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第三节　蛋白质工程
知识点一　蛋白质工程是基因工程的延伸
1.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.对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现
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
2.科学家将β-干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达，使干扰素第十七位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高了β-干扰素的抗病活性，并且提高了储存稳定性。该生物技术为（　　）
A.基因工程　　　　　　 B.蛋白质工程
C.基因突变 D.细胞工程
3.如图表示蛋白质工程的操作过程，相关说法不正确的是（　　）
A.a、b过程分别是转录、翻译
B.蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作
C.蛋白质工程是完全摆脱基因工程技术的一项全新的生物工程技术
D.蛋白质工程中可能构建出一种全新的基因
4.（2024·江苏连云港高二期中）下列各项与蛋白质工程没有直接关系的是（　　）
A.利用各种高科技手段分析蛋白质的分子结构
B.研究并改变某种蛋白质相关基因的碱基序列
C.设计和制造自然界中没有的人工蛋白质
D.将编码牛凝乳酶的基因导入酵母菌的基因组中获得凝乳酶
5.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
知识点二　蛋白质工程的设计思路与应用
6.纤维素酶广泛应用于医药、食品发酵、造纸、废水处理等领域。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。下列有关该技术说法错误的是（　　）
A.经改造后的纤维素酶热稳定性提高这一性状可遗传 B.对纤维素酶的改造是通过直接改造mRNA实现的
C.改造纤维素酶也需要构建基因表达载体 D.改造后的纤维素酶和原纤维素酶不是同一种酶
7.干扰素在体外保存非常困难。干扰素由166个氨基酸组成，如果将其分子上第17位的一个半胱氨酸变成丝氨酸，那么在－70 ℃的条件下可以保存半年。若利用蛋白质工程的原理和方法生产新型干扰素，下列思路最可行的是（　　）
A.用DNA合成仪合成新的干扰素基因 B.利用基因定点突变技术改造干扰素基因
C.直接改造mRNA，进行密码子的替换 D.生产正常干扰素，再进行氨基酸的替换
8.已知某生物体内有一种X蛋白，如果将X蛋白的某一个氨基酸替换，改造后的蛋白质（X1蛋白）不但可以保留X蛋白的功能，而且具有了酶的催化活性。下列说法正确的是（　　）
A.蛋白质工程和基因工程的根本区别是操作对象的差异
B.可以通过对X蛋白基因进行改造或人工合成获得X1蛋白基因
C.蛋白质工程操作过程中，不需要酶和载体作为工具
D.细胞内合成X1蛋白与X蛋白的过程中，遗传信息的流向是相反的
9.如图是科学家对鼠源杂交瘤抗体进行改造，生产出效果更好的鼠—人嵌合抗体的过程。下列说法正确的是（　　）
A.生产鼠—人嵌合抗体的过程属于基因工程
B.对鼠源杂交瘤抗体进行改造的难点是设计嵌合抗体的空间结构
C.对鼠源杂交瘤抗体进行改造，是通过基因定点诱变技术改造基因实现的
D.鼠—人嵌合抗体的使用对人体不会产生任何不良反应
10.（多选）科学家通过利用PCR定点突变技术改造Rubisco酶基因，提高了光合作用过程中Rubisco酶对CO2的亲和力，从而显著提高了植物的光合作用速率。下列叙述正确的是（　　）
A.PCR定点突变技术使Rubisco酶基因发生定向突变
B.PCR技术扩增目的基因的过程中必须添加两种引物
C.PCR扩增过程需加入解旋酶和热稳定的DNA聚合酶
D.PCR定点突变技术属于蛋白质工程的范畴
11.（多选）水蛭素（EH）具有较好的抗凝血活性，临床上被用作抗血栓药物。利用酵母菌工业化生产EH时，生产周期长、目标蛋白表达效率较低；利用大肠杆菌进行生产时，基因的转录和翻译都正常，但多肽链错误折叠，产生的无活性的EH会聚集形成水不溶性的包涵体。研究人员通过改造EH基因，以期获得能在大肠杆菌中表达的可溶性EH。下列有关叙述正确的是（　　）
A.大肠杆菌在细胞增殖和代谢速率上较快，可用来改进酵母菌生产EH时的缺点
B.包涵体中错误折叠的EH与酵母菌生产的EH在氨基酸序列上有较大差异
C.要得到能表达可溶性EH的大肠杆菌，需要用Ca2＋处理大肠杆菌
D.判断转基因大肠杆菌是否成功，需要对可溶性EH的抗凝血活性进行测定
12.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）图中①的名称叫　　　　　　　，其组成包括了目的基因、　　　　、　　　　、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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
第三节　蛋白质工程
1.C　蛋白质工程是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。
2.B　基因工程是将符合人们要求的目的基因导入适宜的生物体内，使其高效表达，从中提取人们所需的蛋白质，或表现出某种性状，蛋白质产品仍然是天然存在的蛋白质。蛋白质工程是对控制蛋白质合成的基因进行改造或合成新的基因，从而实现对相应蛋白质的改变或制造一种新的蛋白质，所得到的蛋白质已不是天然存在的蛋白质。题干中的操作涉及的基因显然不再是原来的基因，其合成的β-干扰素也不是天然的β-干扰素，而是经过人工改造的、符合人类需求的蛋白质，因而该生物技术为蛋白质工程。
3.C　a、b过程分别是转录、翻译，A正确；蛋白质工程是依据蛋白质的结构来设计氨基酸序列的，因此蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作，B正确；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技术，C错误；蛋白质工程中可能构建出一种全新的基因，D正确。
4.D　将编码牛凝乳酶的基因导入酵母菌的基因组中获得凝乳酶是基因工程的成果，与蛋白质工程没有直接关系，D符合题意。
5.B　参照蛋白质工程的基本途径，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：②根据预期的蓝色荧光蛋白的功能设计其结构→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→③合成蓝色荧光蛋白基因→④表达出蓝色荧光蛋白。
6.B　蛋白质工程通过基因改造或基因合成，然后进行表达，对现有蛋白质进行改造，改造后的性状是可遗传的，A正确；对纤维素酶的改造需要以基因工程为基础，通过基因改造或基因合成来完成，B错误；蛋白质工程是对基因进行改造或重新合成，然后进行表达，因此需要构建基因表达载体，C正确；改造纤维素酶是通过基因改造或基因合成来完成的，改造后的纤维素酶和原纤维素酶不是同一种酶，D正确。
7.B　干扰素分子的改变只需要一个氨基酸的替换，不必合成新基因，改造基因比较容易，A不符合题意；蛋白质工程的目的是改造蛋白质，但其方法是通过改造或合成基因来实现的，B符合题意；若直接改造mRNA，可获得改造后的蛋白质，但不能遗传不能复制，C不符合题意；干扰素属于蛋白质，若直接对其进行氨基酸的替换，可能会导致干扰素的结构和功能丧失，D不符合题意。
8.B　蛋白质工程和基因工程的操作对象都是基因，两者的根本区别是蛋白质工程可制造出自然界不存在的蛋白质，A错误；蛋白质工程操作过程中，需要酶和载体作为工具，C错误；细胞内合成X1蛋白与X蛋白的过程中，遗传信息的流向是相同的，D错误。
9.B　生产鼠—人嵌合抗体的过程属于蛋白质工程，A错误；对鼠源杂交瘤抗体进行改造的难点是设计嵌合抗体的空间结构，B正确；对鼠源杂交瘤抗体进行改造，首先要根据预期嵌合抗体功能（或蛋白质功能），设计嵌合抗体结构，然后通过基因拼接，将鼠源抗体基因改造成鼠—人嵌合抗体基因，最后导入鼠淋巴细胞中表达，而不是通过基因定点诱变技术改造基因实现的，C错误；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，而不是不会产生任何不良反应，D错误。
10.ABD　PCR扩增过程不需要加入解旋酶，C错误。
11.ACD　大肠杆菌是原核生物中的细菌类，繁殖速度和代谢速率都较快，可以用来改进酵母菌生产EH时生产周期长、目标蛋白表达效率较低的缺点，A正确；利用大肠杆菌进行生产时，基因的转录和翻译都正常，说明在核糖体上合成的多肽正常，与酵母菌生产的EH在氨基酸序列上应该相同，B错误；在基因工程操作中，受体细胞是原核生物（如大肠杆菌）时，为提高转化效率，可Ca2＋处理大肠杆菌，使细胞处于一种更容易吸收周围DNA分子的生理状态，促进重组质粒的转入， C正确；转基因大肠杆菌是否成功，还需要在个体水平进行检测，即对可溶性EH的抗凝血活性进行测定，D正确。
12.（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、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，常采用感受态细胞法，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的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。
2 / 3第三节　蛋白质工程
导学 聚焦 1.尝试通过蛋白质工程技术，根据人类需要的蛋白质结构，设计或改造某一蛋白质的设计流程。 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
知识点（一）　蛋白质工程是基因工程的延伸
1.蛋白质工程的概念
（1）基础：蛋白质分子的　　　　　　及其与　　　　　　的关系。
（2）措施：对　　　　　　　　　　　　进行有目的的设计改造。
（3）目的：改造　　　　　　　　　　或制造　　　　　　　　　　。
2.蛋白质工程的一般过程
（1）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。
（2）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。
（3）实例：水蛭素第47位天冬酰胺赖氨酸或精氨酸抗凝血效率可提高4倍。
3.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。
4.通过基因改造生产目标蛋白质
（1）基因的体外定向突变
①适用对象是掌握了基本　　　　　　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
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。
5.基于上述学习，判断下列相关表述的正误
（1）蛋白质工程能产生自然界中不存在的新型蛋白质分子。（　　）
（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，也需要利用基因工程的基本工具，需要经历基因工程的操作流程。（　　）
（3）对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的。（　　）
（4）定点诱变技术可用于各种蛋白质的改造。（　　）
阅读教材蛋白质工程的基本思路，回答下列问题：
（1）如何由蛋白质氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列？
（2）对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？原因是什么？
（3）蛋白质工程和基因工程的操作对象以及得到的蛋白质相同吗？
蛋白质工程与基因工程的区别和联系
分类 蛋白质工程 基因工程
过程 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→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因→获得所需要的蛋白质 目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
实质 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，以获得人类所需的生物类型和生物产品
结果 可生产自然界没有的蛋白质 只能生产自然界已有的蛋白质
联系 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，通过改造或合成基因对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质
1.干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，可以用于治疗病毒的感染和癌症，但体外保存相当困难。如图是利用蛋白质工程设计生产干扰素的流程图，据图分析下列叙述错误的是（　　）
A.图中构建新的干扰素模型的主要依据是新的干扰素的预期功能
B.图中新的干扰素基因必须插入到质粒上的启动子和终止子之间才能表达
C.图中改造干扰素结构的实质是改造干扰素基因的结构
D.图中各过程并没有涉及基因工程技术
2.神经科学家设计了一种合成蛋白质LIMK1（结合ATP并磷酸化其靶标的蛋白质），能改善老年认知退化人群的记忆功能。下列叙述不正确的是（　　）
A.设计蛋白质LIMK1时，先设计其基因的碱基序列再推测其功能
B.通过基因定点突变技术可对LIMK1蛋白基因进行碱基的替换
C.设计蛋白质LIMK1利用的技术是蛋白质工程，其可制造新的蛋白质
D.蛋白质的高级结构十分复杂，故蛋白质工程是一项难度很大的工程
3.蛋白质工程与基因工程相比，其突出的特点是（　　）
A.基因工程原则上能生产任何蛋白质
B.蛋白质工程能对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质
C.蛋白质工程可以不通过转录和翻译来实现
D.蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第三代基因工程
方法点拨“二看法”判断基因工程和蛋白质工程
知识点（二）　蛋白质工程的设计思路与应用
1.蛋白质工程的设计思路
对于已知　　　　　　的蛋白质，可以采用　　　　　　技术，通过改变　　　　　　　　　　　来有目的地改造蛋白质的功能。
2.蛋白质工程的应用
目的 思路 实例
提高蛋白质（酶）的　　　 在蛋白质分子中引入　　 向T4溶菌酶引入二硫键提高了T4溶菌酶的热稳定性
转换　　　　　　 　　　　 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，分别用苏氨酸和异亮氨酸残基替代，大幅度提高了酶的热稳定性
改善酶的　　　　　 　　　 转换氨基酸残基、删除末端部分氨基酸序列或某些肽段等 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丙氨酸或脯氨酸残基时，酶的活性大幅提高
消除酶的　　　　　 　　　 转换氨基酸残基 将枯草芽孢杆菌蛋白酶分子中第222位的甲硫氨酸残基转换成半胱氨酸残基或丙氨酸残基，酶的活性将不再受漂白剂的抑制
3.基于上述学习，判断下列相关表述的正误
（1）科学家利用蛋白质工程的思路来提高酶的稳定性，向酶中引入二硫键是一种思路。（　　）
（2）通过转换酶的催化活性中心附近的少数关键性氨基酸残基，可以改善酶的活性。（　　）
（3）热稳定的蛋白质一般都具有抗有机溶剂和极端pH的能力。（　　）
（4）蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要是因为人们对蛋白质复杂的高级结构没有完全认识。（　　）
（5）根据某多肽链的一段氨基酸序列，可以很容易地确定决定这段肽链的脱氧核苷酸序列。（　　）
　利用蛋白质工程可以提高玉米赖氨酸含量，改造途径如下：
结果：改造后玉米叶片和种子中游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍。
（1）结合上述资料，可以通过何种途径提高玉米中的赖氨酸含量？
（2）为什么改变一个氨基酸就可以改变蛋白质的稳定性甚至某种蛋白质酶的活性？
1.（2024·江苏南京期末）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
2.T4溶菌酶（A0）在温度较高时易失去活性，科学家利用蛋白质工程技术，使T4溶菌酶的第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸。在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，获得了耐热性高的T4溶菌酶（A1）。下列叙述错误的是（　　）
A.检测A1活性时先将A1与底物混合，再置于高温环境
B.A0和A1空间结构的差异是影响热稳定性的原因之一
C.氨基酸替换和二硫键的形成需要通过改造基因实现
D.获得A1的过程需要进行转录和翻译
　
（1）对天然蛋白质进行改造，要通过对基因的操作来实现。原因是什么？
（2）改变一个氨基酸就可以改变蛋白质的稳定性甚至某种蛋白酶的活性的理由是什么？
（3）利用大肠杆菌生产单体速效胰岛素，需用用到的生物工程技术有　　　　　　　　　　　　　　。
1.（2024·江苏南通期中）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
2.（2024·江苏扬州期末）人体内的蛋白TPA能降解由血纤维蛋白凝聚而成的血栓，但为心梗患者注射大剂量的TPA会诱发颅内出血。研究证实，通过蛋白质工程，将TPA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，可制造出性能优异的改良TPA，进而显著降低出血副作用。下列关于该蛋白质工程的叙述正确的是（　　）
A.制造改良TPA的过程不遵循中心法则
B.可利用X射线衍射技术分析TPA的晶体结构
C.该例中TPA蛋白的基因增添碱基时可使用基因定点诱变技术
D.需要在分子水平上直接对TPA进行定向改造
3.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.蛋白质工程在医药及其他工农业生产中有很大的应用价值
4.下列关于基因定点诱变技术的说法，正确的是（　　）
A.对任何蛋白质的改造都可以用基因定点诱变技术
B.对于已知空间结构的蛋白质的改造可以采用基因定点诱变技术
C.基因定点诱变技术是蛋白质工程中必须用到的技术
D.采用基因定点诱变技术通常可以改变蛋白质中多种氨基酸
第三节　蛋白质工程
【核心要点·巧突破】
知识点（一）
自主学习
1.（1）结构规律　生物功能　（2）编码该蛋白质的基因　（3）现有蛋白质　新的蛋白质
2. 新蛋白质预期功能　 氨基酸序列　 DNA改造或合成
mRNA　（1）①存在　（2）①存在　②再设计和改造　不存在
3.（1）①序列条目　排列顺序　②蛋白质　（2）基因图谱　结构
4.（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聚合酶和DNA连接酶　 受体细胞
突变　（2）①诱变位点　②针对性　③多
5.（1）√
（2）√
（3）×　提示：对蛋白质的改造是通过改造编码该蛋白质的基因实现的。
（4）×　提示：定点诱变技术可用于已知空间结构的蛋白质的改造。
互动探究
　（1）提示：先根据氨基酸与密码子的对应关系找到mRNA中相对应的核糖核苷酸序列，再根据mRNA与DNA的碱基互补配对关系找到基因中相对应的脱氧核苷酸序列。
（2）提示：应该通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造。主要原因是①蛋白质具有十分复杂的空间结构，基因的结构相对简单，容易改造；②改造后的基因可以遗传给下一代，被改造的蛋白质无法遗传。
（3）提示：①操作对象相同：蛋白质工程和基因工程的操作对象都为基因。②得到的蛋白质不同：蛋白质工程可以得到自然界没有的新的蛋白质；基因工程得到的是自然界原有的蛋白质。
学以致用
1.D　蛋白质工程的主要依据是蛋白质的预期功能，因此图中构建新的干扰素模型的主要依据是蛋白质的预期功能，A正确；启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点，从而驱动转录，而终止子提供转录终止的信号，故新的干扰素基因必须插入质粒上的启动子和终止子之间才能表达，B正确；蛋白质工程的实质是对基因进行操作，因此图中改造干扰素结构的实质是改造干扰素基因的结构，C正确；题图中从“人工合成DNA”到“在受体细胞中表达”的过程运用了基因工程技术，D错误。
2.A　蛋白质工程的基本途径是：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），A错误；通过基因定点突变技术可对LIMK1蛋白基因进行碱基的替换，B正确；设计蛋白质LIMK1利用的技术是蛋白质工程，其可制造新的蛋白质，C正确；蛋白质的高级结构十分复杂，故蛋白质工程是一项难度很大的工程，D正确。
3.B　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，以满足人类的生产和生活的需要。也就是说，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。
知识点（二）
自主学习
1.空间结构　定点诱变　蛋白质的结构
2.稳定性　二硫键　氨基酸残基　催化活性　被抑制特性
3.（1）√　（2）√　（3）√　（4）√　（5）×
互动探究
　（1）提示：改变赖氨酸合成途径中关键酶的活性，来提高赖氨酸的含量。
（2）提示：蛋白质的结构与其氨基酸组成有关，个别氨基酸的改变就会导致其结构的改变，从而影响到其性质和功能。
学以致用
1.B　蛋白质工程不是通过改造蛋白质来实现的，而是通过对基因进行操作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 ℃时活性较低，生产高果糖浆的效率可能低于70 ℃时的，D错误。
2.A　检测A1活性时应先将A1与底物分别置于高温环境，保温一段时间再混合，A错误；和A0相比，A1不仅仅是氨基酸的序列不同，同时还增加了一个二硫键，导致空间结构也有差异，B正确；科学家利用蛋白质工程技术，对编码T4溶菌酶的基因进行改造，从而实现氨基酸替换和二硫键的形成，C正确；获得A1的过程需要对基因进行改造，进而表达出不一样的蛋白质，该过程涉及转录和翻译，D正确。
【过程评价·勤检测】
网络构建
　（1）提示：①蛋白质具有十分复杂的空间结构，基因的结构相对简单，容易改造；②改造后的基因可以遗传给下一代，被改造的蛋白质无法遗传。
（2）提示：蛋白质的结构是由其氨基酸组成决定的，个别氨基酸的改变就会导致其结构的改变，从而影响到其性质和功能。
（3）蛋白质工程、基因工程和发酵工程
课堂演练
1.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，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。
2.B　制造改良TPA的过程属于蛋白质工程，蛋白质工程修饰或合成的基因在复制和表达时仍然遵循中心法则，A错误；X射线衍射分析是利用晶体形成的X射线衍射，对物质进行内部原子在空间分布状况的结构分析方法，X射线衍射技术可分析蛋白质的晶体结构 ，B正确；该实例中TPA基因不是增添碱基，而是替换碱基，C错误；该技术不是在分子水平上直接对TPA进行改造，而是对TPA的基因进行改造，D错误。
3.B　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，最终改造或合成相关DNA序列（基因），获得所需要的蛋白质，C正确；蛋白质工程可以通过改造或合成基因来实现对蛋白质分子结构的定向改造或制造一种新的蛋白质，使得蛋白质工程在医药及其他工农业生产中有很大的应用价值，D正确。
4.B　基因定点诱变技术是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，是改变蛋白质结构的核心技术之一，主要应用于空间结构已知的蛋白质。对于那些不能预先确定诱变位点的蛋白质，可采用非定点诱变技术来进行蛋白质的改造，B正确。
1 / 3(共72张PPT)
第三节　蛋白质工程
导学 聚焦 1.尝试通过蛋白质工程技术，根据人类需要的蛋白质结构，设
计或改造某一蛋白质的设计流程。
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
核心要点·巧突破
01
过程评价·勤检测
02
课时训练·提素能
03
目录
CONTENTS
核心要点·巧突破
01
精准出击 高效学习
知识点（一）　蛋白质工程是基因工程的延伸
1. 蛋白质工程的概念
（1）基础：蛋白质分子的 及其与
的关系。
（2）措施：对 进行有目的的设计改造。
（3）目的：改造 或制造 。
结构规律　
生物功能　
编码该蛋白质的基因　
现有蛋白质　
新的蛋白质　
（1）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。
存在　
2. 蛋白质工程的一般过程
c
c
c
c
c
c
（2）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。
存在　
再设计和改造　
不存在　
（3）实例：水蛭素第47位天冬酰胺 赖氨酸或精氨酸 抗凝
血效率可提高4倍。
3. 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。
序列条目　
排列
顺序　
蛋白
质　
（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。
基因
图谱　
结构　
4. 通过基因改造生产目标蛋白质
（1）基因的体外定向突变
①适用对象是掌握了基本 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
基因全合成
引物定点引入法
③定点诱变法的过程示意图
c
c
c
c
c
c
（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　
5. 基于上述学习，判断下列相关表述的正误
（1）蛋白质工程能产生自然界中不存在的新型蛋白质分子。
（　√　）
（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，也需要利用基因工程的基本工具，需要经历基因工程
的操作流程。 （　√　）
√
√
（3）对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的。
（　×　）
提示：对蛋白质的改造是通过改造编码该蛋白质的基因实
现的。
（4）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已知空间结构的蛋白质的改造。
×
×
阅读教材蛋白质工程的基本思路，回答下列问题：
（1）如何由蛋白质氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列？
提示：先根据氨基酸与密码子的对应关系找到mRNA中相对应
的核糖核苷酸序列，再根据mRNA与DNA的碱基互补配对关系
找到基因中相对应的脱氧核苷酸序列。
（2）对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操
作，还是通过对基因的操作来实现？原因是什么？
提示：应该通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造。主
要原因是①蛋白质具有十分复杂的空间结构，基因的结构相对
简单，容易改造；②改造后的基因可以遗传给下一代，被改造
的蛋白质无法遗传。
（3）蛋白质工程和基因工程的操作对象以及得到的蛋白质相同吗？
提示：①操作对象相同：蛋白质工程和基因工程的操作对象都
为基因。②得到的蛋白质不同：蛋白质工程可以得到自然界没
有的新的蛋白质；基因工程得到的是自然界原有的蛋白质。
蛋白质工程与基因工程的区别和联系
分类 蛋白质工程 基因工程
过
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
并改变相对应的脱氧核苷酸
序列（基因）或合成新的基
因→获得所需要的蛋白质 目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
分类 蛋白质工程 基因工程
实质 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
人类所需的生物类型和生物产品
结果 可生产自然界没有的蛋白质 只能生产自然界已有的蛋白质
联系 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，通过改造或合成基因对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质
1. 干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，可以用于治疗病毒
的感染和癌症，但体外保存相当困难。如图是利用蛋白质工程设计
生产干扰素的流程图，据图分析下列叙述错误的是（　　）
A. 图中构建新的干扰素模型的主要依据是新的干扰素的预期功能
B. 图中新的干扰素基因必须插入到质粒上的启动子和终止子之间才
能表达
C. 图中改造干扰素结构的实质是改造干扰素基因的结构
D. 图中各过程并没有涉及基因工程技术
解析： 　蛋白质工程的主要依据是蛋白质的预期功能，因此图中
构建新的干扰素模型的主要依据是蛋白质的预期功能，A正确；启
动子是RNA聚合酶识别和结合的位点，从而驱动转录，而终止子
提供转录终止的信号，故新的干扰素基因必须插入质粒上的启动子
和终止子之间才能表达，B正确；蛋白质工程的实质是对基因进行
操作，因此图中改造干扰素结构的实质是改造干扰素基因的结构，
C正确；题图中从“人工合成DNA”到“在受体细胞中表达”的过
程运用了基因工程技术，D错误。
2. 神经科学家设计了一种合成蛋白质LIMK1（结合ATP并磷酸化其靶
标的蛋白质），能改善老年认知退化人群的记忆功能。下列叙述不
正确的是（　　）
A. 设计蛋白质LIMK1时，先设计其基因的碱基序列再推测其功能
B. 通过基因定点突变技术可对LIMK1蛋白基因进行碱基的替换
C. 设计蛋白质LIMK1利用的技术是蛋白质工程，其可制造新的蛋白
质
D. 蛋白质的高级结构十分复杂，故蛋白质工程是一项难度很大的工
程
解析： 　蛋白质工程的基本途径是：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），A错误；通过基因定点突变技术可对
LIMK1蛋白基因进行碱基的替换，B正确；设计蛋白质LIMK1利用
的技术是蛋白质工程，其可制造新的蛋白质，C正确；蛋白质的高
级结构十分复杂，故蛋白质工程是一项难度很大的工程，D正确。
3. 蛋白质工程与基因工程相比，其突出的特点是（　　）
A. 基因工程原则上能生产任何蛋白质
B. 蛋白质工程能对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质
C. 蛋白质工程可以不通过转录和翻译来实现
D. 蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第三代基因工程
解析： 　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，以满足人类的生产和生活的需
要。也就是说，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。
方法点拨
“二看法”判断基因工程和蛋白质工程
知识点（二）　蛋白质工程的设计思路与应用
1. 蛋白质工程的设计思路
对于已知 的蛋白质，可以采用 技术，通
过改变 来有目的地改造蛋白质的功能。
空间结构　
定点诱变　
蛋白质的结构　
2. 蛋白质工程的应用
目的 思路 实例
提高蛋
白质
（酶）
的
在蛋白质分
子中引
入
向T4溶菌酶引入二硫键提高了T4溶菌酶的热
稳定性
转换
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，分别用苏氨酸和异亮
氨酸残基替代，大幅度提高了酶的热稳定性
稳定
性　
二硫
键　
氨基
酸残基　
目的 思路 实例
改善酶的 转换氨基酸残
基、删除末端
部分氨基酸序
列或某些肽段
等 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丙氨酸或脯
氨酸残基时，酶的活性大幅提高
消除酶的
转换氨基酸残
基 将枯草芽孢杆菌蛋白酶分子中第222位的
甲硫氨酸残基转换成半胱氨酸残基或丙
氨酸残基，酶的活性将不再受漂白剂的
抑制
催化活性
被抑制特
性
3. 基于上述学习，判断下列相关表述的正误
（1）科学家利用蛋白质工程的思路来提高酶的稳定性，向酶中引
入二硫键是一种思路。 （　√　）
（2）通过转换酶的催化活性中心附近的少数关键性氨基酸残基，
可以改善酶的活性。 （　√　）
（3）热稳定的蛋白质一般都具有抗有机溶剂和极端pH的能力。
（　√　）
（4）蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要是因为人们对蛋白
质复杂的高级结构没有完全认识。 （　√　）
（5）根据某多肽链的一段氨基酸序列，可以很容易地确定决定这
段肽链的脱氧核苷酸序列。 （　×　）
√
√
√
√
×
　利用蛋白质工程可以提高玉米赖氨酸含量，改造途径如下：
结果：改造后玉米叶片和种子中游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍。
（1）结合上述资料，可以通过何种途径提高玉米中的赖氨酸含量？
提示：改变赖氨酸合成途径中关键酶的活性，来提高赖氨酸的
含量。
（2）为什么改变一个氨基酸就可以改变蛋白质的稳定性甚至某种蛋
白质酶的活性？
提示：蛋白质的结构与其氨基酸组成有关，个别氨基酸的改变
就会导致其结构的改变，从而影响到其性质和功能。
1. （2024·江苏南京期末）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
解析： 　蛋白质工程不是通过改造蛋白质来实现的，而是通过对
基因进行操作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 ℃时活性较
低，生产高果糖浆的效率可能低于70 ℃时的，D错误。
2. T4溶菌酶（A0）在温度较高时易失去活性，科学家利用蛋白质工
程技术，使T4溶菌酶的第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸。在该半胱
氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，获得了耐热性高
的T4溶菌酶（A1）。下列叙述错误的是（　　）
A. 检测A1活性时先将A1与底物混合，再置于高温环境
B. A0和A1空间结构的差异是影响热稳定性的原因之一
C. 氨基酸替换和二硫键的形成需要通过改造基因实现
D. 获得A1的过程需要进行转录和翻译
解析： 　检测A1活性时应先将A1与底物分别置于高温环境，保温
一段时间再混合，A错误；和A0相比，A1不仅仅是氨基酸的序列不
同，同时还增加了一个二硫键，导致空间结构也有差异，B正确；
科学家利用蛋白质工程技术，对编码T4溶菌酶的基因进行改造，
从而实现氨基酸替换和二硫键的形成，C正确；获得A1的过程需要
对基因进行改造，进而表达出不一样的蛋白质，该过程涉及转录和
翻译，D正确。
过程评价·勤检测
02
反馈效果 筑牢基础
（1）对天然蛋白质进行改造，要通过对基因的操作来实现。原因是
什么？
提示：①蛋白质具有十分复杂的空间结构，基因的结构相对简
单，容易改造；②改造后的基因可以遗传给下一代，被改造的
蛋白质无法遗传。
（2）改变一个氨基酸就可以改变蛋白质的稳定性甚至某种蛋白酶的
活性的理由是什么？
提示：蛋白质的结构是由其氨基酸组成决定的，个别氨基酸的
改变就会导致其结构的改变，从而影响到其性质和功能。
（3）利用大肠杆菌生产单体速效胰岛素，需用用到的生物工程技术
有 。
蛋白质工程、基因工程和发酵工程　
1. （2024·江苏南通期中）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
解析： 　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，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。
2. （2024·江苏扬州期末）人体内的蛋白TPA能降解由血纤维蛋白凝
聚而成的血栓，但为心梗患者注射大剂量的TPA会诱发颅内出血。
研究证实，通过蛋白质工程，将TPA第84位的半胱氨酸换成丝氨
酸，可制造出性能优异的改良TPA，进而显著降低出血副作用。下
列关于该蛋白质工程的叙述正确的是（　　）
A. 制造改良TPA的过程不遵循中心法则
B. 可利用X射线衍射技术分析TPA的晶体结构
C. 该例中TPA蛋白的基因增添碱基时可使用基因定点诱变技术
D. 需要在分子水平上直接对TPA进行定向改造
解析： 　制造改良TPA的过程属于蛋白质工程，蛋白质工程修饰
或合成的基因在复制和表达时仍然遵循中心法则，A错误；X射线
衍射分析是利用晶体形成的X射线衍射，对物质进行内部原子在空
间分布状况的结构分析方法，X射线衍射技术可分析蛋白质的晶体
结构 ，B正确；该实例中TPA基因不是增添碱基，而是替换碱基，
C错误；该技术不是在分子水平上直接对TPA进行改造，而是对
TPA的基因进行改造，D错误。
3. 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. 蛋白质工程在医药及其他工农业生产中有很大的应用价值
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，最终改造或合成相关DNA序列（基因），获得所
需要的蛋白质，C正确；蛋白质工程可以通过改造或合成基因来实
现对蛋白质分子结构的定向改造或制造一种新的蛋白质，使得蛋白
质工程在医药及其他工农业生产中有很大的应用价值，D正确。
4. 下列关于基因定点诱变技术的说法，正确的是（　　）
A. 对任何蛋白质的改造都可以用基因定点诱变技术
B. 对于已知空间结构的蛋白质的改造可以采用基因定点诱变技术
C. 基因定点诱变技术是蛋白质工程中必须用到的技术
D. 采用基因定点诱变技术通常可以改变蛋白质中多种氨基酸
解析： 　基因定点诱变技术是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，是改变蛋白质结构的核心技术之
一，主要应用于空间结构已知的蛋白质。对于那些不能预先确定诱
变位点的蛋白质，可采用非定点诱变技术来进行蛋白质的改造，B
正确。
课时训练·提素能
03
分级练习 巩固提升
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2
3
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6
7
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12
知识点一　蛋白质工程是基因工程的延伸
1. 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. 对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现
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
解析： 　蛋白质工程是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。
2. 科学家将β-干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达，使干扰素
第十七位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高了β-干扰素的抗
病活性，并且提高了储存稳定性。该生物技术为（　　）
A. 基因工程 B. 蛋白质工程
C. 基因突变 D. 细胞工程
1
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解析： 　基因工程是将符合人们要求的目的基因导入适宜的生物
体内，使其高效表达，从中提取人们所需的蛋白质，或表现出某种
性状，蛋白质产品仍然是天然存在的蛋白质。蛋白质工程是对控制
蛋白质合成的基因进行改造或合成新的基因，从而实现对相应蛋白
质的改变或制造一种新的蛋白质，所得到的蛋白质已不是天然存在
的蛋白质。题干中的操作涉及的基因显然不再是原来的基因，其合
成的β-干扰素也不是天然的β-干扰素，而是经过人工改造的、符合
人类需求的蛋白质，因而该生物技术为蛋白质工程。
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3. 如图表示蛋白质工程的操作过程，相关说法不正确的是（　　）
A. a、b过程分别是转录、翻译
B. 蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作
C. 蛋白质工程是完全摆脱基因工程技术的一项全新的生物工程技术
D. 蛋白质工程中可能构建出一种全新的基因
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12
解析： 　a、b过程分别是转录、翻译，A正确；蛋白质工程是依
据蛋白质的结构来设计氨基酸序列的，因此蛋白质工程中对蛋白质
分子结构的了解是非常关键的工作，B正确；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技术，C错误；蛋白质工
程中可能构建出一种全新的基因，D正确。
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4. （2024·江苏连云港高二期中）下列各项与蛋白质工程没有直接关
系的是（　　）
A. 利用各种高科技手段分析蛋白质的分子结构
B. 研究并改变某种蛋白质相关基因的碱基序列
C. 设计和制造自然界中没有的人工蛋白质
D. 将编码牛凝乳酶的基因导入酵母菌的基因组中获得凝乳酶
解析： 　将编码牛凝乳酶的基因导入酵母菌的基因组中获得凝乳
酶是基因工程的成果，与蛋白质工程没有直接关系，D符合题意。
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5. 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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解析： 　参照蛋白质工程的基本途径，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：②根据预期的蓝色荧光蛋白的
功能设计其结构→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→③合成蓝色荧光蛋白基因→④表达出蓝色荧光
蛋白。
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知识点二　蛋白质工程的设计思路与应用
6. 纤维素酶广泛应用于医药、食品发酵、造纸、废水处理等领域。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。下列有关
该技术说法错误的是（　　）
A. 经改造后的纤维素酶热稳定性提高这一性状可遗传
B. 对纤维素酶的改造是通过直接改造mRNA实现的
C. 改造纤维素酶也需要构建基因表达载体
D. 改造后的纤维素酶和原纤维素酶不是同一种酶
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解析： 　蛋白质工程通过基因改造或基因合成，然后进行表达，
对现有蛋白质进行改造，改造后的性状是可遗传的，A正确；对纤
维素酶的改造需要以基因工程为基础，通过基因改造或基因合成来
完成，B错误；蛋白质工程是对基因进行改造或重新合成，然后进
行表达，因此需要构建基因表达载体，C正确；改造纤维素酶是通
过基因改造或基因合成来完成的，改造后的纤维素酶和原纤维素酶
不是同一种酶，D正确。
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7. 干扰素在体外保存非常困难。干扰素由166个氨基酸组成，如果将
其分子上第17位的一个半胱氨酸变成丝氨酸，那么在－70 ℃的条
件下可以保存半年。若利用蛋白质工程的原理和方法生产新型干扰
素，下列思路最可行的是（　　）
A. 用DNA合成仪合成新的干扰素基因
B. 利用基因定点突变技术改造干扰素基因
C. 直接改造mRNA，进行密码子的替换
D. 生产正常干扰素，再进行氨基酸的替换
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解析： 　干扰素分子的改变只需要一个氨基酸的替换，不必合成
新基因，改造基因比较容易，A不符合题意；蛋白质工程的目的是
改造蛋白质，但其方法是通过改造或合成基因来实现的，B符合题
意；若直接改造mRNA，可获得改造后的蛋白质，但不能遗传不能
复制，C不符合题意；干扰素属于蛋白质，若直接对其进行氨基酸
的替换，可能会导致干扰素的结构和功能丧失，D不符合题意。
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8. 已知某生物体内有一种X蛋白，如果将X蛋白的某一个氨基酸替
换，改造后的蛋白质（X1蛋白）不但可以保留X蛋白的功能，而且
具有了酶的催化活性。下列说法正确的是（　　）
A. 蛋白质工程和基因工程的根本区别是操作对象的差异
B. 可以通过对X蛋白基因进行改造或人工合成获得X1蛋白基因
C. 蛋白质工程操作过程中，不需要酶和载体作为工具
D. 细胞内合成X1蛋白与X蛋白的过程中，遗传信息的流向是相反的
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解析： 蛋白质工程和基因工程的操作对象都是基因，两者的根
本区别是蛋白质工程可制造出自然界不存在的蛋白质，A错误；蛋
白质工程操作过程中，需要酶和载体作为工具，C错误；细胞内合
成X1蛋白与X蛋白的过程中，遗传信息的流向是相同的，D错误。
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9. 如图是科学家对鼠源杂交瘤抗体进行改造，生产出效果更好的鼠—
人嵌合抗体的过程。下列说法正确的是（　　）
A. 生产鼠—人嵌合抗体的过程属于
基因工程
B. 对鼠源杂交瘤抗体进行改造的难点是设计嵌合抗体的空间结构
C. 对鼠源杂交瘤抗体进行改造，是通过基因定点诱变技术改造基因
实现的
D. 鼠—人嵌合抗体的使用对人体不会产生任何不良反应
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解析： 　生产鼠—人嵌合抗体的过程属于蛋白质工程，A错误；
对鼠源杂交瘤抗体进行改造的难点是设计嵌合抗体的空间结构，B
正确；对鼠源杂交瘤抗体进行改造，首先要根据预期嵌合抗体功能
（或蛋白质功能），设计嵌合抗体结构，然后通过基因拼接，将鼠
源抗体基因改造成鼠—人嵌合抗体基因，最后导入鼠淋巴细胞中表
达，而不是通过基因定点诱变技术改造基因实现的，C错误；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，而不是不会产
生任何不良反应，D错误。
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10. （多选）科学家通过利用PCR定点突变技术改造Rubisco酶基因，
提高了光合作用过程中Rubisco酶对CO2的亲和力，从而显著提高
了植物的光合作用速率。下列叙述正确的是（　　）
A. PCR定点突变技术使Rubisco酶基因发生定向突变
B. PCR技术扩增目的基因的过程中必须添加两种引物
C. PCR扩增过程需加入解旋酶和热稳定的DNA聚合酶
D. PCR定点突变技术属于蛋白质工程的范畴
解析： 　PCR扩增过程不需要加入解旋酶，C错误。
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11. （多选）水蛭素（EH）具有较好的抗凝血活性，临床上被用作抗
血栓药物。利用酵母菌工业化生产EH时，生产周期长、目标蛋白
表达效率较低；利用大肠杆菌进行生产时，基因的转录和翻译都
正常，但多肽链错误折叠，产生的无活性的EH会聚集形成水不溶
性的包涵体。研究人员通过改造EH基因，以期获得能在大肠杆
菌中表达的可溶性EH。下列有关叙述正确的是（　　）
A. 大肠杆菌在细胞增殖和代谢速率上较快，可用来改进酵母菌生产
EH时的缺点
B. 包涵体中错误折叠的EH与酵母菌生产的EH在氨基酸序列上有较大
差异
C. 要得到能表达可溶性EH的大肠杆菌，需要用Ca2＋处理大肠杆菌
D. 判断转基因大肠杆菌是否成功，需要对可溶性EH的抗凝血活性进
行测定
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解析： 　大肠杆菌是原核生物中的细菌类，繁殖速度和代谢
速率都较快，可以用来改进酵母菌生产EH时生产周期长、目标蛋
白表达效率较低的缺点，A正确；利用大肠杆菌进行生产时，基
因的转录和翻译都正常，说明在核糖体上合成的多肽正常，与酵
母菌生产的EH在氨基酸序列上应该相同，B错误；在基因工程操
作中，受体细胞是原核生物（如大肠杆菌）时，为提高转化效
率，可Ca2＋处理大肠杆菌，使细胞处于一种更容易吸收周围DNA
分子的生理状态，促进重组质粒的转入， C正确；转基因大肠杆
菌是否成功，还需要在个体水平进行检测，即对可溶性EH的抗凝
血活性进行测定，D正确。
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12. 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。请根据以如图示分析回答问题：
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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 　
解析： 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 ，其组成包括了目的
基因、 、 、复制原点和
等。
基因表达载体
启动子
终止子
标记基
因
解析： 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，需用一定浓度的 处理大肠杆菌。
CaCl2溶液
解析： 将目的基因导入微生物细胞时，常采用感受态细胞法，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的DNA分子的感受态，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
解析： 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。
（5）基因工程最后一步是
，从分子水平检测的方法有
。
目的基因及其表达产物的检测鉴
定
DNA分子杂交、分子杂
交、抗原—抗体杂交
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