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第三节　蛋白质工程
课标内容要求 核心素养对接
1.概述人们根据基因工程原理，进行蛋白质设计和改造，可以获得性状和功能更符合人类需求的蛋白质。2.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。 生命观念：依据中心法则和蛋白质的结构与功能的联系，说明基因的碱基序列－氨基酸的排列顺序－蛋白质的结构－蛋白质的功能之间的关系。科学思维：尝试根据人类需要的蛋白质功能，通过蛋白质工程设计改造某一蛋白质的设计流程。社会责任：通过学习了解蛋白质工程取得的成果和发展前景，激发学生学习兴趣，培养学生攻坚克难、造福社会的志向与信心。
一、蛋白质工程是基因工程的延伸
1．概念：指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础，对编码该蛋白的基因进行有目的的设计改造，以改造现有蛋白质或制造新的蛋白质。
2．过程
3．结果：生产出符合人们生产和生活需要的、自然界中不存在的蛋白质。
4．蛋白质工程首先要获取基因和蛋白质的结构数据
(1)GenBank是目前全球最为著名的生物大分子数据库。
(2)GenPept是由GenBank中的核酸序列翻译而得到的蛋白质序列数据库。
(3)Entrez数据库查询系统是一个将核酸、蛋白质序列和基因图谱、蛋白质结构数据库整合在一起的综合数据库查询系统。
5．通过基因改造生产目标蛋白质
(1)大面积的定向突变：一般采用基因全合成的方法。
(2)含有单一或少数几个突变位点的定向突变
①方法：引物定点引入法。
②实质：是一种寡聚核苷酸介导的定点诱变，能在克隆基因内直接产生各种点突变和区域突变，从而有目的地改造蛋白质分子中某活性部位的一个或几个氨基酸残基，最终达到改善蛋白质的性质和功能的目的。
(3)非定点诱变技术
特点：目的性和针对性不强，突变位点多，有时会产生意想不到的改造效果。
二、蛋白质工程的设计思路与应用
1．提高蛋白质(酶)的稳定性
(1)引入二硫键能显著提高蛋白质(酶)的稳定性。
(2)转换氨基酸残基可提高蛋白质(酶)的稳定性。
2．改善酶的催化活性
(1)转换氨基酸残基是改善酶催化活性的一种主要思路。
(2)删除末端部分氨基酸序列或某些肽段等也可以改善某些酶的催化活性。
3．消除酶的被抑制特性
转换氨基酸残基可以消除酶的被抑制特性。
判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)
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。 (　　)
×　提示：蛋白质工程中直接改造的是基因，不是蛋白质。
2．蛋白质工程能产生自然界中不存在的新型蛋白质分子。 (　　)
[答案]　√
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。 (　　)
[答案]　√
4．基因工程遵循中心法则，而蛋白质工程不遵循。 (　　)
×　提示：蛋白质工程的基本思路是按照中心法则相反的过程进行的。
5．根据某多肽链的一段氨基酸序列，可以很容易地确定控制该肽链合成的基因的脱氧核苷酸序列。 (　　)
×　提示：由于密码子的简并性，根据某多肽链的一段氨基酸序列，不能确定基因的脱氧核苷酸序列。
6．大面积的定向突变一般采用引物定点引入法。 (　　)
×　提示：大面积的定向突变一般采用基因全合成的方法。
7．引入二硫键和转换氨基酸残基均可有效提高蛋白质的稳定性。 (　　)
[答案]　√
　蛋白质工程与基因工程的比较
项目 蛋白质工程 基因工程
区别 起点 预期蛋白质功能 目的基因
过程 预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质 获取目的基因→构建基因表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
实质 通过改造相应的基因达到对蛋白质进行改造的目的 基因重组
结果 可以创造出自然界不存在的蛋白质 生产自然界已存在的蛋白质
应用及现状 ①主要集中在对现有蛋白质进行改造上，如干扰素、天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶等②对创造新的蛋白质还有许多技术难题未突破，因为蛋白质高级结构非常复杂，人们对此知之甚少 ①已被广泛应用，如转基因植物、动物、药品生产等已商业化②基因治疗仅处于初期的临床试验阶段
联系 ①蛋白质工程获得目的基因后，需要通过基因工程获得预期蛋白质②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
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，而且改造过的基因可以遗传下去。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守中心法则，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→蛋白质应用的高级结构→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。
1．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存在的蛋白质，蛋白质工程合成的不是天然存在的蛋白质
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)操作
D．基因工程完全不同于蛋白质工程
B　[基因工程和蛋白质工程均是对基因进行操作，A错误。基因工程合成的是天然存在的蛋白质，蛋白质工程可以合成非天然存在的蛋白质，B正确。基因工程和蛋白质工程都是分子水平的操作，C错误。基因工程是将一种生物的基因转移到另一种生物体内，产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状，但只能生产自然界已存在的蛋白质；蛋白质工程是通过修改基因或创造合成新基因来合成新的蛋白质，改变生物的遗传性状，蛋白质工程不完全同于基因工程，蛋白质工程被称为第二代基因工程，D错误。]
2．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)根据题意可知，对蛋白质的氨基酸序列(或结构)进行改造，可达到改变蛋白质的功能的目的。(2)以P基因序列为基础，获得P1基因，可以对P基因进行修饰改造，也可以用人工方法合成P1基因；中心法则的全部内容包括DNA和RNA的复制、DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质。(3)蛋白质工程的基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过设计蛋白质结构和推测氨基酸序列，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，并获取基因。经表达的蛋白质，要对其进行生物功能鉴定。
[答案]　(1)氨基酸序列(或结构)　(2)P　P1　DNA和RNA(或遗传物质)　DNA→RNA、RNA→DNA、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
“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或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，则为蛋白质工程。
[课堂小结]
知 识 网 络 构 建 核 心 语 句 背 诵
1.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为基础，对编码该蛋白的基因进行有目的的设计改造，以改造现有蛋白质或制造新的蛋白质。2.蛋白质工程的一般过程是先根据蛋白质的预期功能设计蛋白质的结构，进而设计对应的氨基酸序列，在此基础上改造或合成可以产生新蛋白质的相关DNA序列，再利用基因工程技术合成新的蛋白质。3.基因工程只能生产自然界中已经存在的蛋白质，蛋白质工程可以创造出自然界中不存在的蛋白质。4.蛋白质工程首先要获取基因和蛋白质的结构数据，通过基因改造生产目标蛋白质。5.蛋白质工程可提高蛋白质(酶)的稳定性、改善酶的催化活性、消除酶的被抑制特性。
1．蛋白质工程中需要直接进行操作的对象是(　　)
A．氨基酸结构　　　　 B．蛋白质空间结构
C．肽链结构 D．基因结构
D　[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。因此蛋白质工程最终还是要对基因进行改造。]
2．蛋白质工程在设计蛋白质结构时依据的是(　　)
A．基因功能 B．蛋白质功能
C．氨基酸序列 D．mRNA密码子序列
B　[蛋白质工程依据蛋白质功能，设计蛋白质结构，再推测并合成相应的基因。]
3．蛋白质工程的基本操作程序正确的是(　　)
①蛋白质分子结构合成　②DNA合成　③mRNA合成　④蛋白质的预期功能　⑤根据氨基酸的序列推出脱氧核苷酸的序列
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
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。]
4．大引物PCR定点突变常用来研究蛋白质结构改变导致的功能变化。单核苷酸的定点诱变仅需进行两轮PCR反应即可获得，第一轮加诱变引物和侧翼引物，第一轮产物作第二轮PCR扩增的大引物，过程如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A．第一轮PCR过程中退火所用的温度与第二轮PCR退火的温度是一样的
B．PCR扩增的定点诱变产物通常需要连接到载体分子上才能表达出相应的性状，该定点诱变产物需具备起始密码、终止密码等结构才能进行转录和翻译
C．第二轮PCR所用的引物是第一轮PCR的产物DNA的两条链
D．将某功能蛋白的第17位Cys(UGU)改造成Ser(UCU)，属于蛋白质工程
D　[为了使两轮PCR反应在同一支试管中进行，引物设计时应考虑不同的退火温度，第二轮PCR的退火温度应该比第一轮高，A错误；若要使得目的基因可以表达出蛋白质，则需要在产物上具备启动子和终止子(而非起始密码和终止密码)，诱导基因转录和翻译，B错误；第一轮产物作第二轮PCR扩增的大引物外，第二轮PCR仍需加入的引物是另一种侧翼引物，以便进行另一条链的延伸，C错误；欲将某功能蛋白的第17位Cys(UGU)改造成Ser(UCU)，应将诱变引物设计包含—AGA—或—TCT—序列，该过程属于蛋白质工程技术范畴，D正确。]
5．糖尿病是近年来高发的“富贵病”，常见类型有遗传型糖尿病和Ⅱ型糖尿病。遗传型糖尿病的主要病因之一是胰岛受损。科研机构做出如下设计：取糖尿病患者的细胞，将人的正常胰岛素基因导入其中，然后进行细胞培养，诱导产生胰岛组织，重新植入患者的胰岛，使胰岛恢复功能。Ⅱ型糖尿病需要注射胰岛素治疗。目前临床使用的胰岛素制剂注射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，速效胰岛素已通过临床试验。
(1)对遗传型糖尿病进行基因治疗的方案中，胰岛素基因称为________，实验室中要先对该基因利用________技术进行扩增。将该基因导入正常细胞所用的方法是________。
(2)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________________。
(3)与基因工程相比，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__________或基因________，对现有蛋白质进行________，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产生活需要。
[解析]　(1)根据题意，在进行基因治疗时，胰岛素基因是目的基因，在体外条件下可利用PCR技术对其进行扩增，在基因工程中将目的基因导入动物细胞的常用方法是显微注射法。(2)根据蛋白质工程的流程示意图，可知整个流程是根据预期蛋白质的功能设计蛋白质的三维结构，然后推测相应的氨基酸序列，并找到相应的脱氧核苷酸序列，最后合成相应的蛋白质。(3)与基因工程相比，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，以满足人类的生产生活需要。
[答案]　(1)目的基因　PCR　显微注射法　(2)预期蛋白质的功能　相应的氨基酸序列　(3)修饰　合成　改造
9/9课后素养落实(十五)　蛋白质工程
(建议用时：40分钟)
题组一　蛋白质工程是基因工程的延伸
1．合成天然不存在的蛋白质应首先设计(　　)
A．基因结构 　　　　 B．RNA结构
C．氨基酸序列 D．蛋白质结构
D　[合成天然不存在的蛋白质属于蛋白质工程。实施蛋白质工程的前提是了解蛋白质的结构与功能的关系，首先要从设计蛋白质的结构入手，然后再根据基因工程的方法通过基因修饰或基因合成，合成相应的蛋白质，从而实现对蛋白质的改造。]
2．下列关于蛋白质工程的叙述，错误的是(　　)
A．蛋白质工程的实质是改造基因
B．蛋白质工程在设计蛋白质结构时的依据是现有基因的脱氧核苷酸序列
C．蛋白质工程的基础是基因工程
D．蛋白质工程遵循的原理包括中心法则
B　[蛋白质工程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，然后根据设计的蛋白质结构，合成出特定的脱氧核苷酸序列。]
3．下列哪项不是蛋白质工程的研究内容(　　)
A．分析蛋白质分子的精细结构
B．对蛋白质进行有目的的改造
C．分析氨基酸的化学组成
D．按照人的意愿将天然蛋白质改造成新的蛋白质
C　[本题考查蛋白质工程的原理。蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构和生物活性之间的关系，按照人的意愿改造蛋白质分子，形成自然界不存在的蛋白质分子。为了改造某种蛋白质分子，必须对其精细结构进行分析，但不包括对组成蛋白质的氨基酸的化学组成的分析。]
4．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．通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍是天然的蛋白质
C．蛋白质工程需要限制性内切核酸酶和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
C　[蛋白质工程的基本流程：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)。这是蛋白质工程特有的途径，接下来是按照基因工程的一般步骤进行。因此，基因工程技术利用的工具(限制酶、DNA连接酶、载体)以及操作流程也适用于蛋白质工程技术中，A项错误，C项正确；蛋白质工程生产的蛋白质是改造后的蛋白质或者是新的蛋白质，B项错误；蛋白质工程的操作对象是基因，属于分子水平，D项错误。]
5．下列关于蛋白质工程的叙述，不正确的是(　　)
A．可以根据人类的需要，设计并制造出自然界不存在的全新蛋白质
B．可以根据功能的需要替代蛋白质中的某一个肽段或一个特定的结构区域
C．可以通过基因工程间接地改造蛋白质中特定的一个或几个氨基酸
D．可以通过人工化学合成的方法直接对蛋白质的氨基酸进行改造
D　[蛋白质工程是在原有蛋白质的基础上，根据人们的需求对蛋白质分子作出的定向的改造，可以设计并制造出自然界不存在的全新蛋白质，A正确；蛋白质工程可以根据功能的需要替代蛋白质中的某一个肽段或一个特定的结构区域，B正确；可以通过基因工程有目的地改造蛋白质中特定的一个或几个氨基酸，以获得人类所需要的目的蛋白质，C正确；蛋白质工程属于第二代基因工程，不能通过人工化学合成的方法直接对蛋白质的氨基酸进行改造，D错误。]
6．干扰素是动物体内的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染和癌症，但体外保存相当困难。如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可在－70 ℃条件下保存半年，给广大患者带来福音。
(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”：(填写在方框内)
(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，主要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，还是对基因进行操作来实现？________。其原因是_________________________________
_______________________________________(答出1点即可)。
[解析]　(1)蛋白质工程的前期操作流程是：预期蛋白质的功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列。(2)基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质，这种蛋白质可能不符合人类生产和生活的需要，而蛋白质工程既可以通过基因改造生产出改造后的符合需要的蛋白质，也可以通过基因合成生产出自然界不存在的符合需要的蛋白质。(3)蛋白质的空间结构十分复杂，根据预期功能来推测蛋白质结构相当困难。(4)蛋白质工程直接操作的对象是基因，应该通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造。①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。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。
[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　相对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　基因改造　基因合成　改造　(3)空间(或高级)　(4)对基因进行操作　改造基因才会遗传，改造蛋白质不遗传(或基因改造比蛋白质改造容易操作)
题组二　蛋白质工程的设计思路与应用
7．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
C　[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。]
8．下列有关蛋白质工程的叙述，不正确的是(　　)
A．利用蛋白质工程改造蛋白质具有广阔的应用前景
B．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
C．T4溶菌酶中引入二硫键提高了它的热稳定性是蛋白质工程应用的体现
D．通过转换氨基酸残基可以改善酶的催化活性，消除酶被抑制特性
B　[利用蛋白质工程改造蛋白质具有广阔的应用前景，A项正确；通过蛋白质工程，可产生自然界没有的蛋白质，B项错误；T4溶菌酶中引入二硫键提高了它的热稳定性是蛋白质工程应用的体现，C项正确；通过转换氨基酸残基可以改善酶的催化活性，消除酶被抑制特性，D项正确。]
9．下列关于蛋白质工程应用的叙述不正确的是(　　)
A．蛋白质工程可以改造酶的结构，提高酶的热稳定性
B．通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性
C．利用蛋白质工程可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素
D．蛋白质工程可以对胰岛素进行改造和修饰，合成速效型胰岛素制剂
C　[蛋白质工程是依据人们设计的蛋白质分子的结构来改造基因，进而控制合成新的蛋白质或改变自然界中的蛋白质，而在大肠杆菌中生产人胰岛素利用基因工程技术便可达到。]
10．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
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。]
11．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，以指导对蚕丝蛋白的修改，从而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
D　[根据题干信息“通过破解蛛丝蛋白的结构从而推测出其相应的基因结构，以指导对蚕丝蛋白的修改，从而让蚕也吐出像蛛丝蛋白一样坚韧的丝”可知，该工程运用的技术是蛋白质工程，操作的流程是蛋白质→RNA→DNA→RNA→蛋白质。D正确。]
12．科学家对鼠源杂交瘤抗体进行改造，生产出效果更好的鼠 人嵌合抗体，用于癌症治疗。下图表示形成鼠 人嵌合抗体的过程，据图回答问题。
(1)改造鼠源杂交瘤抗体，生产鼠 人嵌合抗体，属于____________(生物工程)的范畴。
(2)图示过程是根据预期的________________，设计________________，最终必须对________进行操作，此操作中改变的是________________________。
(3)经过改造的鼠 人嵌合抗体，与鼠源杂交瘤抗体相比较，突出的优点是__________________(从免疫角度考虑)。
(4)上述过程中对科学家来说难度最大的是_________________________。
[解析]　(1)通过题图可知鼠 人嵌合抗体是通过人工设计而形成的具有特定功能的蛋白质，其生产过程应属于蛋白质工程的范畴。
(2)蛋白质工程的流程：预期蛋白质的功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)→通过基因工程操作生产预期的蛋白质。
(3)从免疫的角度考虑，对人体来说鼠源抗体为抗原，若利用人的抗体与之嵌合，则排斥作用会减轻，对人体的副作用会减少。
(4)由于蛋白质空间结构比较复杂，不易确定，所以成为蛋白质工程中最大的障碍。
[答案]　(1)蛋白质工程　(2)嵌合抗体的功能　嵌合抗体的结构　基因　脱氧核苷酸的排列顺序　(3)对人体的不良反应减少　(4)设计嵌合抗体的空间结构
13．猪的胰岛素用于降低人体血糖浓度效果不明显，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，用蛋白质工程的蛋白质分子设计的最佳方案是(　　)
A．对猪胰岛素中不同于人的那个氨基酸进行替换
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
A　[由于猪胰岛素分子中只有一个氨基酸与人胰岛素不同，所以蛋白质工程中蛋白质的分子设计，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的结构设计一种全新的胰岛素也可以用于临床治疗，但分子设计和胰岛素的生产方面都存在很多困难，所以不是最佳方案。]
14．葡萄糖异构酶在工业上应用广泛，为提高其热稳定性，科学家在确定第138位甘氨酸为目标氨基酸后，对葡萄糖异构酶基因进行体外定点诱变，以脯氨酸138替代甘氨酸138，含突变体的重组质粒在大肠杆菌中表达，结果突变型葡萄糖异构酶比野生型的最适反应温度提高10 ℃～12 ℃，酶的热稳定性得到了提高。请根据以下图示分析回答问题：
(1)对葡萄糖异构酶进行定点诱变的过程体现了______和________现代生物技术的综合运用。
(2)Ⅰ的名称叫________；其组成包括了目的基因、________、________、复制原点和________。
(3)目的基因经过体外定点诱变后，为了提高其导入大肠杆菌的成功率，需用________处理大肠杆菌。
(4)与正常基因相比，经过定点诱变后的基因中发生了两对碱基的________。
[解析]　(1)蛋白质工程指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。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。由于葡萄糖异构酶发生了变化，所以该过程属于蛋白质工程。因此对葡萄糖异构酶进行定点诱变的过程体现了蛋白质工程和基因工程现代生物技术的综合运用。
(2)图中Ⅰ是基因表达载体，至少包括目的基因、启动子、终止子、标记基因和复制原点。
(3)将目的基因导入微生物细胞时，常采用感受态细胞法，即用Ca2＋处理大肠杆菌，使大肠杆菌处于易于吸收周围环境中DNA分子的感受态，进而将目的基因导入受体细胞。
(4)由图可知，脯氨酸与甘氨酸的密码子有两个碱基不同，所以基因中发生了两对碱基的替换。
[答案]　(1)蛋白质工程　基因工程　(2)基因表达载体　启动子　终止子　标记基因　(3)Ca2＋　(4)替换
蛋白质工程和基因工程区分不清
15．下列关于蛋白质工程和基因工程的比较，不合理的是(　　)
A．蛋白质工程的操作起点是从预期的蛋白质功能出发，设计出相应的基因，并借助基因工程实现
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改造或基因合成来完成
C．当得到可以在－70 ℃条件下保存半年的干扰素后，在相关酶、氨基酸和适宜的温度、pH条件下，干扰素可以大量自我合成
D．基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的
C　[蛋白质工程的操作起点是从预期的蛋白质功能出发，设计预期的蛋白质结构，进而设计出相应的基因，并借助基因工程实现，选项A正确。基因工程生产的自然界已存在的蛋白质不能完全符合人类需要，因此催生了蛋白质工程，但由于基因决定蛋白质，因此蛋白质工程最终还是要通过基因改造或基因合成来完成，选项B正确。干扰素作为一种表达产物，其化学本质为蛋白质，蛋白质不具有自我合成的能力，选项C错误。基因工程产生的变异即为基因重组，目的基因转入后便可以随宿主的基因一同表达并遗传给后代，蛋白质工程最终也要通过基因来改造，因此蛋白质工程产生的变异也可以遗传，选项D正确。]
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