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人教版高中生物选择性必修第三册·第3章- 第4节 蛋白质工程的原理和应用（课件PPT）
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这是一份人教版高中生物选择性必修第三册·第3章- 第4节 蛋白质工程的原理和应用（课件PPT），共26页。
第节 4蛋白质工程的原理和应用高中生物 选择性必修3第3章1.说出蛋白质工程崛起的缘由。2.概述蛋白质工程的基本原理。3.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。学习目标2023/4/17？从社会中来 你见过用细菌画画吗？右图是用发出不同颜色荧光的细菌“画"的美妙图案。这些细菌能够发出荧光，是因为在它们的体内导入了荧光蛋白的基因。最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋白，科学家通过改造它，获得了黄色荧光蛋白等。这些荧光蛋白在细胞内生命活动的检测、肿瘤的示踪研究等领域有着重要应用。 那么，科学家是怎样对蛋白质分子进行设计和改造的呢？ 科学家解析了多管水母绿色荧光蛋白的晶体结构，并利用计算机进行辅助设计，在此基础上再采用定点突变的技术将绿色荧光蛋白发光基团正下方的第203位的苏氨酸替换为酪氨酸，从而获得了一种新的绿色荧光蛋白的衍生物--黄色荧光蛋白。用细菌“画”的画2023/4/17 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，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。 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。特别注意：蛋白质工程的操作对象——基因！2023/4/17 你知道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？ 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重大的国际合作科研项目。2001年，国际人类蛋白质组组织宣布成立。2003年，该组织正式提出启动两项重大国际合作项目：一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是由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组织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重大国际科研协作计划。它的目标是通过对肝脏蛋白质高通量、规模化的研究，解析肝脏蛋白质在生理、病理过程中的功能意义，为重大肝病的预防、诊断、治疗和新药的研发提供重要的科学依据。2010年，该计划“两谱、两图、三库”的目标初步实现。我国科学家完成了人类肝脏蛋白质组表达谱和修饰谱，绘制了蛋白质相互作用连锁图和定位图。“三库”则是建立符合国际标准的肝脏标本库、发展规模化抗体制备技术并建立肝脏蛋白质抗体库和建立完整的肝脏蛋白质组数据库。人类蛋白质组计划取得的成果有力推动了蛋白质工程的发展，为它提供了重要的理论支持。2014年6月，中国人类蛋白质组计划启动。2023/4/17一、蛋白质工程崛起的缘由1.基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。2.基因工程的局限性：原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。3.天然蛋白质的不足：天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。如玉米中赖氨酸含量较低，经人工设计改造，可使其叶片和种子中游离赖氨酸的含量分别提高5倍和2倍。赖氨酸合成达到一定浓度两种酶的活性352位的苏氨酸变成异亮氨酸104位的天冬酰胺变成异亮氨酸赖氨酸含量2023/4/17二、蛋白质工程的基本原理1.蛋白质工程的目标：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。2.蛋白质工程的实质：通过改造或合成基因，来定向改造现有蛋白质或制造新的蛋白质。3.天然蛋白质合成的过程：天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的。基因→表达（转录和翻译）→形成具有特定氨基酸序列的多肽链→形成具有高级结构的蛋白质→行使生物功能。而蛋白质工程却与之相反！2023/4/174.蛋白质工程的基本思路：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→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。折叠目的基因2023/4/17思考·讨论·蛋白质工程基本思路的应用 某多肽链的一段氨基酸序列是：1.怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列?请把相应的碱基序列写出来。提示：丙氨酸（GCU、GCC、GCA、GCG)、色氨酸(UGG)、赖氨酸(AAA、AAG）、谷氨酸（GAA、GAG）、苯丙氨酸（UUU、UUC）。2.确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因？mRNA序列为：GCU（或C或A或G）UGG AAA（或G）GAA（或G）UUU（或C）DNA序列为：CGA（或G或T或C）ACC TTT（或C）CTT（或C）AAA（或G） GCT（或C或A或G）TGG AAA（或G）GAA（或G）TTT（或C） 确定目的基因的碱基序列后，可以人工合成目的基因或从基因文库中获取目的基因。对基因的改造经常会用到基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等。基因基因DNA分子水平DNA分子水平预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→找到并改变对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新基因→获得所需要的蛋白质目的基因的筛选与获取→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定可生产自然界没有的蛋白质生产自然界已有的蛋白质通过改造或合成基因来定向改造现有蛋白质或制造新的蛋白质将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状①蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程；②蛋白质工程离不开基因工程，其包含基因工程的基本操作。预期蛋白质功能目的基因2023/4/175.蛋白质工程和基因工程的比较2023/4/17 能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入合适的宿主细胞中，让宿主细胞生产人类所需要的蛋白质食品呢？ 理论上讲可以，但目前还没有真正成功的例子。利用改造后的动物细胞、微生物细胞等可以生产人类需要的蛋白质，但这些蛋白质往往都是自然界中已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来的、自然界中不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对大多数蛋白质的高级结构和蛋白质在生物体内如何行使功能了解得还不够，很难设计出一个全新的而又具有功能的蛋白质。即使设计并获得了一个全新的蛋白质，它的生理生化特性、用它生产的蛋白质食品的安全性等都需要长期深入的研究。天然蛋白质易形成二聚体或六聚体预期结构B28位脯氨酸替换为天冬氨酸或将它与B29位的赖氨酸交换位置新胰岛素基因mRNA降低胰岛素的聚合作用改变B链第20～29位氨基酸组成多肽链有效抑制胰岛素的聚合2023/4/17三、蛋白质工程的应用1.医药工业方面（1）研发速效胰岛素类似物天然干扰素不易保存预期结构一个半胱氨酸变成丝氨酸新干扰素基因mRNA延长保存时间氨基酸替换多肽链在-70℃下可以保存半年2023/4/17（2）延长干扰素体外保存时间（3）降低人对小鼠单抗隆抗体的免疫反应 通过改造基因，将小鼠抗体上结合抗原的区域（即可变区）“嫁接”到人的抗体（即恒定区）上，经过这样改造的抗体诱发免疫反应的强度就会减低很多。2023/4/172.其他工业方面 蛋白质工程被广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶。如枯草杆菌蛋白酶具有水解蛋白质的作用，常被用于洗涤剂工业、丝绸工业等。迄今为止，利用蛋白质工程获得的该酶的突变体已有上百种，从中可能筛选出一些符合工业化生产需求的突变体，从而提高这种酶的使用价值。3.农业方面（1）改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的速率，增加粮食的产量。（2）利用蛋白质工程的思路设计优良微生物农药，通过改造微生物蛋白质的结构，使它防治病虫害的效果增强。2023/4/17 蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要是因为蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，而这种高级结构往往十分复杂。要设计出更加符合人类需要的蛋白质，还需要不断地攻坚克难。随着科技的深入发展，蛋白质工程将会给人类带来更多的福祉。由计算机建立的血红蛋白三维结构模型2023/4/17到社会中去 酶用作工业催化剂，比无机催化剂具有更大的优越性，主要体现在以下几个方面。由于酶促反应能在常温、常压和中性pH条件下进行，因此可以节省大量的能源和设备投资；生产过程中不会造成严重的污染，符合环境保护的要求；生产过程简单、效率高，产品质量好，生产成本低。因此，酶制剂在工业领域得到了广泛的应用。近年来，通过引进国外先进设备、优良菌种以及开发新型酶制剂，我国酶制剂产业保持了较快的增长态势，品种越来越丰富，产品的市场竞争力也在不断提升。2016年，我国工业酶制剂年产量达120万吨，年增长率保持在10%左右。在全球范围内，我国酶制剂的市场份额已占到了30%左右，我国进入酶制剂生产大国的行列。在酶制剂产业中，蛋白质工程被广泛用于开发酶的新品种或改进酶的性能，如提高酶的热稳定性，增加某些被用作去污剂的酶的去污效率等。当堂检测1.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第 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 mRNAC. 对相应的基因进行操作D. 重新合成新的基因【答案】C【解析】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，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。根据蛋白质被改造部位的多少，可以将这种改造分为“大改”“中改”和“小改”。“小改”是指通过基因工程中的定点诱变技术，有目的地改造蛋白质分子中某活性部位的一个或几个氨基酸残基，以改善蛋白质的性质和功能。题干中对蛋白质的改造属于“小改”层次，需直接对相应的基因进行改造，即对相应的基因进行定点诱变。2.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，有广阔的发展前景。关于蛋白质工程的描述，正确的是 （ ）A. 由于需要对蛋白质直接改造，因此操作更难B. 由于蛋白质不能遗传，因此蛋白质工程的产物不能大量生产C. 蛋白质工程也需要设计出相应的基因D. 蛋白质工程在各个领域有广泛应用【答案】C【解析】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，是在分子水平上对基因分子直接进行操作，A 项错误；分子水平上对基因分子直接进行操作使其遗传物质发生改变，可以遗传给下一代，B 项错误；蛋白质工程对基因分子直接进行操作，需要推测出应有的氨基酸序列，设计出相应的基因，C 项正确；蛋白质工程的发展并不成熟，仍需一段时间提升，其目前并不能在各个领域广泛应用，D 项错误。3.蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改造，必须通过基因修饰或基因合成来完成，而不直接改造蛋白质的主要原因是（ ）A. 缺乏改造蛋白质所必需的工具酶B. 蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化，操作难度大C. 人类对大多数蛋白质的高级结构知之甚少D. 改造基因易于操作且改造后能够遗传【答案】D【解析】蛋白质工程应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造，原因是：（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，而且改造过后蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接进行改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。（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。4.下图表示蛋白质工程的操作过程，相关说法不正确的是 （ ）A. a、b 过程分别是转录、翻译B. 蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作C. 蛋白质工程是完全摆脱基因工程技术的一项全新的生物工程技术D. 蛋白质工程中可能构建出一种全新的基因【答案】C【解析】a 过程是以 DNA 的一条链为模板合成 mRNA 的转录过程，b 过程是以mRNA 为模板合成具有一定氨基酸顺序的多肽链的翻译过程，A 项正确；蛋白质工程是指以蛋白质分子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需求，因此蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作，B、D 项正确；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，C 项错误。5.蛋白质工程就是通过对蛋白质化学、蛋白质晶体学和蛋白质动力学的研究，获得有关蛋白质理化特性和分子特性的信息，在此基础上对编码蛋白质的基因进行有目的地设计和改造，通过基因工程技术获得可以表达蛋白质的转基因生物，中华鲟是一种濒危野生动物。研究者试图通过蛋白质工程改造中华鲟体内的某些蛋白质，使其更加适应现在的水域环境。下列有关说法错误的是（ ）A. 蛋白质工程可定向改变蛋白质分子的结构B. 改造蛋白质可通过改变基因结构实现C. 改造后的中华鲟和现有中华鲟仍是同一物种D. 改造后的中华鲟的后代不具有改造后的蛋白质【答案】D【解析】蛋白质工程可以通过改造基因来定向改变蛋白质分子的结构，A、B 项正确。通过蛋白质工程改造中华鲟体内的某些蛋白质，使其更加适应现在的水域环境。改造后的中华鲟具有新的性状，但其和现有中华鲟仍是同一物种，C项正确。蛋白质工程改造的是基因，可以遗传给子代，因此改造后的中华鲟的后代也具有改造后的蛋白质，D 项错误。谢 谢！
第节 4蛋白质工程的原理和应用高中生物 选择性必修3第3章1.说出蛋白质工程崛起的缘由。2.概述蛋白质工程的基本原理。3.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。学习目标2023/4/17？从社会中来 你见过用细菌画画吗？右图是用发出不同颜色荧光的细菌“画"的美妙图案。这些细菌能够发出荧光，是因为在它们的体内导入了荧光蛋白的基因。最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋白，科学家通过改造它，获得了黄色荧光蛋白等。这些荧光蛋白在细胞内生命活动的检测、肿瘤的示踪研究等领域有着重要应用。 那么，科学家是怎样对蛋白质分子进行设计和改造的呢？ 科学家解析了多管水母绿色荧光蛋白的晶体结构，并利用计算机进行辅助设计，在此基础上再采用定点突变的技术将绿色荧光蛋白发光基团正下方的第203位的苏氨酸替换为酪氨酸，从而获得了一种新的绿色荧光蛋白的衍生物--黄色荧光蛋白。用细菌“画”的画2023/4/17 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，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。 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。特别注意：蛋白质工程的操作对象——基因！2023/4/17 你知道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？ 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重大的国际合作科研项目。2001年，国际人类蛋白质组组织宣布成立。2003年，该组织正式提出启动两项重大国际合作项目：一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是由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组织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重大国际科研协作计划。它的目标是通过对肝脏蛋白质高通量、规模化的研究，解析肝脏蛋白质在生理、病理过程中的功能意义，为重大肝病的预防、诊断、治疗和新药的研发提供重要的科学依据。2010年，该计划“两谱、两图、三库”的目标初步实现。我国科学家完成了人类肝脏蛋白质组表达谱和修饰谱，绘制了蛋白质相互作用连锁图和定位图。“三库”则是建立符合国际标准的肝脏标本库、发展规模化抗体制备技术并建立肝脏蛋白质抗体库和建立完整的肝脏蛋白质组数据库。人类蛋白质组计划取得的成果有力推动了蛋白质工程的发展，为它提供了重要的理论支持。2014年6月，中国人类蛋白质组计划启动。2023/4/17一、蛋白质工程崛起的缘由1.基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。2.基因工程的局限性：原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。3.天然蛋白质的不足：天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。如玉米中赖氨酸含量较低，经人工设计改造，可使其叶片和种子中游离赖氨酸的含量分别提高5倍和2倍。赖氨酸合成达到一定浓度两种酶的活性352位的苏氨酸变成异亮氨酸104位的天冬酰胺变成异亮氨酸赖氨酸含量2023/4/17二、蛋白质工程的基本原理1.蛋白质工程的目标：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。2.蛋白质工程的实质：通过改造或合成基因，来定向改造现有蛋白质或制造新的蛋白质。3.天然蛋白质合成的过程：天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的。基因→表达（转录和翻译）→形成具有特定氨基酸序列的多肽链→形成具有高级结构的蛋白质→行使生物功能。而蛋白质工程却与之相反！2023/4/174.蛋白质工程的基本思路：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→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。折叠目的基因2023/4/17思考·讨论·蛋白质工程基本思路的应用 某多肽链的一段氨基酸序列是：1.怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列?请把相应的碱基序列写出来。提示：丙氨酸（GCU、GCC、GCA、GCG)、色氨酸(UGG)、赖氨酸(AAA、AAG）、谷氨酸（GAA、GAG）、苯丙氨酸（UUU、UUC）。2.确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因？mRNA序列为：GCU（或C或A或G）UGG AAA（或G）GAA（或G）UUU（或C）DNA序列为：CGA（或G或T或C）ACC TTT（或C）CTT（或C）AAA（或G） GCT（或C或A或G）TGG AAA（或G）GAA（或G）TTT（或C） 确定目的基因的碱基序列后，可以人工合成目的基因或从基因文库中获取目的基因。对基因的改造经常会用到基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等。基因基因DNA分子水平DNA分子水平预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→找到并改变对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新基因→获得所需要的蛋白质目的基因的筛选与获取→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定可生产自然界没有的蛋白质生产自然界已有的蛋白质通过改造或合成基因来定向改造现有蛋白质或制造新的蛋白质将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状①蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程；②蛋白质工程离不开基因工程，其包含基因工程的基本操作。预期蛋白质功能目的基因2023/4/175.蛋白质工程和基因工程的比较2023/4/17 能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入合适的宿主细胞中，让宿主细胞生产人类所需要的蛋白质食品呢？ 理论上讲可以，但目前还没有真正成功的例子。利用改造后的动物细胞、微生物细胞等可以生产人类需要的蛋白质，但这些蛋白质往往都是自然界中已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来的、自然界中不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对大多数蛋白质的高级结构和蛋白质在生物体内如何行使功能了解得还不够，很难设计出一个全新的而又具有功能的蛋白质。即使设计并获得了一个全新的蛋白质，它的生理生化特性、用它生产的蛋白质食品的安全性等都需要长期深入的研究。天然蛋白质易形成二聚体或六聚体预期结构B28位脯氨酸替换为天冬氨酸或将它与B29位的赖氨酸交换位置新胰岛素基因mRNA降低胰岛素的聚合作用改变B链第20～29位氨基酸组成多肽链有效抑制胰岛素的聚合2023/4/17三、蛋白质工程的应用1.医药工业方面（1）研发速效胰岛素类似物天然干扰素不易保存预期结构一个半胱氨酸变成丝氨酸新干扰素基因mRNA延长保存时间氨基酸替换多肽链在-70℃下可以保存半年2023/4/17（2）延长干扰素体外保存时间（3）降低人对小鼠单抗隆抗体的免疫反应 通过改造基因，将小鼠抗体上结合抗原的区域（即可变区）“嫁接”到人的抗体（即恒定区）上，经过这样改造的抗体诱发免疫反应的强度就会减低很多。2023/4/172.其他工业方面 蛋白质工程被广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶。如枯草杆菌蛋白酶具有水解蛋白质的作用，常被用于洗涤剂工业、丝绸工业等。迄今为止，利用蛋白质工程获得的该酶的突变体已有上百种，从中可能筛选出一些符合工业化生产需求的突变体，从而提高这种酶的使用价值。3.农业方面（1）改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的速率，增加粮食的产量。（2）利用蛋白质工程的思路设计优良微生物农药，通过改造微生物蛋白质的结构，使它防治病虫害的效果增强。2023/4/17 蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要是因为蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，而这种高级结构往往十分复杂。要设计出更加符合人类需要的蛋白质，还需要不断地攻坚克难。随着科技的深入发展，蛋白质工程将会给人类带来更多的福祉。由计算机建立的血红蛋白三维结构模型2023/4/17到社会中去 酶用作工业催化剂，比无机催化剂具有更大的优越性，主要体现在以下几个方面。由于酶促反应能在常温、常压和中性pH条件下进行，因此可以节省大量的能源和设备投资；生产过程中不会造成严重的污染，符合环境保护的要求；生产过程简单、效率高，产品质量好，生产成本低。因此，酶制剂在工业领域得到了广泛的应用。近年来，通过引进国外先进设备、优良菌种以及开发新型酶制剂，我国酶制剂产业保持了较快的增长态势，品种越来越丰富，产品的市场竞争力也在不断提升。2016年，我国工业酶制剂年产量达120万吨，年增长率保持在10%左右。在全球范围内，我国酶制剂的市场份额已占到了30%左右，我国进入酶制剂生产大国的行列。在酶制剂产业中，蛋白质工程被广泛用于开发酶的新品种或改进酶的性能，如提高酶的热稳定性，增加某些被用作去污剂的酶的去污效率等。当堂检测1.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第 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 mRNAC. 对相应的基因进行操作D. 重新合成新的基因【答案】C【解析】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，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。根据蛋白质被改造部位的多少，可以将这种改造分为“大改”“中改”和“小改”。“小改”是指通过基因工程中的定点诱变技术，有目的地改造蛋白质分子中某活性部位的一个或几个氨基酸残基，以改善蛋白质的性质和功能。题干中对蛋白质的改造属于“小改”层次，需直接对相应的基因进行改造，即对相应的基因进行定点诱变。2.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，有广阔的发展前景。关于蛋白质工程的描述，正确的是 （ ）A. 由于需要对蛋白质直接改造，因此操作更难B. 由于蛋白质不能遗传，因此蛋白质工程的产物不能大量生产C. 蛋白质工程也需要设计出相应的基因D. 蛋白质工程在各个领域有广泛应用【答案】C【解析】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，是在分子水平上对基因分子直接进行操作，A 项错误；分子水平上对基因分子直接进行操作使其遗传物质发生改变，可以遗传给下一代，B 项错误；蛋白质工程对基因分子直接进行操作，需要推测出应有的氨基酸序列，设计出相应的基因，C 项正确；蛋白质工程的发展并不成熟，仍需一段时间提升，其目前并不能在各个领域广泛应用，D 项错误。3.蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改造，必须通过基因修饰或基因合成来完成，而不直接改造蛋白质的主要原因是（ ）A. 缺乏改造蛋白质所必需的工具酶B. 蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化，操作难度大C. 人类对大多数蛋白质的高级结构知之甚少D. 改造基因易于操作且改造后能够遗传【答案】D【解析】蛋白质工程应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造，原因是：（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，而且改造过后蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接进行改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。（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。4.下图表示蛋白质工程的操作过程，相关说法不正确的是 （ ）A. a、b 过程分别是转录、翻译B. 蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作C. 蛋白质工程是完全摆脱基因工程技术的一项全新的生物工程技术D. 蛋白质工程中可能构建出一种全新的基因【答案】C【解析】a 过程是以 DNA 的一条链为模板合成 mRNA 的转录过程，b 过程是以mRNA 为模板合成具有一定氨基酸顺序的多肽链的翻译过程，A 项正确；蛋白质工程是指以蛋白质分子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需求，因此蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作，B、D 项正确；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，C 项错误。5.蛋白质工程就是通过对蛋白质化学、蛋白质晶体学和蛋白质动力学的研究，获得有关蛋白质理化特性和分子特性的信息，在此基础上对编码蛋白质的基因进行有目的地设计和改造，通过基因工程技术获得可以表达蛋白质的转基因生物，中华鲟是一种濒危野生动物。研究者试图通过蛋白质工程改造中华鲟体内的某些蛋白质，使其更加适应现在的水域环境。下列有关说法错误的是（ ）A. 蛋白质工程可定向改变蛋白质分子的结构B. 改造蛋白质可通过改变基因结构实现C. 改造后的中华鲟和现有中华鲟仍是同一物种D. 改造后的中华鲟的后代不具有改造后的蛋白质【答案】D【解析】蛋白质工程可以通过改造基因来定向改变蛋白质分子的结构，A、B 项正确。通过蛋白质工程改造中华鲟体内的某些蛋白质，使其更加适应现在的水域环境。改造后的中华鲟具有新的性状，但其和现有中华鲟仍是同一物种，C项正确。蛋白质工程改造的是基因，可以遗传给子代，因此改造后的中华鲟的后代也具有改造后的蛋白质，D 项错误。谢 谢！
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