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第三节蛋白质工程[随堂检测]知识点一蛋白质工程概述1．下列物质不属于“小改”的产物的是()A．速效胰岛素B．鼠—人嵌合抗体C．改造后的tPAD．热稳定性更高的丙糖磷酸异构酶解析：选B。速效胰岛素是改造了两个氨基酸，改造后的tPA改造了一个氨基酸，热稳定性更高的丙糖磷酸异构酶也是改造了两个氨基酸，它们都属于“小改”，而鼠—人嵌合抗体改造了一个特定的结构域，属于“中改”。2．蛋白质工程是新崛起的一项生物工程。如图为蛋白质工程流程，图中A、B在遗传学上依次表示()A．转录和翻译B．翻译和转录C．复制和转录D．传递和表达解析：选A。根据图示很明显看出A是由基因到信使RNA，故A表示的是转录，B是由信使RNA到氨基酸序列多肽链，故很明显这个过程指的是翻译。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：选B。基因工程在原则上只能生产自然界已经存在的蛋白质，A项错误；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需求，B项正确；蛋白质工程中也存在转录和翻译，C项错误；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，D项错误。知识点二蛋白质工程的应用4．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完全相同，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解析：选C。基因工程导入目的基因到受体细胞，表现出目的性状，为自然界原来存在的性状；而蛋白质工程通过基因修饰或基因合成，可以创造出自然界不存在的性状。5．从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性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：选C。紧扣蛋白质工程的流程(基本途径)进行分析。由题可知，多肽P1为抗菌性和溶血性均较强的多肽，要设计出抗菌性强但溶血性弱的多肽，即在P1的基础上设计出自然界原本不存在的蛋白质，用蛋白质工程技术可以实现。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。故要想在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是依据P1的氨基酸序列设计出多条模拟肽，然后进行改造，从而确定抗菌性强但溶血性弱的多肽的氨基酸序列。6．已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题：(1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的________________进行改造。(2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰________基因或合成________________基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括________________的复制，以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：______________________________________________________________________________________。(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过________________和________________，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物________进行鉴定。解析：(1)从题中所述资料可知，将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸后，该蛋白质的功能发生了改变，此过程是通过对构成蛋白质的氨基酸的排列顺序进行改造，进而改变了蛋白质的结构，从而改变了蛋白质的功能。(2)在蛋白质工程中，目的基因可以以P基因序列为基础，对生物体内原有P基因进行修饰，也可以通过人工合成法合成新的P1基因。中心法则的内容如图所示：由图可知，中心法则的全部内容包括：DNA以自身为模板进行的复制，DNA通过转录将遗传信息传递给RNA，最后RNA通过翻译将遗传信息表达成蛋白质；在某些病毒中RNA可自我复制(如烟草花叶病毒等)，在某些病毒中能以RNA为模板逆转录合成DNA(如HIV)，这是对中心法则的补充。(3)蛋白质工程的基本途径是预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→合成DNA→表达出蛋白质，经过该过程得到的蛋白质，需要对其生物功能进行鉴定，以保证其发挥正常作用。答案：(1)氨基酸序列(或结构)(其他合理答案也可)(2)PP1DNA和RNA(或遗传物质)DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录、翻译)(3)设计蛋白质的结构推测氨基酸序列功能[课时作业]一、选择题1．下列有关蛋白质工程的叙述，不正确的是()A．蛋白质工程可以合成人们所需的自然界不存在的蛋白质B．可以预测具有一定氨基酸序列的蛋白质的空间结构和生物功能C．根据特定的生物功能，设计蛋白质的氨基酸序列和空间结构D．根据人们的需要，直接对氨基酸的分子结构进行重新设计解析：选D。蛋白质工程是通过对控制蛋白质合成的基因进行改造来实现对蛋白质的改造。2．对于蛋白质的改造类型有“大改”“中改”“小改”之分，其划分依据是()A．蛋白质分子的复杂程度B．操作过程的复杂程度C．蛋白质被改造部位的多少D．蛋白质数目的多少解析：选C。根据蛋白质被改造部位的多少，分为“大改”“中改”“小改”。“大改”是设计并制造出自然界中不存在的全新蛋白质；“中改”是在蛋白质分子中替代某一个多肽链片段或一个特定结构；“小改”是改造蛋白质分子中某活性部位的一个或几个氨基酸残基。3．蛋白质工程的实质是()A．改造蛋白质B．改造mRNAC．改造基因D．改变氨基酸解析：选C。蛋白质是基因控制合成的，改造蛋白质要从改造基因入手。4．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：选D。通过修改已知蚕丝蛋白的基因，从而创造出全新蛋白质的过程是蛋白质工程。其依据的原理是中心法则的逆推，即：蛋白质→RNA→DNA→RNA→蛋白质。5．下列关于蛋白质工程的叙述中，不正确的是()A．实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质的结构和功能的关系B．基因工程是蛋白质工程的关键技术C．“大改”是指对原蛋白质中的某一个多肽片段或一个特定的结构的替代D．在蛋白质分子中引入二硫键可以显著提高蛋白质的热稳定性解析：选C。蛋白质工程中的“大改”是指设计并制造出自然界中不存在的全新蛋白质。6．继基因工程之后蛋白质工程又迅速发展起来，下列关于蛋白质工程的说法，错误的是()A．蛋白质工程中要进行基因修饰或基因合成B．蛋白质工程与基因工程密不可分，又称为第二代基因工程C．蛋白质工程是对蛋白质分子定向改变其分子结构，产生自然界中不存在的新型蛋白质分子D．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变其分子结构解析：选D。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。由于基因决定蛋白质，因此，要对蛋白质的结构进行改造，最终还必须通过基因来完成，要进行基因修饰或基因合成，而不是对蛋白质分子直接进行操作，定向改变其分子结构；蛋白质工程能生产自然界中不存在的新型蛋白质分子，又称为第二代基因工程。7．某种微生物合成的蛋白酶与人体消化液中的蛋白酶的结构和功能很相似，只是热稳定性较差，进入人体后容易失效。现要将此酶开发成一种片剂，用于治疗消化不良，最佳方案是()A．对此酶中的少数氨基酸替换，以改善其热稳定性B．将此酶与人蛋白酶进行拼接，形成新的蛋白酶C．重新设计与创造一种全新的蛋白酶D．减少此酶在片剂中的含量解析：选A。酶的热稳定性与蛋白质的分子结构有关，即与蛋白质分子结构中的少数几个氨基酸有关，可通过替换酶的某种氨基酸来提高酶的热稳定性。8．下列有关蛋白质工程的叙述，不正确的是()A．收集大量的蛋白质分子结构的信息，以便分析结构与功能之间的关系B．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．T4溶菌酶中引入二硫键提高了它的热稳定性是蛋白质工程应用的体现D．蛋白质工程只能改造现有的蛋白质而不能制造新的蛋白质解析：选D。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，因此需要收集大量的蛋白质分子结构的信息，以便分析结构与功能之间的关系，A正确；蛋白质工程的原理是从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列(基因)，B正确；蛋白质工程可以通过改造酶的结构，有目的地提高酶的热稳定性，如在T4溶菌酶中引入二硫键提高了它的热稳定性，C正确；蛋白质工程可以定向改造蛋白质，也能创造出自然界中不存在的蛋白质，D错误。9．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：选B。基因定点诱变技术是“小改”时所用的一项技术，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。对于空间结构未知的蛋白质用非定点诱变技术来进行蛋白质的改造。10．下列关于蛋白质工程的进展和应用前景的叙述中，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，使大肠杆菌生产人的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未存在的蛋白质种类目前还很少解析：选B。蛋白质工程实质是通过对基因结构的改造来实现对蛋白质的改造的技术，故A正确；将人的胰岛素基因导入大肠杆菌，生产的仍然是人的胰岛素，并没有产生自然界不存在的蛋白质，故B错误；蛋白质工程的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，找到相对应的核糖核苷酸序列，然后找到相对应的脱氧核糖核苷酸序列，故C正确；通过基因结构的改造生产出的自然界不存在的蛋白质产品较少，故D正确。11．猪的胰岛素用于降低人体血糖浓度效果不明显，原因是猪的胰岛素分子中有一个氨基酸与人的不同。为了使猪的胰岛素用于临床治疗糖尿病，用蛋白质工程中的蛋白质分子设计的最佳方案是()A．对猪的胰岛素进行一个不同氨基酸的替换B．将猪的胰岛素和人的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解析：选A。因为猪的胰岛素分子中只有一个氨基酸与人的胰岛素不同，所以用蛋白质工程中的蛋白质分子设计，只需替换这一个不同的氨基酸即可。虽然根据人的胰岛素分子的结构设计一种全新的胰岛素也可以用于临床治疗，但分子设计