学年高二生物人教版选修三精选教师用书14蛋白质工程的崛起Word版含答案.docx

1、学年高二生物人教版选修三精选教师用书14蛋白质工程的崛起Word版含答案一、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基因工程的不足：原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质，但这些蛋白质不一定符合人类生产和生活的需要。二、蛋白质工程的基本原理()1概念：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的需求。2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分子设计。3途径：从预期的蛋白质功能出发设计预

2、期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。三、蛋白质工程的进展和前景()1进展：如科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效型药品。2前景：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。3面临困难：因为蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，这种高级结构十分复杂，而目前科学家对大多数蛋白质的高级结构的了解还很不够。 共研探究基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，这些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。蛋白质工程的目标是生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质，甚至

3、是自然界不存在的蛋白质。结合图示回答有关问题：1蛋白质工程崛起的缘由基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，这些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。2蛋白质工程的基本原理(1)蛋白质工程基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。手段：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。目的：获得满足人类生产和生活需求的蛋白质。(2)原理：从预期的蛋白质功能出发，到找到相对应的基因，即中心法则的逆推。(3)流程写出流程图中字母代表的含义：A转录；B.翻译；C.分子设计；D.多肽链；E.预

4、期功能(4)最终结果：生产出自然界从来没有过的蛋白质。总结升华1蛋白质工程的本质和基础尽管蛋白质工程是从预期的蛋白质功能入手改造蛋白质结构，但不能直接改造蛋白质，而应从改造基因入手，因为蛋白质的合成由基因控制。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，所以其本质和基础应为基因工程。2蛋白质工程的关键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。3基因来源基因工程中的基因一般为自然存在的基因，而蛋白质工程中的目的基因不是自然存在的。对点演练1下列关于蛋白质工程的说法，正确的是()A蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作B蛋白质工程能生产出自然界中不曾

5、存在过的新型蛋白质分子C对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的D蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是相同的解析：选B蛋白质工程利用基因工程手段，包括基因的定点突变和基因表达对蛋白质进行改造，以获得性质和功能更加完善的蛋白质分子。蛋白质工程能生产出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子。共研探究1蛋白质工程的进展和前景(1)前景诱人：采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；通过对胰岛素的改造，使其成为速效型药品。(2)难度很大：主要是目前科学家对大多数蛋白质高级结构的了解还很不够。2如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题：(1)构建

6、新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，主要依据是蛋白质的预期功能。(2)通过人工合成DNA形成的新基因应与载体结合后转移到大肠杆菌等受体细胞中才能得到准确表达。(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有蛋白质工程、基因工程和发酵工程。(4)根据图解，从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是根据新的胰岛素模型中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因。总结升华基因工程与蛋白质工程的比较基因工程蛋白质工程操作对象基因基因操作水平DNA分子水平DNA分子水平基本过程目的基因的获取基因表达载体的构建将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定

7、预期的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找到相对应的脱氧核苷酸序列合成DNA表达出蛋白质实质定向改造生物的遗传特性，以获得人类需要的生物类型或生物产品定向改造或生产人类所需的蛋白质结果生产人类需要的基因产物(自然界已有的蛋白质)可以创造出自然界不存在的新蛋白质联系蛋白质工程是以基因工程为基础的对点演练2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

8、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。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胰岛素属于基因工程。1蛋白质工程中，直接进行操作的对象是()A氨基酸结构B蛋白质空间结构C肽链结构 D基因结构解析：选D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的需求。其目标是对蛋白质进行分子设计，但因为基因决定蛋白质，因此最终必须要对相应基因进

9、行设计。2蛋白质工程的基本流程是()设计预期的蛋白质结构DNA合成或改造预期的蛋白质功能将合成或改造的基因通过基因工程流程在特定生物体内表达根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列A BC D解析：选C蛋白质工程需根据预期的蛋白质功能，设计预期的蛋白质结构，根据蛋白质中氨基酸序列推出相应脱氧核苷酸序列，再设计具有该序列的基因(DNA)，并将其导入受体细胞表达。3下列关于基因工程与蛋白质工程的比较，正确的是()A基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程不对基因进行操作B基因工程合成的是天然的蛋白质，蛋白质工程合成的不一定是天然存在的蛋白质C基因工程是分子水平操作，蛋白质工程是细胞水平操作D蛋白质工程

10、是基因工程的基础，基因工程是蛋白质工程的延伸解析：选B基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程是通过修饰基因或创造合成新基因来改变生物的遗传和表达性状，合成新的蛋白质；基因工程是将一种生物的基因转移到另一种生物体内，产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状，但只能生产自然界已存在的蛋白质；基因工程是分子水平操作，蛋白质工程也是分子水平操作；基因工程是蛋白质工程的基础，蛋白质工程是基因工程的延伸，是第二代基因工程。4蛋白质工程是指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、生产的过程。如图是蛋白质工程的基本途径，请回答下列有关问题： (1)图中过程的主要依据是每种氨基酸都

11、有其对应的_，后者位于_分子上，其上的核苷酸序列与基因中的脱氧核苷酸序列之间存在着_关系。(2)通过过程获得的脱氧核苷酸序列不是完整的基因，要使这一序列能够表达、发挥作用，还必须在序列的上、下游加上_和_，在这个过程中需要_酶的参与。(3)完成过程需要涉及_技术。解析：(1)过程是由氨基酸序列推出相对应的脱氧核苷酸序列，氨基酸与脱氧核苷酸之间的联系枢纽是信使RNA，信使RNA由脱氧核糖核酸转录形成，而密码子是信使RNA上特定的能决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。(2)由人工合成的基因只是基因的编码序列，完整的基因还包括启动子、终止子等结构，把启动子、终止子等DNA片段连接到基因的编码区需要DNA

12、连接酶。(3)由基因合成蛋白质的过程涉及基因工程技术。答案：(1)密码子信使RNA碱基互补配对(2)启动子终止子DNA连接(3)基因工程基础题组1合成自然界中不存在的蛋白质应首先设计()A基因的结构 B蛋白质的结构C氨基酸序列 DmRNA的结构解析：选B合成自然界中不存在的蛋白质应该采用蛋白质工程，而蛋白质工程的基本途径为：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，找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。因此，合成自然界中不存在的蛋白质应首先设计蛋白质的结构。2凝乳酶是奶酪生产中的关键性酶。通过蛋白质工程生产高效凝乳酶，不需要的步骤是()A蛋白质的结构设计B蛋白质的结构和

13、功能分析C凝乳酶基因的定向改造D将定向改造的凝乳酶导入受体细胞解析：选D蛋白质的结构设计属于蛋白质工程的步骤；蛋白质的结构和功能分析属于蛋白质工程的步骤；蛋白质工程通过改造基因来实现对蛋白质的改造；将定向改造的凝乳酶基因导入受体细胞，而不是将定向改造的凝乳酶导入受体细胞。3目前科学家们通过蛋白质工程制造出了蓝色荧光蛋白、黄色荧光蛋白等，采用蛋白质工程技术制造出蓝色荧光蛋白过程的正确顺序是()推测蓝色荧光蛋白的氨基酸序列和基因的核苷酸蓝色荧光蛋白的功能分析和结构设计序列蓝色荧光蛋白基因的合成表达出蓝色荧光蛋白A BC D解析：选B蛋白质工程的基本途径是：从预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构

14、推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列相应基因的修饰改造或人工合成相应的表达。因此，采用蛋白质工程技术制造出蓝色荧光蛋白过程的正确顺序是：蓝色荧光蛋白的功能分析和结构设计推测蓝色荧光蛋白的氨基酸序列和基因的核苷酸序列蓝色荧光蛋白基因的合成表达出蓝色荧光蛋白。4下列关于基因工程和蛋白质工程的说法，正确的是()A都是分子水平上的操作B基因工程就是改造基因的分子结构C蛋白质工程就是改造蛋白质的分子结构D基因工程能创造出自然界根本不存在的基因，蛋白质工程能创造出自然界根本不存在的蛋白质解析：选A基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工，通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性

15、，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品；蛋白质工程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的需求。基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，蛋白质工程能创造出自然界不存在的蛋白质。5科学家为提高玉米中的赖氨酸含量，计划将天冬氨酸激酶的第352位苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中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重新合成新的基因解析：选C蛋白质工

16、程的目的是对蛋白质进行改造，从而使蛋白质功能可以满足人们需求。而蛋白质功能与其高级结构密切相关，蛋白质高级结构又非常复杂，所以直接对蛋白质改造非常困难，而蛋白质是由基因控制合成的，对基因进行操作却容易得多。另外，改造后的基因可以遗传，如对蛋白质直接改造，即使成功也不能遗传。6下列有关蛋白质工程及其应用的叙述，正确的是()A蛋白质工程可能生产出更符合人类生产和生活需要的蛋白质B蛋白质工程的目标是直接对蛋白质进行修饰改造，获得新蛋白质C蛋白质工程的基本途径与中心法则中信息的流向基本相同D蛋白质工程目前最大的问题是对蛋白质的功能了解还很不够解析：选A蛋白质工程可能生产出更符合人类生产和生活需要的蛋白

17、质；蛋白质工程直接改造或修饰的是基因；蛋白质工程的基本途径与中心法则中信息的流向不同；蛋白质工程目前最大的问题是对蛋白质的结构了解还很不够。7猪的胰岛素用于人体时降血糖效果不明显，原因是猪胰岛素分子中有一个氨基酸与人的不同。为了使猪胰岛素适于治疗人类糖尿病，用蛋白质工程对蛋白质分子进行设计的最佳方案是()A对猪胰岛素进行一个氨基酸的替换B将猪胰岛素和人胰岛素进行拼接组成新的胰岛素C将猪和人的胰岛素混合在一起治疗糖尿病D根据人的胰岛素设计制造一种新的胰岛素解析：选A依据题中信息可知，蛋白质分子设计的最佳方案应为对猪胰岛素进行一个氨基酸的替换使之变成人胰岛素。8下列对蛋白质工程的进展和应用前景的叙

18、述，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，使大肠杆菌生产人的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未存在的蛋白质种类目前还很少解析：选B基因结构的改变实现对赖氨酸合成关键酶的改造属于蛋白质工程；将人的基因导入大肠杆菌体内，使其生产大量胰岛素属于基因工程；对蛋白质进行分子设计必须从蛋白质的功能特点入手，设计预期的蛋白质结构；通过对基因结构的改造生产出新型蛋白质的种类目前不多。能力题组9蛋白质工程是基因工程的延伸，下列关于蛋白质工程的叙述

19、，正确的是()A蛋白质工程无需构建基因表达载体B通过蛋白质工程改造后的蛋白质的性状不遗传给子代C蛋白质工程需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶D蛋白质工程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基础上延伸出来的第二代基因工程，也需构建基因表达载体及限制性核酸内切酶和DNA连接酶；蛋白质工程是通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造出一种新的蛋白质，改造后的蛋白质的性状可遗传给子代；蛋白质工程是在DNA分子水平上改造蛋白质的。10下列叙述正确的是()A蛋白质工程生产的蛋白质其氨基酸的排列顺序不可能改变B蛋白质工程生产的蛋白质其氨基酸之间的连接方式发生改变C蛋白质

20、工程生产的蛋白质仍为天然存在的蛋白质D蛋白质工程可合成自然界中不存在的蛋白质解析：选D蛋白质工程可根据蛋白质的结构与生物活性及功能的关系，利用基因工程手段，按照人类的需要定向改造天然存在的蛋白质，从而形成与自然界存在的蛋白质不同的蛋白质分子，甚至创造出自然界根本不存在的、符合人们需求的蛋白质分子。在此过程中并未改变氨基酸之间的连接方式，氨基酸序列一般会改变。11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的个别碱基C更换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

21、米细胞解析：选C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个关键酶天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的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，就会抑制这两个酶的活性。通过更换控制合成这两种酶基因的个别碱基，可大大提高玉米叶片和种子中的游离赖氨酸的含量。12蛋白质工程目前成功的是()A对胰岛素进行改造，生产速效型药品B蛋白质工程应用于微电子方面C体外耐保存的干扰素D用蛋白质工程生产赖氨酸含量高的玉米解析：选AA项已经实现，B、C、D三项目前尚未实现，只是蛋白质工程的发展前景，有待进一步研究和设计。13干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可用于治疗病毒感染和癌症，但体外

22、保存相当困难，如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可在70 条件下保存半年，这给广大患者带来福音。(1)蛋白质的合成是受基因控制的，因此获得能够控制合成“可以保存的干扰素”的基因是生产的关键，依据蛋白质工程原理，设计实验流程，让动物生产“可以保存的干扰素”：(2)基因工程和蛋白质工程相比较，基因工程在原则上只能生产_的蛋白质，不一定符合_的需要。而蛋白质工程是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_或_，对现有蛋白质进行_，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。(3)蛋白质工程实施的难度很大，原因是蛋白质具有十分复杂的_结构。解析：(1)蛋白质工程的操作流

23、程是：预期的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找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。(2)基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质，但该蛋白质不一定符合人类生产和生活的需要；而蛋白质工程却可以根据人类的生产和生活的需求，通过基因修饰或基因合成对现有蛋白质进行改造，或生产自然界不存在的蛋白质。(3)人们对蛋白质复杂的高级结构及其形成原理和过程尚不清楚，因此，蛋白质工程实施的难度很大。答案：(1)预期的蛋白质功能预期的蛋白质结构应有的氨基酸序列相对应的脱氧核苷酸序列(基因)(2)自然界已存在人类生产和生活基因修饰基因合成改造(3)高级14如图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答下列问题

24、：(1)写出图中各数字代表的生物学过程的名称或内容：_；_；_；_；_。(2)代表蛋白质工程操作思路的过程是_；代表中心法则内容的是_(填写数字)。(3)蛋白质工程的目的是_，通过_实现。(4)从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则是_的。(5)根据蛋白质的氨基酸序列推测的mRNA中的碱基序列是否是唯一的？_，为什么？_。解析：天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的，而蛋白质工程的基本途径与之相反，即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相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。一种氨基酸可能具有多种密码子，根据蛋白质的氨基酸序列推测的mRNA中的碱基序列可能有多种。

25、答案：(1)转录翻译折叠分子设计DNA合成(2)(3)获得满足人类生产和生活需求的蛋白质基因合成或改造(4)相反(5)不唯一一种氨基酸可能具有多种密码子15枯草杆菌产生的蛋白酶具有催化分解蛋白质的特性，但极易被氧化而失效。美国的埃斯特尔将枯草杆菌蛋白酶分子中的第222位氨基酸替换后，虽然其水解活性有所下降，但抗氧化能力大大提高。用这种水解酶作为洗涤剂的添加剂，可以有效地除去血渍、奶渍等蛋白质污渍。请回答下列问题：(1)改造枯草杆菌蛋白酶的生物技术是_。(2)改造后的枯草杆菌中控制合成蛋白酶的基因与原来相比，至少有_个碱基对发生变化。(3)利用生物技术改造蛋白质，提高了蛋白质的稳定性，埃斯特尔所

26、做的工作是对已知蛋白质进行_。(4)若要获得新型蛋白质，需用到的生物工程有蛋白质工程、_和发酵工程。(5)埃斯特尔获得新型的枯草杆菌蛋白酶的基本思路是什么？解析：(1)改造枯草杆菌蛋白酶的生物技术是蛋白质工程。(2)由于将枯草杆菌蛋白酶分子中的第222位氨基酸替换，改造后的枯草杆菌中控制合成蛋白酶的基因与原来相比，至少有1个碱基对发生变化。(3)利用生物技术改造蛋白质，提高了蛋白质的稳定性，埃斯特尔所做的工作是对已知蛋白质进行少数氨基酸的替换。(4)若要获得新型蛋白质，需用到的生物工程有蛋白质工程、基因工程和发酵工程。(5)获得新型的枯草杆菌蛋白酶的基本思路是从预期的蛋白质功能出发，设计预期的

27、蛋白质结构，推测应有的氨基酸序列，找到相对应的脱氧核苷酸序列，然后对现有的基因进行改造或利用DNA合成仪合成出基因。答案：(1)蛋白质工程(2)1(3)少数氨基酸的替换(4)基因工程(5)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，找到相对应的脱氧核苷酸序列，然后对现有的基因进行改造或利用DNA合成仪合成出基因阶段质量检测(一)基因工程(时间：60分钟；满分：100分)一、选择题(每小题2.5分，共50分)120世纪70年代，科学家创立了一种新的生物技术基因工程，实施该工程的最终目的是()A定向提取生物体的DNA分子B定向对DNA分子进行人工剪切C在生物体外对DNA分子

28、进行改造D定向改造生物的遗传性状解析：选D基因工程是在生物体外通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”等过程，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性生殖，使重组基因在受体细胞内表达，创造出人类所需的基因产物，也就是定向地改造生物的遗传性状。2下列关于DNA连接酶作用的叙述，正确的是()A将单个核苷酸加到某DNA片段末端，形成磷酸二酯键B将断开的两个DNA片段的骨架连接起来，重新形成磷酸二酯键C连接两条DNA链上碱基之间的氢键D只能将双链DNA片段互补的黏性末端连接起来解析：选BDNA聚合酶能将单个核苷酸加到某DNA片段末端形成磷酸二酯键。DNA连接酶能将两个双链DNA片段

29、连接起来，重新形成磷酸二酯键。EcoliDNA连接酶只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间连接起来，而T4DNA连接酶既可以连接双链DNA片段互补的黏性末端，又可以连接双链DNA片段的平末端。3下列关于cDNA文库和基因组文库的说法，正确的是()A同一物种的cDNA文库只有1种B某真核生物的cDNA文库中的某基因一定比基因组文库中的该基因短C可以利用反转录法获取cDNA文库和基因组文库D只有cDNA文库中的基因可实现物种间的基因交流解析：选BcDNA文库只包含某物种的部分基因，因此同一物种的cDNA文库不止1种；真核生物的基因组文库中的基因含有内含子、启动子等，而真核生物的cDNA文库的基因通过反转录法形成，其中不含有内含子、启动子等，因此某真核生物的cDNA文库中的某基因一定比基因组文库中的该基因短；可以利用反转录法获取cDNA文库，但不能获得基因组文库；cDNA文库的基因在以DNA为遗传物质的物种间可实现基因交流，基因组文库的部分基因也可在部分物种间实现基因交流。4下列有关质粒的叙述