第三章 第三节　蛋白质工程（课件 学案 练习共3份）苏教版（2019）选择性必修3 生物技术与工程

第三节　蛋白质工程
课时概念解析　本课时的概念为“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符合人类要求的蛋白质”“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”，这个概念的建构需要以下基本概念或证据的支持：
1.基于基因工程的原理，可通过基因改造或合成生产符合人类需要的目标蛋白质。
2.利用蛋白质工程改造蛋白质具有广阔的应用前景。
1.蛋白质工程的概念
是指以蛋白质分子的________及其与________的关系为基础，对________________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
(1)过程
[微思考]
如果已经推测出多肽中的氨基酸序列，那么推测出的基因中的碱基序列是否唯一呢？并说明理由。_______________________________________________________
______________________________________________________________________
(2)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。
(3)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.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
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 ________________等
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.蛋白质工程的设计思路与应用
目的 思路 实例
提高蛋白质(酶)的________ 在蛋白质分子中引入二硫键 向T4溶菌酶引入二硫键提高了T4溶菌酶的热稳定性
转换氨基酸残基 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
[辨正误]
(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。(　　)
(2)蛋白质工程能产生自然界中不存在的新型蛋白质分子。(　　)
(3)定点诱变技术可用于各种蛋白质的改造。(　　)
(4)热稳定的蛋白质一般都具有抗有机溶剂和极端pH的能力。(　　)
(5)通过向T4溶菌酶中引入二硫键可以提高该酶的热稳定性。(　　)
阅读教材蛋白质工程的一般过程，回答下列问题：
(1)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。______________________________________________________________________
(2)通过蛋白质工程能否改变生物的性状？说明理由。______________________________________________________________________
【学以致用】
1.(2023·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.该实例中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
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
随堂检测
1.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17位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高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.微生物发酵工程 D.细胞工程
2.中华鲟是地球上最古老的脊椎动物之一，被称为“活化石”。研究者试图通过蛋白质工程改造中华鲟体内的某些蛋白质，使其更加适应现在的水域环境，以下说法错误的是(　　)
A.该工程可以定向改变蛋白质分子的结构
B.改造蛋白质是通过改造基因结构来实现的
C.改造后的中华鲟和现有中华鲟仍是同一物种
D.改造后的中华鲟的后代不具有改造的蛋白质
3.如图表示蛋白质工程的操作过程，相关说法错误的是(　　)
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.(多选)(2023·江苏泰州期中)水蛭素是水蛭产生的一种蛋白质，可用于预防和治疗血栓。研究人员发现，用赖氨酸替换水蛭素第47位的天冬酰胺可以提高它的抗凝血性，将水蛭素基因中天冬酰胺对应的碱基定点替换后转移进大肠杆菌，可以得到大量极高特异活性的强效水蛭素。下列叙述正确的是(　　)
A.强效水蛭素是自然界中没有的蛋白质
B.获得强效水蛭素的遗传学原理只有基因突变
C.此技术是在深入了解水蛭素结构与功能关系的基础上进行的
D.大肠杆菌获得的能产生强效水蛭素的变异可以遗传给下一代
第三节　蛋白质工程
自主梳理
1.结构规律　生物功能　编码该蛋白的基因
2.(1)氨基酸序列多肽链　蛋白质三维结构
微思考
提示：不唯一；因为一个氨基酸是由一种或多种密码子决定的，因此推测出的基因中的碱基序列有多种。
(2)①存在　(3)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.稳定性　催化活性　被抑制特性
辨正误
(1)×　提示：蛋白质工程中直接改造的是基因，不是蛋白质。
(2)√
(3)×　提示：定点诱变技术可用于已知基本结构信息的蛋白质的改造。
(4)√　(5)√
合作探究
(1)提示：主要原因如下：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进行直接改造要容易操作，难度要小得多。
(2)提示：可以；生物性状的体现者是蛋白质，改造蛋白质会改变生物的性状。
学以致用
1.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射线衍射技术是利用晶体形成的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基因进行改造，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下保温一段时间后再混合，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，导致其空间结构也有差异，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。]
随堂检测
1.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，从而实现对相应蛋白质的改变，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，B正确。]
2.D　[改造后的中华鲟具有新的性状，但其和现有中华鲟仍是同一物种，C正确；蛋白质工程改造的是基因，可以遗传给子代，因此改造后的中华鲟的后代也具有改造的蛋白质，D错误。]
3.C　[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，C错误。]
4.ACD　[强效水蛭素是蛋白质工程的产物，是自然界中没有的蛋白质，A正确；蛋白质工程根本上还是对基因进行改造，对基因改造可以利用基因突变或基因重组，B错误；蛋白质的结构决定其功能，所以此技术是在深入了解水蛭素结构与功能关系的基础上进行的，C正确；大肠杆菌获得的能产生强效水蛭素的变异是通过转基因技术实现的，利用的原理是基因重组，属于可遗传的变异，D正确。](共33张PPT)
第三章　基因工程
第三节　蛋白质工程
本课时的概念为“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符合人类要求的蛋白质”“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”，这个概念的建构需要以下基本概念或证据的支持：
1.基于基因工程的原理，可通过基因改造或合成生产符合人类需要的目标蛋白质。
2.利用蛋白质工程改造蛋白质具有广阔的应用前景。
课时概念解析
目录 CONTENTS
随堂检测
合作探究
思维导图
自主梳理
1.蛋白质工程的概念
是指以蛋白质分子的__________及其与__________的关系为基础，对__________________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。
结构规律
生物功能
编码该蛋白的基因
2.蛋白质工程的一般过程
(1)过程
氨基酸
序列多
肽链
蛋
白
质
三
维
结
构
[微思考]
如果已经推测出多肽中的氨基酸序列，那么推测出的基因中的碱基序列是否唯一呢？并说明理由。
提示：不唯一；因为一个氨基酸是由一种或多种密码子决定的，因此推测出的基因中的碱基序列有多种。
(2)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。
(3)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
存在
再设计和改造
不存在
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。
序列条目
排列顺序
蛋白质
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
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 ________________等
结构信息
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聚合酶和
DNA连接酶
受体细胞
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
5.蛋白质工程的设计思路与应用
目的 思路 实例
提高蛋白质(酶)的________ 在蛋白质分子中引入二硫键 向T4溶菌酶引入二硫键提高了T4溶菌酶的热稳定性
转换氨基酸残基 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
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
×
√
[辨正误]
(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。( )
(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已知基本结构信息的蛋白质的改造。
(4)热稳定的蛋白质一般都具有抗有机溶剂和极端pH的能力。( )
(5)通过向T4溶菌酶中引入二硫键可以提高该酶的热稳定性。( )
×
√
√
阅读教材蛋白质工程的一般过程，回答下列问题：
(1)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：主要原因如下：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进行直接改造要容易操作，难度要小得多。
(2)通过蛋白质工程能否改变生物的性状？说明理由。
提示：可以；生物性状的体现者是蛋白质，改造蛋白质会改变生物的性状。
●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RNA中相对应的核糖核苷酸序列，再根据RNA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。
●某种微生物合成的一种蛋白酶与人体消化液中某种蛋白酶的结构和功能很相似，只是前者热稳定性较差，进入人体后容易失效。尝试根据本节课所学知识提出改造该种微生物蛋白酶的思路。
提示：①思路一：向该蛋白酶中引入二硫键。②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。　　　
●蛋白质工程与基因工程的
区别和联系
【 学以致用 】
B
1.(2023·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.该实例中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射线衍射技术是利用晶体形成的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基因进行改造，D错误。
A
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下保温一段时间后再混合，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，导致其空间结构也有差异，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。
●“三看法”巧判基因工程和
蛋白质工程
B
1.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17位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高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.微生物发酵工程 D.细胞工程
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，从而实现对相应蛋白质的改变，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，B正确。
D
2.中华鲟是地球上最古老的脊椎动物之一，被称为“活化石”。研究者试图通过蛋白质工程改造中华鲟体内的某些蛋白质，使其更加适应现在的水域环境，以下说法错误的是(　　)
A.该工程可以定向改变蛋白质分子的结构
B.改造蛋白质是通过改造基因结构来实现的
C.改造后的中华鲟和现有中华鲟仍是同一物种
D.改造后的中华鲟的后代不具有改造的蛋白质
解析：改造后的中华鲟具有新的性状，但其和现有中华鲟仍是同一物种，C正确；
蛋白质工程改造的是基因，可以遗传给子代，因此改造后的中华鲟的后代也具有改造的蛋白质，D错误。
C
3.如图表示蛋白质工程的操作过程，相关说法错误的是(　　)
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
解析：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，C错误。
ACD
4.(多选)(2023·江苏泰州期中)水蛭素是水蛭产生的一种蛋白质，可用于预防和治疗血栓。研究人员发现，用赖氨酸替换水蛭素第47位的天冬酰胺可以提高它的抗凝血性，将水蛭素基因中天冬酰胺对应的碱基定点替换后转移进大肠杆菌，可以得到大量极高特异活性的强效水蛭素。下列叙述正确的是(　 　)
A.强效水蛭素是自然界中没有的蛋白质
B.获得强效水蛭素的遗传学原理只有基因突变
C.此技术是在深入了解水蛭素结构与功能关系的基础上进行的
D.大肠杆菌获得的能产生强效水蛭素的变异可以遗传给下一代
解析：强效水蛭素是蛋白质工程的产物，是自然界中没有的蛋白质，A正确；
蛋白质工程根本上还是对基因进行改造，对基因改造可以利用基因突变或基因重组，B错误；
蛋白质的结构决定其功能，所以此技术是在深入了解水蛭素结构与功能关系的基础上进行的，C正确；
大肠杆菌获得的能产生强效水蛭素的变异是通过转基因技术实现的，利用的原理是基因重组，属于可遗传的变异，D正确。
●下图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答下列问题。
(1)代表蛋白质工程操作思路的过程是________，代表中心法则内容的是________(填图中序号)。
(2)写出图中各序号代表的生物学过程的名称或内容：
①______，②_____，③_________________，④__________________，
⑤_________________。
④⑤
①②
转录
翻译
(多肽链的)折叠
(蛋白质的)分子设计
DNA改造或合成
(3)蛋白质工程的目的是__________________________________________，通过__________________________实现。
(4)从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则是________的。　　　
获得满足人类生产和生活需要的蛋白质　
基因改造或基因合成
相反
解析：(1)题图中④⑤过程代表蛋白质工程的操作思路；①②过程代表中心法则内容。
(2)题图中①代表转录过程，②代表翻译过程，③代表多肽链的折叠过程，④代表蛋白质的分子设计过程，⑤代表DNA改造或合成过程。
(3)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，这些蛋白质满足了人类生产和生活的需要。可见，蛋白质工程的目的是获得满足人类生产和生活需要的蛋白质。
(4)蛋白质工程是根据具有相应功能的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列，进而推测出脱氧核苷酸序列，因此其与中心法则的基本途径相反。课时精练18　蛋白质工程
(时间：30分钟　分值：50分)
选择题：第1～11题，每小题3分，共33分。
【基础对点】
知识点1　蛋白质工程的一般过程
1.(2023·江苏苏州期中)随着蛋白质工程技术的发展，科研工作者对荧光蛋白的结构进行设计、改造和模拟，赋予其新的性质和功能，拓宽其在生物传感、生物成像等生命领域的应用。下列叙述错误的是(　　)
蛋白质工程可合成天然不存在的荧光蛋白
合成新荧光蛋白的过程中涉及中心法则
蛋白质工程的实质是通过改变氨基酸的结构来改变荧光蛋白的功能
蛋白质工程能定向改造荧光蛋白分子结构，使之更加符合人类需要
2.(2024·江苏宿迁阶段练习)关于蛋白质工程的基本流程，下列叙述正确的是(　　)
①蛋白质分子结构设计
②DNA合成
③预期蛋白质功能
④据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列
①→②→③→④ ④→②→①→③
③→①→④→② ③→④→①→②
3.(2023·江苏南京期中)胰岛素可用于治疗糖尿病，但胰岛素注射后易在皮下堆积，需较长时间才能进入血液，进入血液后又易被分解，因此治疗效果受到影响。下图是新的速效胰岛素的生产过程，有关叙述错误的是(　　)
新的胰岛素的预期功能是构建新胰岛素模型的主要依据
新的胰岛素生产过程中不涉及中心法则
用大肠杆菌生产新的胰岛素不具有生物学活性
新的胰岛素功能的发挥必须依赖于蛋白质正确的高级结构
4.(2023·南通高二期末)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(　　)
构建含目的肽DNA片段的表达载体
合成编码多肽P1的DNA片段
设计抗菌性强但溶血性弱的蛋白质结构
利用抗原—抗体杂交的方法对表达产物进行检测
知识点2　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(　　)
基因大面积的定向突变一般采用基因全合成的方法
在定点诱变过程中加入的引物需要含有所需的突变顺序
在定点诱变过程中只需要加入DNA聚合酶
可用PCR技术扩增已获得定点突变的基因
6.(2023·江苏宿迁阶段练习)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。下图为利用PCR技术进行定点突变的流程，下列相关叙述错误的是(　　)
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，最终还必须通过改造或合成基因来完成
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
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
利用图示流程技术可以将两个不同的基因拼接到一起
知识点3　蛋白质工程的设计思路与应用
7.腈水合酶(N0)广泛应用于环境保护和医药原料生产等领域，但不耐高温。利用蛋白质工程技术在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽，可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)。下列有关叙述错误的是(　　)
N1与N0氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一
加入连接肽需要通过改造基因实现
获得N1的过程需要进行转录和翻译
检测N1的活性时先将N1与底物充分混合，再置于高温环境
8.快速、准确地确定蛋白质的三维空间结构，一直是生命科学领域的研究热点和难点。人工智能程序AlphaFold 2对大部分蛋白质结构的预测极为精准，接近真实的蛋白质结构，达到了人类利用冷冻电镜等复杂仪器观察预测的水平。下列相关叙述错误的是(　　)
蛋白质的氨基酸序列是预测其空间结构的重要基础
预测、设计并制造新蛋白质的技术属于蛋白质工程
结构预测能帮助揭示蛋白质分子间相互作用的机制
依据新蛋白质的氨基酸序列能推出唯一的基因序列
9.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，天然的Y通常需要在低温下保存，若将Y的第6位氨基酸甲改变为氨基酸乙可提高其热稳定性。下列有关说法错误的是(　　)
利用蛋白质工程直接对Y蛋白质进行氨基酸的替换以提高热稳定性
若要获得Y的基因，可从人的T细胞中提取mRNA，逆转录合成cDNA
农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞常用的方法
在构建表达载体时，需将目的基因插入在启动子和终止子之间
【综合提升】
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(　　)
PCR定点突变技术使Rubisco酶基因发生定向突变
PCR技术扩增目的基因的过程中必须添加两种引物
PCR扩增过程需加入解旋酶和热稳定的DNA聚合酶
PCR定点突变技术属于蛋白质工程的范畴
11.(多选)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。下列有关说法错误的是(　　)
生产鼠人嵌合抗体的过程属于基因工程
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
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
鼠人嵌合抗体的使用对人体的副作用减少
12.(17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)(2分)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)(5分)图中①的名称叫________，其组成包括了目的基因、________、________、复制原点和________等。
(3)(2分)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)(3分)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)(5分)基因工程最后一步是____________，从分子水平检测的方法有____________。
课时精练18　蛋白质工程
1.C　[蛋白质工程的目标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设计改造，所以蛋白质工程可合成天然不存在的荧光蛋白，A正确；合成新荧光蛋白的过程中涉及转录和翻译等过程，涉及中心法则，B正确；蛋白质工程的实质是通过改造蛋白质的基因来改变荧光蛋白的功能，C错误；蛋白质工程能按照人们的意愿定向改造蛋白质分子结构，使之更加符合人类需要，D正确。]
2.C　[蛋白质工程的基本流程是从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质的分子结构→推测应有的氨基酸序列→找出相应的脱氧核苷酸序列，然后进行DNA合成，即为③→①→④→②，C正确，A、B、D错误。]
3.B　[构建新胰岛素模型主要从新胰岛素的预期功能出发，A正确；新的胰岛素生产过程中涉及转录、翻译等过程，涉及中心法则，B错误；大肠杆菌属于原核生物，不具有内质网和高尔基体，不能对蛋白质进行相应的加工，产生新的胰岛素不具有生物学活性，C正确；结构决定功能，新的胰岛素功能的发挥必须依赖于蛋白质正确的高级结构，D正确。]
4.C　[蛋白质工程的一般过程：根据新蛋白质的预期功能→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。]
5.C　[定点诱变过程中需要加入DNA聚合酶和DNA连接酶，C错误。]
6.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，最终还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，利用重叠互补引物将两个不同的基因拼接到一起，D正确。]
7.D　[在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽，可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)，则N1与N0氨基酸序列有所不同，这可能是影响其热稳定性的原因之一，A正确；蛋白质工程的作用对象是基因，即加入连接肽需要通过改造基因实现，B正确；N1为蛋白质，蛋白质的合成需要经过转录和翻译过程，C正确；酶的催化作用具有高效性，检测N1的活性需先将其与底物分别置于高温环境下保温一段时间，再与底物充分混合，D错误。]
8.D　[蛋白质多样性与组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序及肽链盘曲、折叠形成的蛋白质的空间结构不同有关，因此蛋白质的氨基酸序列是预测其空间结构的重要基础，A正确；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，以满足人类对生产和生活的需求，因此预测、设计并制造新蛋白质的技术属于蛋白质工程，B正确；结构决定功能，结构预测能帮助揭示蛋白质分子间相互作用的机制，C正确；一个氨基酸的密码子可能有一个或多个，因此依据新蛋白质的氨基酸序列能推出多个基因序列，D错误。]
9.A　[蛋白质工程是通过对Y的基因进行改造，进而替换蛋白质中的氨基酸，提高其热稳定性，A错误；由于人的T细胞可以合成Y蛋白，故可以从人的T细胞中提取mRNA，通过逆转录合成cDNA，来获取目的基因，B正确；将目的基因导入植物细胞有多种方法，常用的是农杆菌转化法，C正确；为了便于目的基因的表达，目的基因需要插入在启动子和终止子之间，D正确。]
10.ABD　[PCR扩增过程不需要加入解旋酶，C错误。]
11.AC　[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，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。]
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，包括目的基因、启动子、终止子、标记基因和复制原点等。(3)将目的基因导入微生物细胞时，常采用Ca2＋处理，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。