蛋白质工程的崛起
1．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：选C。蛋白质工程就是指根据蛋白质的精细结构和功能之间的关系，按照人的意愿改造蛋白质分子。为了改造某种蛋白质分子，必须对其精细结构进行分析，但不包括对组成蛋白质的氨基酸的化学成分的分析。
2．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
解析：选D。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。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。
3．(2011年甘肃兰州高二检测)科学家将β－干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达，使干扰素第17位的半胱氨酸变成丝氨酸，结果大大提高了β－干扰素的抗病活性，并且提高了储存稳定性。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
解析：选B。基因工程是通过对基因的操作，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，从中提取所需蛋白质，或表现出某种性状，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变，所得到的已不是天然蛋白质。题目中的操作涉及的基因显然不再是原来的基因，其合成的β－干扰素也不是天然的β－干扰素，而是经过改造的、人类所需优点的蛋白质，因而整个过程利用的生物技术为蛋白质工程。
4．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104位的氨基酸由天冬氨酸变成异亮氨酸，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．直接通过分子水平改造蛋白质
B．直接改造相应的mRNA
C．对相应的基因进行操作
D．重新合成新的基因
解析：选C。蛋白质工程的目的是对蛋白质进行改造，从而使蛋白质功能可以满足人们的需求。而蛋白质功能与其高级结构密切相关，蛋白质高级结构又非常复杂，所以直接对蛋白质改造非常困难，而蛋白质是由基因控制合成的，对基因进行操作却容易得多。另外，改造后的基因可以遗传，如对蛋白质直接改造，即使成功也不能遗传。
5．下图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答下列问题：

(1)代表蛋白质工程操作思路的过程是________；代表中心法则内容的是________。(填写数字)
(2)写出图中各数字代表的生物学过程的名称或内容：
③________；④________；⑤________。
(3)蛋白质工程的目的是
________________________________________________________________________，
通过________________________实现。
(4)从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则是________的。
解析：蛋白质工程是根据具有相应功能的蛋白质结构推测氨基酸序列，进而推测出脱氧核苷酸序列，所以应为图中的④⑤，①②③代表中心法则，与蛋白质工程的基本途径相反。
答案：(1)④⑤　①②③　(2)折叠　分子设计　DNA合成
(3)对蛋白质的结构进行分子设计　基因合成或修饰　(4)相反
(紧扣教材，思考感悟)
【旁栏思考】
1．你知道国际人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家承担了什么任务？(教材P26)
答案：人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科学领域一项重大的科学命题。2001年，国际人类蛋白质组织宣告成立。之后，该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动：一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是以美国科学家牵头执行的“人类血浆蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。
“人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类器官的蛋白质组计划，由我国贺福初院士牵头，这是中国科学家第一次领衔的重大国际科研协作计划，总部设在北京，目前有16个国家和地区的80多个实验室报名参加。它的科学目标是揭示并确认肝脏的蛋白质，为重大肝病预防、诊断、治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础。
人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白质工程的有力推动和理论支持。
2．对天然蛋白质进行改造，你认为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？(教材P26)
答案：毫无疑问应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造，主要原因如下：
(1)任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的基因可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传。
(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。

1．蛋白质工程的基础是(　　)
A．发酵工程　　　　　　　B．细胞工程
C．胚胎工程 D．基因工程
解析：选D。蛋白质工程被称为第二代基因工程，蛋白质是基因表达的产物，基因工程是蛋白质工程的基础。
2．蛋白质工程的实质是(　　)
A．改造蛋白质 B．改造mRNA
C．改造基因 D．改造氨基酸
解析：选C。蛋白质工程一般是先创造出适合人类需求的新基因，然后使其表达出具有特定结构和功能的蛋白质。
3．关于蛋白质工程的说法，正确的是(　　)
A．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作
B．蛋白质工程能生产出自然界中不曾存在的新型蛋白质分子
C．对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的
D．蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是相同的
解析：选B。蛋白质工程是根据人们的需求，设计并生产出自然界不存在的蛋白质分子。
4．(2011河北保定高二检测)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．①②③④ B．④②①③
C．③①④② D．③④①②
解析：选C。蛋白质工程的基本流程为：预期蛋白质功能→蛋白质分子结构设计→据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列→DNA合成。
5．基因工程与蛋白质工程的区别是(　　)
A．基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程不对基因进行操作
B．基因工程合成的是天然存在的蛋白质，蛋白质工程合成的可以是天然不存在的蛋白质
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)操作
D．基因工程完全不同于蛋白质工程
解析：选B。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。蛋白质工程从分子水平对蛋白质进行改造设计，通过对相应的基因进行修饰加工甚至人工进行基因合成，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。而基因工程只是将外源基因导入另一生物体内，并使之表达，体现人类所需的性状，或者获取所需的产品。因此，基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。
6．下列有关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
答案：C
7．(2011年河南三门峡高二检测)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，只有对热稳定性较差，进入人体后容易失效。现要将此酶开发成一种片剂，临床治疗食物的消化不良，最佳方案是(　　)
A．对此酶中的少数氨基酸替换，以改善其功能
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。本题考查蛋白质工程的进展与前景。蛋白质的结构包括一级结构和空间结构，一级结构是指组成蛋白质的氨基酸的种类、数量、排列顺序，蛋白质的功能是由一级结构和空间结构共同决定的，特别是空间结构与蛋白质的功能关系更密切。要想使蛋白酶热稳定性有所提高，就要改变蛋白质的结构，此类问题一般是对蛋白质中的个别氨基酸进行替换。
8．蛋白质工程中目前已成功的是(　　)
A．对胰岛素进行改造，使其成为速效型药品
B．蛋白质工程应用于微电子方面
C．室温下可保存半年的干扰素
D．耐储存的番茄
解析：选A。科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效型药品。B、C两项还未获得成功，D项成果属于基因工程。
9．下列有关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
答案：C
10．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
解析：选C。玉米中赖氨酸的含量比较低，原因是赖氨酸合成过程中的两个关键酶——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，就会抑制这两个酶的活性。如果我们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104位的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分别提高5倍和2倍。此题易错选A，要认真分析赖氨酸含量低的真正原因，通过改变有关基因的个别碱基，从而改变基因控制合成的蛋白质(酶)的结构而达到目的，属于蛋白质工程。
11．人类正常血红蛋白(HbA)β链第63位氨基酸是组氨酸，其密码子为CAU或CAC。当β链第63位组氨酸被酪氨酸(UAU或UAC)替代后，出现异常血红蛋白(HbM)，导致一种贫血症，β链第63位组氨酸被精氨酸(CGU或CGC)所替代产生的异常血红蛋白(HbZ)将引起另一种贫血症。
(1)写出正常血红蛋白基因中，决定β链第63位组氨酸密码子的碱基对组成。
(2)在决定β链第63位组氨酸密码子的DNA的三个碱基对中，任一个碱基对发生变化都将产生异常的血红蛋白吗？为什么？
(3)若将正常的基因片段导入贫血症患者的骨髓造血干细胞中，则可以达到治疗疾病的目的。请问，此操作属于蛋白质工程吗？为什么？
解析：(1)基因中的碱基对的排列顺序决定信使RNA中碱基的排列顺序，信使RNA进入细胞质后与核糖体结合起来，指导蛋白质的合成。血红蛋白异常，归根到底是由于基因中碱基对的排列顺序改变引起的，由于蛋白质中的氨基酸主要有20种，而决定氨基酸的密码子有61种，所以一种密码子决定一种氨基酸，而一种氨基酸可以由几种密码子决定。
(2)决定组氨酸密码子的DNA的三个碱基对中任意一个碱基发生变化，不一定都产生异常的血红蛋白，这是因为一种密码子决定一种氨基酸，而一种氨基酸可以由几种不同的密码子来决定。
(3)基因工程是将外源基因转移到受体细胞后，可以产生它本来不能产生的蛋白质，从而表现出新的性状，实质上，基因工程产生的只能是自然界已经存在的蛋白质，而蛋白质工程则是通过对基因进行加工修饰或进行基因合成，对现有的蛋白质进行改造，或制造出一种新的蛋白质，而题目中只将正常的外源基因导入病人细胞中，合成的都是天然存在的正常蛋白质，所以不属于蛋白质工程，而应属于基因工程。
答案：(1)=====GTACAT或=====GTGCAC。
(2)不一定。原因是当=====GTACAT或=====GTGCAC中的第三对碱基发生=====AT→=====GC或=====GC→=====AT的变化后，产生的密码子分别为CAC或CAU，仍为组氨酸的密码子，因而不会影响产生正常的血红蛋白。
(3)不属于蛋白质工程，因为此操作是将健康的正常的目的基因导入有缺陷的受体细胞，合成的蛋白质仍为天然存在的蛋白质，所以，不属于蛋白质工程，而是属于基因工程。
12．(2011年广西桂林高二检测)枯草杆菌产生的蛋白酶具有催化分解蛋白质的特性，但极易被氧化而失效。1985年，美国的埃斯特尔将枯草杆菌蛋白酶分子中的第222位氨基酸替换后，虽然其水解活性有所下降，但抗氧化能力大大提高。用这种水解酶作为洗涤剂，可以有效地除去血渍、奶渍等蛋白质污渍。
(1)改造枯草杆菌蛋白酶的生物技术是________。
(2)改造后的枯草杆菌中控制合成蛋白酶的基因与原来相比，至少有________个碱基对发生变化。
(3)利用生物技术改造蛋白质，提高了蛋白质的________性，埃斯特尔所做的工作，是对已知蛋白质进行________________________。
解析：本题考查蛋白质工程的有关问题。基因中的3个碱基对决定mRNA上3个碱基，mRNA上3个碱基决定一个氨基酸。利用生物技术改造蛋白质能够提高蛋白质的稳定性。
答案：(1)蛋白质工程　(2)1
(3)稳定　少数氨基酸的替换
13．蛋白质工程是指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、生产的过程。下图是蛋白质工程的基本途径，试回答下列有关问题：
预期蛋白质功能??→①设计预期蛋白质结构??→②推测应有氨基酸序列??→③推测相应基因中脱氧核苷酸序列??→④生产相应蛋白质
(1)图中③过程的主要依据是每种氨基酸都有其对应的________，后者位于________分子上，其上的核苷酸序列与基因中的脱氧核苷酸序列之间存在着________关系。
(2)通过③过程获得的脱氧核苷酸序列不是完整的基因，要使这一序列能够表达、发挥作用，还必须在序列的上、下游加上________和________，在这个过程中需要________酶的参与。
(3)完成④过程需要涉及________技术。
解析：(1)蛋白质工程从氨基酸序列推测基因中的脱氧核苷酸序列，氨基酸与脱氧核苷酸之间的联系枢纽是信使RNA，信使RNA由脱氧核酸转录形成，而密码子是信使RNA上特定的能决定一个氨基酸的三个相邻的碱基序列。
(2)由人工合成的基因只是基因的编码序列，完整的基因还包括启动子、终止子等结构，把启动子、终止子等DN *** 段连接到基因的编码区需要DNA连接酶。
(3)由基因合成蛋白质涉及基因工程。
答案：(1)密码子　信使RNA　碱基互补配对
(2)启动子　终止子　DNA连接
(3)基因工程

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