1、- 1 -蛋白质工程的崛起一、选择题1下列说法错误的是( )A科学家通过对胰岛素的改造已经使其成为速效型药品B我们可以将蛋白质工程应用于微电子方面C用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有体积小、耗电少和效率高的特点D蛋白质工程成功的例子不多，主要是因为蛋白质种类太少，原料不足解析：选 D 蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，这种结构十分复杂，而目前科学家对大多数蛋白质的高级结构的了解还不够。2下列关于蛋白质工程和基因工程的比较，不合理的是( )A基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质，而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造，从
2、而制造一种新的蛋白质B蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成C基因工程遵循中心法则，蛋白质工程完全不遵循中心法则D基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的解析：选 C 蛋白质工程的基本途径是根据中心法则反推出来的。3蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时，主要包括( )进行少数氨基酸的替换 对不同来源的蛋白质进行拼接 从氨基酸的排列顺序出发设计全新的蛋白质直接改变蛋白质的空间结构A BC D解析：选 B 蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时，不能直接改变蛋白质的空间结构，但是能进行少数氨基酸的替换，能对不同来源的蛋白质进行拼接，能够从氨基酸的排列
3、顺序出发设计全新的蛋白质。4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，只是其热稳定性较差，进入人体后容易失效。现要将此酶开发成一种片剂，临床治疗食物消化不良，最佳方案是( )A替换此酶中的少数氨基酸，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- 2 -C重新设计与创造一种蛋白酶D减少此酶在片剂中的含量解析：选 A 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。5蛛丝的强度和柔韧度得益于蛛丝蛋白的特殊布局，使它产生了一个由坚硬的结晶区和非结晶区构成的混合区域。有人试图通过破解蛛丝蛋白的结构从而推测出其相应的基因
4、结构，以指导对蚕丝蛋白的修改，从而让蚕也吐出像蛛丝蛋白一样坚韧的丝。此过程运用的技术及流程分别是( )A基因突变：DNARNA蛋白质B基因工程：RNARNA蛋白质C基因工程：DNARNA蛋白质D蛋白质工程：蛋白质RNADNARNA蛋白质解析：选 D 该过程采用的是蛋白质工程。从预期蛋白质功能入手，对蛋白质控制的基因进行改造以达到改造蛋白质的目的。6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种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，就会抑制这两种酶的活性。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
5、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 如果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。因此可通过修饰天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶基因的个别碱基来达到目的。7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蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造C蛋白质工程也需要限制酶和 DNA 连接酶D蛋白质工程
6、是在蛋白质分子水平上改造蛋白质的解析：选 C 蛋白质工程是在基因工程的基础之上延伸出来的，最终改造的对象仍是DNA 分子，因此需要限制性核酸内切酶和 DNA 连接酶。8下列关于基因工程和蛋白质工程的说法正确的是( )A蛋白质工程和基因工程的目的都是获得人类需要的蛋白质，所以二者没有区别- 3 -B基因工程是蛋白质工程的关键技术C通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍然是天然的蛋白质D利用蛋白质工程可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素解析：选 B 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。其中，基因工程是关键技术，是蛋白质工程的基础，因为对蛋白质结构的改造是通过改造
7、基因来实现的，所以蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质，改造后的蛋白质不再是天然的蛋白质。利用大肠杆菌生产人的胰岛素属于基因工程。9关于蛋白质工程的进展和应用前景的说法，错误的是( )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，使大肠杆菌产生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来不存在的蛋白质种类目前还很少解析：选 B B 项所涉及的生物工程技术为基因工程。10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
8、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 该基因的表达产物多肽 P1的抗菌性和溶血性均较强，要研发出抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先应根据 P1的氨基酸序列设计模拟肽，再构建相应的 DNA 片段。二、非选择题11科学家通过利用 PCR 定点突变技术改造 Rubisco 酶基因，提髙了光合作用过程中Rubisco 酶对 CO2的亲和力，从而显著提高了植物的光合作用速率。请回答下列问题：(1)PCR 过程所依据的原理是_，该过
9、程需要加入的酶是_。利用 PCR 技术扩增目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成_。(2)该技术不直接改造 Rubisco 酶，而通过对 Rubisco 酶基因进行改造，从而实现对Rubisco 酶的改造，其原因是_。和传统基因工程技术相比较，定点突变技术最突出的优点是_，PCR 定点突变技术属于_的范畴。(3)可利用定点突变的 DNA 构建基因表达载体，常用_将基因表达载体- 4 -导入植物细胞，将该细胞经植物组织培养技术培育成幼苗，从细胞水平分析所依据的原理是_。解析：(1)PCR 技术是 DNA 扩增的技术，所以其原理是 DNA 双链复制，但该过程需要耐高
10、温的 DNA 聚合酶(或 Taq 酶)的催化。利用 PCR 技术扩增目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物。(2)由于蛋白质空间结构较为复杂，改造困难，所以该技术不直接改造 Rubisco 酶，而通过对 Rubisco 酶基因进行改造，从而实现对Rubisco 酶的改造；和传统基因工程技术相比，定点突变技术最突出的优点是能生产出自然界不存在的蛋白质，PCR 定点突变技术属于蛋白质工程的范畴。(3)将基因表达载体导入植物细胞常用农杆菌转化法；植物组织培养技术的原理是植物细胞的全能性。 答案：(1)DNA 双链复制 耐高温的 DNA 聚合酶(或 Taq 酶) 引
11、物 (2)蛋白质空间结构较为复杂，改造困难 能生产出自然界不存在的蛋白质 蛋白质工程 (3)农杆菌转化法 植物细胞的全能性12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(P 1)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
12、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
13、。中心法则的内容如下图所示：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- 5 -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)P P 1 DNA 和 RN
14、A(或遗传物质) DNARNA、RNADNA、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13如图是某种动物蛋白质工程的示意图，请分析回答：(1)目前，蛋白质工程中难度最大的是图中编号_所示的过程，实现过程的依据有_。(2)若相关蛋白质的核酸片段是从细胞质获取的，则过程包括_、_。(3)过程中对核苷酸序列有严格要求的工具酶是_，进行过程的目的是_。解析：在蛋白质工程中，根据预期蛋白质的功能设计预期蛋白质的结构是蛋白质工程的首要任务，也是难度较大的任务。过程根据蛋白质应有的氨基酸序列推断 mRNA 上密码子的排列顺序，再根据逆转录原理推断 DNA 的碱基排列顺序。从细胞质中提取的核酸片段应为mRNA，因此，过程为逆转录法合成目的基因。由于经过过程人工合成的目的基因与生物体内的基因不同，所以，该过程需要诱导基因发生突变。答案：(1) 氨基酸对应的密码子、mRNA 与 DNA 间的碱基互补配对原则 (2)逆转录 诱导突变 (3)限制酶 使目的基因在受体细胞中稳定存在并遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用- 6 -
