第3章 第4节
基 础 题 组
一、选择题
1．(2023·贵州贵阳高二校联考阶段练习)下列有关蛋白质工程的叙述，正确的是( )
A．蛋白质工程不需要用到限制酶和DNA连接酶
B．蛋白质工程就是根据人们的需要，直接对蛋白质进行加工修饰
C．蛋白质工程能改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类需要
D．蛋白质工程和基因工程的目的都是获得人类需要的蛋白质，二者没有区别
2．(2023·陕西渭南高二统考期末)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的分子结构来满足人类的需要
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，定向改变分子结构
C．蛋白质工程能生产出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子
D．蛋白质工程又称为第二代基因工程
3．(2023·吉林长春外国语学校校考阶段练习)蛋白质工程的基本流程是( )
①蛋白质分子结构设计
②DNA合成
③预期蛋白质功能
④据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列
A．①②③④ B．④②①③
C．③①④② D．③④①②
4．(2023·河北邢台高二校联考阶段练习)基因工程和蛋白质工程技术有很大的应用价值，可用于医药及其他工农业生产中。下列关于基因工程和蛋白质工程的叙述错误的是( )
A．基因工程操作对象是基因，蛋白质工程操作对象是蛋白质
B．基因工程是蛋白质工程的核心技术，蛋白质工程是第二代基因工程
C．利用蛋白质工程可以生产出自然界中不存在的蛋白质
D．通过蛋白质工程可提高酶的热稳定性
5．下列有关基因工程与蛋白质工程的叙述，正确的是( )
A．蛋白质工程与基因工程的目的都是获得人类需要的蛋白质，所以二者没有区别
B．基因工程是蛋白质工程的关键技术
C．通过蛋白质工程改造后的蛋白质仍然是天然的蛋白质
D．蛋白质工程是在蛋白质分子水平上直接改造蛋白质的
6．科学家为提高玉米中赖氨酸含量，计划将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变为异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的氨基酸由天冬氨酸变为异亮氨酸。为此，下列操作正确的是( )
A．直接改造上述两种蛋白质的空间结构
B．对指导上述两种酶合成的mRNA进行改造
C．利用诱变育种技术促使上述两种酶的基因突变
D．利用蛋白质工程技术，对控制上述两种酶的基因进行改造
二、非选择题
7．(2023·陕西西安市田家炳中学校联考期末)人的T细胞可以产生某种具有临床价值的蛋白质(Y)。该蛋白质由一条多肽链组成。目前可以利用现代生物技术生产Y。回答下列问题。
(1)若要获得Y的基因，可从人的T细胞中提取mRNA作为模板，在___催化下合成cDNA。再利用___技术在体外扩增获得大量Y的基因。
(2)将目的基因导入植物细胞常用的方法是___，将上述所得Y的基因插入___中，得到含目的基因的重组Ti质粒，则可用该转化法将该基因导入某种植物的叶肉细胞中。若该叶肉细胞经___得到了能稳定表达Y的愈伤组织，则说明Y的基因已经__。
(3)天然的Y通常需要在低温条件下保存。假设将Y的第6位氨基酸甲改变为氨基酸乙可提高其热稳定性，若要根据蛋白质工程的原理对Y进行改造以提高其热稳定性，具体思路是___。
能 力 提 升
一、选择题
1．(2023·河北乐亭第一中学校考阶段练习)如图为蛋白质工程操作的基本思路，下列叙述不正确的是( )
A．代表蛋白质工程操作思路的过程是④⑤①②③，代表中心法则内容的是①②
B．利用蛋白质工程可以生产出自然界不存在的蛋白质
C．蛋白质工程的目的是对基因的结构进行分子设计
D．这种技术最终只能通过操作基因来完成
2．(2023·重庆高二期末)下列关于基因工程和蛋白质工程说法不正确的是( )
A．干扰素具有干扰病毒复制的作用，其化学本质是糖蛋白
B．蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性、碱变性等加以改变
C．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mRNA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
D．科学家将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中
3．(2023·河北张家口尚义县第一中学校考阶段练习)下列关于基因工程与蛋白质工程的叙述，错误的是( )
A．通过基因工程育种可以定向改变生物的性状
B．蛋白质工程的基础是基因工程
C．基因工程需要在分子水平对基因进行操作，蛋白质工程不需要
D．蛋白质工程中，蛋白质的合成仍然遵循中心法则
4．(2023·河南高二宝丰县第一高级中学校联考阶段练习)葡萄糖异构酶能将葡萄糖转化为果糖，其最适温度约为60 ℃，生产上常用于高果糖浆的生产。科学家将葡萄糖异构酶的第138位甘氨酸用脯氨酸替代，结果它的最适温度提高了约10 ℃。下列有关说法正确的是( )
A．蛋白质工程只能改造或制造自然界已有的蛋白质
B．编码葡萄糖异构酶的基因的核糖核苷酸序列会有相应的改变
C．经改造后的葡萄糖异构酶热稳定性提高这一性状不可遗传
D．改造后的葡萄糖异构酶在60 ℃时生产高果糖浆的效率可能低于70 ℃时的
5．(2023·广东珠海高二校考阶段练习)纤维素酶广泛应用于医药、食品发酵、造纸、废水处理等领域。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。下列有关该技术说法错误的是( )
A．经改造后的纤维素酶热稳定性提高这一性状可遗传
B．改造该酶的实质是要改造控制该酶合成的基因
C．改造纤维素酶不需要构建基因表达载体
D．蛋白质工程可以改造现有蛋白质或者制造新的蛋白质
6．(2023·辽宁高二校联考阶段练习)蛋白质工程的基本思路如图所示，下列叙述错误的是( )
A．物质a是多肽链，物质b是RNA
B．物质b不同，也有可能形成相同的物质a
C．可利用PCR等技术检测细胞内是否合成新的目的蛋白质
D．蛋白质工程又称第二代基因工程，二者均遵循中心法则
二、非选择题
7．(2023·安徽合肥一中校考模拟预测)1997年，我国政府首次批准商业化种植转基因抗虫棉。到2015年，我国已育成转基因抗虫棉新品种100多个，减少农药用量40万吨，增收节支社会经济效益450亿元。
(1)培育转基因抗虫棉主要需要四个步骤：___、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。
(2)研究表明，苏云金杆菌中的Bt抗虫蛋白基因，是培育转基因抗虫棉较为合适的目的基因，其控制合成的Bt抗虫蛋白只有在某类昆虫肠道的_碱__性环境中才能表现出毒性。Bt抗虫蛋白被分解为多肽后，与害虫肠上皮细胞的___结合，导致细胞膜穿孔，最后造成害虫死亡。
(3)明确了目的基因后，获取目的基因的方法有多种，其中，利用PCR获取是常用的一种方法。以下关于PCR说法不正确的是( )
A．PCR过程需提供DNA模板
B．PCR过程中新链的合成只能从5′端→3′端
C．PCR过程需打开磷酸二酯键
D．可以利用PCR技术进行目的基因扩增
(4)在基因表达载体的构建过程中，若目的基因经限制酶切开后呈图1所示的末端，那么图2中的载体质粒pCLY15需用 和___切开，才能与目的基因片段高效连接。
(5)在基因工程的基础上，延伸出来了第二代基因工程——蛋白质工程。天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的，蛋白质工程的基本思路与之___(填“相同”或“相反”)。蛋白质工程是指以___作为基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白，或制造一种新的蛋白，以满足人类生产和生活的需求。
第3章 第4节
基 础 题 组
一、选择题
1．(2023·贵州贵阳高二校联考阶段练习)下列有关蛋白质工程的叙述，正确的是( C )
A．蛋白质工程不需要用到限制酶和DNA连接酶
B．蛋白质工程就是根据人们的需要，直接对蛋白质进行加工修饰
C．蛋白质工程能改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类需要
D．蛋白质工程和基因工程的目的都是获得人类需要的蛋白质，二者没有区别
解析： 蛋白质工程最终是通过基因修饰或基因合成来实现的，用到限制酶和DNA连接酶，A错误；蛋白质工程的直接操作对象是基因，B错误；蛋白质工程可以改造蛋白质分子的结构，产生自然界中不存在的蛋白质，能制造新的蛋白质，C正确；蛋白质工程和基因工程的目的均是获得人类需要的蛋白质，但基因工程只能生产自然界中已存在的蛋白质，而蛋白质工程可对现有蛋白质进行改造，从而制造一种新的蛋白质，D错误。故选C。
2．(2023·陕西渭南高二统考期末)下列关于蛋白质工程的说法，错误的是( B )
A．蛋白质工程能定向改造蛋白质的分子结构来满足人类的需要
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，定向改变分子结构
C．蛋白质工程能生产出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子
D．蛋白质工程又称为第二代基因工程
解析： 蛋白质工程能按照人们的意愿定向改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类需要，A正确；蛋白质工程是在分子水平上对基因直接进行操作，进而改变蛋白质的分子结构，B错误；蛋白质工程通过改造基因能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子，C正确；蛋白质工程是在基因工程基础上形成的，与基因工程密不可分，又被称为第二代基因工程，D正确。故选B。
3．(2023·吉林长春外国语学校校考阶段练习)蛋白质工程的基本流程是( C )
①蛋白质分子结构设计
②DNA合成
③预期蛋白质功能
④据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列
A．①②③④ B．④②①③
C．③①④② D．③④①②
解析： 蛋白质工程的基本流程是：③预期蛋白质功能→①预期蛋白质分子结构组成→④根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列→②合成DNA。故选C。
4．(2023·河北邢台高二校联考阶段练习)基因工程和蛋白质工程技术有很大的应用价值，可用于医药及其他工农业生产中。下列关于基因工程和蛋白质工程的叙述错误的是( A )
A．基因工程操作对象是基因，蛋白质工程操作对象是蛋白质
B．基因工程是蛋白质工程的核心技术，蛋白质工程是第二代基因工程
C．利用蛋白质工程可以生产出自然界中不存在的蛋白质
D．通过蛋白质工程可提高酶的热稳定性
解析： 基因工程操作对象是基因，蛋白质工程操作对象是基因，A错误；蛋白质工程是第二代基因工程，故基因工程是蛋白质工程的核心技术，B正确；利用蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造或者生产全新的蛋白质，因此可以生产出自然界不存在的蛋白质，C正确；可以通过蛋白质工程改造酶的结构来提高酶的热稳定性，D正确。故选A。
5．下列有关基因工程与蛋白质工程的叙述，正确的是( B )
A．蛋白质工程与基因工程的目的都是获得人类需要的蛋白质，所以二者没有区别
B．基因工程是蛋白质工程的关键技术
C．通过蛋白质工程改造后的蛋白质仍然是天然的蛋白质
D．蛋白质工程是在蛋白质分子水平上直接改造蛋白质的
解析： 基因工程原则上只能生产自然界中已有的蛋白质，而蛋白质工程可以生产自然界中没有的新的蛋白质，两者存在区别，A项错误；蛋白质工程本质上是通过基因修饰或基因合成来完成对蛋白质分子的改造，是在基因工程的基础上发展出的第二代基因工程，B项正确；蛋白质工程改造后的蛋白质可能是自然界中没有的新的蛋白质，C项错误；蛋白质工程本质上是改造基因，不是直接改造蛋白质分子，D项错误。
6．科学家为提高玉米中赖氨酸含量，计划将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变为异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的氨基酸由天冬氨酸变为异亮氨酸。为此，下列操作正确的是( D )
A．直接改造上述两种蛋白质的空间结构
B．对指导上述两种酶合成的mRNA进行改造
C．利用诱变育种技术促使上述两种酶的基因突变
D．利用蛋白质工程技术，对控制上述两种酶的基因进行改造
解析： 蛋白质的功能与其高级结构密切相关，而蛋白质的高级结构又非常复杂，所以直接对蛋白质改造非常困难，且即使改造成功也不能遗传，A项错误；直接改造相应的mRNA，不一定能够表达产生所需要的蛋白质，且即使成功也不能遗传，B项错误；由于基因突变具有不定向性和低频性，所以使用诱变育种的方法不易获得符合要求的基因，C项错误；基因工程可定向改造生物的遗传性状，所以可利用蛋白质工程技术，对控制这两种酶的基因进行改造，D项正确。
二、非选择题
7．(2023·陕西西安市田家炳中学校联考期末)人的T细胞可以产生某种具有临床价值的蛋白质(Y)。该蛋白质由一条多肽链组成。目前可以利用现代生物技术生产Y。回答下列问题。
(1)若要获得Y的基因，可从人的T细胞中提取mRNA作为模板，在_逆转录酶__催化下合成cDNA。再利用_PCR__技术在体外扩增获得大量Y的基因。
(2)将目的基因导入植物细胞常用的方法是_农杆菌转化法__，将上述所得Y的基因插入_T－DNA__中，得到含目的基因的重组Ti质粒，则可用该转化法将该基因导入某种植物的叶肉细胞中。若该叶肉细胞经_脱分化__得到了能稳定表达Y的愈伤组织，则说明Y的基因已经_整合到叶肉细胞染色体DNA上__。
(3)天然的Y通常需要在低温条件下保存。假设将Y的第6位氨基酸甲改变为氨基酸乙可提高其热稳定性，若要根据蛋白质工程的原理对Y进行改造以提高其热稳定性，具体思路是_找到第6位氨基酸甲的碱基所在的基因位置，参照密码子表，将第6位氨基酸甲的碱基替换为氨基酸乙的碱基__。
解析：(1)由于人的T细胞可以产生蛋白质Y，要获得Y的基因，可从人的T细胞中提取mRNA作为模板，在逆转录酶催化下，利用四种游离的脱氧核苷酸合成cDNA，再利用PCR技术(体外扩增DNA的技术)在体外扩增获得大量Y的基因。(2)将目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法中，T－DNA可以携带目的基因转移至受体细胞，并整合到受体细胞的染色体DNA上，故需要Y的基因插入农杆菌Ti质粒上的T－DNA中。得到含目的基因的重组Ti质粒，把含目的基因的重组Ti质粒导入到农杆菌中，再让含目的基因的农杆菌侵染植物的叶肉细胞。若该叶肉细胞经脱分化培养、筛选等得到了能稳定表达Y的愈伤组织，则说明Y的基因已经成功地整合到叶肉细胞染色体DNA上。(3)蛋白质工程需要从预期的蛋白质的功能出发，设计预期的蛋白质结构，推出相应的氨基酸序列，找到相应的脱氧核苷酸序列。对Y进行改造以提高其热稳定性，需要找到第6位氨基酸甲的碱基所在的基因位置，参照密码子表，将第6位氨基酸甲的碱基替换为氨基酸乙的碱基。
能 力 提 升
一、选择题
1．(2023·河北乐亭第一中学校考阶段练习)如图为蛋白质工程操作的基本思路，下列叙述不正确的是( C )
A．代表蛋白质工程操作思路的过程是④⑤①②③，代表中心法则内容的是①②
B．利用蛋白质工程可以生产出自然界不存在的蛋白质
C．蛋白质工程的目的是对基因的结构进行分子设计
D．这种技术最终只能通过操作基因来完成
解析： 蛋白质工程基本思路是：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，因此代表蛋白质工程操作思路的过程是④⑤①②③，代表中心法则内容的是①转录和②翻译，A正确；利用蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造或者生产全新的蛋白质，因此可以生产出自然界不存在的蛋白质，B正确；蛋白质工程的目的是对蛋白质的结构进行分子设计，通过基因合成或修饰实现，C错误；蛋白质工程不是对蛋白质分子的直接改造，而是通过改造基因或合成新基因来改变生物的遗传和表达性状，合成新的蛋白质，这种技术最终只能通过操作基因来完成，D正确。故选C。
2．(2023·重庆高二期末)下列关于基因工程和蛋白质工程说法不正确的是( C )
A．干扰素具有干扰病毒复制的作用，其化学本质是糖蛋白
B．蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性、碱变性等加以改变
C．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mRNA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
D．科学家将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中
解析： 干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，A正确；蛋白质工程可以在已有的蛋白质基础上，只进行局部的修饰，通过造成一个或几个碱基定位突变，以达到修饰蛋白质分子结构的目的，蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性、碱变性等加以改变，B正确；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，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，C错误；将目的基因导入动物细胞采用最多的方法是显微注射法，若用转基因动物生产药物，科学家通常将药物蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，导入哺乳动物的受精卵中，D正确。故选C。
3．(2023·河北张家口尚义县第一中学校考阶段练习)下列关于基因工程与蛋白质工程的叙述，错误的是( C )
A．通过基因工程育种可以定向改变生物的性状
B．蛋白质工程的基础是基因工程
C．基因工程需要在分子水平对基因进行操作，蛋白质工程不需要
D．蛋白质工程中，蛋白质的合成仍然遵循中心法则
解析： 基因工程育种能按照人们的意愿定向改造生物的性状，A正确；蛋白质工程是以基因工程为基础延伸出来的第二代基因工程，包含多学科的综合科技工程领域，B正确；蛋白质工程实质是通过改造基因来改造蛋白质，因此基因工程和蛋白质工程都需要对基因进行分子水平操作，C错误；蛋白质工程中，蛋白质的合成仍然是通过转录和翻译完成的，所以蛋白质的合成仍遵循中心法则，D正确。故选C。
4．(2023·河南高二宝丰县第一高级中学校联考阶段练习)葡萄糖异构酶能将葡萄糖转化为果糖，其最适温度约为60 ℃，生产上常用于高果糖浆的生产。科学家将葡萄糖异构酶的第138位甘氨酸用脯氨酸替代，结果它的最适温度提高了约10 ℃。下列有关说法正确的是( D )
A．蛋白质工程只能改造或制造自然界已有的蛋白质
B．编码葡萄糖异构酶的基因的核糖核苷酸序列会有相应的改变
C．经改造后的葡萄糖异构酶热稳定性提高这一性状不可遗传
D．改造后的葡萄糖异构酶在60 ℃时生产高果糖浆的效率可能低于70 ℃时的
解析： 基因工程只能改造或制造自然界已有的蛋白质，蛋白质工程可以创造新的蛋白质，A错误；编码葡萄糖异构酶的基因的脱氧核糖核苷酸序列会有相应的改变，B错误；蛋白质工程对编码蛋白质的基因进行了改造，遗传物质已经改变，属于可以遗传的变异，C错误；改造后的葡萄糖异构酶最适温度从60 ℃变为70 ℃，因此在60 ℃时生产高果糖浆的效率可能低于70 ℃时的，D正确。故选D。
5．(2023·广东珠海高二校考阶段练习)纤维素酶广泛应用于医药、食品发酵、造纸、废水处理等领域。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。下列有关该技术说法错误的是( C )
A．经改造后的纤维素酶热稳定性提高这一性状可遗传
B．改造该酶的实质是要改造控制该酶合成的基因
C．改造纤维素酶不需要构建基因表达载体
D．蛋白质工程可以改造现有蛋白质或者制造新的蛋白质
解析： 蛋白质工程是对基因进行修饰改造或重新合成，生物的遗传物质发生变化，属于可遗传变异，因此经改造后的纤维素酶热稳定性提高这一性状可遗传，A正确；蛋白质工程实质上是对指导蛋白质合成的基因进行改造，才能最终实现对蛋白质的改造，B正确；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，需要构建基因表达载体，C错误；蛋白质工程通过改造或合成基因，来改造现有的蛋白质或制造新的蛋白质，以满足人类生产、生活的需求，D正确。故选C。
6．(2023·辽宁高二校联考阶段练习)蛋白质工程的基本思路如图所示，下列叙述错误的是( C )
A．物质a是多肽链，物质b是RNA
B．物质b不同，也有可能形成相同的物质a
C．可利用PCR等技术检测细胞内是否合成新的目的蛋白质
D．蛋白质工程又称第二代基因工程，二者均遵循中心法则
解析： 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)，据此推测，图中的a是多肽链，b是RNA，A正确；由于密码子的简并性，即一种氨基酸可能由一个或多个密码子决定，故可能出现mRNA不同，但合成的多肽链相同的现象，B正确；PCR等技术能检测目的基因是否导入细胞或是否转录，检测细胞内是否合成新的蛋白质可使用抗原—抗体杂交法，C错误；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，基因工程与蛋白质工程都遵循中心法则，D正确。故选C。
二、非选择题
7．(2023·安徽合肥一中校考模拟预测)1997年，我国政府首次批准商业化种植转基因抗虫棉。到2015年，我国已育成转基因抗虫棉新品种100多个，减少农药用量40万吨，增收节支社会经济效益450亿元。
(1)培育转基因抗虫棉主要需要四个步骤：_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。
(2)研究表明，苏云金杆菌中的Bt抗虫蛋白基因，是培育转基因抗虫棉较为合适的目的基因，其控制合成的Bt抗虫蛋白只有在某类昆虫肠道的_碱__性环境中才能表现出毒性。Bt抗虫蛋白被分解为多肽后，与害虫肠上皮细胞的_特异性受体__结合，导致细胞膜穿孔，最后造成害虫死亡。
(3)明确了目的基因后，获取目的基因的方法有多种，其中，利用PCR获取是常用的一种方法。以下关于PCR说法不正确的是( C )
A．PCR过程需提供DNA模板
B．PCR过程中新链的合成只能从5′端→3′端
C．PCR过程需打开磷酸二酯键
D．可以利用PCR技术进行目的基因扩增
(4)在基因表达载体的构建过程中，若目的基因经限制酶切开后呈图1所示的末端，那么图2中的载体质粒pCLY15需用 KpnⅠ 和_XmaⅠ__切开，才能与目的基因片段高效连接。
(5)在基因工程的基础上，延伸出来了第二代基因工程——蛋白质工程。天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的，蛋白质工程的基本思路与之_相反__(填“相同”或“相反”)。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，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白，或制造一种新的蛋白，以满足人类生产和生活的需求。
解析：(1)基因工程的操作程序主要包括的四个步骤是：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。(2)研究表明，苏云金杆菌中的Bt抗虫蛋白基因，是培育转基因抗虫棉较为合适的目的基因，其控制合成的Bt抗虫蛋白只有在某类昆虫肠道的碱性环境中才能表现出毒性。Bt抗虫蛋白被分解为多肽后，与害虫肠上皮细胞的特异性受体结合，导致细胞膜穿孔，最后造成害虫死亡。(3)PCR技术的原理是模拟生物体内DNA分子复制的过程，利用DNA分子热变性原理，通过控制温度控制DNA分子的解聚和结合，A正确；由于DNA聚合酶只能将游离的核苷酸加到新链的3′端，所以DNA新链的合成方向只能从5′端向3′端延伸，B正确；PCR过程需要高温变性，解开的是氢键，而不是磷酸二酯键，C错误；获得目的基因的方法之一为PCR扩增，D正确。故选C。(4)根据酶切位点分析，目的基因应位于启动子和终止子之间，为高效连接应选用黏性末端相同的酶，而不能选用平末端，故目的基因应使用KpnⅠ和XmaⅠ切割。(5)天然蛋白质的合成过程是按照中心法则进行的，而蛋白质工程与之相反。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，或制造新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需要。(共38张PPT)
第3章 基因工程
第4节 蛋白质工程的原理和应用
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、生产目标蛋白的过程。
1．科学思维——尝试通过蛋白质工程技术，根据人类需要的蛋白质结构，设计或改造某一蛋白质的设计流程。
2．社会责任——尝试运用逆向思维分析和解决问题。
知识点一
课堂达标 巩固训练
指点迷津 拨云见日
知识点二
知识点一 蛋白质工程的原理
基础知识 双基夯实
一、蛋白质工程
1．概念
(1)基础：蛋白质分子的___________及其与___________的关系。
(2)手段：通过___________或___________，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。
(3)目的：获得满足人类的生产和生活需求的_________。
2．理论和技术条件：_____________、_________以及_________技术的迅猛发展。
结构规律
生物功能
基因改造
基因合成
蛋白质
分子生物学
晶体学
计算机
二、蛋白质工程崛起的缘由
1．基因工程的实质：将一种生物的_______转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的________，进而表现出__________。
2．基因工程的不足：基因工程在原则上只能产生自然界中_________的蛋白质。
3．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。
4．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。
基因
蛋白质
新的性状
已存在
特定物种
人类生产和生活
氨基酸
三、蛋白质工程的基本原理
1．目标：根据人们对_________功能的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。
2．方法：___________或___________。
3．流程：预期蛋白质功能→设计预期的_____________→推测应有的_________序列→找到相对应的_____________序列(基因)或合成新的_______→获得所需要的蛋白质。
蛋白质
改造基因
合成基因
蛋白质结构
氨基酸
脱氧核苷酸
基因
活 | 学 | 巧 | 练
1.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。( )
2．蛋白质工程能产生自然界中不存在的新型蛋白质分子。( )
3．实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质结构和功能的关系。( )
4．基因工程遵循中心法则，而蛋白质工程不遵循。( )
×
√
√
×
合 | 作 | 探 | 究
1.为什么蛋白质工程不是直接改造蛋白质而是通过基因改造和基因合成来完成？
提示：①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对基因进行改造比对蛋白质进行直接改造容易操作，难度小得多。
2．蛋白质工程的操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？
提示：基因工程操作程序的基本思路遵循中心法则，从DNA→ mRNA →多肽→折叠产生蛋白质，基本上是生产出自然界中已有的蛋白质。蛋白质工程是按照相反的思路进行的，确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→基因中的碱基序列，可以创造自然界不存在的蛋白质。
课内探究 名师点睛
1．对蛋白质工程的2点说明
(1)改造对象：通过改造控制蛋白质合成的基因的结构来改造某种蛋白质的结构。
①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，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。
②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。
(2)蛋白质工程中经过处理得到的新基因与基因突变得到的新基因有较大差别：基因突变的新基因中含有不编码蛋白质的序列，而蛋白质工程中经处理得到的新基因则没有。
2．蛋白质工程的基本流程
科学家为提高玉米中赖氨酸含量，计划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位的氨基酸由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的含量分别提高5倍和2倍。下列对蛋白质的改造，操作正确的是( )
A．直接通过分子水平改造蛋白质
B．直接改造相应的mRNA
C．对相应的基因进行操作
D．重新合成新的基因
典例1
C
解析：蛋白质工程的目的是对蛋白质进行改造，从而使蛋白质功能可以满足人们的需求。蛋白质行使功能与其高级结构密切相关，而蛋白质高级结构又非常复杂，所以直接对蛋白质进行改造非常困难，而蛋白质是由基因控制合成的，对基因进行操作却容易得多。另外，通过改造基因而改造蛋白质可以遗传，而对蛋白质直接改造，即使成功也不能遗传。
葡萄糖异构酶(GI)在工业上应用广泛，为提高其热稳定性，科学家对GI基因进行体外定点诱变，以脯氨酸(Pro138)替代甘氨酸(Gly138)，含突变体的重组质粒在大肠杆菌中表达，结果最适反应温度提高10～12 ℃。这属于生物工程中的( )
A．基因工程 B．蛋白质工程
C．发酵工程 D．酶工程
解析：题中是对基因进行改造，以实现对现有蛋白质的改造，属于蛋白质工程。
变式训练
B
知识点二 蛋白质工程的应用
基础知识 双基夯实
1．在医药工业方面的应用
(1)研发速效胰岛素类似物：科学家通过改造_____________使B28位脯氨酸替换为天冬氨酸或者将它与B29位的赖氨酸交换位置，从而有效抑制了_______________，研发出速效胰岛素类似物。
(2)提高干扰素的保存期：将干扰素分子上的一个___________变成_________，提高了干扰素的保存时间。
(3)改造抗体：将小鼠单克隆抗体上_________________“嫁接”到人的抗体上，降低了诱发人体免疫反应的强度。
胰岛素基因
胰岛素的聚合
半胱氨酸
丝氨酸
结合抗原的区域
2．在其他工业和农业方面的应用
(1)改进酶的性能或开发新的工业用酶：利用蛋白质工程获得蛋白酶的多种_________。
(2)改造某些重要的酶：利用蛋白质工程改造参与_______________的酶，以提高植物光合作用的效率。
突变体
调控光合作用
合 | 作 | 探 | 究
利用蛋白质工程可以提高玉米赖氨酸含量，改造途径如下：
结果：改造后玉米叶片和种子中游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍。
(1)结合上述资料，可以通过何种途径提高玉米中的赖氨酸含量？
提示：改变赖氨酸合成途径中关键酶的活性，来提高赖氨酸的含量。
(2)为什么改变一个氨基酸就可以改变蛋白质的稳定性甚至某种蛋白质酶的活性？
提示：蛋白质的结构是由其氨基酸组成决定的，个别氨基酸的改变就会导致其结构的改变，从而影响到其性质和功能。
课内探究 名师点睛
新冠病毒的表面刺突蛋白(S蛋白)的受体结合域(RBD)与人体细胞表面的ACE2受体相互作用感染细胞。科学家设计了一种自然界中不存在的蛋白质LCB1，可与S蛋白RBD紧密结合，以干扰新冠病毒的感染。下列说法不合理的是( )
A．LCB1的作用机理与S蛋白的抗体类似
B．LCB1可依据S蛋白的RBD结构进行设计
C．LCB1是通过细胞中原有基因表达产生的
D．可用蛋白质工程进行LCB1的设计和生产
典例2
C
解析：S蛋白的抗体能与S蛋白RBD特异性结合，而根据题干可知，LCB1可与S蛋白RBD紧密结合，说明LCB1的作用机理与S蛋白的抗体类似，A合理；由于LCB1可与S蛋白RBD紧密结合，故LCB1可依据S蛋白的RBD结构进行设计，B合理；由题意知，蛋白质LCB1是一种自然界中不存在的蛋白质，故不能通过细胞中原有基因表达产生的，C不合理；可用蛋白质工程进行LCB1的设计和生产，D合理。
科学家将β－干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达，使干扰素第十七位的半胱氨酸，改变成丝氨酸，结果大大提高了β－干扰素的抗病活性，并且提高了储存稳定性。该生物技术为( )
A．基因工程 B．蛋白质工程
C．基因突变 D．细胞工程
变式训练
B
解析：基因工程是将符合人们要求的目的基因导入适宜的生物体内，使其高效表达，从中提取人们所需的蛋白质，或表现出某种性状，蛋白质产品仍然是天然存在的蛋白质。蛋白质工程是对控制蛋白质合成的基因进行改造，从而实现对相应蛋白质的改变，所得到的蛋白质已不是天然存在的蛋白质。题干中的操作涉及的基因显然不再是原来的基因，其合成的β－干扰素也不是天然的β－干扰素，而是经过人工改造的、符合人类需求的蛋白质，因而该生物技术为蛋白质工程。
指点迷津 拨云见日
蛋白质工程与基因工程的区别与联系
比较项目 蛋白质工程 基因工程
区 别 起点 预期的蛋白质功能 目的基因
过程 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→找到相对应的脱氧核苷酸序列→获得需要的蛋白质 获取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
比较项目 蛋白质工程 基因工程
区 别 目标 定向改造或生产人类所需的蛋白质 定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品
结果 生产非天然的蛋白质 生产自然界已有的蛋白质
联系 ①都在生物体外对基因进行操作；②蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程
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来实现的
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：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；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。
典例3
D
学 | 霸 | 记 | 忆
1.基因工程在原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。
2．蛋白质工程并不是直接改造蛋白质分子的结构，而是通过基因操作来实现对天然蛋白质的改造。
3．蛋白质工程的基本途径：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或合成新的基因→获得所需要的蛋白质
4．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，通过基因改造或基因合成，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需要。
课堂达标 巩固训练
1．关于蛋白质工程的基本流程，下列叙述正确的是( )
①设计预期蛋白质分子结构
②推测氨基酸序列
③预期蛋白质功能
④找出相应脱氧核苷酸序列
A．③→①→②→④ B．④→②→①→③
C．①→②→③→④ D．③→④→①→②
解析：蛋白质工程的基本流程是：从③预期蛋白质功能出发→①设计预期的蛋白质结构→②推测应有的氨基酸序列→④找到相对应的脱氧核苷酸序列，A正确。
A
2．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．该过程的操作对象是胰岛素分子
B．可通过测定DNA序列确定突变是否成功
C．对胰岛素结构的改造属于蛋白质工程
D．胰岛素的本质是蛋白质不宜口服使用
A
解析：蛋白质工程的直接操作对象是基因，而不是蛋白质，A错误；可通过测定DNA序列确定突变是否成功，B正确；胰岛素是蛋白质，对蛋白质结构的改造属于蛋白质工程，C正确；胰岛素为蛋白质，若口服会被消化酶分解，因此胰岛素不宜口服使用，D正确。
3．猪胰岛素用于降低人体血糖浓度的效果并不明显，原因是猪胰岛素分子中有一个氨基酸与人的不同。为了使猪胰岛素能够用于临床治疗糖尿病，利用蛋白质工程对猪胰岛素分子设计的最佳方案是( )
A．对猪胰岛素进行一个不同氨基酸的替换
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
A
解析： 由于猪胰岛素分子中只有一个氨基酸与人的胰岛素不同，所以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设计一种全新的胰岛素也可以用于临床治疗，但是在分子设计和胰岛素的生产方面都存在很多的困难，所以并不是最佳方案。
