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1.4 蛋白质工程的崛起
1．下列对物质的改造不属于蛋白质工程范畴的是( )
A．胰岛素改造 B．抗体改造
C．酶的改造 D．性激素改造
解析：蛋白质工程是通过改造基因来改造蛋白质，生产自然界中原不存在的蛋白质，性激素不是蛋白质。
答案：D
2．下列不属于蛋白质工程成果的是( )
A．改造酶的结构，提高酶的热稳定性
B．生产出鼠—人嵌合抗体
C．将tPA分子中的天门冬酰胺替换为谷氨酰胺
D．将人的胰岛素基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素
解析：将人的胰岛素基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素属于基因工程的成果。
答案：D
3．下列关于基因工程和蛋白质工程的说法正确的是( )
A．蛋白质工程和基因工程的目的都是获得人类需要的蛋白质，所以二者没有区别
B．基因工程是蛋白质工程的关键技术
C．通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍然是天然的蛋白质
D．蛋白质工程是在蛋白质分子水平上直接改造蛋白质的
解析：本题考查基因工程与蛋白质工程的区别与联系。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分子设计。其中，基因工程是关键技术，是蛋白质工程的基础，因为对蛋白质结构的改造是通过改造基因来实现的，所以蛋白质工程是在基因水平上改造，改造后的蛋白质不再是天然的蛋白质。
答案：B
4．蛋白质工程的基本流程正确的是( )
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
A．①→②→③→④ B．④→②→①→③
C．③→①→④→② D．③→④→①→②
解析：
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蛋白质工程的基本流程：根据中心法则逆推以确定目的基因的碱基序列：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列(基因)→DNA合成，最终还是回到基因工程上来解决蛋白质的合成。因此，蛋白质工程的基本流程正确的是③→①→④→②。
答案：C
5．干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，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 ℃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”(请填写)。
(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，不一定符合人类生产和生活的需要。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，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，还是通过对基因的操作来实现？______________________________。
原因是_______________________________________________。
解析：基因工程遵循中心法则，从DNA→mRNA→蛋白质折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→应有的碱基排列→创造出自然界不存在的蛋白质。
答案：(1)预期蛋白质的功能 蛋白质三维结构 应有的氨基酸序列 相应的脱氧核苷酸序列(基因)
(2)自然界已存在 基因修饰 基因合成 改造
(3)空间(或高级)
(4)对基因的操作 基因控制蛋白质的合成，并且基因能遗传给下一代
A级 基础巩固
1．蛋白质工程的实质是( )
A．改造蛋白质 B．改造mRNA
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C．改造基因 D．改造氨基酸
解析：蛋白质工程的目的是获取人类需要的蛋白质，由于蛋白质的合成是受基因控制的，因此对蛋白质结构进行设计改造，最终通过改造基因来实现。
答案：C
2．蛋白质工程制造的蛋白质是( )
A．天然蛋白质
B．稀有蛋白质
C．自然界中不存在的蛋白质
D．尚没有制造出来
解析：蛋白质工程是对基因进行改造进而产生符合人们需要的蛋白质，因此不再是天然的蛋白质。
答案：C
3．蛋白质工程中，直接进行操作改造的是( )
A．氨基酸结构 B．蛋白质的空间结构
C．肽链结构 D．基因结构
解析：蛋白质工程是通过改造基因的结构实现的，原因有两个：①任何一种天然的蛋白质都是由基因决定的，改造了基因即对蛋白质进行改造，而且改造过的蛋白质可以遗传；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。
答案：D
4．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
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精细结构，A项错误；蛋白质工程通过修改基因或创造合成新基因来对蛋白质进行有目的制造，B项正确；蛋白质工程分析、设计蛋白质分子不分析氨基酸的化学组成，C项错误；按照人的意愿将天然蛋白质改造成新的蛋白质，D项正确。
答案：C
5．下列关于蛋白质工程的说法不正确的是( )
A．蛋白质工程能将人抗体的某些区段替代鼠单克隆抗体的区段，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行蛋白质工程的唯一方法
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D．蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要
解析：蛋白质工程的类型主要有两种：一是从头设计，即完全按照人的意志设计合成蛋白质；二是定位突变与局部修饰，即在已有的蛋白质基础上，只进行局部的修饰，通过造成一个或几个碱基定位突变，以达到修饰蛋白质分子结构的目的，A项正确。蛋白质工程可以在已有的蛋白质基础上，只进行局部的修饰，通过造成一个或几个碱基定位突变，以达到修饰蛋白质分子结构的目的，蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性等加以改变，B项正确。蛋白质工程是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，C项错误。蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要，D项正确。
答案：C
6．蛋白质工程目前成功的是( )
A．对胰岛素进行改造，生产速效型药品
B．蛋白质工程应用于微电子方面
C．体外耐保存的干扰素
D．用蛋白质工程生产赖氨酸玉米
解析：A项已经实现，B、C、D三项目前尚未实现，只是蛋白质工程的发展前景，有待进一步研究和设计。
答案：A
B级 能力训练
7．人们发现蛛丝蛋白比蚕丝蛋白更细，但强度却更大，于是有人试图通过破解蛛丝蛋白的结构从而推出其基因结构，以指导对蚕丝蛋白基因的修改，从而让蚕也吐出像蛛丝蛋白一样坚韧的丝，此过程的名称和依据的原理分别是( )
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
解析：通过修改已知蚕丝蛋白的基因，从而创造出全新的蛋白质的过程叫蛋白质工程，其原理是蛋白质→RNA→DNA→RNA→蛋白质。
答案：D
8．蛋白质工程中，对蛋白质的结构进行分子设计的根据是( )
A．人们对蛋白质功能的特定需求
B．蛋白质中氨基酸序列
C．信使RNA中核糖核苷酸序列
D．基因中脱氧核苷酸序列
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解析：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分子设计。
答案：A
9．下列有关蛋白质工程的说法正确的是( )
A．蛋白质工程无须构建基因表达载体
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核酸内切酶和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
解析：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。
答案：C
10．科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效型药品。下图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题：
(1)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_____________________________________。
(2)通过人工合成DNA形成的新基因应与________结合后转移到________________中才能得到准确表达。(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有________________、________________和发酵工程。
(4)图片中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是
_______________________________________________________
______________________________________________________。
答案：(1)蛋白质的预期功能 (2)载体 大肠杆菌等受体细胞 (3)蛋白质工程 基因工程 (4)根据新的胰岛素模型中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因
11
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．赖氨酸是人体八大必需氨基酸之一，能促进人体发育、增强免疫功能，并有提高中枢神经组织功能的作用。某农科所科技人员欲通过将玉米某种蛋白酶改造成“M酶”，从而大大提高玉米种子中赖氨酸的含量，以期待培育出高赖氨酸玉米新品种。据此请回答下列问题：
(1)科技人员先从“提升玉米种子中赖氨酸含量”这一功能出发，预期构建出________的结构，再推测出相对应目的基因的________序列，最终合成出“M酶”基因。(2)科技人员获得“M酶”基因后，常利用________技术在体外将其大量扩增，此过程需要一种特殊的酶是_____________________________________________________
________________。
(3)“M酶”基因只有插入________________中，才能确保“M酶”基因在玉米细胞中得以稳定遗传。科技人员将“M酶”基因导入玉米细胞中需要借助____________的运输。
(4)依据________________原理，可将含有“M酶”基因的玉米细胞培育成转“M酶”基因的玉米植株。为了确保育种成功，科技人员需要通过________________，从个体水平加以鉴定。
解析：蛋白质工程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。
(1)根据题干信息已知，某农科所科技人员欲通过将玉米某种蛋白酶改造成“M酶”，则应该利用蛋白质工程，先预期构建出“M酶”(蛋白质)的结构，再推测出相对应目的基因的脱氧核苷酸序列，最终合成出“M酶”基因。
(2)基因工程中，获取的目的基因一般利用PCR技术进行扩增，过程中需要耐高温聚合酶(Taq酶)的催化。
(3)要想确保“M酶”基因在玉米细胞中得以稳定遗传，必须将“M酶”基因插入玉米细胞的染色体DNA中；将“M酶”基因(目的基因)导入玉米细胞中需要借助(基因表达)载体的运输。
(4)植物组织培养技术依据植物细胞的全能性原理，可将含有“M酶”基因的玉米细胞培育成转“M酶”基因的玉米植株。科技人员需要通过测定玉米种子中赖氨酸含量，从个体水平加以鉴定，以确保育种成功。
答案：(1)“M酶” 脱氧核苷酸 (2)PCR Taq酶(或“热稳定DNA聚合酶”) (3)玉米细胞的染色体DNA (基因表达)载体 (4)植物细胞具有全能性 测定玉米种子中赖氨酸含量
12．绿色荧光蛋白(GFP)能在蓝光或紫外光的激发下发出荧光，这样借助GFP发出的荧光就可以跟踪蛋白质在细胞内部的移动情况，帮助推断蛋白质的功能。GFP基因可作为目的基因用于培育绿色荧光小鼠，下图表示培育绿色荧光小鼠的基本流程：
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请根据上述材料回答下列问题。
(1)用于培育绿色荧光小鼠的基因表达载体的组成必须有启动子、标记基因、__________和__________。图中过程②常用的方法是______________________。
(2)GFP基因与目的基因一起构建到载体上不影响目的基因的表达，也不影响由目的基因控制合成的蛋白质的结构与功能，且对细胞无毒性作用，因此GFP基因可以作为基因表达载体上的
______________________________________________________。
(3)目前科学家们通过______________工程制造出了蓝色荧光蛋白、黄色荧光蛋白等，该工程是直接改造GFP分子，还是改造GFP基因？___________________________________________________。
请写出该工程的基本流程_______________________________。
答案：(1)GFP基因 终止子 显微注射法
(2)标记基因
(3)蛋白质 改造GFP基因(绿色荧光蛋白基因)
预期蛋白质功能→设计预期蛋白质结构→推测氨基酸序列→推知基因的核苷酸序列→修饰(合成)相应基因→表达出相应蛋白质
13．在体内，人胰岛素基因表达可合成出一条称为前胰岛素原的肽链，此肽链在内质网中经酶甲切割掉氨基端一段短肽后成为胰岛素原，进入高尔基体的胰岛素原经酶乙切割去除中间片段C后，产生A、B两条肽链，再经酶丙作用生成由51个氨基酸残基组成的胰岛素。目前，利用基因工程技术可大量生产胰岛素。回答下列问题：
(1)人体内合成前胰岛素原的细胞是________，合成胰高血糖素的细胞是________。
(2)可根据胰岛素原的氨基酸序列，设计并合成编码胰岛素原的________序列，用该序列与质粒表达载体构建胰岛素原基因重组表达载体。再经过细菌转化、筛选及鉴定，即可建立能稳定合成________的基因工程菌。
(3)用胰岛素原抗体检测该工程菌的培养物时，培养液无抗原抗体反应，菌体有抗原抗体反应，则用该工程菌进行工业发酵时，应从________中分离、纯化胰岛素原。胰岛素原经酶处理便可转变为胰岛素。
解析：本题主要考查基因工程的有关内容。
(1)由题干信息可知，前胰岛素原在细胞内经加工后成为胰岛素，人体合成胰岛素的细胞是胰岛B细胞，所以合成前胰岛素原的细胞也是胰岛B细胞；而胰岛A细胞合成的激素是胰高血糖素。
(2)真核生物的目的基因可用人工合成的方法合成，可根据胰岛素原的氨基酸序列，
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设计并合成编码胰岛素原的DNA序列(即目的基因)；合成的DNA序列经过修饰与质粒构建胰岛素原基因表达载体，导入细菌体内，经转化后筛选鉴定，最终得到能稳定合成胰岛素原的基因工程菌。
(3)由题目信息可知，培养液无抗原抗体反应，菌体有抗原抗体反应，所合成的胰岛素原存在于菌体内，所以用该工程菌进行工业发酵时，应从菌体中分离、纯化胰岛素原，经酶处理便可转变为胰岛素。
答案：(1)胰岛B细胞 胰岛A细胞 (2)DNA 胰岛素原 (3)菌体
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