高中生物选修3优质课时作业10：1.4 蛋白质工程的崛起

高二生物选修三 1.4蛋白质工程的崛起(1)对遗传型糖尿病进行基因治疗的方案中，胰岛素基因称为______________，实验室中要先对该基因利用__________技术进行扩增。

将该基因导入正常细胞所用的方法是________。

(2)对遗传型糖尿病患者进行治疗的基因工程步骤中的核心步骤是________________。

(3)科研人员利用蛋白质工程合成速效胰岛素，该技术的实验流程为：其中，流程A是________________，流程B是________________。

(4)与基因工程相比，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，通过基因________或基因________，对现有蛋白质进行________，制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产生活需要。

5.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。

下图为我国首例绿色荧光蛋白(GFP)转基因克隆猪的培育过程示意图，据图回答：(1)图中通过过程①、②形成重组质粒，需要限制酶切取目的基因、切割质粒。

限制酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。

在质粒上有酶Ⅰ的一个切点，在目的基因的两侧各有一个酶Ⅱ的切点。

①请画出质粒被限制酶Ⅰ切割后形成黏性末端的过程______________________________________________________________________________________________________________________________________。

②在DNA连接酶的作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接起来？________，理由是________________________________________________________________________________________________________________________。

蛋白质工程的崛起【学习目标】1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。

2.理解蛋白质工程的原理。

3.了解蛋白质工程的应用。

一、蛋白质工程崛起的缘由1．基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。

2．蛋白质工程的崛起(1)理论和技术条件：分子生物学、晶体学以及计算机技术的迅猛发展。

(2)缘由①基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。

②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。

(3)实例①延长干扰素保存时间：干扰素（半胱氨酸）干扰素（丝氨酸）体外很难保存体外可以保存半年②提高玉米赖氨酸含量：天冬氨酸激酶（352位的苏氨酸）天冬氨酸激酶（异亮氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）(改造后玉米叶片和种子中的游离赖氨酸分别提高5倍和2倍)二、蛋白质工程的基本原理1.蛋白质工程的目标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。

2.对概念的理解(1)基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。

(2)手段：基因修饰或基因合成。

(3)目的：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的需求。

3.基本途径：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)。

三、蛋白质工程的进展和前景1．前景诱人：用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有体积小、耗电少和效率高的特点。

2．难度很大：主要是因为目前科学家对大多数蛋白质的高级结构的了解还很不够。

蛋白质工程的操作探究1蛋白质工程的实例分析材料：酵母菌的丙糖磷酸异构酶上有两个天冬酰胺，在分别转变为苏氨酸和异亮氨酸后，酶的热稳定性提高了近50%。

此外，在蛋白质分子中引入二硫键也可以显著提高蛋白质的热稳定性。

通过改造酶的结构，有目的地提高酶的热稳定性。

1.4 蛋白质工程的崛起【本节重难点】重点：1.为什么要开展蛋白质工程的研究2.蛋白质工程的原理难点：1.蛋白质工程的原理【知识精讲】教材梳理知识点一蛋白质工程的概念：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作为基础，通过基因修饰或基因合成，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的需求。

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，是包含多学科的综合科技工程领域。

说明：对本概念的理解应从以下几个方面理解：1.蛋白质工程的基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系2.蛋白质工程的改造对象：改造蛋白质的结构，本质上是改造控制该蛋白质合成的基因的结构。

3.蛋白质工程的产物：产生新的蛋白质。

知识点二蛋白质工程的原理：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）。

其流程图如下：知识点三蛋白质工程的实例：①.干扰素是动物体内的一种蛋白质，可治疗病毒的感染和癌症，但在体外保存相当困难，通过蛋白质工程改造蛋白质后可在－70℃条件下，保存半年。

②.玉米体内赖氨酸的含量比较低，关键是玉米体内天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶浓度达到一定量时，就会抑制这两种酶的活性，从而影响赖氨酸含量的提高，经过蛋白质工程改造这两种酶后，分别使赖氨酸的含量提高了5倍和2倍。

说明：对该部分知识的学习不能局限于这两个例子，更重要的是从中学习蛋白质工程的原理和蛋白质工程的基本途径。

知识点四蛋白质工程的进展和前景：蛋白质工程的进展向人们展示出诱人的前景，如：通过对胰岛素的改造，使其成为一种速效性药品，再如：将蛋白质工程应用与微电子方面，制成电子元件，具有体积小、耗电少、效率高等优点。

但是由于蛋白质发挥功能必须依赖于它的高级结构（空间结构），这是相当复杂的，所以，目前成功的例子还不多，还需要人们的努力。

2021年高中生物专题一基因工程 1.4 蛋白质工程的崛起课时作业新人教版选修3目标导航 1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。

2.结合教材图1－29，简述蛋白质工程的基本原理及蛋白质工程的发展和前景。

一、蛋白质工程及其原理(阅读P26－27)1．蛋白质工程的崛起(1)基因工程的优势与不足①优势：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新性状。

这是基因工程的实质。

②不足：原则上基因工程只能生产自然界中已存在的蛋白质。

(2)天然蛋白质的特点天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们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。

(3)蛋白质工程的提出1983年，美国某基因公司的一名科学家提出了“蛋白质工程”这一名词，随即被广泛地接受和采用。

2．蛋白质工程的原理281．科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效型药品。

2．生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面，用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有体积小、耗电少和效率高的特点。

判断正误：(1)基因工程能生产自然界中不存在的蛋白质。

( )(2)蛋白质工程的主要目的是对现有蛋白质进行改造或生产新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需要。

( )(3)蛋白质工程直接操作的对象是蛋白质。

( )(4)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→找到相应的脱氧核苷酸序列。

( )(5)蛋白质工程通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。

( )(6)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。

( )答案(1)×(2)√(3)×(4)√(5)√(6)√一、蛋白质工程及其原理1．蛋白质工程的崛起(1)基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。

课后训练一、选择题1．蛋白质工程的基础是（）。

A．基因工程B．细胞工程C．发酵工程D．酶工程2．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．都与天然产物完全相同B．都与天然产物不相同C．基因工程药物与天然产物相同，蛋白质工程药物与天然产物不相同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3．蛋白质工程的基本途径是（）。

A．中心法则的简单逆转B．确定目的基因的碱基序列后，通过人工合成的方法或从基因库中获取，再通过改造目的基因合成出自然界不存在的蛋白质C．只是依据中心法则逆推，其过程不需要中心法则D．只是对蛋白质分子结构进行分子设计和改造4．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5．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，其结果产生的蛋白质是（）。

A．氨基酸种类增多B．氨基酸种类减少C．仍为天然存在的蛋白质D．可合成天然不存在的蛋白质6．下列不属于蛋白质工程的研究内容的是（）。

A．分析蛋白质分子的精细结构B．对蛋白质进行有目的的改造C．分析氨基酸的化学成分D．按照人的意愿将天然蛋白质改造成新的蛋白质7．下列说法不正确的是（）。

A．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B．蛋白质工程的起点是蛋白质的结构和功能，终点是得到改造的蛋白质C．蛋白质工程目前成功的例子已经很多D．蛋白质工程能制造出自然界中不存在的全新蛋白质8．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位的苏氨酸变成异亮氨酸，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成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍，下列对蛋白质的改造，操作正确的是（）。

A．直接改造蛋白质分子B．直接改造相应的mRNAC．对相应的基因进行操作D．重新合成新的基因9．葡萄糖异构酶（GI）在工业上应用广泛，为提高其热稳定性，科学家对GI基因进行体外定点诱变，以脯氨酸（Pro138）替代Gly138，含突变体的重组质粒在大肠杆菌中表达，结果最适反应温度提高10～12 ℃。

1.4蛋白质工程的崛起基础巩固1蛋白质工程的基本流程是( )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→④B.④→②→①→③C.③→①→④→②D.③→④→①→②2蛋白质工程中需要直接进行操作的对象是( )A.氨基酸结构B.蛋白质空间结构C.肽链结构D.基因结构,通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质,以满足人类生产和生活的需求。

其目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质结构进行分子设计,但因为基因决定蛋白质,因此对蛋白质的结构进行设计改造,归根到底,还需对相应的基因进行操作,按要求进行修饰加工改造,使之能控制合成人类需要的蛋白质。

对基因进行改造的优点:蛋白质是由基因控制合成的,对基因进行操作较容易,而且可以遗传。

3科学家将干扰素基因进行定点突变,导入大肠杆菌使之表达,使干扰素第十七位的半胱氨酸改变成丝氨酸,结果大大提高了干扰素的储存稳定性。

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,将符合人们需要的目的基因导入适宜的生物体内,使其高效表达,从中提取所需的蛋白质,或表现某种性状,蛋白质产品仍然为天然存在的蛋白质;而蛋白质工程却是对控制蛋白质合成的基因进行改造,从而实现对其编码的蛋白质的改造,所得到的已不是天然的蛋白质。

题目的操作中涉及的基因显然不再是原来的基因,其合成的干扰素也不是天然干扰素,而是经过改造的具有人类所需优点的蛋白质,因而整个过程利用的生物技术应为蛋白质工程。

4蛋白质工程在设计蛋白质结构时依据的是( )A.基因功能B.蛋白质功能C.氨基酸序列D.mRNA密码子序列5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。

基因工程药物与蛋白质工程药物的区别是( )A.都与天然产物完全相同B.都与天然产物不相同C.基因工程药物与天然产物相同,蛋白质工程药物与天然产物不相同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6增加玉米细胞中赖氨酸含量最有效的途径是( )A.将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米细胞B.切除玉米细胞中天冬氨酸激酶基因和二氢吡啶二羧酸合成酶基因C.修饰天冬氨酸激酶基因和二氢吡啶二羧酸合成酶基因的个别碱基D.将根瘤菌的固氮基因导入玉米细胞,原因是赖氨酸合成过程中的两种关键酶——天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶,其活性受细胞内赖氨酸浓度的影响较大,当赖氨酸浓度达到一定量时,就会抑制这两种酶的活性。

2020-2021学年高二生物人教版选修三同步课时作业（4）蛋白质工程的崛起1.下列关于蛋白质工程的说法错误的是( )A. 蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类的需要B. 蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作C. 蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子D. 蛋白质工程与基因工程密不可分，又被称为第二代基因工程2.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A. ③→①→④→②B. ④→②→①→③C. ①→②→③→④D. ③→④→①→②3.蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改造，最终必须通过下列何种方法来完成( )A.改造蛋白质结构B.改造肤链结构C.改造氨基酸结构D.改造基因结4.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5.下图表示蛋白质工程的操作过程，相关说法不正确的是( )A. 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. 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C. a、b过程分别是转录、翻译D. 蛋白质工程中可能构建出一种全新的基因6.蛋白质工程的设计程序中正确的一组是( )①合成蛋白质分子结构②基因的脱氧核苷酸序列③mRNA④蛋白质预期功能⑤推测氨基酸序列⑥蛋白质的预期结构A.⑥→②→③→④→⑤→①B.⑤→④→③→⑥→①→②C.④→⑥→⑤→②→③→①D.②→③→⑤→①→⑥→④7.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→DNA→RNA→蛋白质8.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9.科研小组利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。

1．4 蛋白质工程的崛起题组一蛋白质工程崛起的缘由1．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[答案] C[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。

2．合成天然不存在的蛋白质应首先设计()A．基因结构B．RNA结构C．氨基酸序列D．蛋白质结构[答案] D[解析]合成天然不存在的蛋白质属于蛋白质工程。

实施蛋白质工程的前提是了解蛋白质的结构与功能的关系，首先要从设计蛋白质的结构入手，然后再根据基因工程的方法通过基因修饰或基因合成，合成相应的蛋白质，从而实现对蛋白质的改造。

3．猪胰岛素用于降低人体血糖浓度的效果并不明显，原因是猪胰岛素分子中有一个氨基酸与人的不同。

为了使猪胰岛素能够用于临床治疗糖尿病，蛋白质工程中蛋白质分子设计的最佳方案是()A．对猪胰岛素进行一个不同氨基酸的替换B．将猪胰岛素和人胰岛素进行拼接组成新的胰岛素C．将猪和人的胰岛素混合在一起治疗糖尿病D．根据人的胰岛素设计制造一种全新的胰岛素[答案] A[解析]由于猪胰岛素分子中只有一个氨基酸与人的胰岛素不同，所以只需替换这一个不同的氨基酸即可。

虽然根据人胰岛素分子设计一种全新的胰岛素也可以用于临床治疗，但是在分子设计和胰岛素的生产方面都存在很多的困难，所以并不是最佳方案。

4．科学家将控制某药物蛋白合成的基因转移到白色来亨鸡胚胎细胞的DNA中，发育成的雌鸡就能产出含该药物蛋白的鸡蛋，在每一只鸡蛋的蛋清中都含有大量的药物蛋白；而且这些含该药物蛋白的鸡蛋孵出的鸡，仍能产出含该药物蛋白的鸡蛋。

据此分析不正确的一项是()A．这些鸡是基因工程的产物B．这种变异属于可遗传的变异C．该过程属于蛋白质工程技术D．该种变异属于定向变异[答案] C[解析]根据题干信息分析，将目的基因(控制某药物蛋白合成的基因)导入了来亨鸡胚胎细胞的DNA中，发育成的鸡产生了该药物蛋白的鸡蛋，说明目的基因在这些鸡中表达了，A 正确；这些含该药物蛋白的鸡蛋孵出的鸡，仍能产出含该药物蛋白的鸡蛋，说明这种变异属于可遗传的变异，B正确；该技术为第一代基因工程技术，并没有利用蛋白质工程对控制蛋白质合成的基因的结构进行改造，C错误；基因工程的原理是基因重组，且是对生物性状的定向改造，即这种变异是定向的，D正确。

1.4 蛋白质工程的崛起1．有关基因工程与蛋白质工程的说法正确是（）A．基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程不需要对基因进行操作B．基因工程合成的是天然蛋白质，蛋白质工程合成的可以不是天然存在的蛋白质C．基因工程是分子水平操作，蛋白质工程是细胞水平（或性状水平）D．蛋白质工程是基因工程的基础2．蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改造，必须通过基因修饰或基因合成来完成，而不是直接改造蛋白质的原因是()A．缺乏改造蛋白质所必需的工具酶B．改造基因易于操作且改造后能够遗传C．人类对大多数蛋白质高级结构知之甚少D．蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化，操作难度大3．蛋白质工程的基础是()A．基因工程B．细胞工程C．发酵工程D．酶工程4．蛋白质工程与基因工程相比，其突出特点是()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，则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5．下列关于蛋白质工程应用的叙述不正确的是()A．蛋白质工程可以改造酶的结构，提高酶的热稳定性B．通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性C．只有利用蛋白质工程才可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素D．蛋白质工程可以对胰岛素进行改造和修饰，合成速效型胰岛素制剂6．蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时，主要包括哪几种()①进行少数氨基酸的替换②对不同来源的蛋白质的拼接③从氨基酸的排列顺序出发设计全新的蛋白质④直接改变蛋白质的空间结构A．①② B．①②③C．②③④ D．①②④7．葡萄糖异构酶(GI)在工业上应用广泛，为提高其热稳定性，科学家对GI基因进行体外定点诱变，以脯氨酸(Pro138)替代Gly138，含突变体的重组质粒在大肠杆菌中表达，结果最适反应温度提高10～12℃。

这属于()A．基因工程B．蛋白质工程C ．发酵工程D ．酶工程8.蛋白质工程是基因工程的延伸，下列关于蛋白质工程的说法正确的是（ ） A.蛋白质工程无需构建基因表达载体B.通过蛋白质工程改造后的蛋白质的性状不遗传给子代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的 9.下表有关基因表达的选项中，不可能的是（ ） 10．蛋白质工程的流程是（ ）A ．基因→表达→形成氨基酸序列的多肽链→形成具有高级结构的蛋白质→行使生物功能B ．对蛋白质进行分子设计→改造蛋白质分子→行使功能C ．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→找到相应的脱氧核苷酸序列D ．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→合成相应mRNA11．在DNA 测序工作中，需要将某些限制性内切酶的限制位点在 DNA 上定位，使其成为 DNA 分子中的物理参照点。