3.3蛋白質(zhì)工程講義高二下學(xué)期生物選擇性必修3

3.3蛋白質(zhì)工程知識鞏固一、蛋白質(zhì)工程是基因工程的延伸1．概念：指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與的關(guān)系為基礎(chǔ)，對編碼該蛋白的基因進(jìn)行有目的的設(shè)計(jì)改造，以或制造。2．過程3．結(jié)果：生產(chǎn)出符合人們生產(chǎn)和生活需要的、自然界中不存在的蛋白質(zhì)。4．蛋白質(zhì)工程首先要獲取基因和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)（1）GenBank是目前全球最為著名的生物大分子數(shù)據(jù)庫。（2）GenPept是由GenBank中的核酸序列翻譯而得到的蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫。（3）Entrez數(shù)據(jù)庫查詢系統(tǒng)是一個(gè)將核酸、蛋白質(zhì)序列和基因圖譜、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫整合在一起的綜合數(shù)據(jù)庫查詢系統(tǒng)。5．通過基因改造生產(chǎn)目標(biāo)蛋白質(zhì)（1）大面積的定向突變：一般采用基因全合成的方法。（2）含有單一或少數(shù)幾個(gè)突變位點(diǎn)的定向突變①方法：引物定點(diǎn)引入法。②實(shí)質(zhì)：是一種寡聚核苷酸介導(dǎo)的定點(diǎn)誘變，能在克隆基因內(nèi)直接產(chǎn)生各種點(diǎn)突變和區(qū)域突變，從而有目的地改造蛋白質(zhì)分子中某活性部位的一個(gè)或幾個(gè)氨基酸殘基，最終達(dá)到改善蛋白質(zhì)的性質(zhì)和功能的目的。（3）非定點(diǎn)誘變技術(shù)特點(diǎn)：目的性和針對性不強(qiáng)，突變位點(diǎn)多，有時(shí)會產(chǎn)生意想不到的改造效果。二、蛋白質(zhì)工程的設(shè)計(jì)思路與應(yīng)用1．提高蛋白質(zhì)（酶）的穩(wěn)定性（1）引入能顯著提高蛋白質(zhì)（酶）的穩(wěn)定性。（2）可提高蛋白質(zhì)（酶）的穩(wěn)定性。2．改善酶的催化活性（1）轉(zhuǎn)換氨基酸殘基是改善酶催化活性的一種主要思路。（2）刪除末端部分氨基酸序列或某些肽段等也可以改善某些酶的催化活性。3．消除酶的被抑制特性：轉(zhuǎn)換氨基酸殘基可以消除酶的被抑制特性。隨堂速測1.下列有關(guān)蛋白質(zhì)工程的敘述,錯(cuò)誤的是（）A.蛋白工程可以改造蛋白酶的高級結(jié)構(gòu),提高酶的活性B.蛋白質(zhì)工程可以改造現(xiàn)有的蛋白質(zhì)或制造出新的蛋白質(zhì)C.蛋白質(zhì)工程是基因工程的延伸,不需要對基因進(jìn)行操作D.蛋白質(zhì)工程進(jìn)行中難度最大的操作是設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)2.蛋白質(zhì)工程是基因工程的延伸，又稱為第二代基因工程。下列關(guān)于基因工程和蛋白質(zhì)工程的敘述正確的是（）A.基因工程需用到工具酶，而蛋白質(zhì)工程無需用到工具酶B.基因工程用的是現(xiàn)有基因，而蛋白質(zhì)工程用的是新基因C.蛋白質(zhì)工程的操作過程中，需要先合成mRNA，后合成基因D.蛋白質(zhì)工程的實(shí)施，充分體現(xiàn)了功能決定結(jié)構(gòu)的科學(xué)思想3.如圖表示蛋白質(zhì)工程的基本思路，下列敘述錯(cuò)誤的是（）A.蛋白質(zhì)工程的直接操作對象是蛋白質(zhì)，基因工程的直接操作對象是DNAB.蛋白質(zhì)工程又稱第二代基因工程，通過①②過程傳遞遺傳信息C.通過⑤過程推測出的基因結(jié)構(gòu)不含啟動子和終止子序列D.可利用抗原一抗體雜交技術(shù)檢測細(xì)胞中是否合成物質(zhì)a4.下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法，錯(cuò)誤的是（）A.蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生自然界中不曾存在的新型蛋白質(zhì)分子B.蛋白質(zhì)工程與基因工程密不可分，又稱為第二代基因工程C.蛋白質(zhì)工程能定向改造蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)，使之更加符合人類需要D.蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對蛋白質(zhì)分子直接進(jìn)行操作，定向改變分子的結(jié)構(gòu)5.最早被發(fā)現(xiàn)的熒光蛋白是綠色熒光蛋白，科學(xué)家通過一定的技術(shù)手段獲得了黃色熒光蛋白。下列有關(guān)研究思路不正確的是（）A.需要設(shè)計(jì)發(fā)出黃色熒光的蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)B.需要推測出發(fā)出黃色熒光蛋白的氨基酸序列C.需要根據(jù)其氨基酸序列合成出相應(yīng)的mRNAD.需要根據(jù)推測的氨基酸序列合成相應(yīng)的DNA6.水蛭素可用于預(yù)防和治療血栓。研究人員發(fā)現(xiàn)，將水蛭素第47位的天冬酰胺替換為賴氨酸，其抗凝血活性顯著提高，可通過奶牛乳腺生物反應(yīng)器批量生產(chǎn)活性高的水蛭素。下列說法正確的是（）A.對水蛭素的改造直接操作對象為水蛭素基因所以屬于基因工程的范疇B.改造好的水蛭素基因可以直接用顯微注射法導(dǎo)入奶牛的受精卵細(xì)胞中C.水蛭素基因及其mRNA只能從轉(zhuǎn)基因奶牛的乳腺細(xì)胞中提取并檢測D.轉(zhuǎn)基因奶牛的乳汁中是否有水蛭素可用抗原一抗體雜交技術(shù)進(jìn)行鑒定7.蛋白質(zhì)工程在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥業(yè)及其他工業(yè)中有很大的應(yīng)用價(jià)值，下列不屬于蛋白質(zhì)工程應(yīng)用的是（）A.對編碼T4溶菌酶基因進(jìn)行改造可提高T4溶菌酶的耐熱性B.將腸乳糖酶基因?qū)肽膛Ｖ写蟠蠼档团Ｄ讨腥樘堑暮緾.用賴氨酸替換水蛭素第47位的天冬酰胺以提高它的抗凝血活性D.通過改造微生物蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)來提高其防治病蟲害的效果8.某研究小組擬仿照制備乳腺生物反應(yīng)器的研究思路，制備一種膀胱生物反應(yīng)器來獲得W蛋白質(zhì)，基本過程如圖所示?；卮鹣铝袉栴}：（1）步驟①要用到____________酶，重組表達(dá)載體包括（答出3個(gè)）等結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行步驟④之前，需對代孕母體進(jìn)行____________處理，往往選擇發(fā)育至____________時(shí)期的胚胎進(jìn)行移植。（2）相比乳腺生物反應(yīng)器，膀胱生物反應(yīng)器的優(yōu)勢主要在于____________（答出2點(diǎn)）。（3）圖中涉及的生物技術(shù)主要包括____________（答出2項(xiàng)）。答案以及解析知識鞏固生物功能改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)新的蛋白質(zhì)二硫鍵轉(zhuǎn)換氨基酸殘基隨堂速測1.答案：C解析：A、蛋白質(zhì)工程可以改造酶的結(jié)構(gòu),提高酶的熱穩(wěn)定性,A正確;B、通過蛋白質(zhì)工程可以對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,或制造出新的蛋白質(zhì),B正確;C、蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ),通過基因修飾或基因合成,對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,或制造一種新的蛋白質(zhì),故蛋白質(zhì)工程需要對基因進(jìn)行操作,C錯(cuò)誤;D、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,蛋白質(zhì)工程進(jìn)行中難度最大的操作是設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),D正確。故選:C。2.答案：B解析：蛋白質(zhì)工程是第二代基因工程，過程中需對現(xiàn)有基因進(jìn)行改造或合成新的基因，構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí)，需用到限制酶和DNA連接酶，A項(xiàng)錯(cuò)誤、B項(xiàng)正確；蛋白質(zhì)工程的操作過程中，只需要推導(dǎo)出mRNA的堿基序列即可，無需合成，C項(xiàng)錯(cuò)誤；蛋白質(zhì)工程的實(shí)施，充分體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)決定功能的科學(xué)思想，D項(xiàng)錯(cuò)誤。3.答案：A解析：蛋白質(zhì)工程和基因工程的直接操作對象均是DNA，A項(xiàng)錯(cuò)誤；蛋白質(zhì)工程又稱第二代基因工程，通過①②過程傳遞遺傳信息，B項(xiàng)正確；通過⑤過程推測出的基因結(jié)構(gòu)不含啟動子和終止子序列，C項(xiàng)正確；可利用抗原一抗體雜交技術(shù)檢測細(xì)胞中是否合成物質(zhì)a.D項(xiàng)正確。4.答案：D解析：D、蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對基因直接進(jìn)行操作，定向改變分子的結(jié)構(gòu)，D錯(cuò)誤5.答案：C解析：A、對綠色熒光蛋白進(jìn)行改造獲得黃色熒光蛋白的過程需要利用蛋白質(zhì)工程，蛋白質(zhì)工程首先要從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)，設(shè)計(jì)黃色熒光蛋白的三維結(jié)構(gòu)，A正確；B、根據(jù)中心法則逆推以確定目的基因的堿基序列：預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有氨基酸序列→找到對應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因），故設(shè)計(jì)得到黃色熒光蛋白的三維結(jié)構(gòu)之后，進(jìn)一步推測其應(yīng)有的氨基酸序列，B正確；C、推測出黃色熒光蛋白應(yīng)有的氨基酸序列之后，應(yīng)對綠色熒光蛋白的脫氧核苷酸序列進(jìn)行改造或合成相應(yīng)的DNA（基因），不需要合成相應(yīng)的mRNA，C錯(cuò)誤；D、根據(jù)中心法則逆推以確定目的基因的堿基序列：預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有氨基酸序列→找到對應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因），故推測出黃色熒光蛋白應(yīng)有的氨基酸序列之后，需要根據(jù)其氨基酸序列合成相應(yīng)DNA，D正確。6.答案：D解析：A、對水蛭素的改造是通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，屬于蛋白質(zhì)工程的范疇，A錯(cuò)誤；B、改造好的水蛭素基因需要構(gòu)建基因表達(dá)載體，再用顯微注射法導(dǎo)入奶牛的受精卵細(xì)胞中，B錯(cuò)誤；C、轉(zhuǎn)基因奶牛的所有細(xì)胞中都含有水蛭素基因，只是在乳腺細(xì)胞中進(jìn)行選擇性表達(dá)，C錯(cuò)誤；D、結(jié)合抗原與抗體特異性結(jié)合的特性，轉(zhuǎn)基因奶牛的乳汁中是否有水蛭素可用抗原一抗體雜交技術(shù)進(jìn)行鑒定，D正確。故選D。7.答案：B解析：B、將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，使獲得的轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中，乳糖含量大大降低，屬于基因工程的應(yīng)用范疇，B符合題意。8.答案：（1）（限制酶和）DNA連接；復(fù)制原點(diǎn)、目的基因、啟動子，終止子和標(biāo)記基因；同期發(fā)情；桑椹胚或囊胚（2）不受動物性別的限制、不受動物年齡的限制（3）轉(zhuǎn)基因技術(shù)、體外受精、早期胚胎培養(yǎng)、胚胎移植解析：（1）步驟①為基因表達(dá)載體的構(gòu)建，需要使用的工具酶有DNA連接酶（基因的針線）和限制酶（基因的剪刀），重組表達(dá)載體包括復(fù)制原點(diǎn)、目的基因、啟動子、終止子和標(biāo)記基因。④為胚胎移植過程，為了提高胚胎移植的成功率，在進(jìn)行步驟④之前，需對代孕母體進(jìn)行同期發(fā)情處理，使其生理狀態(tài)與供體相同。（2）“