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第三节　蛋白质工程
[学习目标]　1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。2.简述蛋白质工程的基本原理。
1．蛋白质工程的一般过程
(1)概念：蛋白质工程是指以蛋白质分子的______规律及其与生物______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________现有蛋白质或制造______的蛋白质。
(2)蛋白质工程的一般过程
新蛋白质预期功能―→蛋白质三维结构氨基酸序列(多肽链)基因(DNA)新蛋白质功能
(3)基因工程的不足
①原则上只能生产自然界中已经______的蛋白质。
②生产的蛋白质不一定符合人们生产和生活的需要。
(4)蛋白质工程的优势
①能更充分地利用自然界中____________的蛋白质。
②能在分子水平上对蛋白质进行______________，进而创造出自然界中____________的蛋白质。
(5)实例：将水蛭素第47位天冬酰胺变成赖氨酸或精氨酸时，其抗凝血效率可提高4倍。
2．蛋白质工程首先要获取基因和蛋白质的结构数据
(1)GenBank生物大分子数据库
①序列文件的基本单位是__________，包括核苷酸__________和注释两部分。
②GenPept是由GenBank中的核酸序列翻译而得到的__________序列数据库。
(2)Entrez数据库查询系统是一个将核酸、蛋白质序列和__________、蛋白质________数据库整合在一起的综合数据库查询系统。
3．通过基因改造生产目标蛋白质
(1)基因的体外定向突变
①适用对象：掌握了基本____________的蛋白质。
②类型
目的 方法
大面积的定向突变
单一或少数几个突变位点的基因定向突变 ________________(定点诱变法)
③定点诱变法的过程示意图
(2)非定点诱变技术
①适用对象：不能预先确定__________的蛋白质。
②缺点：目的性和____________不够强。
③优点：突变位点______，有时会产生意想不到的改造效果。
4．蛋白质工程的设计思路与应用
应用 思路 原理 实例
提高蛋白 质(酶)的 稳定性 在蛋白质 分子中引 入______ 二硫键是稳定蛋白质分子空间结构最关键的一种共价键，可显著提高______的稳定性 向T4溶菌酶引入二硫键能提高T4溶菌酶的热稳定性
提高蛋白 质(酶)的 稳定性 转换氨基 酸残基 在不影响酶催化活性的前提下，将天冬酰胺和谷氨酰胺残基(高温下易发生______反应)转换为其他合适的氨基酸残基，可以提高蛋白质的热稳定性 酵母菌的丙糖磷酸异构酶的两个亚基中各含有两个天冬酰胺残基，分别用______和____________替代，大幅度提高了酶的热稳定性
改善酶的 催化活性 转换氨基酸残基、删除末端部分____________或某些肽段等 酶的催化活性中心附近有少数关键性氨基酸残基，在很大程度上决定了酶的催化活性 将嗜热芽孢杆菌酪氨酰－tRNA合成酶分子中的一个苏氨酸残基改变为________或____________时，酶的活性大幅提高
消除酶 的被抑 制特性 转换____________ 通过转换氨基酸残基可以消除酶的被抑制特性 枯草芽孢杆菌蛋白酶会因漂白剂的抑制作用而无法用作洗涤添加剂。如果将该酶分子中第222位的甲硫氨酸残基转换成______________或____________，酶的活性将不再受漂白剂的抑制
判断正误
(1)蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质(　　)
(2)蛋白质工程的过程实际是中心法则的逆推(　　)
(3)定点诱变技术可用于各种蛋白质的改造(　　)
(4)通过向T4溶菌酶中引入二硫键可以提高该酶的催化活性(　　)
任务一：分析蛋白质工程的一般过程和设计思路
对照下面蛋白质工程的基本过程，分析回答下列问题：
(1)基因工程合成的蛋白质有哪些不足？
________________________________________________________________________
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(2)对天然蛋白质进行改造是通过对基因的操作来实现，分析其原因。
________________________________________________________________________
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(3)T4溶菌酶是一种重要的工业用酶，但是它在温度较高时容易失去活性。从蛋白质结构的角度，尝试提出提高T4溶菌酶热稳定性的设计思路。
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任务二：分析重叠延伸PCR定点突变技术
重叠延伸PCR是发展最早的PCR定点突变技术(如图所示，图中①②③表示过程，a、b、c表示DNA分子)。该技术要使用四条引物，其中引物2和3的突起处代表与模板链不能互补的突变位点。首先，分别利用引物1和2、引物3和4进行PCR后，得到的DNA片段可以通过碱基互补配对结合在一起，再在DNA聚合酶的作用下延伸，就能成为一条完整的DNA片段。最后，用引物1和4进行扩增得到含有突变位点的DNA片段。回答下列问题：
(1)引物2和3的碱基序列有什么关系？
________________________________________________________________________
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(2)过程③中首先使用DNA聚合酶延伸成为一条完整的DNA片段是否需要加入引物？并说明原因？
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1．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 新蛋白质预期功能→设计蛋白质结构→设计对应的氨基酸序列→改造或合成可以产生新蛋白质的相关DNA序列→合成新的蛋白质 目的基因的获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因及其表达产物的检测鉴定
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，以获得人类所需要的新的生物类型和生物产品
结果 生产非天然的蛋白质 生产自然界已经存在的蛋白质
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
2.大引物PCR定点突变技术
大引物PCR需要用到三条引物进行两轮PCR，这三条引物分别是突变上游引物、常规上游引物和常规下游引物(该技术的流程如图所示)。第一轮PCR利用突变上游引物和常规下游引物进行扩增，得到不完整的含有突变位点的DNA片段；第二轮PCR利用第一轮扩增产物中的一条DNA链作为下游大引物，它与常规上游引物一起扩增得到完整的含有突变位点的DNA片段。
1．(2024·徐州高二期末)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。下列叙述错误的是(　　)
A．改造纤维素酶也需要构建基因表达载体
B．对纤维素酶的改造是通过直接改造mRNA实现的
C．经改造后的纤维素酶热稳定性提高这一性状可遗传
D．蛋白质工程可以改造现有蛋白质或者制造新的蛋白质
2．基因定点突变的目的是通过定向地改变基因内一个或少数几个碱基来改变多肽链上一个或几个氨基酸。该技术是蛋白质工程的重要技术。如图为利用PCR技术进行定点突变的流程，相关叙述错误的是(　　)
A．由于基因决定蛋白质，因此要对蛋白质的结构进行设计改造，最终必须通过改造或合成基因来完成
B．酶①应为热稳定的DNA聚合酶，引物X和Y应该为引物2和4
C．可以将引物1、引物2、引物3和引物4置于同一个反应系统中同时进行第一个阶段的反应，进而缩短实验时间
D．利用图示流程技术可以将两个不同的基因拼接到一起
答案精析
梳理教材新知
1．(1)结构　功能　改造　新　(3)①存在　(4)①存在　②再设计和改造　不存在　
2．(1)①序列条目　排列顺序　②蛋白质　(2)基因图谱　结构
3．(1)①结构信息　②基因全合成　引物定点引入法　③引物　突变　DNA聚合酶　DNA连接酶　受体细胞　转录　突变　(2)①诱变位点　②针对性　③多　
4．二硫键　蛋白质　脱氨　苏氨酸　异亮氨酸残基　氨基酸序列　丙氨酸　脯氨酸残基　氨基酸残基　半胱氨酸残基　丙氨酸残基　
判断正误
(1)√　(2)√　(3)×　(4)×
提示　(3)定点诱变技术可用于预先确定诱变位点(蛋白质分子中某活性部位的一个或几个氨基酸残基)的蛋白质。(4)通过向T4溶菌酶中引入二硫键可以提高该酶的热稳定性。
探究核心知识
任务一
(1)原则上只能生产自然界中已经存在的蛋白质。天然蛋白质的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。
(2)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能会遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，但被改造过的蛋白质分子也是无法遗传的。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。
(3)思路一：向该蛋白酶中引入二硫键。思路二：将该蛋白酶中的天冬酰胺和谷氨酰胺残基转换为其他合适的氨基酸残基。
任务二
(1)引物2和3中存在互补的片段。
(2)不需要，分别以c的两条单链为引物进行延伸。
落实思维方法
1．B　[蛋白质工程是对编码蛋白质的基因进行有目的的设计改造(而不是直接改造mRNA)，然后进行表达，故必须构建基因表达载体，A正确，B错误。]
2．C　[基因控制蛋白质的合成，因此要对蛋白质的结构进行设计改造，最终必须通过改造或合成基因来完成，A正确；酶①要在高温条件下延伸DNA，所以酶①为热稳定的DNA聚合酶，由图可知，要得到两条链一样长的DNA单链，应选择引物2和引物4，所以引物X和Y应该为引物2和4，B正确；由图可知，引物1和引物3存在互补配对片段，置于同一个反应系统时它们会发生结合而失去作用，C错误；图示的过程为重叠延伸PCR技术，可以利用重叠互补引物将两个不同的基因拼接到一起，D正确。](共64张PPT)
第三节
第三章 基因工程
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蛋白质工程
学习目标
1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。
2.简述蛋白质工程的基本原理。
梳理　教材新知
1.蛋白质工程的一般过程
(1)概念：蛋白质工程是指以蛋白质分子的 规律及其与生物 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 现有蛋白质或制造 的蛋白质。
(2)蛋白质工程的一般过程
新蛋白质预期功能―→蛋白质三维结构 氨基酸序列(多肽链)
结构
功能
改造
新
(3)基因工程的不足
①原则上只能生产自然界中已经 的蛋白质。
②生产的蛋白质不一定符合人们生产和生活的需要。
(4)蛋白质工程的优势
①能更充分地利用自然界中 的蛋白质。
②能在分子水平上对蛋白质进行 ，进而创造出自然界中
的蛋白质。
(5)实例：将水蛭素第47位天冬酰胺变成赖氨酸或精氨酸时，其抗凝血效率可提高4倍。
存在
存在
再设计和改造
不存在
2.蛋白质工程首先要获取基因和蛋白质的结构数据
(1)GenBank生物大分子数据库
①序列文件的基本单位是 ，包括核苷酸 和注释两部分。
②GenPept是由GenBank中的核酸序列翻译而得到的 序列数据库。
(2)Entrez数据库查询系统是一个将核酸、蛋白质序列和 、蛋白质 数据库整合在一起的综合数据库查询系统。
序列条目
排列顺序
蛋白质
基因图谱
结构
3.通过基因改造生产目标蛋白质
(1)基因的体外定向突变
①适用对象：掌握了基本 的蛋白质。
②类型
结构信息
目的 方法
大面积的定向突变 ___________
单一或少数几个突变位点的基因定向突变 (定点诱变法)
基因全合成
引物定点引入法
③定点诱变法的
过程示意图
引物
突变
DNA聚合酶
DNA连接酶
受体细胞
转录
突变
(2)非定点诱变技术
①适用对象：不能预先确定 的蛋白质。
②缺点：目的性和 不够强。
③优点：突变位点 ，有时会产生意想不到的改造效果。
诱变位点
针对性
多
4.蛋白质工程的设计思路与应用
应用 思路 原理 实例
提高蛋白质(酶)的稳定性 在蛋白质分子中引入_______ 二硫键是稳定蛋白质分子空间结构最关键的一种共价键，可显著提高 的稳定性 向T4溶菌酶引入二硫键能提高T4溶菌酶的热稳定性
提高蛋白质(酶)的稳定性 转换氨基酸残基 在不影响酶催化活性的前提下，将天冬酰胺和谷氨酰胺残基(高温下易发生 反应)转换为其他合适的氨基酸残基，可以提高蛋白质的热稳定性 酵母菌的丙糖磷酸异构酶的两个亚基中各含有两个天冬酰胺残基，分别用
和_____________替代，大幅度提高了酶的热稳定性
二硫键
蛋白质
脱氨
苏氨酸
异亮氨酸残基
应用 思路 原理 实例
改善酶的催化活性 转换氨基酸残基、删除末端部分________ ______或某些肽段等 酶的催化活性中心附近有少数关键性氨基酸残基，在很大程度上决定了酶的催化活性 将嗜热芽孢杆菌酪氨酰－tRNA合成酶分子中的一个苏氨酸残基改变为_______或 时，酶的活性大幅提高
氨基酸
序列
丙氨酸
脯氨酸残基
应用 思路 原理 实例
消除酶的被抑制特性 转换______ _____ 通过转换氨基酸残基可以消除酶的被抑制特性 枯草芽孢杆菌蛋白酶会因漂白剂的抑制作用而无法用作洗涤添加剂。如果将该酶分子中第222位的甲硫氨酸残基转换成 或
，酶的活性将不再受漂白剂的抑制
氨基酸
残基
半胱氨酸残基
丙氨酸残基
(1)蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质(　　)
(2)蛋白质工程的过程实际是中心法则的逆推(　　)
(3)定点诱变技术可用于各种蛋白质的改造(　　)
提示　定点诱变技术可用于预先确定诱变位点(蛋白质分子中某活性部位的一个或几个氨基酸残基)的蛋白质。
(4)通过向T4溶菌酶中引入二硫键可以提高该酶的催化活性(　　)
提示　通过向T4溶菌酶中引入二硫键可以提高该酶的热稳定性。
√
√
×
×
任务一：分析蛋白质工程的一般过程和设计思路
对照下面蛋白质工程的基本过程，分析回答下列问题：
(1)基因工程合成的蛋白质有哪些不足？
探究　核心知识
提示　原则上只能生产自然界中已经存在的蛋白质。天然蛋白质的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。
(2)对天然蛋白质进行改造是通过对基因的操作来实现，分析其原因。
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能会遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，但被改造过的蛋白质分子也是无法遗传的。
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。
(3)T4溶菌酶是一种重要的工业用酶，但是它在温度较高时容易失去活性。从蛋白质结构的角度，尝试提出提高T4溶菌酶热稳定性的设计思路。
提示　思路一：向该蛋白酶中引入二硫键。思路二：将该蛋白酶中的天冬酰胺和谷氨酰胺残基转换为其他合适的氨基酸残基。
任务二：分析重叠延伸PCR定点突变技术
重叠延伸PCR是发展最早的PCR定点突变技术(如图所示，图中①②③表示过程，a、b、c表示DNA分子)。该技术要使用四条引物，其中引物2和3的突起处代表与模板链不能互补的突变位点。首先，分别利用引物1和2、引物3和4进行PCR后，得到的DNA片段可
以通过碱基互补配对结合在一起，再在
DNA聚合酶的作用下延伸，就能成为一条
完整的DNA片段。最后，用引物1和4进行
扩增得到含有突变位点的DNA片段。回答
下列问题：
(1)引物2和3的碱基序列有什么关系？
提示　引物2和3中存在互补的片段。
(2)过程③中首先使用DNA聚合酶延伸成为一条完整的DNA片段是否需要加入引物？并说明原因？
提示　不需要，分别以c的两条单链为引物进行延伸。
核心归纳
1.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 新蛋白质预期功能→设计蛋白质结构→设计对应的氨基酸序列→改造或合成可以产生新蛋白质的相关DNA序列→合成新的蛋白质 目的基因的获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因及其表达产物的检测鉴定
核心归纳
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，以获得人类所需要的新的生物类型和生物产品
结果 生产非天然的蛋白质 生产自然界已经存在的蛋白质
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
核心归纳
2.大引物PCR定点突变技术
大引物PCR需要用到三条引物进行两轮PCR，这三条引物分别是突变上游引物、常规上游引物和常规下游引物(该技术的流程如图所示)。第一轮PCR利用突变上游引物和常规下游引物进行扩
增，得到不完整的含有突变位点的DNA片段；
第二轮PCR利用第一轮扩增产物中的一条DNA
链作为下游大引物，它与常规上游引物一起扩
增得到完整的含有突变位点的DNA片段。
1.(2024·徐州高二期末)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。下列叙述错误的是
A.改造纤维素酶也需要构建基因表达载体
B.对纤维素酶的改造是通过直接改造mRNA实现的
C.经改造后的纤维素酶热稳定性提高这一性状可遗传
D.蛋白质工程可以改造现有蛋白质或者制造新的蛋白质
落实　思维方法
√
蛋白质工程是对编码蛋白质的基因进行有目的的设计改造(而不是直接改造mRNA)，然后进行表达，故必须构建基因表达载体，A正确，B错误。
2.基因定点突变的目的是通过定向地改变基因内一个或少数几个碱基来改变多肽链上一个或几个氨基酸。该技术是蛋白质工程的重要技术。如图为利用PCR技术进行定点突变的流程，相关叙述错误的是
A.由于基因决定蛋白质，因此要对蛋白质
的结构进行设计改造，最终必须通过改
造或合成基因来完成
B.酶①应为热稳定的DNA聚合酶，引物X
和Y应该为引物2和4
C.可以将引物1、引物2、引物3和引物4置
于同一个反应系统中同时进行第一个阶段的反应，进而缩短实验时间
D.利用图示流程技术可以将两个不同的基因拼接到一起
√
基因控制蛋白质的合成，因此要对蛋
白质的结构进行设计改造，最终必须
通过改造或合成基因来完成，A正确；
酶①要在高温条件下延伸DNA，所以
酶①为热稳定的DNA聚合酶，由图可
知，要得到两条链一样长的DNA单链，
应选择引物2和引物4，所以引物X和Y应该为引物2和4，B正确；
由图可知，引物1和引物3存在互补配
对片段，置于同一个反应系统时它们
会发生结合而失去作用，C错误；
图示的过程为重叠延伸PCR技术，可
以利用重叠互补引物将两个不同的基
因拼接到一起，D正确。
网络构建
课时对点练
题组一　蛋白质工程的一般过程
1.在某生物中发现一种基因的表达产物是具有较强抗菌性和溶血性的多肽P1，科研人员预期在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的蛋白质药物，下一步操作是
A.构建含目的肽DNA片段的表达载体
B.合成编码多肽P1的DNA片段
C.设计抗菌性强但溶血性弱的蛋白质结构
D.利用抗原—抗体杂交的方法对表达产物进行检测
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蛋白质工程的一般过程：根据新蛋白质预期功能→设计蛋白质结构→设计对应的氨基酸序列→改造或合成产生新蛋白质的相关DNA序列→合成新的蛋白质。因此，新蛋白质预期功能的下一步操作是设计蛋白质结构，即设计抗菌性强但溶血性弱的蛋白质结构，C符合题意。
2.目前科学家们通过蛋白质工程制造出了蓝色荧光蛋白、黄色荧光蛋白等。采用蛋白质工程技术制造出蓝色荧光蛋白的过程的正确顺序是
①推测蓝色荧光蛋白的氨基酸序列和确定相对应的脱氧核苷酸序列
②根据预期的蓝色荧光蛋白的功能设计其结构　③合成蓝色荧光蛋白基因　④表达出蓝色荧光蛋白
A.①②③④ B.②①③④
C.②③①④ D.④②①③
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3.下列关于蛋白质工程的说法，正确的是
A.蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作
B.蛋白质工程的目的是对基因的结构进行分子设计
C.蛋白质工程与基因工程密不可分，被称为第二代基因工程
D.蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程完全相同
√
蛋白质工程的目的是对蛋白质的结构进行分子设计，在分子水平上对基因直接进行操作，A、B错误；
蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程不完全相同，D错误。
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4.(2024·南通高二期中)蛋白质工程为改造蛋白质的结构和功能提供了新的途径。下列有关蛋白质工程及其应用的叙述，错误的是
A.蛋白质工程的实质是通过改变氨基酸的结构改变蛋白质的功能
B.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为基础
C.蛋白质工程可对药用蛋白进行改造，使其更好地用于人类疾病的治疗
D.当前限制蛋白质工程发展的关键因素是对蛋白质高级结构的认知不足
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蛋白质工程的实质是通过改变基因的结构达到改变蛋白质功能的目的，A错误；
蛋白质工程的基础是蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系，通过对编码该蛋白质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，以满足人类的生产和生活的需要，B正确；
蛋白质工程可对药用蛋白进行改造，使其更适合人类医疗需要，更好地用于人类疾病的治疗，C正确；
蛋白质功能的发挥依赖于其复杂的空间结构，当前限制蛋白质工程发展的关键因素是人们对蛋白质的高级结构了解太少，D正确。
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题组二　通过基因改造生产目标蛋白质
5.下列关于蛋白质工程的叙述，错误的是
A.基因大面积的定向突变一般采用基因全合成的方法
B.在定点诱变过程中加入的引物需要含有所需的突变顺序
C.在定点诱变过程中只需要加入DNA聚合酶
D.可用PCR技术扩增已获得定点突变的基因
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6.干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病。如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸(密码子：UGU、UGC)变成丝氨酸(密码子：UCU、UCC、UCA、UCG)，就可以延长干扰素的体外保存时间。下列相关叙述错误的是
A.对干扰素的设计和改造，以基因的结构和功能的关系为基础
B.对干扰素基因进行定点突变(C→G)来实现碱基的替换
C.改造后的干扰素基因仍需导入受体细胞完成表达过程
D.改造后的干扰素的功能与天然干扰素不是完全不同
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蛋白质工程的目的是根据人们对蛋白质的功能需求改造或制造蛋白质，理论基础是蛋白质的结构与功能相适应，A错误；
比较半胱氨酸和丝氨酸的密码子，若第二个碱基由G替换为C，就可引起氨基酸的替换，所以基因上发生定点突变(C→G)可实现基因的改造，B正确；
基因的表达需要众多物质和结构的参与，还需要细胞呼吸提供能量，故改造后的干扰素基因仍需导入受体细胞完成表达过程，C正确；
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改造后的干扰素由于氨基酸序列改变，导致结构改变，从而延长体外保存时间，但其仍具有干扰病毒复制的功能，即改造后的干扰素与天然干扰素的功能不是完全不同，D正确。
题组三　蛋白质工程的设计思路与应用
7.基于AI(人工智能)的蛋白质设计方法可以利用现有蛋白质数据库以及机器深度“学习算法”来预测新型蛋白质的结构及功能。下列说法错误的是
A.AI可帮助人们更深入了解蛋白质的结构与功能关系
B.AI预测新型蛋白质的结构和功能依据原理是中心法则
C.可通过改造或合成基因来获得AI设计的蛋白质
D.AI可帮助人们高效地设计出自然界没有的蛋白质
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8.(2023·苏州实验中学高二期中)科研人员利用相关技术改变了胰岛素β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。下列相关叙述错误的是
A.胰岛素的本质是蛋白质，不宜口服使用
B.可通过测定DNA的碱基序列来确定突变是否成功
C.该过程的操作对象是胰岛素分子
D.对胰岛素结构的改造属于蛋白质工程
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胰岛素的本质是蛋白质，不宜口服使用，否则会被消化酶分解，A正确；
对胰岛素结构的改造属于蛋白质工程，蛋白质工程的直接改造对象是基因，因此可以通过测定DNA的碱基序列来确定突变是否成功，B、D正确；
该过程的操作对象是胰岛素基因，而不是胰岛素分子，C错误。
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9.(2024·南京高二期末)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 ℃。下列有关叙述正确的是
A.蛋白质工程直接对蛋白质进行操作，从而改造或制造自然界没有的蛋
白质
B.编码葡萄糖异构酶的基因的脱氧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 ℃时催化活性高于70 ℃时的
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蛋白质工程不是通过改造蛋白质来实现的，而是通过对相关基因进行有目的的设计改造来实现对蛋白质的改造，A错误；
编码葡萄糖异构酶的基因是DNA上的片段，故经改造后，编码葡萄糖异构酶的基因的脱氧核苷酸序列会有相应的改变，B正确；
葡萄糖异构酶热稳定性提高这一性状，是通过改变基因的序列获得的，可以遗传，C错误；
改造后的葡萄糖异构酶最适温度约为70 ℃，在60 ℃时的催化活性低于70 ℃时的，D错误。
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10.(多选)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要进行两轮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。下列叙述不正确的是
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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子、终止密码子等结
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
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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，则产物需要具备启动子和终止子(而非起始密码子和终止密码子)，诱导基因转录和翻译，B错误；
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除了第一轮产物用作第二轮PCR扩增的大引物外，第二轮PCR仍需要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范畴，D正确。
11.(多选)枯草杆菌产生的蛋白酶具有催化蛋白质分解的特性，但极易被氧化而失效。科学家将枯草杆菌蛋白酶分子中的第222位氨基酸替换后，其水解活性有所下降，但抗氧化能力大大提高。用这种水解酶作为洗涤剂的添加剂，可以有效地除去血渍、奶渍等蛋白质污渍。下列相关叙述正确的是
A.蛋白酶的改造属于蛋白质工程，自然界中的酶都可通过蛋白质工程进行改造
B.改造后的枯草杆菌中的控制合成蛋白酶的基因至少有1个碱基对发生了变化
C.蛋白质工程的操作流程与中心法则的流动方向相反，即蛋白质→mRNA→
DNA
D.该技术可通过基因修饰或合成构建出一种自然界中原先不存在的全新的基因
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√
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蛋白酶的改造属于蛋白质工程，酶的化学本质大多数是蛋白质，少数是RNA，蛋白质工程只能用于改造蛋白质类酶，A错误；
枯草杆菌蛋白酶分子中的第222位氨基酸被替换，则碱基序列发生了改变，所以改造后的枯草杆菌中的控制合成蛋白酶的基因至少有1个碱基对发生了变化，B正确。
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12.(多选)下列关于基因工程和蛋白质工程的叙述，不正确的是
A.将某蛋白基因导入牛的乳腺细胞后可形成乳腺生物反应器
B.蛋白质工程可以改造现有的蛋白质或制造出新的蛋白质
C.蛋白质工程是基因工程的延伸，不需要对基因进行操作
D.基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质
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将某蛋白基因导入牛的受精卵中，由受精卵发育成的个体可形成乳腺生物反应器，A错误；
蛋白质工程可以改造现有的蛋白质或制造出新的蛋白质，为第二代基因工程，B正确；
蛋白质工程是基因工程的延伸，需要对基因进行操作，C错误。
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13.(2022·湖南，22)水蛭是我国的传统中药材，主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构，提高其抗凝血活性。回答下列问题：
(1)蛋白质工程流程如图所示，物质a是__________________，物质b是________。在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是_______________。
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氨基酸序列多肽链
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在生产过程中，物质b(mRNA)可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是密码子的简并性，即一种氨基酸可能有多个密码子。
(2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有______________________________、_____________________________
______和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是______________
______。
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通过筛选基因文库获取目的基因
通过化学方法直接人工合成目的
基因
DNA的半保留
复制
(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性，结果如图所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的______(填“种类”或“含量”)有关，导致其活性不同的原因是___________________
__________________________________。
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种类
不同肽的氨基酸数目、排列顺序不同导致功能出现差异　
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将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，据图可知，水解产物中的肽含量随着酶解时间的延长均上升，且差别不大；而水解产物中抗凝血活性有差异，经酶甲处理后，随着酶解时间的延长，水解产物的抗凝血活性先上升后相对稳定；
经酶乙处理后，随着酶解时间的延长，水解产物的抗凝血活性先上升后下降，且酶甲处理后的酶解产物的抗凝血活性最终高于经酶乙处理后的酶解产物的抗凝血活性，差异明显。据此推测两种酶处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的种类有关，导致其活性不同的原因是不同肽的功能不同，主要与氨基酸的数目、排序不同有关。
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(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异，简要写出实验设计思路。
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取四支试管，分别加入等量的生理盐水、蛋白质工程改造后的水蛭素、水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素，再向四支试管中各加入等量的新鲜血液，观察四支试管中血液的凝血情况
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位的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
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变，以脯氨酸替代第138位的甘氨酸，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。请根据图示分析回答问题：
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(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。
蛋白质工程
基因工程
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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。
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。
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(2)图中①的名称叫______________，其组成包括目的基因、_________、________、复制原点和__________等。
基因表达载体
启动子
终止子
标记基因
图中①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。
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(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，需要用一定浓度的__________处理大肠杆菌。
CaCl2溶液
将目的基因导入微生物细胞时，常采用Ca2＋处理法，即用一定浓度的CaCl2溶液处理大肠杆菌，使大肠杆菌处于容易接受外来DNA分子的状态，进而将目的基因导入受体细胞。
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(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______。
替换
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。
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(5)基因工程最后一步是_____________
___________________，从分子水平检测的方法有________________________
__________。
目的基因及其
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。
表达产物的检测鉴定
(DNA)分子杂交、抗原—
抗体杂交作业20　蛋白质工程
(分值：100分)
第1～10题，每题5分；第11～12题，每题6分，共62分。
题组一　蛋白质工程的一般过程
1．在某生物中发现一种基因的表达产物是具有较强抗菌性和溶血性的多肽P1，科研人员预期在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的蛋白质药物，下一步操作是(　　)
A．构建含目的肽DNA片段的表达载体
B．合成编码多肽P1的DNA片段
C．设计抗菌性强但溶血性弱的蛋白质结构
D．利用抗原—抗体杂交的方法对表达产物进行检测
2．目前科学家们通过蛋白质工程制造出了蓝色荧光蛋白、黄色荧光蛋白等。采用蛋白质工程技术制造出蓝色荧光蛋白的过程的正确顺序是(　　)
①推测蓝色荧光蛋白的氨基酸序列和确定相对应的脱氧核苷酸序列　②根据预期的蓝色荧光蛋白的功能设计其结构　③合成蓝色荧光蛋白基因　④表达出蓝色荧光蛋白
A．①②③④ B．②①③④
C．②③①④ D．④②①③
3．下列关于蛋白质工程的说法，正确的是(　　)
A．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作
B．蛋白质工程的目的是对基因的结构进行分子设计
C．蛋白质工程与基因工程密不可分，被称为第二代基因工程
D．蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程完全相同
4．(2024·南通高二期中)蛋白质工程为改造蛋白质的结构和功能提供了新的途径。下列有关蛋白质工程及其应用的叙述，错误的是(　　)
A．蛋白质工程的实质是通过改变氨基酸的结构改变蛋白质的功能
B．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为基础
C．蛋白质工程可对药用蛋白进行改造，使其更好地用于人类疾病的治疗
D．当前限制蛋白质工程发展的关键因素是对蛋白质高级结构的认知不足
题组二　通过基因改造生产目标蛋白质
5．下列关于蛋白质工程的叙述，错误的是(　　)
A．基因大面积的定向突变一般采用基因全合成的方法
B．在定点诱变过程中加入的引物需要含有所需的突变顺序
C．在定点诱变过程中只需要加入DNA聚合酶
D．可用PCR技术扩增已获得定点突变的基因
6．干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病。如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸(密码子：UGU、UGC)变成丝氨酸(密码子：UCU、UCC、UCA、UCG)，就可以延长干扰素的体外保存时间。下列相关叙述错误的是(　　)
A．对干扰素的设计和改造，以基因的结构和功能的关系为基础
B．对干扰素基因进行定点突变(C→G)来实现碱基的替换
C．改造后的干扰素基因仍需导入受体细胞完成表达过程
D．改造后的干扰素的功能与天然干扰素不是完全不同
题组三　蛋白质工程的设计思路与应用
7．基于AI(人工智能)的蛋白质设计方法可以利用现有蛋白质数据库以及机器深度“学习算法”来预测新型蛋白质的结构及功能。下列说法错误的是(　　)
A．AI可帮助人们更深入了解蛋白质的结构与功能关系
B．AI预测新型蛋白质的结构和功能依据原理是中心法则
C．可通过改造或合成基因来获得AI设计的蛋白质
D．AI可帮助人们高效地设计出自然界没有的蛋白质
8．(2023·苏州实验中学高二期中)科研人员利用相关技术改变了胰岛素β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。下列相关叙述错误的是 (　　)
A．胰岛素的本质是蛋白质，不宜口服使用
B．可通过测定DNA的碱基序列来确定突变是否成功
C．该过程的操作对象是胰岛素分子
D．对胰岛素结构的改造属于蛋白质工程
9．(2024·南京高二期末)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 ℃。下列有关叙述正确的是(　　)
A．蛋白质工程直接对蛋白质进行操作，从而改造或制造自然界没有的蛋白质
B．编码葡萄糖异构酶的基因的脱氧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 ℃时催化活性高于70 ℃时的
10．(多选)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要进行两轮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。下列叙述不正确的是(　　　　)
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子、终止密码子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
11．(多选)枯草杆菌产生的蛋白酶具有催化蛋白质分解的特性，但极易被氧化而失效。科学家将枯草杆菌蛋白酶分子中的第222位氨基酸替换后，其水解活性有所下降，但抗氧化能力大大提高。用这种水解酶作为洗涤剂的添加剂，可以有效地除去血渍、奶渍等蛋白质污渍。下列相关叙述正确的是(　　　)
A．蛋白酶的改造属于蛋白质工程，自然界中的酶都可通过蛋白质工程进行改造
B．改造后的枯草杆菌中的控制合成蛋白酶的基因至少有1个碱基对发生了变化
C．蛋白质工程的操作流程与中心法则的流动方向相反，即蛋白质→mRNA→DNA
D．该技术可通过基因修饰或合成构建出一种自然界中原先不存在的全新的基因
12．(多选)下列关于基因工程和蛋白质工程的叙述，不正确的是(　　　)
A．将某蛋白基因导入牛的乳腺细胞后可形成乳腺生物反应器
B．蛋白质工程可以改造现有的蛋白质或制造出新的蛋白质
C．蛋白质工程是基因工程的延伸，不需要对基因进行操作
D．基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质
13．(18分)(2022·湖南，22)水蛭是我国的传统中药材，主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构，提高其抗凝血活性。回答下列问题：
(1)蛋白质工程流程如图所示，物质a是__________________，物质b是__________。在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是________________________________________________________________________。
(2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有______________________、______________________________和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是____________________________。
(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性，结果如图所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的______(填“种类”或“含量”)有关，导致其活性不同的原因是________________________________________。
(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异，简要写出实验设计思路。_________________________________________________。
14．(20分)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位的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，以脯氨酸替代第138位的甘氨酸，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)图中①的名称叫______________，其组成包括目的基因、__________、__________、复制原点和____________等。
(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，需要用一定浓度的________________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__________。
(5)基因工程最后一步是__________________________________________，从分子水平检测的方法有________________________。
答案精析
1．C　[蛋白质工程的一般过程：根据新蛋白质预期功能→设计蛋白质结构→设计对应的氨基酸序列→改造或合成产生新蛋白质的相关DNA序列→合成新的蛋白质。因此，新蛋白质预期功能的下一步操作是设计蛋白质结构，即设计抗菌性强但溶血性弱的蛋白质结构，C符合题意。]
2．B
3．C　[蛋白质工程的目的是对蛋白质的结构进行分子设计，在分子水平上对基因直接进行操作，A、B错误；蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程不完全相同，D错误。]
4．A　[蛋白质工程的实质是通过改变基因的结构达到改变蛋白质功能的目的，A错误；蛋白质工程的基础是蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系，通过对编码该蛋白质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，以满足人类的生产和生活的需要，B正确；蛋白质工程可对药用蛋白进行改造，使其更适合人类医疗需要，更好地用于人类疾病的治疗，C正确；蛋白质功能的发挥依赖于其复杂的空间结构，当前限制蛋白质工程发展的关键因素是人们对蛋白质的高级结构了解太少，D正确。]
5．C
6．A　[蛋白质工程的目的是根据人们对蛋白质的功能需求改造或制造蛋白质，理论基础是蛋白质的结构与功能相适应，A错误；比较半胱氨酸和丝氨酸的密码子，若第二个碱基由G替换为C，就可引起氨基酸的替换，所以基因上发生定点突变(C→G)可实现基因的改造，B正确；基因的表达需要众多物质和结构的参与，还需要细胞呼吸提供能量，故改造后的干扰素基因仍需导入受体细胞完成表达过程，C正确；改造后的干扰素由于氨基酸序列改变，导致结构改变，从而延长体外保存时间，但其仍具有干扰病毒复制的功能，即改造后的干扰素与天然干扰素的功能不是完全不同，D正确。]
7．B
8．C　[胰岛素的本质是蛋白质，不宜口服使用，否则会被消化酶分解，A正确；对胰岛素结构的改造属于蛋白质工程，蛋白质工程的直接改造对象是基因，因此可以通过测定DNA的碱基序列来确定突变是否成功，B、D正确；该过程的操作对象是胰岛素基因，而不是胰岛素分子，C错误。]
9．B　[蛋白质工程不是通过改造蛋白质来实现的，而是通过对相关基因进行有目的的设计改造来实现对蛋白质的改造，A错误；编码葡萄糖异构酶的基因是DNA上的片段，故经改造后，编码葡萄糖异构酶的基因的脱氧核苷酸序列会有相应的改变，B正确；葡萄糖异构酶热稳定性提高这一性状，是通过改变基因的序列获得的，可以遗传，C错误；改造后的葡萄糖异构酶最适温度约为70 ℃，在60 ℃时的催化活性低于70 ℃时的，D错误。]
10．ABC　[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，则产物需要具备启动子和终止子(而非起始密码子和终止密码子)，诱导基因转录和翻译，B错误；除了第一轮产物用作第二轮PCR扩增的大引物外，第二轮PCR仍需要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范畴，D正确。]
11．BCD　[蛋白酶的改造属于蛋白质工程，酶的化学本质大多数是蛋白质，少数是RNA，蛋白质工程只能用于改造蛋白质类酶，A错误；枯草杆菌蛋白酶分子中的第222位氨基酸被替换，则碱基序列发生了改变，所以改造后的枯草杆菌中的控制合成蛋白酶的基因至少有1个碱基对发生了变化，B正确。]
12．AC　[将某蛋白基因导入牛的受精卵中，由受精卵发育成的个体可形成乳腺生物反应器，A错误；蛋白质工程可以改造现有的蛋白质或制造出新的蛋白质，为第二代基因工程，B正确；蛋白质工程是基因工程的延伸，需要对基因进行操作，C错误。]
13．(1)氨基酸序列多肽链　mRNA　密码子的简并性　(2)通过筛选基因文库获取目的基因　通过化学方法直接人工合成目的基因　DNA的半保留复制　(3)种类　不同肽的氨基酸数目、排列顺序不同导致功能出现差异　(4)取四支试管，分别加入等量的生理盐水、蛋白质工程改造后的水蛭素、水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素，再向四支试管中各加入等量的新鲜血液，观察四支试管中血液的凝血情况
解析　(1)在生产过程中，物质b(mRNA)可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是密码子的简并性，即一种氨基酸可能有多个密码子。(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，据图可知，水解产物中的肽含量随着酶解时间的延长均上升，且差别不大；而水解产物中抗凝血活性有差异，经酶甲处理后，随着酶解时间的延长，水解产物的抗凝血活性先上升后相对稳定；经酶乙处理后，随着酶解时间的延长，水解产物的抗凝血活性先上升后下降，且酶甲处理后的酶解产物的抗凝血活性最终高于经酶乙处理后的酶解产物的抗凝血活性，差异明显。据此推测两种酶处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的种类有关，导致其活性不同的原因是不同肽的功能不同，主要与氨基酸的数目、排序不同有关。
14．(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)CaCl2溶液　(4)替换　(5)目的基因及其表达产物的检测鉴定　(DNA)分子杂交、抗原—抗体杂交
解析　(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。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①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Ca2＋处理法，即用一定浓度的CaCl2溶液处理大肠杆菌，使大肠杆菌处于容易接受外来DNA分子的状态，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。

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