2019-2020年高中生物 第4章 基因工程 第4節(jié) 蛋白質(zhì)工程的崛起同步備課教學(xué)案 北師大版選修3.doc

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2019-2020年高中生物 第4章 基因工程 第4節(jié) 蛋白質(zhì)工程的崛起同步備課教學(xué)案 北師大版選修3 [目標(biāo)導(dǎo)讀]　1.閱讀教材P91～92內(nèi)容，了解蛋白質(zhì)工程的誕生。2.分析教材P92內(nèi)容，闡述蛋白質(zhì)工程的研究與應(yīng)用。 [重難點(diǎn)擊]　1.蛋白質(zhì)工程的誕生。2.蛋白質(zhì)工程的研究與應(yīng)用。 方式一　人類可以創(chuàng)造出自然界不存在的蛋白質(zhì)嗎？答案是肯定的。例如：科學(xué)家已生產(chǎn)出一種以前必須從南極魚類身體中提取的抗凍蛋白質(zhì)。這一技術(shù)可用于儲(chǔ)存大量新鮮的動(dòng)植物和人類的組織細(xì)胞，防止形成冰晶，破壞脆弱的細(xì)胞膜和細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。你想了解這方面的知識嗎？請跟著我一起學(xué)習(xí)：蛋白質(zhì)工程的崛起。 方式二　基因工程的誕生，為克服遠(yuǎn)緣雜交的障礙問題，帶來了新的希望，并取得了豐碩成果：大腸桿菌為人類生產(chǎn)出了胰島素，牛的乳腺生物反應(yīng)器為人類制造出了蛋白質(zhì)類藥物，煙草植物體內(nèi)含有了某種藥物蛋白……至此，人們也只是實(shí)現(xiàn)了自然界現(xiàn)有基因在轉(zhuǎn)基因生物中的表達(dá)。但一個(gè)新問題出現(xiàn)了，生物產(chǎn)生的天然蛋白質(zhì)是在長期進(jìn)化過程中形成的，它的結(jié)構(gòu)、性能符合特定物種生存的需要，卻不一定能完全滿足人類生產(chǎn)和生活的需要。 于是要對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，制造出目前從天然蛋白質(zhì)中找不到的蛋白質(zhì)。這樣人們又開始了新一輪的探索，蛋白質(zhì)工程應(yīng)運(yùn)而生了。 一、蛋白質(zhì)工程的誕生 1．概念：蛋白質(zhì)工程是根據(jù)蛋白質(zhì)的精細(xì)結(jié)構(gòu)與生物活性以及結(jié)構(gòu)與功能之間的相互關(guān)系，利用基因工程的手段，按照人類自身的需要，定向地改造天然的蛋白質(zhì)，甚至創(chuàng)造新的、自然界不存在的、具有優(yōu)良特性的蛋白質(zhì)分子。 2．方法 (1)多肽合成法：利用多肽合成儀，直接合成一種全新的蛋白質(zhì)。 (2)基因改造法：利用基因工程手段對負(fù)責(zé)編碼某種蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，合成出更符合人們要求的蛋白質(zhì)。 天然的干擾素很難在體外保存，如果能把其中的一個(gè)半胱氨酸替換成絲氨酸，在體外－70 ℃下可以保存半年，據(jù)此分析： 1．對天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過對基因的操作來實(shí)現(xiàn)？ 答案　應(yīng)該從對基因的操作來實(shí)現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)的改造，主要原因如下： (1)天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造。如果對蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質(zhì)分子還是無法遺傳的。 (2)對基因進(jìn)行改造比對蛋白質(zhì)直接改造要容易操作，難度要小得多。 2．為什么改變一個(gè)氨基酸就可以改變蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性甚至某種蛋白酶的活性？ 答案　蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)是由其氨基酸組成決定的，個(gè)別氨基酸的改變就會(huì)導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)的改變，從而影響到其性質(zhì)和功能。 3．蛋白質(zhì)工程是否需要限制性內(nèi)切酶和DNA連接酶等工具？ 答案　需要。蛋白質(zhì)工程要改造DNA、構(gòu)建基因表達(dá)載體，即按照基因工程的操作，最后獲得所需要的目的蛋白質(zhì)，因此該過程中需要限制性內(nèi)切酶和DNA連接酶等工具。 1．蛋白質(zhì)工程中直接需要進(jìn)行操作的對象是(　　) A．氨基酸結(jié)構(gòu) B．蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu) C．肽鏈結(jié)構(gòu) D．基因結(jié)構(gòu) 答案　D 2．下列哪項(xiàng)不是蛋白質(zhì)工程的研究內(nèi)容(　　) A．分析蛋白質(zhì)分子的精細(xì)結(jié)構(gòu) B．對蛋白質(zhì)進(jìn)行有目的的改造 C．分析氨基酸的化學(xué)組成 D．按照人的意愿將天然蛋白質(zhì)改造成新的蛋白質(zhì) 答案　C 解析　蛋白質(zhì)工程就是指根據(jù)蛋白質(zhì)的精細(xì)結(jié)構(gòu)與生物活性以及結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，利用基因工程的手段，按照人的意愿改造蛋白質(zhì)分子，形成自然界中不存在的蛋白質(zhì)分子，對蛋白質(zhì)的改造包括氨基酸的種類、數(shù)量和排列順序，但不包括氨基酸的化學(xué)組成。 二、蛋白質(zhì)工程的研究與應(yīng)用 1．研究內(nèi)容 通過基因工程技術(shù)分析蛋白質(zhì)的DNA編碼序列，對蛋白質(zhì)進(jìn)行分離純化，測定蛋白質(zhì)的序列并對其結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行分析，通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)突變區(qū)，對編碼蛋白質(zhì)的DNA進(jìn)行定點(diǎn)突變改造等。 2．應(yīng)用舉例 (1)工業(yè) 改造天然生物酶或者設(shè)計(jì)制造出全新的人工酶或人工蛋白，使其適應(yīng)特殊的工業(yè)過程。 (2)農(nóng)業(yè) 改造RuBP羧化酶，使其固定CO2能力提高，光呼吸作用減弱，就能提高光合作用的效率。 (3)環(huán)保 改造金屬硫蛋白，轉(zhuǎn)移到微生物或植物中，加強(qiáng)吸附重金屬的能力，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。 知識拓展　基因的定點(diǎn)誘變技術(shù) 基因定點(diǎn)誘變技術(shù)的具體操作方法較多，其中PCR法是目前常用的方法之一。PCR法利用人工合成帶有突變位點(diǎn)的誘變引物，通過PCR擴(kuò)增而獲得定點(diǎn)突變的基因，再通過基因工程的方法將突變基因?qū)胧荏w細(xì)胞，經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯就可以合成所需的蛋白質(zhì)。 下圖為蛋白質(zhì)工程操作的基本思路，請據(jù)圖回答下列問題： 1．⑤過程和①②過程有何不同？ 答案?、葸^程和①②過程基本相反。 2．基因工程和蛋白質(zhì)工程是否都遵循中心法則？為什么？ 答案　都遵循中心法則?；蚬こ讨笇?dǎo)合成天然蛋白質(zhì)的過程是遵循中心法則的；蛋白質(zhì)工程操作時(shí)，經(jīng)改造的基因表達(dá)所需要的蛋白質(zhì)仍需遵循中心法則。 3．蛋白質(zhì)工程和基因工程的操作對象以及得到的蛋白質(zhì)相同嗎？分別體現(xiàn)在哪些方面？ 答案　不同。(1)操作對象不同：蛋白質(zhì)工程的操作對象是天然基因改造后的基因；基因工程的操作對象是天然基因。(2)得到的蛋白質(zhì)不同：蛋白質(zhì)工程可以得到自然界沒有的新的蛋白質(zhì)；基因工程得到的是自然界原有的蛋白質(zhì)。 4．有人把蛋白質(zhì)工程稱為第二代基因工程，你如何理解？ 答案　蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代基因工程。因?yàn)閷ΜF(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造或制造新的蛋白質(zhì)，必須通過基因修飾或基因合成實(shí)現(xiàn)。 3．將富含賴氨酸的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胗衩准?xì)胞，可以提高玉米中的賴氨酸含量；更換賴氨酸形成過程中的天冬氨酸激酶和二氫吡啶二羧酸合成酶的個(gè)別氨基酸，使兩種酶的活性提高，也可以提高玉米中的賴氨酸含量。以上兩種技術(shù)分別屬于(　　) A．基因工程、基因工程 B．蛋白質(zhì)工程、蛋白質(zhì)工程 C．基因工程、蛋白質(zhì)工程 D．蛋白質(zhì)工程、基因工程 答案　C 解析　富含賴氨酸的蛋白質(zhì)是自然界中已有的蛋白質(zhì)，基因工程只是把該蛋白質(zhì)基因轉(zhuǎn)入玉米細(xì)胞，并使之合成該蛋白質(zhì)，屬于基因工程；更換賴氨酸合成過程中的天冬氨酸激酶和二氫吡啶二羧酸合成酶的個(gè)別氨基酸，是對自然界中已有的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，屬于蛋白質(zhì)工程。 4．某多肽鏈的一段氨基酸序列是： ……—甲硫氨酸—色氨酸—苯丙氨酸—色氨酸—…… (部分氨基酸的密碼子為：甲硫氨酸—AUG；色氨酸—UGG；苯丙氨酸—UUU、UUC) (1)怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核糖核苷酸序列？請把相應(yīng)的堿基序列寫出來。 (2)確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合成或改造目的基因(DNA)? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)根據(jù)氨基酸序列反推mRNA密碼子序列，再反推DNA上脫氧核糖核苷酸序列。 其DNA堿基序列為：或 (2)根據(jù)DNA的堿基對序列或改造后的DNA堿基對序列，利用四種脫氧核糖核苷酸進(jìn)行人工合成 易混辨析　蛋白質(zhì)工程與基因工程比較 項(xiàng)目 蛋白質(zhì)工程 基因工程 區(qū)別 過程 預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到對應(yīng)的脫氧核糖核苷酸序列 目的基因的獲得→基因表達(dá)載體的構(gòu)建→目的基因的導(dǎo)入→目的基因的檢測與表達(dá)產(chǎn)物的測定 實(shí)質(zhì) 定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì) 定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需的生物類型或生物產(chǎn)品 結(jié)果 生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì) 生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì) 聯(lián)系 蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代基因工程。因?yàn)閷ΜF(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造或制造新的蛋白質(zhì)，必須通過基因修飾或基因合成實(shí)現(xiàn) 　蛋白質(zhì)工程的崛起 1．蛋白質(zhì)工程制造的蛋白質(zhì)是(　　) A．天然蛋白質(zhì) B．稀有蛋白質(zhì) C．自然界中不存在的蛋白質(zhì) D．尚沒有制造出來 答案　C 解析　蛋白質(zhì)工程是對基因進(jìn)行改造進(jìn)而產(chǎn)生符合人們需要的蛋白質(zhì)，因此不再是天然的蛋白質(zhì)。 2．添加在洗衣粉中的某種酶在低溫下活性較低，影響了洗衣粉的洗滌效果。若讓你用生物工程的方法改變此酶的特性，首先考慮的是(　　) A．基因工程 B．蛋白質(zhì)工程 C．誘變 D細(xì)胞工程 答案　B 解析　可通過蛋白質(zhì)工程實(shí)現(xiàn)對蛋白質(zhì)改造的目的。 3．科學(xué)家將β－干擾素基因進(jìn)行定點(diǎn)突變導(dǎo)入大腸桿菌表達(dá)，使干擾素分子上的半胱氨酸變成絲氨酸，結(jié)果大大提高了β－干擾素的抗病毒活性，并且提高了貯存穩(wěn)定性。該生物技術(shù)為(　　) A．蛋白質(zhì)工程 B．基因工程 C．基因突變 D．細(xì)胞工程 答案　A 解析　題干中的操作涉及的基因顯然不再是原來的基因，其合成的β－干擾素也不是天然β－干擾素，而是經(jīng)過改造的，是具有人類所需優(yōu)點(diǎn)的蛋白質(zhì)，因而整個(gè)過程利用的生物技術(shù)為蛋白質(zhì)工程。 4．基因工程與蛋白質(zhì)工程的區(qū)別是(　　) A．基因工程需對基因進(jìn)行分子水平操作，蛋白質(zhì)工程不對基因進(jìn)行操作 B．基因工程合成的是天然存在的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)工程合成的可以不是天然存在的蛋白質(zhì) C．基因工程是分子水平操作，蛋白質(zhì)工程是細(xì)胞水平(或性狀水平)的操作 D．基因工程完全不同于蛋白質(zhì)工程 答案　B 解析　蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代基因工程，是從分子水平對蛋白質(zhì)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，直接對相應(yīng)的基因進(jìn)行修飾加工甚至人工進(jìn)行基因合成，從而對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類生產(chǎn)和生活需求，而基因工程只是將外源基因?qū)肓硪簧矬w內(nèi)，并使之表達(dá)，體現(xiàn)人類所需的性狀，或者獲取所需的產(chǎn)品，因此，基因工程只能生產(chǎn)自然界中已存在的蛋白質(zhì)。 5．如圖是用蛋白質(zhì)工程設(shè)計(jì)速效胰島素的生產(chǎn)過程，請據(jù)圖回答有關(guān)問題： (1)構(gòu)建新的蛋白質(zhì)模型是蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵，圖中構(gòu)建新的胰島素模型的主要依據(jù)是____________________________________________________________________。 (2)通過人工合成DNA形成的新基因應(yīng)與________結(jié)合后轉(zhuǎn)移到____________________中才能得到準(zhǔn)確表達(dá)。 (3)若要利用大腸桿菌生產(chǎn)速效胰島素，需用到的生物工程有________________、________________和發(fā)酵工程。 (4)圖解中從新的胰島素模型到新的胰島素基因的基本思路是_______________________。 答案　(1)蛋白質(zhì)的預(yù)期功能　(2)運(yùn)載體　大腸桿菌等受體細(xì)胞　(3)蛋白質(zhì)工程　基因工程　(4)根據(jù)新的胰島素模型中氨基酸的序列，推測出其基因中的脫氧核糖核苷酸序列，然后利用DNA合成儀來合成出新的胰島素基因 課時(shí)作業(yè) [基礎(chǔ)過關(guān)] 1．科學(xué)家想提高玉米中賴氨酸的含量，計(jì)劃將天冬氨酸激酶的第352位的蘇氨酸變成異亮氨酸，將二氫吡啶二羧酸合成酶的第104位的天冬酰胺變成異亮氨酸，這樣就可以使玉米葉片和種子中的游離賴氨酸分別提高5倍和2倍。下列關(guān)于蛋白質(zhì)的改造的操作中，正確的是(　　) A．直接通過分子水平改造蛋白質(zhì) B．直接改造相應(yīng)的mRNA C．對相應(yīng)的基因進(jìn)行操作 D．重新合成新的基因 答案　C 解析　蛋白質(zhì)工程的目的是對蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，從而使蛋白質(zhì)功能可以滿足人們的需求。蛋白質(zhì)功能與其高級結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，因蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，所以直接對蛋白質(zhì)改造非常困難。而蛋白質(zhì)是由基因控制合成的，對基因進(jìn)行操作卻容易得多；另外，通過改造基因?qū)Φ鞍踪|(zhì)的改造可以遺傳，如對蛋白質(zhì)直接改造，即使成功也不能遺傳。 2．下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法，正確的是(　　) A．蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對蛋白質(zhì)分子直接進(jìn)行操作 B．蛋白質(zhì)工程能生產(chǎn)出自然界中不曾存在過的新型蛋白質(zhì)分子 C．對蛋白質(zhì)的改造是通過直接改造相應(yīng)的mRNA來實(shí)現(xiàn)的 D．蛋白質(zhì)工程的流程和天然蛋白質(zhì)合成的過程是相同的 答案　B 解析　蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對基因直接進(jìn)行操作，即通過直接改造基因?qū)崿F(xiàn)的。蛋白質(zhì)工程的流程和天然蛋白質(zhì)合成的過程相反，其原理是中心法則的逆推。 3．下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的基本操作程序，正確的是(　　) ①蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)合成?、贒NA合成?、踡RNA合成 ④蛋白質(zhì)的預(yù)期功能　⑤根據(jù)氨基酸的序列推出脫氧核糖核苷酸的序列 A．①→②→③→④→⑤→① B．⑤→④→③→②→①→② C．④→①→⑤→②→③→① D．②→③→⑤→①→②→④ 答案　C 解析　蛋白質(zhì)工程的操作流程為：從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到相對應(yīng)的脫氧核糖核苷酸序列。 4．下列屬于蛋白質(zhì)工程應(yīng)用的是(　　) A．抗蟲棉 B．巨型鼠 C．鼠—人嵌合抗體 D．超級細(xì)菌 答案　C 解析　抗蟲棉、巨型鼠、超級細(xì)菌都是利用基因工程培養(yǎng)出的生物，而鼠—人嵌合抗體是科學(xué)家對抗體進(jìn)行改造產(chǎn)生的。 5．豬的胰島素用于降低人體血糖濃度效果不明顯，原因是豬的胰島素分子中有一個(gè)氨基酸與人的不同。為了使豬胰島素用于臨床治療糖尿病，用蛋白質(zhì)工程的蛋白質(zhì)分子設(shè)計(jì)的最佳方案是(　　) A．對豬胰島素進(jìn)行一個(gè)不同氨基酸的替換 B．將豬胰島素和人胰島素進(jìn)行拼接組成新的胰島素 C．將豬和人的胰島素混合在一起治療糖尿病 D．根據(jù)人的胰島素設(shè)計(jì)制造出一種全新的胰島素 答案　A 6．下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程應(yīng)用的敘述，不正確的是(　　) A．蛋白質(zhì)工程可以改造酶的結(jié)構(gòu)，提高酶的熱穩(wěn)定性 B．通過蛋白質(zhì)工程可以改變蛋白質(zhì)的活性 C．利用蛋白質(zhì)工程可以從大腸桿菌細(xì)胞中得到人的胰島素 D．蛋白質(zhì)工程可以對胰島素進(jìn)行改造和修飾，合成速效型胰島素制劑 答案　C 解析　從大腸桿菌中得到人的胰島素利用的是基因工程技術(shù)。 [能力提升] 7．蛋白質(zhì)工程是新崛起的一項(xiàng)生物工程，又稱第二代基因工程。下圖是蛋白質(zhì)工程流程圖，圖中A、B在遺傳學(xué)上依次表示(　　) A．轉(zhuǎn)錄和翻譯 B．翻譯和轉(zhuǎn)錄 C．復(fù)制和轉(zhuǎn)錄 D．傳遞和表達(dá) 答案　A 8．既然蛋白質(zhì)工程可以改造生物的蛋白質(zhì)，當(dāng)然這里所說的生物也包括大熊貓。因此我們可以通過改造大熊貓?bào)w內(nèi)的某些蛋白質(zhì)，使大熊貓的生命活動(dòng)更加適應(yīng)環(huán)境。推測以下關(guān)于改造大熊貓?bào)w內(nèi)某蛋白質(zhì)的說法中，錯(cuò)誤的是(　　) A．改造后的蛋白質(zhì)有可能成為一種新抗原，使大熊貓產(chǎn)生免疫反應(yīng)，從而將其排除或產(chǎn)生過敏反應(yīng)，因此應(yīng)慎重施行 B．改造蛋白質(zhì)是從根本上通過改造基因來實(shí)現(xiàn)的 C．改造蛋白質(zhì)后的大熊貓和現(xiàn)在的大熊貓仍是一個(gè)物種 D．改造蛋白質(zhì)后的大熊貓的后代不具有改造的蛋白質(zhì) 答案　D 解析　改造蛋白質(zhì)通過改造基因進(jìn)行，若在受精卵時(shí)期進(jìn)行改造，則可遺傳給后代；而若要像基因治療一樣，在成體進(jìn)行改造，則不能遺傳，其后代無改造的蛋白質(zhì)。 9．下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程技術(shù)過程的敘述中，正確的是(　　) ①通過對蛋白質(zhì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析主要是獲取蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息?、诘鞍踪|(zhì)的結(jié)構(gòu)預(yù)測主要指根據(jù)蛋白質(zhì)分子的氨基酸序列，來對其高級結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測?、劢Y(jié)構(gòu)預(yù)測的目的是構(gòu)建蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)模型，從而進(jìn)行結(jié)構(gòu)和功能的研究以及蛋白質(zhì)分子設(shè)計(jì)?、芸衫没蚬こ痰姆椒▽Φ鞍踪|(zhì)進(jìn)行改造　⑤所有蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的改造都可以通過基因定點(diǎn)誘變技術(shù)來實(shí)現(xiàn) A．①③④⑤ B．②③④⑤ C．①②③④ D．①②④⑤ 答案　C 10．蛋白質(zhì)工程與基因工程相比，其突出特點(diǎn)是(　　) A．基因工程原則上能生產(chǎn)任何蛋白質(zhì) B．蛋白質(zhì)工程能對現(xiàn)有的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì) C．蛋白質(zhì)工程可以不通過轉(zhuǎn)錄和翻譯來實(shí)現(xiàn) D．蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延伸出來的第三代基因工程 答案　B 解析　蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延伸出來的第二代基因工程，也需要通過轉(zhuǎn)錄和翻譯來實(shí)現(xiàn)，原則上能生產(chǎn)符合人們需要的蛋白質(zhì)，但和基因工程相比，突出特點(diǎn)是可以改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造新的蛋白質(zhì)，而基因工程往往是生產(chǎn)現(xiàn)有的蛋白質(zhì)。 11．科學(xué)家對鼠源雜交瘤抗體進(jìn)行改造，生產(chǎn)出效果更好的鼠—人嵌合抗體，用于癌癥治療。下圖表示形成鼠—人嵌合抗體的過程，據(jù)圖回答： (1)改造鼠源雜交瘤抗體，生產(chǎn)鼠—人嵌合抗體，屬于______________(生物工程)的范疇。 (2)圖示過程是根據(jù)預(yù)期的________________，設(shè)計(jì)________________，最終必須對______________進(jìn)行操作，此操作中改變的是________________。 (3)經(jīng)過改造的鼠—人嵌合抗體，與鼠源雜交瘤抗體相比較，突出的優(yōu)點(diǎn)是____________(從免疫角度考慮)。 (4)上述過程中對科學(xué)家來說難度最大的是______________________。 答案　(1)蛋白質(zhì)工程　(2)嵌合抗體功能　嵌合抗體的結(jié)構(gòu)　基因　堿基對　(3)減少對人體的不良反應(yīng)　(4)設(shè)計(jì)嵌合抗體的空間結(jié)構(gòu) 解析　(1)通過圖示可知鼠—人嵌合抗體是通過人工設(shè)計(jì)而形成的特定功能蛋白質(zhì)，其生產(chǎn)過程應(yīng)屬于蛋白質(zhì)工程的范疇。(2)蛋白質(zhì)工程的流程：預(yù)期蛋白質(zhì)的功能→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到相對應(yīng)的脫氧核糖核苷酸序列(基因)→通過基因工程操作生產(chǎn)預(yù)期的蛋白質(zhì)。(3)從免疫的角度考慮，對人體來說鼠源抗體為抗原，若利用人的抗體與之嵌合，則排斥反應(yīng)會(huì)減輕，對人體的副作用會(huì)減少。(4)由于蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不易確定，所以成為蛋白質(zhì)工程中最大的障礙。 12．干擾素是動(dòng)物體內(nèi)合成的一種蛋白質(zhì)，可以用于治療病毒感染和癌癥，但體外保存相當(dāng)困難，如果將其分子上的一個(gè)半胱氨酸變成絲氨酸，就可在70 ℃下保存半年，給廣大患者帶來福音。 (1)蛋白質(zhì)的合成是受基因控制的，因此獲得能夠控制合成“可以保存的干擾素”的基因是生產(chǎn)的關(guān)鍵，依據(jù)蛋白質(zhì)工程原理，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程，讓動(dòng)物生產(chǎn)“可以保存的干擾素”(請?zhí)顚?。 (2)基因工程和蛋白質(zhì)工程相比較，基因工程在原則上只能生產(chǎn)________________的蛋白質(zhì)，不一定符合人類生產(chǎn)和生活的需要。而蛋白質(zhì)工程是以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過____________或______________，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行____________，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活需要。 (3)蛋白質(zhì)工程實(shí)施的難度很大，原因是蛋白質(zhì)具有十分復(fù)雜的____________結(jié)構(gòu)。 (4)對天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過對基因的操作來實(shí)現(xiàn)？______________________。原因是____________________________________________。 答案　(1)預(yù)期蛋白質(zhì)的功能　蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)　應(yīng)有的氨基酸序列　相應(yīng)的脫氧核糖核苷酸序列(基因) (2)自然界已存在　基因修飾　基因合成　改造 (3)空間(或高級)　(4)基因　基因控制蛋白質(zhì)的合成，并且基因能遺傳給下一代 解析　蛋白質(zhì)工程是研究多種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能、蛋白質(zhì)折疊、蛋白質(zhì)分子設(shè)計(jì)等一系列分子生物學(xué)基本問題的一種新型的、強(qiáng)有力的手段。通過對蛋白質(zhì)工程的研究，可以深入地揭示生命現(xiàn)象的本質(zhì)和生命活動(dòng)的規(guī)律?；蚬こ套裱行姆▌t，從DNA→mRNA→蛋白質(zhì)折疊產(chǎn)生功能，基本上是生產(chǎn)出自然界已有的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程是按照以下思路進(jìn)行的：確定蛋白質(zhì)的功能→蛋白質(zhì)應(yīng)有的高級結(jié)構(gòu)→蛋白質(zhì)應(yīng)具備的折疊狀態(tài)→應(yīng)有的氨基酸序列→應(yīng)有的堿基排列→創(chuàng)造出自然界不存在的蛋白質(zhì)。 13．科學(xué)家將動(dòng)物體內(nèi)的能夠合成胰島素的基因與大腸桿菌的DNA分子重組，并且在大腸桿菌體內(nèi)表達(dá)成功。請據(jù)圖回答問題： (1)圖中①DNA是以______________為模板，________________形成單鏈DNA，在酶的作用下合成雙鏈DNA，從而獲得了所需要的基因。 (2)圖中②代表的是______________，在它的作用下將質(zhì)粒(____________DNA)切出______________末端。 (3)圖中④表示將______________________________。⑤表示____________________隨大腸桿菌的繁殖而進(jìn)行______________。 (4)采用蛋白質(zhì)工程可以對胰島素進(jìn)行改造，使之起效時(shí)間縮短，保證餐后血糖高峰和血液中胰島素高峰一致。如果你是科研工作者，請寫出研制速效胰島素的思路。 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法中，不正確的是(　　) A．蛋白質(zhì)工程能將人抗體某些區(qū)段替代鼠單克隆抗體的區(qū)段，降低鼠單克隆抗體免疫活性 B．蛋白質(zhì)工程可對酶的催化活性、底物專一性、抗氧化性、熱變性、堿變性等加以改變 C．理論上通過對關(guān)鍵氨基酸的轉(zhuǎn)換與增刪是進(jìn)行蛋白質(zhì)工程的唯一方法 D．蛋白質(zhì)工程的崛起主要是工業(yè)生產(chǎn)和基礎(chǔ)理論研究的需要 答案　(1)原胰島素mRNA　反轉(zhuǎn)錄 (2)特定的限制性內(nèi)切酶　環(huán)狀　黏性 (3)目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞　重組DNA　擴(kuò)增 (4)確定蛋白質(zhì)的功能→蛋白質(zhì)應(yīng)有的高級結(jié)構(gòu)→蛋白質(zhì)應(yīng)具備的折疊狀態(tài)→應(yīng)有的氨基酸序列→應(yīng)有的堿基序列　(5)C [真題體驗(yàn)] 14．(xx全國Ⅱ，40)已知生物體內(nèi)有一種蛋白質(zhì)(P)，該蛋白質(zhì)是一種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，由305個(gè)氨基酸組成。如果將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸，240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸，改變后的蛋白質(zhì)(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列問題： (1)從上述資料可知，若要改變蛋白質(zhì)的功能，可以考慮對蛋白質(zhì)的____________________進(jìn)行改造。 (2)以P基因序列為基礎(chǔ)，獲得P1基因的途徑有修飾________基因或合成________基因，所獲得的基因表達(dá)時(shí)是遵循中心法則的，中心法則的全部內(nèi)容包括______________的復(fù)制，以及遺傳信息在不同分子之間的流動(dòng)，即：____________________________________。 (3)蛋白質(zhì)工程也被稱為第二代基因工程，其基本途徑是從預(yù)期蛋白質(zhì)功能出發(fā)，通過____________________________和____________________，進(jìn)而確定相對應(yīng)的脫氧核糖核苷酸序列，據(jù)此獲得基因，再經(jīng)表達(dá)、純化獲得蛋白質(zhì)，之后還需要對蛋白質(zhì)的生物________進(jìn)行鑒定。 答案　(1)氨基酸序列(或結(jié)構(gòu))(其他答案合理也可) (2)P　P1　DNA和RNA(或遺傳物質(zhì))　DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白質(zhì)(或轉(zhuǎn)錄、反轉(zhuǎn)錄、翻譯) (3)設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)　推測氨基酸序列　功能 解析　(1)對蛋白質(zhì)的氨基酸序列(或結(jié)構(gòu))進(jìn)行改造，可達(dá)到改變蛋白質(zhì)的功能的目的。(2)以P基因序列為基礎(chǔ)，獲得P1基因，可以對P基因進(jìn)行修飾改造，也可以用人工方法合成P1基因；中心法則的全部內(nèi)容包括，即DNA、RNA的復(fù)制、DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白質(zhì)(或轉(zhuǎn)錄、反轉(zhuǎn)錄、翻譯)。(3)蛋白質(zhì)工程的基本途徑是從預(yù)期蛋白質(zhì)功能出發(fā)，通過設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和推測氨基酸序列，推測相對應(yīng)的脫氧核糖核苷酸序列，并獲取基因。經(jīng)表達(dá)的蛋白質(zhì)，要對其進(jìn)行生物功能鑒定。