2017-2018学年中图版生物选修三学业达标测评：第1单元 第1章 第3节 蛋白质工程 含答案 精品

第三节 蛋白质工程

1．简述蛋白质工程。 2．蛋白质的分子设计。(难点) 3．蛋白质工程的应用。(重点)

蛋 白 质 的 分 子 设 计

1．蛋白质工程

(1)依据：蛋白质的精细结构和生物活性之间的关系。

(2)改造对象：利用生物技术手段对蛋白质的DNA编码序列或直接对蛋白质进行有目的的改造。

(3)产物：创造出自然界本不存在的、具有优良特性的蛋白质分子，也就是产生新的蛋白质。

(4)本质：改造控制该蛋白质合成的基因结构。 2．蛋白质的分子设计 (1)小范围改造

对已知结构的蛋白质进行少数氨基酸的替换。 (2)蛋白质拼接组装

对不同来源的蛋白质进行拼接组装。 (3)蛋白质从头设计

从氨基酸的排列顺序出发，设计制造出自然界不存在的全新蛋白质。 3．蛋白质工程的基础

蛋白质工程的基础是基因工程。所以蛋白质工程又叫第二代基因工程。

[合作探讨]

蛋白质分子的设计是一项复杂而艰巨的工程，其基本流程可以用下图表示：

探讨1：构建新的蛋白质模型是分子设计的关键环节，你认为构建蛋白质模型的依据是什么？

提示：构建蛋白质模型的依据是控制这种蛋白质合成的基因以及蛋白质的空间结构。 探讨2：通过DNA合成形成的新基因怎样才能得到准确的表达？

提示：通过基因工程技术，将新基因导入大肠杆菌等受体细胞中，新基因在受体细胞中指导合成新的蛋白质。

探讨3：有的学者认为，蛋白质工程本身也是研究蛋白质结构和功能的一种有力工具。你是怎么看待的？

提示：这些学者认识恰当，蛋白质结构直接影响其功能活性，要想研究蛋白质结构与功能的关系，蛋白质工程就是有力工具，利用这种工具可以改变蛋白质的空间结构，探究功能的改变而做出相应的科学结论。

[思维升华]

1．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。

2．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设计改造，最终还必须通过改造基因来完成。

3．蛋白质工程的基本途径

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)。

1．下列关于蛋白质工程的基本流程中正确的是( )

①蛋白质分子结构设计 ②DNA合成 ③预期蛋白质功能 ④根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】 蛋白质工程根据人们的需要首先要预期相应功能，然后对其空间结构进行设计，目前这一步是科学家们仍未完全掌握的，根据相应的氨基酸推导出基因中碱基序列，再利用人工合成法合成相应的目的基因。

【答案】 C

2．胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，要经过较长的时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此，治疗效果受到影响。如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： 【导学号：99310012】

(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DNA合成形成的新基因应与________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)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的合成的基本思路是什么？ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________

【解析】 (1)蛋白质工程首先要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，因此，题图中构建新的胰岛素模型的主要依据是预期胰岛素的功能，即速效胰岛素。

(2)合成的目的基因应与载体结合，构建基因表达载体后导入受体细胞中才能表达。 (3)利用蛋白质工程生产速效胰岛素，需合成新的胰岛素基因，改造好的目的基因需要通过基因工程来生产基因产物，并在生产中要借助工程菌，所以还需要发酵过程，因此，此过程涉及蛋白质工程、基因工程、发酵工程。

(4)由新的胰岛素模型到构建新的胰岛素基因，其基本思路是根据新的胰岛素中氨基酸的序列，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。

【答案】 (1)胰岛素的预期功能 (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合成仪合成出新的胰岛素基因。

蛋 白 质 工 程 的 应 用 及 与 基 因 工 程 的 比 较

蛋白质工程的应用 1．提高蛋白质的稳定性

实例：将T4溶菌酶第3位上的异亮氨酸改成半胱氨酸，使其获得了较强的耐热特征。 2．改变蛋白质的活性

实例：利用蛋白质工程技术对组织纤溶酶原激活物(t-PA)进行改造，可增加其溶栓效能。 3．合成嵌合抗体

嵌合抗体是指保留鼠单克隆抗体的可变区，用人抗体的恒定区替换鼠单克隆抗体的恒定区，特点是嵌合抗体的抗原性显著下降，而抗体的特异识别功能没有丧失。

[合作探讨]

探讨1：猪的胰岛素用于降低人体血糖浓度效果不明显，原因是猪胰岛素分子中有一个氨基酸与人的不同。为了使猪胰岛素用于临床治疗糖尿病，用蛋白质工程中蛋白质分子设计的最佳方案是什么？

提示：对猪胰岛素进行一个不同氨基酸的替换。

探讨2：对天然蛋白质进行改造，是直接对蛋白质分子进行操作来实现的吗？ 提示：不是，由于基因决定蛋白质，因此要对蛋白质的结构进行设计改造，最终必须通过基因改造来完成。

探讨3：

蛋白质工程是新崛起的一项生物工程，又称第二代基因工程。上图为蛋白质工程流程图，图中A、B在遗传学上依次表示了什么过程？

提示：转录和翻译。 [思维升华]

蛋白质工程与基因工程的比较 比较项目 操作对象 基因工程 基因 蛋白质工程 基因