是一种蛋白质，其稳定性提高的原因是其分子结构的改变。蛋白质的合成受基因控制，所以蛋白质改变的根本原因是基因的改变。选项B、C、D的内容都是T4溶菌酶改变的原因，但都不是根本原因。4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，只是其热稳定性较差，进入人体后容易失效。现要将此酶开发成一种片剂，临床治疗食物消化不良，最佳方案是()A替换此酶中的少数氨基酸，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蛋白酶D减少此酶在片剂中的含量解析：选A。要想使某种微生物合成的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。5蛋白质工程与基因工程相比，其突出特点是()A基因工程原则上能生产任何蛋白质B蛋白质工程能对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质C蛋白质工程可以不通过转录和翻译来实现D蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第三代基因工程解析：选B。基因工程原则上只能生产自然界已有的蛋白质；蛋白质工程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，是延伸出来的第二代基因工程，蛋白质工程需进行转录和翻译。6糖尿病是近年来高发的“富贵病”，常见类型有遗传性糖尿病和型糖尿病。遗传性糖尿病的主要病因之一是胰岛受损。科研机构作出如下设计：取糖尿病患者的细胞，将人的正常胰岛素基因导入其中，然后做细胞培养，诱导产生胰岛组织，重新植入患者的胰岛，使胰岛恢复功能。型糖尿病需要注射胰岛素治疗。目前临床使用胰岛素制剂注射后120 min后才出现高峰，与人体生理状态不符。科研人员通过一定的工程技术手段，将胰岛素B链的28号和29号氨基酸互换，获得了速效胰岛素，已通过临床试验。请回答下列问题：(1)对遗传性糖尿病进行基因治疗的方案中，胰岛素基因为_，实验室中要先对该基因利用_技术进行扩增。将该基因导入人体细胞所用的方法是_。该科研机构采用的基因治疗方法是_。(2)对遗传性糖尿病患者进行治疗的基因工程步骤中的核心步骤是_。(3)科研人员利用蛋白质工程合成速效胰岛素，该技术的实验流程为：其中，流程A是_，流程B是_。(4)基因工程技术还可以用于基因诊断，其基本原理是_。解析：(1)对遗传性糖尿病进行基因治疗的方案中，胰岛素基因为目的基因。可采用PCR技术扩增目的基因。将该基因导入人体细胞所用的方法是显微注射法。科研机构在治疗遗传性糖尿病时，取糖尿病患者的细胞，将人的正常胰岛素基因导入其中，然后做细胞培养，诱导产生胰岛组织，重新植入患者的胰岛，使胰岛恢复功能，因此该科研机构采用的基因治疗方法是体外基因治疗。(2)基因工程步骤中的核心步骤是基因表达载体的构建。(3)分析题图可知：流程A是从预期的蛋白质功能出发，流程B是推测应有的氨基酸序列。(4)基因工程技术还可以用于基因诊断，其基本原理是DNA分子杂交。答案：(1)目的基因PCR显微注射法体外基因治疗(2)基因表达载体的构建(3)从预期的蛋白质功能出发推测应有的氨基酸序列(4)DNA分子杂交7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，之后还需要对蛋白质的生物_进行鉴定。解析：(1)从题中所述资料可知，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后，该蛋白质的功能发生了改变，此过程是通过对构成蛋白质的氨基酸的排列顺序进行改造，进而改变了蛋白质的结构，从而改变了蛋白质的功能。(2)在蛋白质工程中，目的基因可以以P基因序列为基础，对生物体内原有P基因进行修饰，也可以通过人工合成法合成新的P1基因。中心法则的内容如下图所示：由图可知，中心法则的全部内容包括：DNA以自身为模板进行的复制，DNA通过转录将遗传信息传递给RNA，最后RNA通过翻译将遗传信息表达成蛋白质；在某些病毒中RNA可自我复制(如烟草花叶病毒等)，在某些病毒中能以RNA为模板逆转录合成DNA(如HIV)，这是对中心法则的补充。(3)蛋白质工程的基本途径是预期蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列合成DNA表达出蛋白质，经过该过程得到的蛋白质，需要对其生物功能进行鉴定，以保证其发挥正常作用。答案：(1)氨基酸序列(或结构)(其他合理答案也可)(2)PP1DNA和RNA(或遗传物质)DNARNA、RNADNA、RNA蛋白质(或转录、逆转录、翻译)(3)设计蛋白质的结构推测氨基酸序列功能课时作业一、选择题1科学家将控制某药物蛋白合成的基因转移到白色来亨鸡胚胎细胞的DNA中，发育后的雌鸡就能产出含该药物蛋白的鸡蛋，在每一只鸡蛋的蛋清中都含有大量的药物蛋白；而且这些含该药物蛋白的鸡蛋孵出的鸡，仍能产出含该药物蛋白的鸡蛋。据此分析不正确的一项是()A这些鸡是基因工程的产物 B这种变异属于可遗传的变异C该过程属于蛋白质工程技术 D该种变异属于定向变异解析：选C。根据题干信息分析，将目的基因(控制某药物蛋白合成的基因)导入了来亨鸡胚胎细胞的DNA中，发育成的鸡产生了该药物蛋白的鸡蛋，说明目的基因在这些鸡中表达了，A正确；这些含该药物蛋白的鸡蛋孵出的鸡，仍能产出含该药物蛋白的鸡蛋，说明这种变异属于可遗传的变异，B正确；该技术为第一代基因工程技术，并没有利用蛋白质工程对控制蛋白质合成的基因的结构进行改造，C错误；基因工程的原理是基因重组，且是对生物性状的定向改造，即这种变异是定向的，D正确。2蛋白质工程在实施中最大的难题是()A生产的蛋白质无法应用 B发展前景太窄C对于大多数蛋白质的高级结构不清楚 D无法人工合成目的基因解析：选C。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。空间结构不清楚也就无法合成制造具有生物活性的蛋白质。3关于蛋白质工程的设计思路，不正确的是()A从蛋白质的功能推测蛋白质应有的结构B从蛋白质的结构推测氨基酸的排列顺序C从氨基酸的顺序推测基因的脱氧核苷酸的排列顺序D蛋白质工程完全不遵循中心法则解析：选D。蛋白质工程需要以基因工程为指导，蛋白质工程中也有基因的表达过程，遵循中心法则。4蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时，主要包括哪几种()进行少数氨基酸的替换对不同来源的蛋白质的拼接从预期蛋白质的功能出发去推测氨基酸排列顺序直接改变蛋白质的空间结构A B C D解析：选B。蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时，主要包括：制造出自然界中不存在的全新蛋白质；在蛋白质分子中替代一个肽段或一个特定的结构域；改造蛋白质分子中的几个氨基酸残基。由于蛋白质分子通常都较大，而直接改变蛋白质的空间结构不易于操作，因此蛋白质工程是在基因的水平上进行操作的。5猪的胰岛素用于降低人体血糖浓度的效果不明显，原因是猪胰岛素分子中有一个氨基酸与人的不同。为了使猪胰岛素用于临床治疗糖尿病，用蛋白质工程对蛋白质分子设计的最佳方案是()A对猪胰岛素中与人胰岛素不同的氨基酸进行替换B将猪胰岛素和人胰岛素进行拼接组成新的胰岛素 C将猪和人的胰岛素混合在一起治疗糖尿病D根据人的胰岛素设计制造一种全新的胰岛素解析：选A。根据题干信息可知，因猪胰岛素分子中有一个氨基酸与人的不同，所以可利用蛋白质工程对该氨基酸进行替换。6中华鲟是地球上最古老的脊椎动物，被称为“活化石”。研究者试图通过蛋白质工程改造中华鲟体内的某些蛋白质，使其更加适应现在的水域环境，以下说法错误的是()A该工程可以定向改变蛋白质分子的结构B改造蛋白质是通过改造基因结构而实现的C改造后的中华鲟和现有中华鲟仍是同一物种D改造后的中华鲟的后代不具有改造的蛋白质解析：选D。蛋白质工程可以定向改造蛋白质分子的结构，A正确；改造蛋白质是通过改造基因结构而实现的，B正确；改造后的中华鲟具有新的性状，但其和现有中华鲟仍是同一物种，C正确；蛋白质工程改造的是基因，可以遗传给子代，因此改造后的中华鲟的后代也具有改造的蛋白质，D错误。7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根据人们的需要，直接对氨基酸的分子结构进行设计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解析：选B。由于基因的结构决定蛋白质的结构，所以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。8下列有关蛋白质工程的叙述，错误的是()A收集大量的蛋白质分子结构的信息，以便分析结构与功能之间的关系B蛋白质工程的原理是从预期的蛋白质功能出发最终推测出脱氧核苷酸序列的过程CT4溶菌酶中引入二硫键提高了它的热稳定性是蛋白质工程的体现D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解析：选D。蛋白质结构的多样性决定蛋白质功能的多样性，在实施蛋白质工程的准备阶段，只有收集到大量的蛋白质结构的信息，才能从其中寻求到某一结构跟预期的蛋白质功能之间的关系，从而据其构建出某一段氨基酸序列，此氨基酸序列成为构建脱氧核苷酸序列(即基因)的依据，A、B项正确。T4溶菌酶是蛋白质，对其改造属于蛋白质工程，C项正确。在蛋白质工程中，基因修饰后可以表达出改造的蛋白质，基因合成后可以制造出新的蛋白质。9下面各项中与蛋白质工程没有直接关系的是()A利用各种高科技手段分析蛋白质的分子结构 B研究并改变某种蛋白质相关基因的碱基序列C设计和制造自然界中没有的人工蛋白质 D用基因替换的方法治疗人的某种遗传病解析：选D。用基因替换的方法治疗人的某种遗传病属于基因工程。10当前医学上，蛋白质工程药物正逐步取代第一代基因工程多肽或蛋白质类替代治疗剂，则基因工程药物与蛋白质工程药物的区别是 ()A都与天然产物完全相同B都与天然产物不相同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：选C。基因工程合成的是自然界已存在的蛋白质，与相应天然产物完全相同；蛋白质工程可以合成自然界不存在的蛋白质，与天然产物不相同。二、非选择题11枯草杆菌产生的蛋白酶具有催化分解蛋白质的特性，但极易被氧化而失效。1985年，美国的埃斯特尔将枯草杆菌蛋白酶分子中的第222位氨基酸替换后，虽然其水解活性有所下降，但抗氧化能力大大提高。用这种水解酶作为洗涤剂的添加剂，可以有效地除去血渍、奶渍等蛋白质污渍。(1)改造枯草杆菌蛋白酶的生物技术是_。(2)改造后的枯草杆菌中的控制合成蛋白酶的基因与原来相比，至少有_个碱基对发生变化。(3)利用生物技术改造蛋白质，提高了蛋白质的稳定性，埃斯特尔所做的工作是对已知蛋白质进行_。(4)若要获得新型蛋白质，需用到的生物工程有蛋白质工程、_和发酵工程。(5)埃斯特尔获得新型的枯草杆菌蛋白酶的基本思路是什么？_。解析：(1)改造枯草杆菌蛋白酶的生物技术是蛋白质工程。(2)由于将枯草杆菌蛋白酶分子中的第222位氨基酸替换，改造后的枯草杆菌中的控制合成蛋白酶的基因与原来相比，至少有1个碱基对发生变化。(3)利用生物技术改造蛋白质，提高了蛋白质的稳定性，埃斯特尔所做的工作是对已知蛋白质进行少数氨基酸的替换。(4)若要获得新型蛋白质，需用到的生物工程有蛋白质工程、基因工程和发酵工程。(5)获得新型的枯草杆菌蛋白酶的基本思路是从预期的蛋白质功能出发，设计预期蛋白质的结构，推测应有的氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后对现有的基因进行改造或利用DNA合成仪合成出基因。答案：(1)蛋白质工程(2)1(3)少数氨基酸的替换(4)基因工程(5)从预期的蛋白质功能出发，设计预期蛋白质的结构，推测应有的氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后对现有的基因进行改造或利用DNA合成仪合成出基因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，但在体外保存相当困难，如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可在70 保存半年，给广大患者带来福音。请回答下列问题：(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”：(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_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：基因工程遵循中心法则，从DNAmRNA蛋白质折叠产生功能，从而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空间结构蛋白质应有的氨基酸序列基因应有的碱基排列创造出自然界不存在的蛋白质。蛋白质的结构是由基因决定的，基因可以遗传给后代，而蛋白质不能直接遗传下去。答案：(1)预期蛋白质的功能预期的蛋白质结构应有的氨基酸序列相应的脱氧核苷酸序列(基因)(2)自然界已存在人类生产和生活基因修饰基因合成改造(3)空间(或高级)(4)应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造 任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因也就是对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以通过改造过的基因遗传下去；如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子也无法遗传；对基因进行改造比对蛋白质直接进行改造要容易操作，难度要小得多13在体内，人胰岛素基因表达可合成出一条称为前胰岛素原的肽链，此肽链在内质网中经酶甲切割掉氨基端一段短肽后成为胰岛素原，进入高尔基体的胰岛素原经酶乙切割去除中间片段C后，产生A、B两条肽链，再经酶丙作用生成由51个氨基酸残基组成的胰岛素。目前，利用基因工程技术可大量生产胰岛素。回答下列问题：(1)人体内合成前胰岛素原的细胞是_，合成胰高血糖素的细胞是_。(2)可根据胰岛素原的氨基酸序列，设计并合成编码胰岛素原的_序列，用该序列与质粒表达载体构建胰岛素原基因重组表达载体。再经过细菌转化、筛选及鉴定，即可建立能稳定合成_的基因工程菌。(3)用胰岛素原抗体检测该工程菌的培养物时，培养液无抗原抗体反应，菌体有抗原抗体反应，则用该工程菌进行工业发酵时，应从_中分离、纯化胰岛素原。胰岛素原经酶处理便可转变为胰岛素。解析：(1)由题干信息可知，前胰岛素原在细胞内经加工后成为胰岛素，人体合成胰岛素的细胞是胰岛B细胞，所以合成前胰岛素原的细胞也是胰岛B细胞；而胰岛A细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，可根据胰岛素原的氨基酸序列，设计并合成编码胰岛素原的DNA序列(即目的基因)；合成的DNA序列经过修饰与质粒构建胰岛素原基因表达载体，导入细菌体内，经转化后筛选鉴定，最终得到能稳定合成胰岛素原的基因工程菌。(3)由题目信息可知，培养液无抗原抗体反应，菌体有抗原抗体反应，所合成的胰岛素原存在于菌体内，所以用该工程菌进行工业发酵时，应从菌体中分离、纯化胰岛素原，经酶处理便可转变为胰岛素。答案：(1)胰岛B细胞胰岛A细胞(2)DNA胰岛素原(3)菌体14凝乳酶是奶酪生产中的关键性酶。研究人员运用基因工程技术，将编码该酶的基因转移到了微生物细胞中并使之表达。下图是基因工程中获得的基因和构建重组质粒过程，请回答下列有关问题：(1)分析上图可知，构建重组质粒(如图所示)最好选用_限制酶，理由是_。(2)工业生产过程中，最初多采用重组大肠杆菌或芽孢杆菌生产凝乳酶，将目的基因导入大肠杆菌或芽孢杆菌前所做的具体处理方法是_。现在生产凝乳酶多采用酵母菌，酵母菌作为受体细胞的优势是_。(3)研究发现，如果将该凝乳酶20位和24位氨基酸改变为半胱氨酸，其催化能力将提高2倍。科学家可以生产上述高效凝乳酶的现代生物工程技术是_，该生物工程技术的原理是_，实质是_。(4)基因工程的最后一步中，目的基因能否在生物体内稳定遗传的关键是_，检测目的基因是否转录出了mRNA 所用的探针是用_(填“DNA”“RNA”或“蛋白质”)制作的。答案：(1)BamH和Pst防止目的基因与载体反向连接(2)用钙离子处理细胞，使之转化为感受态细胞含有的内质网和高尔基体，可对蛋白质进行加工和修饰(3)蛋白质工程中心法则的逆推改造基因(4)检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因DNA15(2018西安七十中高二期末)地中海贫血症属于常染色体遗传病，一对夫妇生有一位重型地中海贫血症患儿，分析发现，患儿血红蛋白链第39位氨基酸的编