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1、 第三節(jié)蛋白質(zhì)工程 1.蛋白質(zhì)工程是指通過(guò)物理化學(xué)與生物化學(xué)等技術(shù)了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能，并借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、基因定點(diǎn)誘變和重組DNA技術(shù)改造基因，以定向改造蛋白質(zhì)，甚至創(chuàng)造出自然界不存在的蛋白質(zhì)的技術(shù)。 2．蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵技術(shù)是基因工程。 3．蛋白質(zhì)工程的一般過(guò)程是：預(yù)期蛋白質(zhì)功能→分子設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)→合成相應(yīng)基因→基因指導(dǎo)新蛋白質(zhì)合成。 4．實(shí)施蛋白質(zhì)工程的前提條件是了解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系。 5．根據(jù)蛋白質(zhì)被改動(dòng)部位的多少，可將蛋白質(zhì)改造類型分為“大改”、“中改”和“小改”。 6．通過(guò)蛋白質(zhì)工程，可獲得熱穩(wěn)定性高的酶和新型藥物。 蛋白質(zhì)工程概

2、述 1．蛋白質(zhì)工程的概念 (1)手段： ①通過(guò)物理化學(xué)和生物化學(xué)等技術(shù)了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能。 ②借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、基因定點(diǎn)誘變和重組DNA技術(shù)改造基因。 (2)目的：定向改造天然蛋白質(zhì)，甚至創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)。 (3)關(guān)鍵技術(shù)：基因工程。蛋白質(zhì)工程又稱第二代基因工程。 2．蛋白質(zhì)工程的一般過(guò)程 先根據(jù)新蛋白質(zhì)預(yù)期功能設(shè)計(jì)相關(guān)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的氨基酸序列，在此基礎(chǔ)上合成可產(chǎn)生新蛋白質(zhì)的相關(guān)脫氧核苷酸序列(基因)，再利用基因工程技術(shù)合成新的蛋白質(zhì)。 3．改造蛋白質(zhì)的方式 改造方式 相關(guān)操作 大改 根據(jù)氨基酸的性質(zhì)和特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并制造出自然界中不存在

3、的全新蛋白質(zhì)，使之具有特定的氨基酸序列、空間結(jié)構(gòu)和預(yù)期功能 中改 改變蛋白質(zhì)分子中某一個(gè)多肽片段或一個(gè)特定的結(jié)構(gòu) 小改 通過(guò)基因工程中的定點(diǎn)誘變技術(shù)，有目的地改造蛋白質(zhì)分子中某活性部位的一個(gè)或幾個(gè)氨基酸殘基，以改善蛋白質(zhì)的性質(zhì)和功能 1．對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，是通過(guò)直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作來(lái)實(shí)現(xiàn)的嗎？ 提示：不是，由于基因決定蛋白質(zhì)，因此要對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，最終必須通過(guò)改造基因來(lái)完成。 2．蛋白質(zhì)工程操作程序的基本思路與基因工程有什么不同？ 提示：基因工程是按照中心法則進(jìn)行的：基因→表達(dá)(轉(zhuǎn)錄和翻譯)→形成氨基酸序列的多肽鏈→形成具有高級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)→行使生物

4、功能，基本上是生產(chǎn)出自然界已有的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程卻與之相反，一般是先創(chuàng)造出適合人類需求的新基因，然后使其表達(dá)出具有特定結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程可以創(chuàng)造出自然界不存在的蛋白質(zhì)。 3．假如某科學(xué)家設(shè)計(jì)出某種蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，你能否設(shè)計(jì)出利用大腸桿菌生產(chǎn)該蛋白質(zhì)的流程？ 提示：蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)→氨基酸序列→合成目的基因→構(gòu)建基因表達(dá)載體→導(dǎo)入大腸桿菌→產(chǎn)生相應(yīng)蛋白質(zhì)。 4．PCR技術(shù)在基因定點(diǎn)誘變中的技術(shù)流程是什么？ 提示：先人工合成帶有突變位點(diǎn)的引物，通過(guò)PCR擴(kuò)增而獲得定點(diǎn)突變的基因，再通過(guò)基因工程方法，將突變基因?qū)胧荏w細(xì)胞，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯就可合成所需的蛋白質(zhì)。 1．

5、蛋白質(zhì)工程的操作步驟 (1)從生物體中分離純化目的蛋白。 (2)測(cè)定其氨基酸序列。 (3)借助核磁共振和X射線晶體衍射等手段，盡可能地了解蛋白質(zhì)的二維重組和三維晶體結(jié)構(gòu)。 (4)設(shè)計(jì)各種處理?xiàng)l件，了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化，包括折疊與去折疊等對(duì)其活性與功能的影響。 (5)設(shè)計(jì)編碼該蛋白質(zhì)的基因改造方案，如定點(diǎn)突變。 (6)分離、純化新蛋白，功能檢測(cè)后投入實(shí)際使用。 [特別提醒]　蛋白質(zhì)工程并不是直接改造蛋白質(zhì)，而是通過(guò)對(duì)基因操作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)天然蛋白質(zhì)的改造，主要原因如下： ①任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且可以遺傳下去。如果對(duì)蛋白質(zhì)直接改造，即使改

6、造成功，被改造的蛋白質(zhì)還是無(wú)法遺傳的。 ②對(duì)基因進(jìn)行改造比對(duì)蛋白質(zhì)直接改造要容易操作，難度要小得多。 2．定點(diǎn)誘變技術(shù)和非定點(diǎn)誘變技術(shù) (1)定點(diǎn)誘變技術(shù)：基因的定點(diǎn)誘變技術(shù)是改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的核心技術(shù)之一。 項(xiàng)目 內(nèi)容 條件 原料 脫氧核苷酸 酶 DNA多聚酶(聚合酶)和DNA連接酶 引物 含突變位點(diǎn)的DNA分子片段 操作方法 PCR技術(shù) 結(jié)果 后代中半數(shù)為誘變的DNA分子 適用范圍 空間結(jié)構(gòu)完全清楚的蛋白質(zhì)，進(jìn)行“小改” 特點(diǎn) 定點(diǎn)誘變有目的性和針對(duì)性 (2)非定點(diǎn)誘變技術(shù)： ①適用對(duì)象：對(duì)于不能預(yù)先確定誘變位點(diǎn)的蛋白質(zhì)，可采用非定點(diǎn)誘變技術(shù)來(lái)

7、進(jìn)行蛋白質(zhì)的改造。 ②特點(diǎn)：非定點(diǎn)誘變突變位點(diǎn)多，有時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生出意想不到的改造效果。 3．基因工程與蛋白質(zhì)工程的比較 項(xiàng)目 基因工程 蛋白質(zhì)工程 區(qū) 別 起點(diǎn) 目的基因 預(yù)期蛋白質(zhì)功能 過(guò)程 獲取目的基因→構(gòu)建基因表達(dá)載體→導(dǎo)入目的基因→檢測(cè)和鑒定目的基因→實(shí)現(xiàn)功能表達(dá) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析→結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)與設(shè)計(jì)→基因工程→蛋白質(zhì)純化→功能分析 實(shí)質(zhì) 定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需的生物類型或生物產(chǎn)品 定向改造和生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì) 結(jié)果 生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì) 定向改造天然蛋白質(zhì)，甚至創(chuàng)造出自然界不存在的蛋白質(zhì) 聯(lián)系 蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)

8、上延伸出來(lái)的第二代基因工程，因?yàn)閷?duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新的蛋白質(zhì)必須通過(guò)基因工程才能實(shí)現(xiàn) [特別提醒]　基因工程和蛋白質(zhì)工程生產(chǎn)出的蛋白質(zhì)不同 ①基因工程中目的基因是自然存在的基因，只能生產(chǎn)出自然界中已存在的蛋白質(zhì)。 ②蛋白質(zhì)工程中所涉及的基因不是自然存在的，是改造過(guò)的自然存在的基因，因此能夠生產(chǎn)出自然界中不存在的蛋白質(zhì)。 蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用 1．提高酶的熱穩(wěn)定性 方法一：將酶分子中的天門冬酰胺和谷氨酰胺轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌被帷? 方法二：在蛋白質(zhì)分子中引入二硫鍵。 2．生物工程制藥 (1)實(shí)例1：鼠源雜交瘤抗體的改造。 ①改造方法：在基因水平上對(duì)抗體進(jìn)行重組，

9、產(chǎn)生人恒定區(qū)和鼠可變區(qū)嵌合抗體。 ②結(jié)果：對(duì)人體的不良反應(yīng)減少。 (2)實(shí)例2：對(duì)t-PA的改造。 ①t-PA功能：溶解血栓塊，醫(yī)治心肌梗死等疾病。 ②改造方法：將t-PA分子中的天門冬酰胺替換為谷氨酰胺。 ③結(jié)果：t-PA在血液循環(huán)中停留時(shí)間大大延長(zhǎng)，療效更加顯著。 1．一般的藻類植物僅能生活在40 ℃以下的水環(huán)境中，但也有少數(shù)種類的藻類植物可以生活在80 ℃以上的溫泉中。從酶的角度考慮其主要原因是什么。 提示：溫泉藻類植物體內(nèi)酶肽鏈中的某些氨基酸與一般藻類植物的不同，使酶的熱穩(wěn)定性增強(qiáng)。 2．人類正常血紅蛋白(HbA)β鏈第63位氨基酸是組氨酸，其密碼子為CAC或C

10、AU，當(dāng)β鏈第63位組氨酸被酪氨酸(UAU或UAC)替代后，出現(xiàn)異常血紅蛋白(HbM)，導(dǎo)致一種貧血癥，β鏈第63位組氨酸被精氨酸(CGU或CGC)所替代而產(chǎn)生的異常血紅蛋白(HbZ)將引起另一種貧血癥。 (1)寫出正常血紅蛋白基因中，決定β鏈第63位組氨酸密碼子的堿基對(duì)組成。 提示：GTG或GTA。 (2)若將正常的基因片段導(dǎo)入貧血癥患者骨髓造血干細(xì)胞，則可以達(dá)到治療目的。請(qǐng)問(wèn)：此操作屬于蛋白質(zhì)工程嗎？為什么？ 提示：不屬于蛋白質(zhì)工程。因?yàn)榇瞬僮魇菍⒔】档恼５哪康幕驅(qū)胗腥毕莸氖荏w細(xì)胞，合成的蛋白質(zhì)仍是天然存在的蛋白質(zhì)，屬于基因工程技術(shù)。 蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用 (1)提高

11、蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性： ①通過(guò)基因的體外定點(diǎn)誘變技術(shù)替換原有氨基酸。 ②增加蛋白質(zhì)中二硫鍵數(shù)量。 (2)融合蛋白質(zhì)：用化學(xué)合成法將控制不同蛋白質(zhì)的基因連接，在大腸桿菌中可以表達(dá)出融合蛋白。 (3)改變蛋白質(zhì)的活性：科學(xué)家將胰島素β鏈中的第28位的脯氨酸和第29位的亮氨酸交換位置，即可獲得單體速效胰島素。該速效胰島素已通過(guò)臨床實(shí)驗(yàn)。 (4)治癌酶的改造：癌癥的基因治療分兩個(gè)方面：藥物作用于癌細(xì)胞，特異性地抑制或殺死癌細(xì)胞；藥物保護(hù)正常細(xì)胞免受化學(xué)藥物的侵害，可以提高化學(xué)治療的劑量。通過(guò)改造治療癌癥的酶，能夠達(dá)到更好的治療效果。 (5)嵌合抗體和人緣化抗體：通過(guò)蛋白質(zhì)工程對(duì)抗體進(jìn)行改造，增強(qiáng)

12、機(jī)體的免疫力。 以對(duì)概念的比較分析為依據(jù)，考查基因工程和蛋白質(zhì)工程的異同 [例1]　下列關(guān)于基因工程和蛋白質(zhì)工程的說(shuō)法正確的是(　　) A．蛋白質(zhì)工程和基因工程的目的都是獲得人類需要的蛋白質(zhì)，所以二者沒有區(qū)別 B．基因工程是蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵技術(shù) C．通過(guò)蛋白質(zhì)工程改造后的蛋白質(zhì)有的仍然是天然的蛋白質(zhì) D．利用蛋白質(zhì)工程可以在大腸桿菌細(xì)胞中得到人的胰島素 [精講精析]　蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)是根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求，對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)。其中，基因工程是關(guān)鍵技術(shù)，是蛋白質(zhì)工程的基礎(chǔ)，因?yàn)閷?duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的改造是通過(guò)改造基因來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以蛋白質(zhì)工程是在基因

13、水平上改造蛋白質(zhì)，改造后的蛋白質(zhì)不再是天然的蛋白質(zhì)。利用大腸桿菌生產(chǎn)人胰島素屬于基因工程。 [答案]　B 　 基因工程和蛋白質(zhì)工程的判斷方法 (1)對(duì)基因的操作方法： 如果僅將基因用限制性核酸內(nèi)切酶酶從DNA片段中切割下來(lái)，沒有經(jīng)過(guò)對(duì)編碼蛋白序列進(jìn)行修飾、加工，或僅對(duì)其調(diào)控序列進(jìn)行加工，則屬于基因工程；如果將目的基因經(jīng)過(guò)了一些實(shí)質(zhì)性的改造，如對(duì)編碼蛋白序列進(jìn)行了堿基替換或增添或去除了某幾個(gè)堿基，則屬于蛋白質(zhì)工程。 (2)目的基因的合成方式： 基因工程和蛋白質(zhì)工程中都可以通過(guò)反轉(zhuǎn)錄合成目的基因，或根據(jù)蛋白質(zhì)的氨基酸序列先合成mRNA，再合成基因。如果合成時(shí)mRNA或氨基酸序列沒有經(jīng)

14、過(guò)改造，則為基因工程技術(shù)；如果mRNA或氨基酸序列經(jīng)過(guò)了改造，或mRNA或氨基酸序列是根據(jù)蛋白質(zhì)預(yù)期的功能人工設(shè)計(jì)的，則為蛋白質(zhì)工程技術(shù)。 (3)合成的蛋白質(zhì)種類： 如果合成的蛋白質(zhì)是天然蛋白質(zhì)，則是基因工程；如果合成的蛋白質(zhì)和天然蛋白質(zhì)有差異，甚至是自然界中所沒有的，則為蛋白質(zhì)工程。 下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程和基因工程的比較，不合理的是(　　) A．基因工程原則上只能生產(chǎn)自然界中已存在的蛋白質(zhì)，而蛋白質(zhì)工程可以對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，從而制造一種新的蛋白質(zhì) B．基因工程和蛋白質(zhì)工程產(chǎn)生的變異都是可遺傳的 C．當(dāng)?shù)玫娇梢栽冢?0 ℃條件下保存半年的干擾素后，在相關(guān)酶、氨基酸和適宜的溫度

15、、pH條件下，干擾素可以大量自我合成 D．蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，蛋白質(zhì)工程最終還是要通過(guò)基因修飾或基因合成來(lái)完成 解析：選C　利用蛋白質(zhì)工程生產(chǎn)蛋白質(zhì)產(chǎn)品應(yīng)通過(guò)改造相應(yīng)基因后，再經(jīng)基因表達(dá)大量產(chǎn)生。 以蛋白質(zhì)工程設(shè)計(jì)流程圖為載體，考查蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用 [例2]　胰島素可以用于治療糖尿病，但是胰島素被注射到人體后，會(huì)堆積在皮下，要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的時(shí)間才能進(jìn)入血液，而進(jìn)入血液中的胰島素又容易被分解，因此，治療效果受到影響。下圖是用蛋白質(zhì)工程設(shè)計(jì)速效胰島素的生產(chǎn)過(guò)程，請(qǐng)據(jù)圖回答有關(guān)問(wèn)題： (1)構(gòu)建新的蛋白質(zhì)模型是蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵，圖中構(gòu)建新的胰島素模型的主要

16、依據(jù)是________________。 (2)通過(guò)DNA合成形成的新基因應(yīng)與________結(jié)合后轉(zhuǎn)移到________________中才能得到準(zhǔn)確表達(dá)。 (3)若要利用酵母菌生產(chǎn)速效胰島素，效率會(huì)比用大腸桿菌高，原因是_____________ ________________________________________________________________________ (4)圖解中從新的胰島素模型到新的胰島素基因的基本思路是什么？ ________________________________________________________________

17、________ ________________________________________________________________________ (5)圖解中從新的胰島素模型到新的胰島素基因除圖中方法外還可以采用________技術(shù)，其中________技術(shù)是目前常用方法之一。 [思路點(diǎn)撥] [精講精析]　(1)蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)是根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求，對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)，因此，圖中構(gòu)建新的胰島素模型的依據(jù)是胰島素的預(yù)期功能，即速效胰島素。(2)合成的目的基因應(yīng)與載體構(gòu)建重組DNA分子后導(dǎo)入受體細(xì)胞中才能得以表達(dá)。(3)酵母菌為真核生物，細(xì)胞中具有內(nèi)

18、質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細(xì)胞器，可以對(duì)核糖體合成的肽鏈進(jìn)行加工，使其成為具有特定功能的蛋白質(zhì)。(4)從新的胰島素模型到新的胰島素基因，其基本設(shè)計(jì)思路是根據(jù)新的胰島素中氨基酸的序列，推測(cè)出基因中的脫氧核苷酸序列，然后用DNA合成儀直接合成出新的基因。(5)從新的胰島素模型到新的胰島素基因除人工合成外，還可以采用基因定點(diǎn)誘變技術(shù)，其中PCR技術(shù)是目前常用的方法之一。 [答案]　(1)預(yù)期新胰島素的功能 (2)載體　大腸桿菌等受體細(xì)胞 (3)酵母菌細(xì)胞中具有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細(xì)胞器，可對(duì)肽鏈進(jìn)一步加工。 (4)根據(jù)新的胰島素中氨基酸的序列→推測(cè)出基因中脫氧核苷酸序列→用DNA合成儀人工合成新的基因。

19、 (5)基因定點(diǎn)誘變　PCR [課堂回扣練習(xí)] 1．關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說(shuō)法，正確的是(　　) A．蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對(duì)蛋白質(zhì)分子直接進(jìn)行操作 B．蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生出自然界中不曾存在過(guò)的新型蛋白質(zhì)分子 C．對(duì)蛋白質(zhì)的改造是通過(guò)直接改造相應(yīng)的mRNA來(lái)實(shí)現(xiàn)的 D．蛋白質(zhì)工程的流程和天然蛋白質(zhì)合成的過(guò)程是相同的 解析：選B　所謂蛋白質(zhì)工程，應(yīng)是利用基因工程手段，包括基因的定點(diǎn)突變和基因表達(dá)對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，以期獲得性質(zhì)和功能更加完善的蛋白質(zhì)分子。蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生出自然界中不曾存在過(guò)的新型蛋白質(zhì)分子。 2．蛋白質(zhì)工程正確的基本操作程序是(　　) ①蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)

20、合成?、贒NA合成?、踡RNA合成 ④蛋白質(zhì)的預(yù)期功能?、莞鶕?jù)氨基酸的序列推出脫氧核苷酸的序列 A．①→②→③→④→⑤→① B．⑤→④→③→②→①→② C．④→①→⑤→②→③→① D．②→③→⑤→①→②→④ 解析：選C　蛋白質(zhì)工程的操作流程為：從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列→找到相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列。 3．蛋白質(zhì)芯片可用于(　　) ①檢測(cè)血清樣品中的特異性抗體 ②檢測(cè)某人是否感染某種病原微生物 ③檢測(cè)體內(nèi)的特異性抗體的動(dòng)態(tài)變化 ④檢測(cè)所有傳染病菌 A．①②　　　　　　　　 　B．③④ C．①③④ D．①②③ 解析：選D　蛋

21、白質(zhì)芯片是用于檢測(cè)某人是否感染某種病原微生物的高效檢測(cè)系統(tǒng)，能檢測(cè)出送檢血清樣品中的特異性抗體、能夠檢測(cè)某人是否感染某種病原微生物，也能檢測(cè)體內(nèi)的特異性抗體的動(dòng)態(tài)變化。但一種蛋白質(zhì)芯片只能針對(duì)某種病原微生物進(jìn)行檢測(cè)，而不能檢測(cè)所有病原菌。 4．基因工程與蛋白質(zhì)工程的區(qū)別是(　　) A．基因工程需對(duì)基因進(jìn)行分子水平操作，蛋白質(zhì)工程不需對(duì)基因進(jìn)行操作 B．基因工程合成的是天然存在的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)工程合成的可以是自然界不存在的蛋白質(zhì) C．基因工程是分子水平操作，蛋白質(zhì)工程是細(xì)胞水平(或性狀水平)操作 D．基因工程完全不同于蛋白質(zhì)工程 解析：選B　蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延伸出來(lái)的第

22、二代基因工程。蛋白質(zhì)工程是從分子水平上對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)相應(yīng)的基因進(jìn)行修飾加工，甚至人工進(jìn)行基因合成，從而對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類生產(chǎn)和生活需求；而基因工程只是將外源基因?qū)肓硪簧矬w內(nèi)，并使之表達(dá)，體現(xiàn)人類所需的性狀，或者獲取所需的產(chǎn)品，基因工程原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。 5．科研人員通過(guò)蛋白質(zhì)工程來(lái)設(shè)計(jì)改變酶的構(gòu)象。在研究溶菌酶的過(guò)程中，得到了多種突變酶，測(cè)得酶50%發(fā)生變性時(shí)的溫度(Tm)，部分結(jié)果見下表： 酶 半胱氨酸(Cys)的位置和數(shù)目 二硫鍵數(shù)目 Tm/℃ 野生型T4溶菌酶 Cys51，Cys97 無(wú) 41.

23、9 突變酶C Cys21，Cys143 1 52.9 突變酶F Cys3，Cys9， Cys21，Cys142，Cys164 3 65.5 注：Cys右上角的數(shù)字表示半胱氨酸在肽鏈中的位置。 (1)溶菌酶熱穩(wěn)定性的提高，是通過(guò)改變________________________________________ 和增加________得以實(shí)現(xiàn)的。 (2)從熱穩(wěn)定性高的酶的氨基酸序列出發(fā)，利用________方法獲得目的基因，通過(guò)基因工程的手段，可以生產(chǎn)自然界中不存在的蛋白質(zhì)。 解析：(1)分析表格信息并比較3種酶的二硫鍵數(shù)目可以看出：二硫鍵數(shù)目越多，酶的熱穩(wěn)定性越高；

24、野生T4溶菌酶與突變酶C中半胱氨酸的位置不同，酶的熱穩(wěn)定性不同；野生型T4溶菌酶、突變酶C與突變酶F的半胱氨酸數(shù)目不同，酶的熱穩(wěn)定性不同。(2)從氨基酸序列出發(fā)可推測(cè)mRNA的堿基序列，進(jìn)一步推測(cè)基因的脫氧核苷酸序列，最后人工合成目的基因。 答案：(1)半胱氨酸的位置、數(shù)目　二硫鍵的數(shù)目 (2)人工合成(化學(xué)合成) [課下綜合檢測(cè)] 一、選擇題 1．下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說(shuō)法，錯(cuò)誤的是(　　) A．蛋白質(zhì)工程能定向改造蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)，使之更加符合人類需要 B．蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對(duì)蛋白質(zhì)分子直接進(jìn)行操作，定向改變分子的結(jié)構(gòu) C．蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生自然界中不曾存在的新型蛋白

25、質(zhì)分子 D．蛋白質(zhì)工程與基因工程密不可分，又稱為第二代基因工程 解析：選B　蛋白質(zhì)工程被稱為第二代基因工程，是對(duì)基因結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)地改造，從而產(chǎn)生新的蛋白質(zhì)，對(duì)蛋白質(zhì)直接改造，改造后不能夠遺傳，也不能大量生產(chǎn)。 2．蛋白質(zhì)工程中需要直接進(jìn)行操作的對(duì)象是(　　) A．氨基酸結(jié)構(gòu)　　　　　 　B．蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu) C．肽鏈結(jié)構(gòu) D．基因結(jié)構(gòu) 解析：選D　蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過(guò)基因修飾或基因合成，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活需求。因此，歸根到底，還是要對(duì)基因進(jìn)行改造。 3．人們發(fā)現(xiàn)蛛絲蛋白比蠶絲蛋白

26、更細(xì)，但強(qiáng)度卻更大，于是有人試圖通過(guò)破解蛛絲蛋白的結(jié)構(gòu)從而推出其基因結(jié)構(gòu)，以指導(dǎo)對(duì)蠶絲蛋白基因的修改，從而讓蠶也吐出像蛛絲一樣堅(jiān)韌的絲。此過(guò)程的名稱和依據(jù)的原理分別是(　　) A．基因突變：DNA→RNA→蛋白質(zhì) B．基因工程：RNA→RNA→蛋白質(zhì) C．基因工程：DNA→RNA→蛋白質(zhì) D．蛋白質(zhì)工程：蛋白質(zhì)→RNA→DNA→RNA→蛋白質(zhì) 解析：選D　通過(guò)修改已知蠶絲蛋白的基因，從而創(chuàng)造出全新的蛋白質(zhì)的過(guò)程屬于蛋白質(zhì)工程技術(shù)，其設(shè)計(jì)原理是：蛋白質(zhì)→RNA→DNA→RNA→蛋白質(zhì)。 4．關(guān)于蛋白質(zhì)工程的設(shè)計(jì)思路，說(shuō)法不正確的是(　　) A．從蛋白質(zhì)的功能推測(cè)蛋白質(zhì)應(yīng)有的結(jié)構(gòu)

27、B．從蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)推測(cè)氨基酸的排列順序 C．從氨基酸的排列順序推測(cè)基因中脫氧核苷酸的排列順序 D．蛋白質(zhì)工程完全不遵循中心法則 解析：選D　蛋白質(zhì)工程的基本途徑是根據(jù)中心法則反推出來(lái)的。 5．對(duì)于蛋白質(zhì)的改造類型有“大改”“中改”“小改”之分，其劃分依據(jù)是(　　) A．蛋白質(zhì)分子的復(fù)雜程度 B．操作過(guò)程的復(fù)雜程度 C．蛋白質(zhì)被改造部位的多少 D．蛋白質(zhì)數(shù)目的多少 解析：選C　利用基因工程的方法對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，根據(jù)蛋白質(zhì)被改造部位的多少，可以將蛋白質(zhì)的改造類型分為“大改”、“中改”和“小改”三種。 6．科學(xué)家將β-干擾素基因進(jìn)行定點(diǎn)突變導(dǎo)入大腸桿菌中表達(dá)，使干擾素第十七位的

28、半胱氨酸改變成絲氨酸，結(jié)果大大提高了β-干擾素的抗病活性，并且提高了儲(chǔ)存穩(wěn)定性。該生物技術(shù)為(　　) A．基因工程 B．蛋白質(zhì)工程 C．基因突變 D．組織培養(yǎng) 解析：選B　題目中的操作中涉及的基因顯然不再是原來(lái)的基因，其合成的β-干擾素也不是天然β-干擾素，而是經(jīng)過(guò)改造的、具有人類所需優(yōu)點(diǎn)的蛋白質(zhì)，因而整個(gè)過(guò)程利用的生物技術(shù)應(yīng)為蛋白質(zhì)工程。 7．某種微生物合成的蛋白酶與人體消化液中的蛋白酶的結(jié)構(gòu)和功能很相似，只是其熱穩(wěn)定性較差，進(jìn)入人體后容易失效?，F(xiàn)要將此酶開發(fā)成一種片劑，臨床治療食物消化不良，最佳方案是(　　) A．替換此酶中的少數(shù)氨基酸，以改善其功能 B．將此酶與人

29、蛋白酶進(jìn)行拼接，形成新的蛋白酶 C．重新設(shè)計(jì)與創(chuàng)造一種蛋白酶 D．減少此酶在片劑中的含量 解析：選A　要想使蛋白酶熱穩(wěn)定性有所提高，就要改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，此類問(wèn)題一般是對(duì)蛋白質(zhì)中的個(gè)別氨基酸進(jìn)行替換。 8．(廣東高考)從某海洋動(dòng)物中獲得一基因，其表達(dá)產(chǎn)物為一種抗菌性和溶血性均較強(qiáng)的多肽P1。目前在P1的基礎(chǔ)上研發(fā)抗菌性強(qiáng)但溶血性弱的多肽藥物，首先要做的是(　　) A．合成編碼目的肽的DNA片段 B．構(gòu)建含目的肽DNA片段的表達(dá)載體 C．依據(jù)P1氨基酸序列設(shè)計(jì)多條模擬肽 D．篩選出具有優(yōu)良活性的模擬肽作為目的肽 解析：選C　該基因的表達(dá)產(chǎn)物多肽P1的抗菌性和溶血性均很強(qiáng)，要研發(fā)

30、出抗菌性強(qiáng)但溶血性弱的多肽藥物，首先應(yīng)根據(jù)P1的氨基酸序列設(shè)計(jì)模擬肽，再構(gòu)建相應(yīng)的DNA片段。 二、非選擇題 9．下圖為蛋白質(zhì)工程操作的基本思路，請(qǐng)據(jù)圖回答問(wèn)題： (1)代表蛋白質(zhì)工程操作思路的過(guò)程是____________，代表中心法則內(nèi)容的是____________。(填寫數(shù)字) (2)寫出圖中各數(shù)字代表的生物學(xué)過(guò)程的名稱或內(nèi)容： ①____________，②____________，③____________， ④____________，⑤____________。 (3)蛋白質(zhì)工程的目的是______________________________________

31、_______________， 通過(guò)________________________________________________________________________實(shí)現(xiàn)。 (4)從圖中可以看出蛋白質(zhì)工程的基本途徑與中心法則是________的。 解析：天然蛋白質(zhì)合成的過(guò)程是按照中心法則進(jìn)行的，而蛋白質(zhì)工程的基本途徑與之相反，即從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列→找到相應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)。 答案(1)④⑤?、佗冖? (2)轉(zhuǎn)錄　翻譯　折疊　分子設(shè)計(jì)　DNA合成 (3)對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)　基因修飾或基因合成 (4)相反

32、 10．綠色熒光蛋白(GFP)能在藍(lán)光或紫外光的激發(fā)下發(fā)出熒光，這樣借助GFP發(fā)生的熒光就可以跟蹤蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)部的移動(dòng)情況，幫助推斷蛋白質(zhì)的功能。下圖為我國(guó)首例綠色熒光蛋白(GFP)轉(zhuǎn)基因克隆豬的培育過(guò)程示意圖，據(jù)圖回答： (1)圖中通過(guò)過(guò)程①、②形成重組質(zhì)粒，需要限制性核酸內(nèi)切酶切取目的基因、切割質(zhì)粒。限制性核酸內(nèi)切酶Ⅰ的識(shí)別序列和切點(diǎn)是—G↓GATCC—，限制性核酸內(nèi)切酶Ⅱ的識(shí)別序列和切點(diǎn)是—↓GATC—。在質(zhì)粒上有酶Ⅰ的1個(gè)切點(diǎn)，在目的基因的兩側(cè)各有1個(gè)酶Ⅱ的切點(diǎn)。 ①請(qǐng)畫出質(zhì)粒被限制性核酸內(nèi)切酶Ⅰ切割后形成黏性末端的過(guò)程。 ②在DNA連接酶的作用下，上述兩種不同限制性核酸內(nèi)

33、切酶切割后形成的黏性末端能否連接起來(lái)？________，理由是_______________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)過(guò)程③將重組質(zhì)粒導(dǎo)入豬胎兒成纖維細(xì)胞時(shí)，采用最多也最有效的方法是________。 (3)如果將切取的GFP基因與抑制小豬抗原表達(dá)的基因一起構(gòu)建到載體上，GFP基因可以作為基因表達(dá)載體上的標(biāo)記基因，其作用是______________________________________

34、__。 獲得的轉(zhuǎn)基因克隆豬，可以解決的醫(yī)學(xué)難題是________________________。 (4)目前科學(xué)家們通過(guò)蛋白質(zhì)工程制造出了藍(lán)色熒光蛋白、黃色熒光蛋白等，采用蛋白質(zhì)工程技術(shù)制造出藍(lán)色熒光蛋白過(guò)程的正確順序是：______________(用序號(hào)表示)。 ①推測(cè)藍(lán)色熒光蛋白的氨基酸序列和基因的核苷酸序列 ②藍(lán)色熒光蛋白的功能分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ③藍(lán)色熒光蛋白基因的修飾(合成) ④表達(dá)出藍(lán)色熒光蛋白 解析：(1)①書寫要關(guān)注DNA序列與限制性核酸內(nèi)切酶識(shí)別序列的區(qū)別，不要遺漏了酶和黏性末端的正確表達(dá)。②由于兩種限制性核酸內(nèi)切酶切割形成的黏性末端是相同的，可以互補(bǔ)配對(duì)，因此可用DNA連接酶進(jìn)行相互“縫合”。(2)基因工程中目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞的方法是顯微注射法。(3)基因表達(dá)載體上標(biāo)記基因的作用是為了鑒定受體細(xì)胞中是否含有目的基因；獲得轉(zhuǎn)基因豬，可以解決醫(yī)學(xué)上供體器官不足和免疫排斥問(wèn)題。(4)蛋白質(zhì)工程正確的操作過(guò)程是②①③④。 答案：(1)①(只寫出切割后形成的部分即可) ②可以連接　因?yàn)橛蓛煞N不同限制性核酸內(nèi)切酶切割后形成的黏性末端是相同的(或是可以互補(bǔ)的) (2)顯微注射法 (3)鑒定受體細(xì)胞中是否含有目的基因　供體器官不足和免疫排斥 (4)②①③④