蛋白質(zhì)工程的崛起
1．下列哪項(xiàng)不是蛋白質(zhì)工程的研究?jī)?nèi)容( )
A．分析蛋白質(zhì)分子的精細(xì)結(jié)構(gòu)
B．對(duì)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)
解析：選C。蛋白質(zhì)工程就是指根據(jù)蛋白質(zhì)的精細(xì)結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系，按照人的意愿改造蛋白質(zhì)分子。為了改造某種蛋白質(zhì)分子，必須對(duì)其精細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，但不包括對(duì)組成蛋白質(zhì)的氨基酸的化學(xué)成分的分析。
2．蛋白質(zhì)工程中需要直接進(jìn)行操作的對(duì)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)
解析：選D。蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(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(guò)基因修飾或基因合成，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。其目標(biāo)是根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求，對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)，但因?yàn)榛驔Q定蛋白質(zhì)，因此對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，歸根到底，還需對(duì)相應(yīng)的基因進(jìn)行操作，按要求進(jìn)行修飾、加工、改造，使之能控制合成人類需要的蛋白質(zhì)。
3．(2011年甘肅蘭州高二檢測(cè))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)，使干擾素第17位的半胱氨酸變成絲氨酸，結(jié)果大大提高了β－干擾素的抗病活性，并且提高了儲(chǔ)存穩(wěn)定性。該生物技術(shù)為( )
A．基因工程 B．蛋白質(zhì)工程
C．基因突變 D．細(xì)胞工程
解析：選B。基因工程是通過(guò)對(duì)基因的操作，將符合人們需要的目的基因?qū)脒m宜的生物體內(nèi)，使其高效表達(dá)，從中提取所需蛋白質(zhì)，或表現(xiàn)出某種性狀，蛋白質(zhì)產(chǎn)品仍然為天然存在的蛋白質(zhì)。而蛋白質(zhì)工程卻是對(duì)控制蛋白質(zhì)合成的基因進(jìn)行改造，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)其編碼的蛋白質(zhì)的改變，所得到的已不是天然蛋白質(zhì)。題目中的操作涉及的基因顯然不再是原來(lái)的基因，其合成的β－干擾素也不是天然的β－干擾素，而是經(jīng)過(guò)改造的、人類所需優(yōu)點(diǎn)的蛋白質(zhì)，因而整個(gè)過(guò)程利用的生物技術(shù)為蛋白質(zhì)工程。
4．科學(xué)家為提高玉米中賴氨酸含量，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中104位的氨基酸由天冬氨酸變成異亮氨酸，就可以使玉米葉片和種子中的游離賴氨酸含量分別提高5倍和2倍，下列對(duì)蛋白質(zhì)的改造，操作正確的是( )
A．直接通過(guò)分子水平改造蛋白質(zhì)
B．直接改造相應(yīng)的mRNA
C．對(duì)相應(yīng)的基因進(jìn)行操作
D．重新合成新的基因
解析：選C。蛋白質(zhì)工程的目的是對(duì)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。而蛋白質(zhì)功能與其高級(jí)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)又非常復(fù)雜，所以直接對(duì)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(duì)基因進(jìn)行操作卻容易得多。另外，改造后的基因可以遺傳，如對(duì)蛋白質(zhì)直接改造，即使成功也不能遺傳。
5．下圖為蛋白質(zhì)工程操作的基本思路，請(qǐng)據(jù)圖回答下列問題：
(1)代表蛋白質(zhì)工程操作思路的過(guò)程是________；代表中心法則內(nèi)容的是________。(填寫數(shù)字)
(2)寫出圖中各數(shù)字代表的生物學(xué)過(guò)程的名稱或內(nèi)容：
③________；④________；⑤________。
(3)蛋白質(zhì)工程的目的是
________________________________________________________________________，
通過(guò)________________________實(shí)現(xiàn)。
(4)從圖中可以看出蛋白質(zhì)工程的基本途徑與中心法則是________的。
解析：蛋白質(zhì)工程是根據(jù)具有相應(yīng)功能的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測(cè)氨基酸序列，進(jìn)而推測(cè)出脫氧核苷酸序列，所以應(yīng)為圖中的④⑤，①②③代表中心法則，與蛋白質(zhì)工程的基本途徑相反。
答案：(1)④⑤�、佗冖邸�(2)折疊 分子設(shè)計(jì) DNA合成
(3)對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì) 基因合成或修飾 (4)相反
(緊扣教材，思考感悟)
【旁欄思考】
1．你知道國(guó)際人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃嗎？它與蛋白質(zhì)工程有什么關(guān)系？我國(guó)科學(xué)家承擔(dān)了什么任務(wù)？(教材P26)
答案：人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃是繼人類基因組計(jì)劃之后，生命科學(xué)乃至自然科學(xué)領(lǐng)域一項(xiàng)重大的科學(xué)命題。2001年，國(guó)際人類蛋白質(zhì)組織宣告成立。之后，該組織正式提出啟動(dòng)了兩項(xiàng)重大國(guó)際合作行動(dòng)：一項(xiàng)是由中國(guó)科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”；另一項(xiàng)是以美國(guó)科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類血漿蛋白質(zhì)組計(jì)劃”，由此拉開了人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃的帷幕。
“人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”是國(guó)際上第一個(gè)人類器官的蛋白質(zhì)組計(jì)劃，由我國(guó)賀福初院士牽頭，這是中國(guó)科學(xué)家第一次領(lǐng)銜的重大國(guó)際科研協(xié)作計(jì)劃，總部設(shè)在北京，目前有16個(gè)國(guó)家和地區(qū)的80多個(gè)實(shí)驗(yàn)室報(bào)名參加。它的科學(xué)目標(biāo)是揭示并確認(rèn)肝臟的蛋白質(zhì)，為重大肝病預(yù)防、診斷、治療和新藥研發(fā)的突破提供重要的科學(xué)基礎(chǔ)。
人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃的深入研究將是對(duì)蛋白質(zhì)工程的有力推動(dòng)和理論支持。
2．對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)？(教材P26)
答案：毫無(wú)疑問應(yīng)該從對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)天然蛋白質(zhì)的改造，主要原因如下：
(1)任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且改造過(guò)的基因可以遺傳下去。如果對(duì)蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造過(guò)的蛋白質(zhì)分子還是無(wú)法遺傳。
(2)對(duì)基因進(jìn)行改造比對(duì)蛋白質(zhì)直接改造要容易操作，難度要小得多。
1．蛋白質(zhì)工程的基礎(chǔ)是( )
A．發(fā)酵工程 B．細(xì)胞工程
C．胚胎工程 D．基因工程
解析：選D。蛋白質(zhì)工程被稱為第二代基因工程，蛋白質(zhì)是基因表達(dá)的產(chǎn)物，基因工程是蛋白質(zhì)工程的基礎(chǔ)。
2．蛋白質(zhì)工程的實(shí)質(zhì)是( )
A．改造蛋白質(zhì) B．改造mRNA
C．改造基因 D．改造氨基酸
解析：選C。蛋白質(zhì)工程一般是先創(chuàng)造出適合人類需求的新基因，然后使其表達(dá)出具有特定結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)。
3．關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說(shuō)法，正確的是( )
A．蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對(duì)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的新型蛋白質(zhì)分子
C．對(duì)蛋白質(zhì)的改造是通過(guò)直接改造相應(yīng)的mRNA來(lái)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(guò)程是相同的
解析：選B。蛋白質(zhì)工程是根據(jù)人們的需求，設(shè)計(jì)并生產(chǎn)出自然界不存在的蛋白質(zhì)分子。
4．(2011河北保定高二檢測(cè))蛋白質(zhì)工程的基本流程正確的是( )
①蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)�、贒NA合成�、垲A(yù)期蛋白質(zhì)功能 ④據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列
A．①②③④ B．④②①③
C．③①④② D．③④①②
解析：選C。蛋白質(zhì)工程的基本流程為：預(yù)期蛋白質(zhì)功能→蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列→DNA合成。
5．基因工程與蛋白質(zhì)工程的區(qū)別是( )
A．基因工程需對(duì)基因進(jìn)行分子水平操作，蛋白質(zhì)工程不對(duì)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)工程合成的可以是天然不存在的蛋白質(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)操作
D．基因工程完全不同于蛋白質(zhì)工程
解析：選B。蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來(lái)的第二代基因工程。蛋白質(zhì)工程從分子水平對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)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(duì)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，基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。
6．下列有關(guān)蛋白質(zhì)工程的說(shuō)法正確的是( )
A．蛋白質(zhì)工程無(wú)需構(gòu)建基因表達(dá)載體
B．通過(guò)蛋白質(zhì)工程改造后的蛋白質(zhì)的性狀不遺傳給子代
C．蛋白質(zhì)工程需要限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶
D．蛋白質(zhì)工程是在蛋白質(zhì)分子水平上改造蛋白質(zhì)的
答案：C
7．(2011年河南三門峽高二檢測(cè))某種微生物合成的蛋白酶與人體消化液中的蛋白酶的結(jié)構(gòu)和功能很相似，只有對(duì)熱穩(wěn)定性較差，進(jìn)入人體后容易失效�，F(xiàn)要將此酶開發(fā)成一種片劑，臨床治療食物的消化不良，最佳方案是( )
A．對(duì)此酶中的少數(shù)氨基酸替換，以改善其功能
B．將此酶與人蛋白酶進(jìn)行拼接，形成新的蛋白酶
C．重新設(shè)計(jì)與創(chuàng)造一種全新的蛋白酶
D．減少此酶在片劑中的含量
解析：選A。本題考查蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展與前景。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)包括一級(jí)結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)，一級(jí)結(jié)構(gòu)是指組成蛋白質(zhì)的氨基酸的種類、數(shù)量、排列順序，蛋白質(zhì)的功能是由一級(jí)結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)共同決定的，特別是空間結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)的功能關(guān)系更密切。要想使蛋白酶熱穩(wěn)定性有所提高，就要改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，此類問題一般是對(duì)蛋白質(zhì)中的個(gè)別氨基酸進(jìn)行替換。
8．蛋白質(zhì)工程中目前已成功的是( )
A．對(duì)胰島素進(jìn)行改造，使其成為速效型藥品
B．蛋白質(zhì)工程應(yīng)用于微電子方面
C．室溫下可保存半年的干擾素
D．耐儲(chǔ)存的番茄
解析：選A�？茖W(xué)家通過(guò)對(duì)胰島素的改造，已使其成為速效型藥品。B、C兩項(xiàng)還未獲得成功，D項(xiàng)成果屬于基因工程。
9．下列有關(guān)蛋白質(zhì)工程的說(shuō)法正確的是( )
A．蛋白質(zhì)工程無(wú)需構(gòu)建基因表達(dá)載體
B．通過(guò)蛋白質(zhì)工程改造后的蛋白質(zhì)的性狀不遺傳給子代
C．蛋白質(zhì)工程需要限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶
D．蛋白質(zhì)工程是在蛋白質(zhì)分子水平上改造蛋白質(zhì)的
答案：C
10．增加玉米細(xì)胞中賴氨酸含量最有效的途徑是( )
A．將富含賴氨酸的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胗衩准?xì)胞
B．切除玉米細(xì)胞中天冬氨酸激酶基因和二氫吡啶二羧酸合成酶基因
C．修飾天冬氨酸激酶基因和二氫吡啶二羧酸合成酶基因的個(gè)別堿基
D．將根瘤菌的固氮基因?qū)胗衩准?xì)胞
解析：選C。玉米中賴氨酸的含量比較低，原因是賴氨酸合成過(guò)程中的兩個(gè)關(guān)鍵酶——天冬氨酸激酶和二氫吡啶二羧酸合成酶，其活性受細(xì)胞內(nèi)賴氨酸濃度的影響較大，當(dāng)賴氨酸濃度達(dá)到一定量時(shí)，就會(huì)抑制這兩個(gè)酶的活性。如果我們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中104位的天冬酰胺變成異亮氨酸，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。此題易錯(cuò)選A，要認(rèn)真分析賴氨酸含量低的真正原因，通過(guò)改變有關(guān)基因的個(gè)別堿基，從而改變基因控制合成的蛋白質(zhì)(酶)的結(jié)構(gòu)而達(dá)到目的，屬于蛋白質(zhì)工程。
11．人類正常血紅蛋白(HbA)β鏈第63位氨基酸是組氨酸，其密碼子為CAU或CAC。當(dāng)β鏈第63位組氨酸被酪氨酸(UAU或UAC)替代后，出現(xiàn)異常血紅蛋白(HbM)，導(dǎo)致一種貧血癥，β鏈第63位組氨酸被精氨酸(CGU或CGC)所替代產(chǎn)生的異常血紅蛋白(HbZ)將引起另一種貧血癥。
(1)寫出正常血紅蛋白基因中，決定β鏈第63位組氨酸密碼子的堿基對(duì)組成。
(2)在決定β鏈第63位組氨酸密碼子的DNA的三個(gè)堿基對(duì)中，任一個(gè)堿基對(duì)發(fā)生變化都將產(chǎn)生異常的血紅蛋白嗎？為什么？
(3)若將正常的基因片段導(dǎo)入貧血癥患者的骨髓造血干細(xì)胞中，則可以達(dá)到治療疾病的目的。請(qǐng)問，此操作屬于蛋白質(zhì)工程嗎？為什么？
解析：(1)基因中的堿基對(duì)的排列順序決定信使RNA中堿基的排列順序，信使RNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后與核糖體結(jié)合起來(lái)，指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。血紅蛋白異常，歸根到底是由于基因中堿基對(duì)的排列順序改變引起的，由于蛋白質(zhì)中的氨基酸主要有20種，而決定氨基酸的密碼子有61種，所以一種密碼子決定一種氨基酸，而一種氨基酸可以由幾種密碼子決定。
(2)決定組氨酸密碼子的DNA的三個(gè)堿基對(duì)中任意一個(gè)堿基發(fā)生變化，不一定都產(chǎn)生異常的血紅蛋白，這是因?yàn)橐环N密碼子決定一種氨基酸，而一種氨基酸可以由幾種不同的密碼子來(lái)決定。
(3)基因工程是將外源基因轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞后，可以產(chǎn)生它本來(lái)不能產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，從而表現(xiàn)出新的性狀，實(shí)質(zhì)上，基因工程產(chǎn)生的只能是自然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)，而蛋白質(zhì)工程則是通過(guò)對(duì)基因進(jìn)行加工修飾或進(jìn)行基因合成，對(duì)現(xiàn)有的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造出一種新的蛋白質(zhì)，而題目中只將正常的外源基因?qū)氩∪思?xì)胞中，合成的都是天然存在的正常蛋白質(zhì)，所以不屬于蛋白質(zhì)工程，而應(yīng)屬于基因工程。
答案：(1)=====GTACAT或=====GTGCAC。
(2)不一定。原因是當(dāng)=====GTACAT或=====GTGCAC中的第三對(duì)堿基發(fā)生=====AT→=====GC或=====GC→=====AT的變化后，產(chǎn)生的密碼子分別為CAC或CAU，仍為組氨酸的密碼子，因而不會(huì)影響產(chǎn)生正常的血紅蛋白。
(3)不屬于蛋白質(zhì)工程，因?yàn)榇瞬僮魇菍⒔】档恼５哪康幕驅(qū)胗腥毕莸氖荏w細(xì)胞，合成的蛋白質(zhì)仍為天然存在的蛋白質(zhì)，所以，不屬于蛋白質(zhì)工程，而是屬于基因工程。
12．(2011年廣西桂林高二檢測(cè))枯草桿菌產(chǎn)生的蛋白酶具有催化分解蛋白質(zhì)的特性，但極易被氧化而失效。1985年，美國(guó)的埃斯特爾將枯草桿菌蛋白酶分子中的第222位氨基酸替換后，雖然其水解活性有所下降，但抗氧化能力大大提高。用這種水解酶作為洗滌劑，可以有效地除去血漬、奶漬等蛋白質(zhì)污漬。
(1)改造枯草桿菌蛋白酶的生物技術(shù)是________。
(2)改造后的枯草桿菌中控制合成蛋白酶的基因與原來(lái)相比，至少有________個(gè)堿基對(duì)發(fā)生變化。
(3)利用生物技術(shù)改造蛋白質(zhì)，提高了蛋白質(zhì)的________性，埃斯特爾所做的工作，是對(duì)已知蛋白質(zhì)進(jìn)行________________________。
解析：本題考查蛋白質(zhì)工程的有關(guān)問題�；蛑械�3個(gè)堿基對(duì)決定mRNA上3個(gè)堿基，mRNA上3個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸。利用生物技術(shù)改造蛋白質(zhì)能夠提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性。
答案：(1)蛋白質(zhì)工程 (2)1
(3)穩(wěn)定 少數(shù)氨基酸的替換
13．蛋白質(zhì)工程是指根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求，對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的過(guò)程。下圖是蛋白質(zhì)工程的基本途徑，試回答下列有關(guān)問題：
預(yù)期蛋白質(zhì)功能??→①設(shè)計(jì)預(yù)期蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)??→②推測(cè)應(yīng)有氨基酸序列??→③推測(cè)相應(yīng)基因中脫氧核苷酸序列??→④生產(chǎn)相應(yīng)蛋白質(zhì)
(1)圖中③過(guò)程的主要依據(jù)是每種氨基酸都有其對(duì)應(yīng)的________，后者位于________分子上，其上的核苷酸序列與基因中的脫氧核苷酸序列之間存在著________關(guān)系。
(2)通過(guò)③過(guò)程獲得的脫氧核苷酸序列不是完整的基因，要使這一序列能夠表達(dá)、發(fā)揮作用，還必須在序列的上、下游加上________和________，在這個(gè)過(guò)程中需要________酶的參與。
(3)完成④過(guò)程需要涉及________技術(shù)。
解析：(1)蛋白質(zhì)工程從氨基酸序列推測(cè)基因中的脫氧核苷酸序列，氨基酸與脫氧核苷酸之間的聯(lián)系樞紐是信使RNA，信使RNA由脫氧核酸轉(zhuǎn)錄形成，而密碼子是信使RNA上特定的能決定一個(gè)氨基酸的三個(gè)相鄰的堿基序列。
(2)由人工合成的基因只是基因的編碼序列，完整的基因還包括啟動(dòng)子、終止子等結(jié)構(gòu)，把啟動(dòng)子、終止子等DN *** 段連接到基因的編碼區(qū)需要DNA連接酶。
(3)由基因合成蛋白質(zhì)涉及基因工程。
答案：(1)密碼子 信使RNA 堿基互補(bǔ)配對(duì)
(2)啟動(dòng)子 終止子 DNA連接
(3)基因工程
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