2024-2025学年高二生物人教版选择性必修3同步练习 第3章 第4节 蛋白质工程的原理和应用.docx

第4节蛋白质工程的原理和应用

课标内容(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。

知识点1蛋白质工程的概念及基本原理

1.概念

2.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)基因工程的不足：基因工程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。

3.蛋白质工程的基本原理

知识点2蛋白质工程的应用

1.在医药工业方面的应用

(1)研发速效胰岛素类似物：科学家已通过改造胰岛素基因使B28位脯氨酸替换为天冬氨酸或者将它与B29位的赖氨酸交换位置，从而有效抑制了胰岛素的聚合，由此研发出速效胰岛素类似物。

(2)提高干扰素的保存期：将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，在一定条件下，可以延长保存时间。

(3)改造抗体：将小鼠抗体上结合抗原的区域“嫁接”到人的抗体上，经过这样改造的抗体诱发免疫反应的强度就会降低很多。

2.在其他工业和农业方面的应用

(1)改进酶的性能或开发新的工业用酶：利用蛋白质工程获得枯草杆菌蛋白酶的突变体已有上百种。

(2)改造某些重要的酶：利用蛋白质工程尝试改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，增加粮食的产量。

(1)蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构。(×)

提示：蛋白质工程中直接改造的是基因，不是蛋白质。

(2)蛋白质工程能产生自然界中不存在的新型蛋白质分子。(√)

(3)实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质结构和功能的关系。(√)

(4)基因工程遵循中心法则，而蛋白质工程不遵循。(×)

提示：蛋白质工程的基本思路是按照中心法则相反的过程进行的。

(5)根据某多肽链的一段氨基酸序列，可以很容易地确定控制该肽链合成的基因的脱氧核苷酸序列。(×)

提示：由于密码子的简并，根据某多肽链的一段氨基酸序列，不能确定基因的脱氧核苷酸序列。

(6)蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要是因为人们对蛋白质复杂的高级结构没有完全认识。(√)

蛋白质工程

【情境探疑】

1.阅读教材蛋白质工程的基本思路，回答下列问题：

(1)如何由蛋白质氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列？

提示：先根据氨基酸与密码子的对应关系找到mRNA中相对应的核糖核苷酸序列，再根据mRNA与DNA的碱基互补配对关系找到基因中相对应的脱氧核苷酸序列。

(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？原因是什么？

提示：应该通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造。主要原因是①蛋白质具有十分复杂的空间结构，基因的结构相对简单，容易改造；②改造后的基因可以遗传给下一代，被改造的蛋白质无法遗传。

(3)蛋白质工程和基因工程的操作对象以及得到的蛋白质相同吗？

提示：①操作对象相同：蛋白质工程和基因工程的操作对象都为基因。②得到的蛋白质不同：蛋白质工程可以得到自然界没有的新的蛋白质；基因工程得到的是自然界原有的蛋白质。

2.利用蛋白质工程可以提高玉米赖氨酸含量，改造途径如下：

结果：改造后玉米叶片和种子中游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍。

(1)结合上述资料，可以通过何种途径提高玉米中的赖氨酸含量？

提示：改变赖氨酸合成途径中关键酶的活性，来提高赖氨酸的含量。

(2)为什么改变一个氨基酸就可以改变蛋白质的稳定性甚至某种蛋白酶的活性？

提示：蛋白质的结构与其氨基酸组成有关，个别氨基酸的改变就可能会导致其结构的改变，从而影响到其性质和功能。

1.蛋白质工程与基因工程的区别和联系

2.“二看法”判断基因工程和蛋白质工程

【典例应用】

例1干扰素在体外保存非常困难。如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，那么可以延长保存时间。若利用蛋白质工程的原理和方法生产新型干扰素，下列思路最可行的是()

A.用DNA合成仪合成新的干扰素基因

B.利用基因定点突变技术改造干扰素基因

C.直接改造mRNA，进行密码子的替换

D.生产正常干扰素，再进行氨基酸的替换

答案B

解析由题意可知，干扰素分子的改造只需要一个氨基酸的替换，不必合成新基因，所以改造基因比较容易，A不符合题意，B符合题意；若直接改造mRNA，可获得改造后的蛋白质，但不能遗传下去，C不符合题意；干扰素属于糖蛋白，若直接对其进行氨基酸的替换，可能会导致干扰素的结构和功能丧失，且改造后的性状不能遗传，D不符合题意。

例2(2023·山东济宁高二检测)纤维素酶广泛应用于医药、食品发酵、造纸、废水处理等领域。研究人员利用蛋白