课件33张PPT。专题1 基因工程1.4 蛋白质工程的崛起课 后·提 能 达 标课前·新知导学基因蛋白质新的性状已存在特定物种人类生产和生活结构规律生物功能基因修饰基因合成蛋白质
蛋白质结构氨基酸脱氧核苷酸高级结构胰岛素体积小、耗电少和效率高课堂·考点突破课 后·提 能 达 标点 击 进 入专题1 1.4 蛋白质工程的崛起
一、选择题
1．下列说法错误的是( )
A．科学家通过对胰岛素的改造已经使其成为速效型药品
B．我们可以将蛋白质工程应用于微电子方面
C．用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有体积小、耗电少和效率高的特点
D．蛋白质工程成功的例子不多，主要是因为蛋白质种类太少，原料不足
解析：选D 蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，这种结构十分复杂，而目前科学家对大多数蛋白质的高级结构的了解还不够。
2．下列关于蛋白质工程和基因工程的比较，不合理的是( )
A．基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质，而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造，从而制造一种新的蛋白质
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．基因工程遵循中心法则，蛋白质工程完全不遵循中心法则
D．基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的
解析：选C 蛋白质工程的基本途径是根据中心法则反推出来的。
3．蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时，主要包括( )
①进行少数氨基酸的替换 ②对不同来源的蛋白质进行拼接 ③从氨基酸的排列顺序出发设计全新的蛋白质 ④直接改变蛋白质的空间结构
A．①② B．①②③
C．②③④ D．①②④
解析：选B 蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时，不能直接改变蛋白质的空间结构，但是能进行少数氨基酸的替换，能对不同来源的蛋白质进行拼接，能够从氨基酸的排列顺序出发设计全新的蛋白质。
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．蛛丝的强度和柔韧度得益于蛛丝蛋白的特殊布局，使它产生了一个由坚硬的结晶区和非结晶区构成的混合区域。有人试图通过破解蛛丝蛋白的结构从而推测出其相应的基因结构，以指导蚕丝蛋白的修改，让蚕也吐出像蛛丝蛋白一样坚韧的丝。此过程运用的技术及流程分别是( )
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
解析：选D 该过程采用的是蛋白质工程。从预期蛋白质功能入手，对控制的蛋白质基因进行改造以达到改造蛋白质的目的。
6．玉米中赖氨酸的含量比较低，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，其活性受细胞内赖氨酸浓度的影响较大，当赖氨酸浓度达到一定量时，就会抑制这两种酶的活性。增加玉米细胞中赖氨酸含量最有效的途径是( )
A．将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米细胞
B．切除玉米细胞中天冬氨酸激酶基因和二氢吡啶二羧酸合成酶基因
C．修饰天冬氨酸激酶基因和二氢吡啶二羧酸合成酶基因的个别碱基
D．将根瘤菌的固氮基因导入玉米细胞
解析：选C 如果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。因此可通过修饰天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶基因的个别碱基来达到目的。
7．下列有关蛋白质工程的说法正确的是( )
A．蛋白质工程无需构建基因表达载体
B．蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造
C．蛋白质工程也需要限制酶和DNA连接酶
D．蛋白质工程是在蛋白质分子水平上改造蛋白质的
解析：选C 蛋白质工程是在基因工程的基础之上延伸出来的，最终改造的对象仍是DNA分子，因此需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶。
8．下列关于基因工程和蛋白质工程的说法正确的是( )
A．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，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有的仍然是天然的蛋白质
D．利用蛋白质工程可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素
解析：选B 蛋白质工程的目标是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。其中，基因工程是关键技术，是蛋白质工程的基础，因为对蛋白质结构的改造是通过改造基因来实现的，所以蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质，改造后的蛋白质不再是天然的蛋白质。利用大肠杆菌生产人的胰岛素属于基因工程。
9．关于蛋白质工程的进展和应用前景的说法，不正确的是( )
A．通过对基因结构的定点突变实现玉米赖氨酸合成的关键酶结构的改变属于蛋白质工程
B．将人的胰岛素基因导入大肠杆菌细胞内，使大肠杆菌产生胰岛素的技术属于蛋白质工程
C．对蛋白质进行分子设计必须从蛋白质的功能特点入手
D．通过对基因结构的改造生产出自然界中从来不存在的蛋白质种类目前还很少
解析：选B B项所涉及的生物工程技术为基因工程。
10．从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是( )
A．合成编码目的肽的DNA片段
B．构建含目的肽DNA片段的表达载体
C．依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽
D．筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽
解析：选C 该基因的表达产物多肽P1的抗菌性和溶血性均较强，要研发出抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先应根据P1的氨基酸序列设计模拟肽，再构建相应的DNA片段。
11．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，蛋白质工程中蛋白质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
解析：选A 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。
12．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，结果反应最适温度提高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：选B 酶工程的重点在于对已存在的酶合理充分利用(如：加酶洗衣粉、嫩肉粉等)，而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造。通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂，而没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构，然后由酶的分子结构来确定相应基因的碱基序列等步骤。
二、非选择题
13．胰岛素是治疗依赖型糖尿病的特效药物，但是天然胰岛素在人体内的寿命只有几个小时，重症病人每天需注射好几次药物，增加了不少痛苦和不便。通过蛋白质工程改变胰岛素的空间结构，以延长胰岛素的半衰期，可以得到长效胰岛素；还可以在不改变胰岛素活性部位结构的前提下，增强其他部位的结合强度，使之难以被酶破坏，从而增强其稳定性，如图是用蛋白质工程设计长效胰岛素的生产过程。
(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是______________________。
(2)通过人工合成DNA形成的新基因应与________结合后转移到____________________中才能得到准确表达。
(3)若要利用大肠杆菌生产上述长效胰岛素，需用到的生物工程有________________和发酵工程。
(4)用蛋白质工程生产的胰岛素，与天然胰岛素相比，显著的优点是________________。
(5)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么？
解析：(1)蛋白质工程的目标是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，因此，图中构建新的胰岛素模型的依据是预期胰岛素的功能，即长效胰岛素。(2)合成的目的基因应在形成基因表达载体后导入受体细胞中才能得以表达。(3)要生产自然界原本不存在的胰岛素，需要对原有的胰岛素进行改造，并且在生产过程中要借助工程菌，所以还需要进行发酵，故该过程涉及蛋白质工程和发酵工程。(4)由题中信息可知，利用蛋白质工程技术生产的胰岛素解决了天然胰岛素在体内不能长期起作用的缺点。(5)由新的蛋白质模型到构建新的基因，其基本设计思路是根据新的蛋白质中氨基酸的序列，推测出基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪直接合成新的基因。
答案：(1)蛋白质(胰岛素)的预期功能 (2)载体 大肠杆菌等受体细胞 (3)蛋白质工程 (4)具有长效性 (5)根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成新的胰岛素基因。
14．如图是某种动物蛋白质工程的示意图，请分析回答：
(1)目前，蛋白质工程中难度最大的是图中编号______所示的过程，实现③过程的依据有_________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(2)若相关蛋白质的核酸片段是从细胞质获取的，则④过程包括________、________。
(3)⑤过程中对核苷酸序列有严格要求的工具酶是__________，进行⑤过程的目的是__________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
解析：在蛋白质工程中，根据预期蛋白质的功能设计预期蛋白质的结构是蛋白质工程的首要任务，也是难度较大的任务。过程③根据蛋白质应有的氨基酸序列推断mRNA上密码子的排列顺序，再根据逆转录原理推断DNA的碱基排列顺序。从细胞质中提取的核酸片段应为mRNA，因此，过程④为逆转录法合成目的基因。由于经过①②③过程人工合成的目的基因与生物体内的基因不同，所以，④过程需要诱导基因发生突变。
答案：(1)① 氨基酸对应的密码子、mRNA与DNA间的碱基互补配对原则 (2)逆转录 诱导突变 (3)限制酶 使目的基因在受体细胞中稳定存在并遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用
15．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)由题意可知，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；合成胰高血糖素的细胞是胰岛A细胞。(2)根据胰岛素原的氨基酸序列，可设计并合成编码胰岛素原的DNA序列(即目的基因)；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人胰岛素原的基因工程菌。(3)根据题意，培养液无抗原抗体反应，菌体有抗原抗体反应，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
