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1、1 4 蛋白质工程的崛起 理一理 蛋白质工程 目标 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 操作对象 蛋白质分子设计改造和基因 直接操作对象 操作过程 预期的蛋白质功能 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 脱氧核苷酸序列基因 判一判 1 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 考虑的是基因工程 2 蛋白质工程在实施中遇到的最大难题是对大多数蛋白质 的高级结构不清楚 3 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 4 蛋白质工程在设计蛋白质结构时依据的是
2、现有基因的脱 氧核苷酸序列 5 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 6 蛋白质工程是通过基因的修饰和合成来实现对蛋白质的 改造 悟一悟 1 蛋白质工程通过对基因的操作实现对天然蛋白质进行改 造的原因 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 被改造的蛋白质还是无法遗传 2 对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作 难度 要小得多 2 三看法 判断基因工程和蛋白质工程 1 一看对基因的操作方法 如果仅将基因用限制酶从DNA 片段中切割下来 没有经过对编码蛋白序列进行修饰 加工 或 仅对其
3、调控序列进行加工 则属于基因工程 如果将目的基因经 过了一些实质性的改造 如对编码蛋白序列进行了碱基替换或增 添或缺失某几个碱基 则属于蛋白质工程 2 二看目的基因的合成方式 基因工程和蛋白质工程中都 可以通过反转录合成目的基因 或根据蛋白质的氨基酸序列先合 成 mRNA 再合成基因 如果合成时mRNA 或氨基酸序列没有 经过改造 则为基因工程技术 如果mRNA或氨基酸序列经过 了改造 或mRNA 氨基酸序列是根据蛋白质预期的功能人工 设计的 则为蛋白质工程技术 3 三看合成的蛋白质种类 如果合成的蛋白质是天然蛋白 质 则是基因工程 如果合成的蛋白质和天然蛋白质有差异 甚 至是自然界中所没有的
4、 则为蛋白质工程 感悟体会 练一练 1 2019 河北高二月考 为提高葡萄糖异构酶的热稳定性 将其第 138号的甘氨酸替换为脯氨酸 致使该酶最适反应温度 提高了 10 12 下列叙述不正确的是 A 应直接将蛋白质分子的甘氨酸替换为脯氨酸 B 可通过基因修饰的方法对葡萄糖异构酶进行改造 C 该技术能按照人类的需求生产出蛋白质 D 该项技术要先预测蛋白质的功能再设计蛋白质的结构 解析 为提高葡萄糖异构酶的热稳定性 将其第138 号的 甘氨酸替换为脯氨酸 应对葡萄糖异构酶的基因进行修饰 A 项 错误 B 项正确 该技术能按照人类的需求生产出新的蛋白质 C 项正确 该项技术要先根据蛋白质的功能设计蛋白
5、质的结构 D 项正确 答案 A 2 2019 海南卷 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 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农杆菌转化法 若将上述所得Y 的基因插入农杆菌Ti 质粒上的 中 得 到含目的基因的重组Ti 质粒 则可用农杆菌转化法将该基因导 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
6、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 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 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
7、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 故对 Y 进行改造以提高其热稳定性 需要找 到第 6 位氨基酸中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 答案 1 mRNA 逆转录酶PCR 2 T DNA 整合到叶肉细胞染色体DNA 上 3 找到第 6
8、位氨基酸中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 考点一 蛋白质工程崛起的缘由 1 2019 陕西高二期末 天然干扰素在体外难以保存 若将 其分子上一个半胱氨酸变成丝氨酸 就可以在 70 下保存半 年 上述实现对天然干扰素结构的改造使用的技术是 A 基因工程B 细胞工程 C 蛋白质工程D 胚胎工程 解析 基因工程指按照人们的意愿 进行严格的设计 并通 过体外 DNA 重组和转基因等技术 赋予生物以新的遗传特性 从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品 A 错 误 细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法 通过细胞水平或细胞器水平上
9、的操作 按照人们的意愿来改变细 胞内遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术 而题干中是 通过改造基因来改造蛋白质 B 错误 题干中 天然干扰素在体 外难以保存 若将其分子上一个半胱氨酸变成丝氨酸 就可以在 70 下保存半年 说明其改造了蛋白质的结构 属于蛋白 质工程中的小改 蛋白质工程是以蛋白质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 进行基因改造 或制造一种新的蛋白质 以满足人类的生产和生 活的需要 C 正确 基因定点突变属于分子水平 不属于胚胎工 程 D 错误 答案 C 2 2019 沭阳县修远中学高二月考 下列关于蛋白质工程 的说法 正确的是 A
10、蛋白质工程以基因工程为基础 B 蛋白质工程就是对蛋白质的结构进行直接改造 C 蛋白质工程只能生产天然蛋白质 D 蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造 解析 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 A 正确 蛋白质工程是以蛋白质分子结构规律及其 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 或制造一种新的蛋白质 以满足人类的生产和 生活需求 因此蛋白质工程可生产自然界没有的蛋白质 B C D 均错误 答案 A 考点二 蛋白质工程的基本原理 3 2019 全国高二课时练习 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 下图为蛋白质工程的流
11、程图 图 中 A B 在遗传学上依次表示 A 转录和翻译B 翻译和转录 C 复制和转录D 传递和表达 解析 图中 A 过程为转录 B 过程为翻译 答案 A 4 2019 安徽合肥一中高二期中 现代生物技术并不是各 自独立的 而是相互联系 相互渗透的 下图表示利用乳腺生物 反应器生产某种动物蛋白的流程示意图 请分析回答下列问题 1 该生产流程中应用到的现代生物技术有 写出其中两种 2 图中A B 分别表示 3 蛋白质工程中 要对蛋白质结构进行设计改造 必须通 过基因 或基因 来完成 而不直接改造蛋白质 原因是改造后的基因能够遗传 且改造基因易于操作 解析 1 由图中 预期蛋白质功能 预期蛋白质结
12、构 A 相应脱氧核苷酸序列 这一基本流程可知 该生产流程中应用到 蛋白质工程技术 由 目的基因与载体结合成B 受精卵 早期 胚胎 受体 转基因动物 可知 该生产流程应用到基因工程技 术 2 由蛋白质工程的基本流程可知 A 表示推测应有的氨基酸 序列 B 表示由目的基因与载体构建而成的基因表达载体 3 蛋白质工程中 要对蛋白质结构进行设计改造 必须通过基因修 饰或基因合成来完成 而不直接改造蛋白质 原因是改造后的基 因能够遗传 且改造基因易于操作 答案 1 蛋白质工程基因工程 2 推测应有的氨基酸序列基因表达载体 3 修饰合成 考点三 蛋白质工程的进展和前景 5 2019 安徽合肥高升学校高二月
13、考 蛋白质工程目前已取 得成功的实例是 A 对胰岛素进行改造 生产速效型药品 B 蛋白质工程应用于微电子方面 C 体外耐保存的干扰素 D 用蛋白质工程生产赖氨酸玉米 解析 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正确的高级结构 这 种高级结构十分复杂 目前科学家对大多数蛋白质的高级结构了 解还不是很够 这就制约了其发展 通过对胰岛素进行改造 已 经使其成为速效性药品 A 正确 通过蛋白质工程方法制造成电 子元件正在探索中 B 错误 室温下可保存半年的干扰素目前还 没实现 C 错误 生产赖氨酸含量高的玉米尚未成功 D 错误 故选 A 答案 A 基础达
14、标 一 选择题 每小题 5 分 共 60 分 1 2019 河北高二月考 下列对蛋白质工程过程的排序 正确的是 推测应有的氨基酸序列 预期蛋白质的功能 找到 对应的脱氧核苷酸序列 设计预期的蛋白质结构 A B C D 解析 蛋白质工程的基本操作程序 预期蛋白质的功能 设 计预期的蛋白质结构 推测应有的氨基酸的序列 找到相对应 的脱氧核苷酸的序列 综上分析 B 正确 答案 B 2 2019 黑龙江哈尔滨市第六中学校高二月考 基因工程 与蛋白质工程的区别是 A 基因工程需对基因进行分子水平操作 蛋白质工程不对 基因进行操作 B 基因工程合成的是天然蛋白质 蛋白质工程合成的一般 不是天然存在的蛋白质
15、 C 基因工程是分子水平操作 蛋白质工程是细胞水平 或性 状水平 D 基因工程完全不同于蛋白质工程 解析 基因工程和蛋白质工程菌需对基因进行分子水平操 作 A 不符合题意 基因工程合成的是天然蛋白质 蛋白质工程 合成的一般不是天然存在的蛋白质 B 符合题意 二者都是分子 水平的操作 C 不符合题意 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 D 不符合题意 答案 B 3 2019 天津市武清区杨村第三中学高二月考 下列关于 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
16、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 蛋白质工程可通过改造基因来实现对蛋白质分子结构 的定向改造 使之更加符合人类需要 故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 A 正确 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基因工程 B 错误 蛋白质工程的原理是从 预期的蛋白质功能出发最终找到脱氧核苷酸序列的过程 C 正 确 根据分析可知 目前 蛋白质工程成功的例子不多 主要是 人们对蛋白质的结构了解的还很不够 所以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 D 正 确 答案 B 4 下列关于基因工程药物与蛋白质工程药物的说法 正确 的是 A 都与天然产物完全相同 B 都与天然产物完全不相同 C 基因工程药物与天然产物完全相同 蛋白质工程药物与 天然产物可不相同 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 基因工程是将一种生物的基
