1、第第 4 4 节节 蛋白质工程的原理和应用蛋白质工程的原理和应用 知识点 1 蛋白质工程的定义、崛起缘由与原理 1.(2020 黑龙江哈尔滨三中高二期末)下列哪项不是蛋白质工程的研究内容( ) A.分析蛋白质分子的三维结构 B.分析氨基酸的分子结构 C.对现有蛋白质进行有目的的改造 D.按照人的意愿生产自然界没有的新的蛋白质 解析 蛋白质工程是根据预期蛋白质功能设计预期的蛋白质分子的三维结构，A错误；蛋白质工程要分析、设计蛋白质分子不分析氨基酸的分子结构，B 正确；蛋白质工程通过改造基因或合成基因来对蛋白质进行有目的制造，C 错误；按照人的意愿将天然蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质属于蛋白质
2、工程， D 错误。 答案 B 2.(2020 天津高二期末)蛋白质工程的基本流程正确的是( ) 蛋白质分子结构设计 DNA 合成 预期蛋白质功能 根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列 A. B. C. D. 解析 蛋白质工程的基本流程是：预期蛋白质功能预期蛋白质分子结构组成据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列合成 DNA。 答案 C 3.(2020 大庆市第十中学高二期末)下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
3、一种全新的基因 解析 a 过程是以 DNA 的一条链为模板合成 mRNA 的转录过程，b 过程是以mRNA 为模板合成具有一定氨基酸顺序的多肽链的翻译过程，A 正确；蛋白质工程是指以蛋白质分子结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因改造或基因合成，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；蛋白质工程中，可能根据已经明确的蛋白质的结构构建出一种全新的基因，D 正确。 答案 C 4.(2020 广西南宁三中高二期末)科研小组利
4、用蛋白质工程将某细胞中的一种转运蛋白 X 进行改造， 并使改造后的转运蛋白 X 基因在细胞中正常表达。 下列说法正确的是( ) A.该过程无需构建基因表达载体 B.该过程需要限制性内切核酸酶和 DNA 连接酶的作用 C.经改造后的蛋白质不需要再进行功能鉴定 D.经改造后的基因在表达过程中不遵循中心法则 解析 应直接对控制转运蛋白质 X 合成的基因进行改造，需构建基因表达载体，A 错误；蛋白质工程最终需要基因工程来实现，基因表达载体构建需要限制酶和DNA 连接酶，B 正确；经改造后的蛋白质仍需要再进行功能鉴定，C 错误；经改造后的基因在表达过程中遵循中心法则，D 错误。 答案 B 5.(2019
5、 北京 101 中学高二期中)从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌体和溶血性均较强的多肽 P1。目前在 P1 的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是( ) A.合成编码目的肽的 DNA 片段 B.构建含目的肽 DNA 片段的表达载体 C.依据 P1 氨基酸序列设计多条模拟肽 D.筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽 解析 该题目属于蛋白质工程，已经获得该目的基因片段，不需要合成编码目的肽的 DNA 片段，A 错误；是需要构建含目的肽 DNA 片段的表达载体，但这不是第一步， B 错误； 蛋白质工程的第一步是根据蛋白质的功能， 设计 P1 氨基酸序列，从而推出其基因序列
6、，C 正确；该基因表达产物为一种抗菌体和溶血性均较强的多肽 P1，目前在 P1 的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的目的多肽，所以必需对其改造，保持其抗菌性强，抑制其溶血性，D 错误。 答案 C 6.(2020 黑龙江双鸭山一中高二期末)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，有广阔的发展前景，关于蛋白质工程的描述正确的是( ) A.由于需要对蛋白质直接改造，因此操作更难 B.由于蛋白质不能遗传，因此蛋白质工程的产物不能大量生产 C.蛋白质工程也需要设计出相应的基因 D.蛋白质工程在各个领域有广泛应用 解析 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，是在分子水平上对基因
7、分子直接进行操作，A 错误；分子水平上对基因分子直接进行操作使其遗传物质发生改变，可以遗传给下一代，B 错误；蛋白质工程对基因分子直接进行操作，需要推测出应有的氨基酸序列，设计出相应的基因，C 正确；蛋白质工程的发展并不成熟，仍需一段时间提升，目前并不能在各个领域广泛应用，D错误。 答案 C 知识点 2 蛋白质工程的应用 7.(2019 天津一中高二期末)下列关于蛋白质工程说法不正确的是( ) A.蛋白质工程能将人抗体某些区段替代鼠单克隆抗体区段，降低鼠单克隆抗体免疫原性 B.蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性、碱变性等加以改变 C.理论上通过对关键氨基酸的置换与增删是进
8、行蛋白质工程的唯一方法 D.蛋白质工程在农业方面可以增加粮食产品、研发新型农药 解析 为了降低鼠单克隆抗体免疫原性，可以通过蛋白质工程将人抗体某些区段替代鼠单克隆抗体区段，A 正确；可以通过蛋白质工程修饰相应的基因改变酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性、碱变性等，B 正确；蛋白质工程可以通过对基因的改造来改造蛋白质，也可以创造新的蛋白质，C 错误；蛋白质工程在农业方面可以增加粮食产品、研发新型农药，D 正确。 答案 C 8.(2019 天津市武清区杨村第三中学高二月考)关于蛋白质工程的应用的说法，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
9、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.通过对基因结构的改造生产出自然界中从来不存在的蛋白质种类目前还很少 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找到脱氧核苷酸序列的过程，C 正确；目前，蛋白质工程成功的例子不多，主要是人们对蛋
10、白质的结构了解的还很不够，所以通过对基因结构的改造生产出自然界中从来不存在的蛋白质种类目前还很少，D 正确。 答案 B 9.(2019 绥滨县第一中学高二期中)当前医学上，蛋白质工程药物正逐步取代第一代基因工程多肽蛋白质类替代治疗剂，则基因工程药物与蛋白质工程药物的区别是( ) A.基因工程药物与天然产物完全相同，蛋白质工程药物与天然产物不相同 B.都与天然产物不相同 C.都与天然产物完全相同 D.基因工程药物与天然产物不相同，蛋白质工程药物与天然产物完全相同 解析 基因工程是将外源基因导入另一生物体内，并使之表达，因此，基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。蛋白质工程从分子水平对蛋白
11、质进行改造设计， 通过对相应的基因进行改造或基因合成， 从而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生产和生活需求，因此，蛋白质工程产物常与天然产物不相同。 答案 A 10.(2020 天津高二期末)某生物制品公司用如图方法生产干扰素。 下列说法正确的是( ) A.能产生干扰素的酵母菌是基因工程创造的新物种 B.干扰素是由淋巴细胞产生的，所以只有淋巴细胞中才有干扰素基因 C.该过程所运用的生物学原理是基因重组 D.若要获得更耐储存的干扰素则利用蛋白质工程来直接改造蛋白质 解析 新物种产生标志是形成生殖隔离， 能产生干扰素的酵母菌并未创造新物种，A 错误；干扰素基因除了在淋巴细胞存在
12、外，其他体细胞也存在，只是干扰素基因只在淋巴细胞中表达，B 错误；将干扰素基因导入酵母细胞中，属于基因工程的应用，基因工程运用的原理是基因重组，C 正确；利用蛋白质工程对干扰素进行改造，基本思路是：预期蛋白质功能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，D 错误。 答案 C 11.(2020 安徽高二月考)为提高葡萄糖异构酶的热稳定性， 将其第 138 号的甘氨酸替换为脯氨酸，使该酶最适反应温度提高了 1012 。下列叙述不正确的是( ) A.应直接将蛋白质分子的甘氨酸替换为脯氨酸 B.可通过基因改造的方法对葡萄糖异构酶进
13、行改造 C.该技术能按照人类的需求生产出蛋白质 D.该项技术要先预测蛋白质的功能再设计蛋白质的结构 解析 为提高葡萄糖异构酶的热稳定性，将其第 138 号的甘氨酸替换为脯氨酸，应对葡萄糖异构酶的基因进行改造，A 错误，B 正确；该技术能按照人类的需求生产出新的蛋白质， C 正确； 该项技术要先根据蛋白质的功能设计蛋白质的结构，D 正确。 答案 A 12.(2020 北京四中高二期末)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 位的苏氨酸变为异亮氨酸，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为异亮氨酸。为此，操作正确的是( ) A.直接改造上述两种蛋白质的空
14、间结构 B.对指导上述两种酶蛋白合成的 mRNA 进行改造 C.利用诱变育种技术促使上述两种酶蛋白的基因突变 D.利用基因定点突变技术，对控制上述两种酶蛋白的基因进行改造 解析 蛋白质的功能与其高级结构密切相关，而蛋白质的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，且即使改造成功也不能遗传，A 错误；直接改造相应的 mRNA，不一定能够表达产生所需要的蛋白质，且即使成功也不能遗传，B 错误；由于基因突变具有不定向性和低频性，所以使用诱变育种的方法不易获得符合要求的基因，C 错误。 答案 D 13.(2020 湖南高二期末)胰岛素是治疗胰岛素依赖糖尿病的特效药物， 但是天然胰岛素在人体
15、内的寿命只有几个小时，通过蛋白质工程改变胰岛素的空间结构，以延长胰岛素的半衰期，可以得到长效胰岛素。如图是用蛋白质工程设计长效胰岛素的生产过程。 (1) 基 因 工 程 中 限 制 酶 切 割 后 的 载 体 与 目 的 基 因 能 再 次 拼 接 的 理 由_。 (2)在基因工程中获取目的基因的方法除图中方法，还有利用 PCR 技术扩增和_。 (3)上述基因工程中除质粒外，_也可作为载体。 (4)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是_。 (5)若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下，不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞，原因是_ _。 (6)新的胰岛素为什
16、么还要加工、修饰？_ _。 解析 (1)构建基因表达载体时，需要选择一种或两种限制性内切核酸酶对目的基因和载体进行切割，产生相同的末端。 (2)图中获取目的基因的方法是人工合成法，除此之外还有从基因文库中获取和PCR 技术扩增。 (3)基因工程中可以选择质粒、噬菌体、动植物病毒等作为载体。 (4)图中改造胰岛素用到的是蛋白质工程，其基本途径是从预期的蛋白质的功能出发，设计预期的蛋白质结构，推测应有的氨基酸序列，找到相应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因，进而合成符合要求的蛋白质。 (5)基因工程中，若受体细胞是大肠杆菌，需要用钙离子处理使其处于感受态，因为未处理的大肠杆菌吸收质粒的能力极弱
17、。 (6)大肠杆菌是原核生物，没有内质网和高尔基体等复杂的结构，无法对蛋白质进行加工、修饰，故需要对其进行加工修饰。 答案 (1)切割产生的末端相同 (2)从基因文库中获取 (3)噬菌体、动植物病毒 (4)蛋白质的预期功能 (5)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源 DNA)的能力极弱 (6)大肠杆菌没有内质网和高尔基体无法加工胰岛素 14.(2020 黑龙江大庆一中高二检测)请根据下图回答有关问题： (1)在上图所示的蛋白质工程流程中，A 指的是_，B 指的是应有的_序列。 (2)对获得的目的基因可采用_技术扩增其数量。在该过程中所用酶的最大理化特点是_。 (3)过程中将构建的基因表达载体导入受精卵常用的方法是_ _。 (4)目的基因是否成功导入受精卵可用_等技术进行检测。 解析 (1)据图分析可知，在题图所示的蛋白质工程流程中，A 指的是蛋白质的结构，B 指的是应有的脱氧核苷酸序列。 (2)目的基因的获取有多种方式，对获得的目的基因可采用 PCR 等技术扩增其数量。在该过程中所用酶 TaqDNA 聚合酶的最大理化特点是耐高温。 (3)据图分析可知，过程中将构建的基因表达载体导入受精卵常用的方法是显微注射法。 (4)目的基因的检测与鉴定步骤中，目的基因是否成功导入受精卵可用 PCR 技术进行检测。 答案 (1)蛋白质的结构 脱氧核苷酸 (2)PCR 耐高温 (3)显微注射法 PCR