（新教材）高中生物人教版选择性必修三学案+练习：3.4 蛋白质工程的原理和应用 （含解析）.doc

1、第第 4 4 节节 蛋白质工程的原理和应用蛋白质工程的原理和应用 必备知识素养奠基 一、蛋白质工程的概念 1.1.基础基础: :蛋白质蛋白质分子的结构规律及其与生物功能生物功能的关系。 2.2.操作方法操作方法: :改造或合成基因基因。 3.3.结果结果: :改造现有的蛋白质蛋白质或制造一种新的蛋白质蛋白质。 4.4.目的目的: :满足人类生产和生活的需求。 5.5.与基因工程的关系与基因工程的关系: :在基因工程基因工程的基础上,延伸出来的第二代基因工 程。 二、蛋白质工程崛起的缘由 1.1.基因工程的实质和不足基因工程的实质和不足: : (1)实质:将一种生物的基因转移到另一种生物体内另一

2、种生物体内,后者可以产生它 本不能产生的蛋白质蛋白质,进而表现出新的性状新的性状。 (2)基因工程存在的不足:原则上只能生产自然界已存在已存在的蛋白质。 2.2.蛋白质工程的崛起蛋白质工程的崛起: : (1)理论和技术条件:分子生物学分子生物学、晶体学以及计算机技术的迅猛发展。 (2)天然蛋白质存在不足:天然蛋白质的结构和功能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人类生产和生活的需要。 (3)实例: 蛋白质缺陷 改造措施 改造后效果 玉米中赖氨 酸含量低 赖氨酸合成中两种酶的 氨基酸被替换 玉米叶片和种子中游离赖氨酸 分别提高 5 倍和 2 倍 三、蛋白质工程的基本

3、原理 1.1.目标目标: :根据人们对蛋白质功能功能的特定需求,对蛋白质的结构结构进行设计 改造。 2.2.方法方法: :改造或合成基因基因。 3.3.基本思路基本思路: : 填一填:基于蛋白质的合成过程和蛋白质工程的基本思路,完成下列填 空。 蛋白质蛋白质 多肽链多肽链 mRNAmRNA 目的基因目的基因 A 推测应有的氨基酸序列氨基酸序列 B 找到并改变基因基因或合成新的基因基因 C 转录转录 D 翻译翻译 如果已经推测出多肽中的氨基酸序列,那么推测出的基因中的碱基序 列是否唯一呢?说明你的理由。 提示:不唯一,因为一个氨基酸是由一个或多个密码子决定,因此获得 的基因总的碱基序列有多种。

4、四、蛋白质工程的应用 1.1.医药工业方面医药工业方面: : (1)速效胰岛素类似物:改变氨基酸序列,抑制抑制胰岛素的聚合。 (2)干扰素:一个半胱氨酸替换为丝氨酸,延长延长保存时间。 (3)单克隆抗体:将小鼠抗体上结合抗原结合抗原的区域“嫁接”到人的抗体上, 降低诱发免疫反应的强度。 2.2.其他工业方面其他工业方面: :广泛用于改进酶的性能改进酶的性能或开发新的工业用酶。如枯草 杆菌蛋白酶。 3.3.农业方面农业方面: : (1)改造某些参与调控光合作用参与调控光合作用的酶,提高植物光合作用的效率。 (2)改造微生物蛋白质微生物蛋白质的结构,增强防治病虫害的效果。 关键能力素养形成 知识点

5、 基因工程与蛋白质工程的比较 比较 项目 基因工程 蛋白质工程 原理 基因重组 中心法则的逆转 区 别 过 程 获取目的基因 构建表达载体 预期蛋白质功能设计预期蛋白 质结构推测应有的氨基酸序列 导入受体细胞 目的基因的检测 与鉴定 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 实 质 定向改造生物的 遗传特性,以获得 人类所需要的生 物类型或生物产 品 改造或制造人类所需要的蛋白质 结 果 生产自然界中已 经有的蛋白质 生产自然界中没有的蛋白质 联系 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,对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白 质必须通过基因修饰

6、或基因合成来实现,蛋白质工程 离不开基因工程 基因工程中所用的某些酶也需要通过蛋白质工程 进行修饰或改造,以提高其功能 【特别提醒】 有关蛋白质工程的两点提醒 (1)改造对象是基因: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,而且改造过的蛋白质可以遗传下去。 (2)基因突变的新基因中含有不编码蛋白质的序列,而蛋白质工程中的 新基因则没有。 下列关于蛋白质工程和基因工程的比较,不合理的是 ( ) A.蛋白质工程的操作起点是从预期的蛋白质功能出发,设计出相应的 基因,并借助基因工程实现 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

7、合成来完成 C.当得到可以在-70 条件下保存半年的干扰素后,在相关酶、氨基酸 和适宜的温度、pH 条件下,干扰素可以大量自我合成 D.基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的 【解题导引】解答本题思维流程如下: 【解析】选 C。蛋白质工程的操作起点是从预期的蛋白质功能出发,设 计预期的蛋白质结构,进而设计出相应的基因,并借助基因工程实现, 选项 A 正确。基因工程生产的自然界中已存在的蛋白质不能完全符合 人类需要,因此催生了蛋白质工程,但由于基因决定蛋白质,因此蛋白 质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成,选项 B 正确。干扰 素作为一种表达产物,其化学本质为蛋白质,蛋白质不具有自我

8、合成的 能力,选项 C 错误。基因工程产生的变异即为基因重组,目的基因转入 后便可以随宿主的基因一同表达并遗传给后代,蛋白质工程最终也要 通过基因来改造,因此蛋白质工程产生的变异也可以遗传,选项D正确。 【素养探究母题追问】 (1)(1)科学思维科学思维演绎与推理演绎与推理 利用蛋白质工程将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸,如何对 现有的基因进行改造? 提示:改变决定干扰素分子上半胱氨酸的碱基序列,改变其碱基的种类 使其控制合成的氨基酸为丝氨酸。 (2)(2)科学思维科学思维批判性思维批判性思维 某同学认为只要知道了氨基酸的序列就可以利用蛋白质工程制造出各 种特定功能的蛋白质,你认为他的说

9、法科学吗?说明你的理由。 提示:不科学,蛋白质的功能除了与氨基酸的序列有关以外,蛋白质的 功能还与其特定的空间结构有关。 【素养迁移】 目前科学家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序列 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. B. C. 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)表达出相应的蛋白质,故正确顺序应该是。 【补偿

10、训练】 蛋白质工程的实质是 ( ) A.改造蛋白质 B.改造 mRNA C.改造或合成基因 D.改造氨基酸 【解析】选 C。蛋白质工程的目的是获取人类需要的蛋白质,由于蛋白 质的合成是受基因控制的,因此对蛋白质结构进行设计改造,最终通过 改造或合成基因来实现。 【课堂回眸】 课堂检测素养达标 【概念诊断】 1.随着分子生物学、晶体学以及计算机技术的发展,蛋白质工程广泛应 用于医药和其他工农业生产中,下列有关描述正确的是 _。 蛋白质工程对蛋白质的改造是通过直接改造相应的 mRNA 来实现的 基因工程遵循中心法则,而蛋白质工程不遵循 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,也

11、需要利用基因工程的基本工具,需要经历基因工程的操作流程 由于蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化,空间结构千差万别,蛋白 质工程操作难度很大 蛋白质工程不能改变蛋白质的活性 【解析】选。蛋白质工程对蛋白质的改造是通过直接改造相应的 基因来实现的,错误;基因工程和蛋白质工程都遵循中心法则,错 误;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, 也需要利用基因工程的基本工具,需要经历基因工程的操作流程,正 确;由于蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化,空间结构千差万别,蛋 白质工程操作难度很大,正确;蛋白质工程能改变蛋白质的活性, 错误。 2.蛋白质工程的基本流程是 ( ) A.基因表达形成特

12、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 B.对蛋白质进行分子设计改造蛋白质分子行使功能 C.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 D.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 列合成相应 mRNA 【解析】选 C。蛋白质工程的基本流程: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。 3.科学家将 -干扰素基因进行定点突变后导入大肠杆菌表达,使 - 干扰素第 17 位的半胱氨

13、酸改变成丝氨酸,结果大大提高了 -干扰素 的抗病性,并且提高了储存稳定性,该生物技术为 ( ) A.基因工程 B.蛋白质工程 C.基因突变 D.细胞工程 【解析】选 B。基因工程是通过对基因的操作,将符合人们需要的目的 基因导入适宜的生物体,原则上只能生产自然界已存在的蛋白质,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为基础,通 过基因修饰或基因合成,对现有的蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋 白质,以满足人类的生产或生活需要。本题中合成的 -干扰素是基因 定点突变后的表达产物,不是天然的,因此属于蛋白质工程。 4.下列关于基因工程药物与蛋白质工程药物的说法正确的是 ( ) A.都

14、与天然产物完全相同 B.都与天然产物完全不相同 C.基因工程药物与天然产物一般相同,蛋白质工程药物与天然产物可 不相同 D.基因工程药物与天然产物不相同,蛋白质工程药物与天然产物完全 相同 【解析】选 C。基因工程合成的药物与天然产物一般相同,而蛋白质工 程可以合成出自然界不存在的蛋白质,即与天然产物可不相同。 【思维跃迁】 5.人体内的t-PA蛋白能高效降解由血纤维蛋白凝聚而成的血栓,然而, 为心梗患者注射大剂量的基因工程 t-PA 会诱发颅内出血,其原因在于 t-PA 与血纤维蛋白结合的特异性不高。研究证实,通过某技术,将 t-PA 第 84 位的半胱氨酸换成丝氨酸,可制造出性能优异的改良

15、 t-PA 蛋白, 进而显著降低出血副作用。下列相关叙述中错误的是 ( ) A.该技术的关键工作是了解 t-PA 蛋白质分子结构 B.该技术生产改良 t-PA 蛋白的过程遵循中心法则 C.该技术是在蛋白质分子水平上直接改造蛋白质的 D.该技术构建出了一种自然界中原先不存在的全新的基因 【解析】选 C。将 t-PA 第 84 位的半胱氨酸换成丝氨酸需要采用蛋白质 工程技术,该技术的关键工作是了解 t-PA 蛋白质分子结构,A 正确;该 技术生产改良 t-PA 蛋白的过程遵循中心法则,B 正确;该技术是在基因 分子水平上通过改造基因来实现对蛋白质改造的,C 错误;该技术中进 行了基因修饰或基因合成

16、,可以构建出一种自然界中原先不存在的全 新的基因,D 正确。 【拓展探究】 6.阅读下列资料,结合所学知识回答问题: 资料一 多巴胺是一种重要的单胺类神经递质。大脑中多巴胺失调会 导致精神疾病或神经性疾病,如多动症、精神分裂症、帕金森病等。 资料二 研究发现,随着年龄的增长,器质多巴胺能神经元(含有并释 放多巴胺作为神经递质的神经元)呈现退行性改变,当 80%的此类神经 元死亡时,就可能出现帕金森病症状。 资料三 北京大学李龙团队开发出新型可遗传编码的乙酰胆碱和多巴 胺荧光探针,该探针表达后形成荧光蛋白与神经递质受体的融合体,当 相应的神经递质与上述融合体结合后发出荧光。 (1)在神经系统中,

17、多巴胺通常以_方式由 _释放后与相应的受体结合。 (2)有人提出一种治疗帕金森病的思路:利用从囊胚中 _(部位)获得的细胞,对其进行诱导分化后, 用以补充死亡的黑质多巴胺能神经元,这属于一种_工程的 应用。 (3)对资料三中所用的技术,最准确的说法是_。 A.基因工程 B.蛋白质工程 C.细胞工程 D.胚胎工程 该技术的基本途径是_。 【解析】(1)多巴胺作为神经递质发挥作用的结构是突触(间隙),通常 以胞吐方式由突触前膜释放后与突触后膜上相应的受体结合。 (2)聚集在胚胎一端,个体较大的细胞,称为内细胞团,将来发育成胎儿 的各种组织,故可利用从囊胚中内细胞团获得的细胞,对其进行诱导分 化后,

18、用以补充死亡的黑质多巴胺能神经元,根据题意,这里应该是利 用了胚胎工程。 (3)题中荧光蛋白与神经递质受体的融合体,是对蛋白质结构进行设计 得到的,这属于蛋白质工程,故选 B。 其流程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并改变相对 应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因,最后采用一般基因工程 手段使目的基因导入受体细胞并表达获得所需的蛋白质。 答案:(1)胞吐 突触前膜 (2)内细胞团 胚胎 (3)B 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)或合成新的基因 获得所需要的蛋白质 十五十五 蛋白质工程蛋白

19、质工程的原理和应用的原理和应用 (20(20 分钟分钟7070 分分) ) 一、选择题(共 7 小题,每小题 5 分,共 35 分) 1.下列关于蛋白质工程的说法正确的是 ( ) A.蛋白质工程以基因工程为基础 B.蛋白质工程就是酶工程的延伸 C.蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造 D.蛋白质工程只能生产天然的蛋白质 【解析】 选 A。 基因指导蛋白质的合成,蛋白质工程以基因工程为基础,A 正确;蛋白质工程能通过基因修饰或基因合成,定向对现有蛋白质分子 的结构进行改造;而酶工程是利用酶的催化功能,在一定条件下催化化 学反应,生产人类需要的产品或服务于其他目的的一门应用技术,B 错 误;蛋白

20、质工程的实质是改造基因,C 错误;蛋白质工程可以通过基因合 成、制造自然界不曾存在过的新型蛋白质分子,D 错误。 2.下列哪项不是蛋白质工程的研究内容 ( ) A.分析蛋白质分子的三维结构 B.分析氨基酸的分子结构 C.对现有蛋白质进行有目的的改造 D.按照人的意愿生产自然界没有的新的蛋白质 【解析】选 B。蛋白质工程是根据预期蛋白质功能设计预期的蛋白质分 子的三维结构,A 不符合题意;蛋白质工程分析、设计蛋白质分子,不分 析氨基酸的分子结构,B 符合题意;蛋白质工程通过修改基因或创造合 成新基因来改变对蛋白质进行有目的改造,C 不符合题意;按照人的意 愿生产自然界没有的新的蛋白质属于蛋白质工

21、程,D 不符合题意。 3.中华鲟是地球上最古老的脊椎动物,被称为“活化石”。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,以下说法错误的是 ( ) A.该工程可以定向改变蛋白质分子的结构 B.改造蛋白质是通过改造基因结构而实现的 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的蛋白质 【解析】选 D。蛋白质工程可以定向改变蛋白质分子的结构,A 正确;改 造蛋白质是通过改造基因结构而实现的,B 正确;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 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

22、鲟的后代也具有改造的蛋 白质,D 错误。 4.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。该工程属于蛋白质工程,已经获得该目的基因片段,不需 要合成编码目的肽的 DNA 片段;需要构建含目的肽的 DNA 片段的表达载 体,但这不是第一步;蛋白质工程的第一步是根据蛋白质的功能,设计 P1氨基酸序列,从而推出其

23、基因序列;该基因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的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的 多肽药物,而目的多肽是抗菌性强但溶血性弱,所以必须对其改造,保 持其抗菌性强,抑制其溶血性。 5.下列有关蛋白质工程的叙述,错误的是 ( ) A.收集大量的蛋白质分子结构的信息,以便分析结构与功能之间的关 系 B.蛋白质工程的原理是从预期的蛋白质功能出发最终通过改造基因或 合成基因获得所需蛋白质 C.T4 溶菌酶中引入二硫键提高了它的热稳定性是蛋白质工程的体现 D.蛋白质工程只能改造现有的蛋白质而不能制造新的蛋白质 【解析】选 D。蛋白质结构的多样性决定蛋白质功能的多样性,在实施 蛋白质

24、工程的准备阶段,只有收集到大量的蛋白质结构的信息,才能从 其中寻求到某一结构跟预期的蛋白质功能之间的关系,从而据其构建 出某一段氨基酸序列,此氨基酸序列成为构建脱氧核苷酸序列(即基因) 的依据,通过改造基因或合成基因获得所需蛋白质,A、B 项正确。T4 溶 菌酶是蛋白质,对其改造属于蛋白质工程,C 项正确。在蛋白质工程中, 基因修饰后可以表达出改造的蛋白质,基因合成后可以制造出新的蛋 白质,D 错误。 6.下列关于蛋白质工程实施的叙述,不正确的是 ( ) A.可以根据人类的需要,设计并制造出自然界不存在的全新蛋白质 B.可以根据功能的需要替代蛋白质中的某一个肽段或一个特定的结构 区域 C.可以

25、通过基因工程间接地改造蛋白质中特定的一个或几个氨基酸 D.可以通过人工化学合成的方法直接对蛋白质的氨基酸进行改造 【解析】选 D。蛋白质工程是在原有蛋白质的基础上,根据人们的需求 对蛋白质分子作出的定向的改造,可以设计并制造出自然界不存在的 全新蛋白质,A 正确;蛋白质工程可以根据功能的需要替代蛋白质中的 某一个肽段或一个特定的结构区域,B 正确;蛋白质工程较小的改造是 改造蛋白质分子中某些活性部位的 1 个或几个氨基酸残基通过定点诱 变技术,以获得人类所需要的目的蛋白质,C 正确;蛋白质工程不能通过 人工化学合成的方法直接对蛋白质的氨基酸进行改造,D 错误。 7.如图为蛋白质工程操作的基本思

26、路,下列叙述不正确的是 ( ) A.代表蛋白质工程操作思路的过程是 B.代表中心法则内容的是 C.代表转录,代表翻译,代表分子设计,代表 DNA 合成 D.蛋白质工程的目的是对基因的结构进行分子设计,通过基因合成或 改造而实现 【解析】选 D。蛋白质工程操作思路是中心法则的逆过程,即图中的 ,A 正确;中心法则是指遗传信息的表达过程,即图中代表转 录,代表翻译,B 正确;代表转录,代表分子设计,代表 DNA 合 成,C 正确;蛋白质工程的目的是对蛋白质的结构进行分子设计,通过基 因合成或基因修饰实现,D 错误。 二、非选择题(共 2 小题,共 35 分) 8.(17 分)赖氨酸是人体八大必需氨

27、基酸之一,能促进人体发育、 增强免 疫功能,并有提高中枢神经组织功能的作用。某农科所科技人员欲通过 将玉米某种蛋白酶改造成“M 酶”,从而大大提高玉米种子中赖氨酸的 含量,以期待培育出高赖氨酸玉米新品种。请回答下列问题: (1)科技人员先从“提升玉米种子中赖氨酸含量”这一功能出发,预期 构建出_的结构,再推测出相对应目的基因的 _序列,最终合成出“M 酶”基因。 (2)科技人员获得“M 酶”基因后,常利用_技术在体外将 其大量扩增,此过程需要一种特殊的酶是 _。 (3)“M 酶”基因只有插入_,才能确保“M 酶”基因在玉米 细胞中得以稳定遗传。科技人员将“M 酶”基因导入玉米细胞中需要借 助_

28、 _的运输。 (4)依据_的原理,可将含有“M 酶”基因的玉米细胞 培育成转“M 酶”基因的玉米植株。为了确保育种成功,科技人员需要 通过_,从个体水平加以鉴定。 【解析】(1)根据题干信息已知,某农科所科技人员欲通过将玉米某种 蛋白酶改造成“M 酶”,则应该利用蛋白质工程,先预期构建出“M 酶” (蛋白质)的结构,再推测出相对应目的基因的脱氧核苷酸序列,最终合 成出“M 酶”基因。 (2)基因工程中,获取的目的基因一般利用PCR技术进行扩增,过程中需 要耐高温聚合酶的催化。 (3)要想确保“M 酶”基因在玉米细胞中得以稳定遗传,必须将“M 酶” 基因插入玉米细胞的染色体 DNA 中;将“M

29、酶”基因(目的基因)导入玉 米细胞中需要借助(基因表达)载体的运输。 (4)依据植物细胞的全能性原理,可将含有“M 酶”基因的玉米细胞培育 成转“M 酶”基因的玉米植株。科技人员需要通过测定玉米种子中赖氨 酸的含量,从个体水平加以鉴定,以确保育种成功。 答案:(1)“M 酶” 脱氧核苷酸 (2)PCR 热稳定 DNA 聚合酶 (3)玉米细胞的染色体 DNA 中 (基因表达)载体 (4)植物细胞具有全能性 测定玉米种子中赖氨酸的含量 9.(18 分)人体内的 t-PA 蛋白能高效降解由血纤维蛋白凝聚而成的血 栓,是心梗和脑血栓的急救药。 (1)为心梗患者注射大剂量的基因工程 t-PA 会诱发颅内

30、出血。研究证 实,将 t-PA 第 84 位的半胱氨酸换成丝氨酸,能显著降低出血副作用。 据此,先对天然的t-PA基因进行改造,再采取传统的基因工程方法表达 该突变基因,可制造出性能优异的 t-PA 突变蛋白,该工程技术称为 _。 (2)若获得的 t-PA 突变基因如图所示,那么质粒 pCLY11 需用限制酶 _和_切开,才能与t-PA突变基因高效连接。 (3)将连接好的 DNA 分子导入大肠杆菌中,对大肠杆菌接种培养。在培 养基中除了加入水、碳源、氮源等营养物质外,还应加入 _进行选择培养,以筛选成功导入 pCLY11 的细菌。配制 好的培养基通常采用_法进行灭菌。 (4)对培养得到的菌落进

31、行筛选,其中菌落为_色的即为 含 t-PA 突变基因重组 DNA 分子的大肠杆菌。得到的大肠杆菌能否分泌 t-PA 突变蛋白,可通过该细胞产物能否与_特异性结合 进行判定。 【解析】(1)对天然的 t-PA 基因进行改造,以制造出性能优异的 t-PA 突变蛋白的技术称为蛋白质工程。 (2)如图所示,由于目的基因的两端的碱基序列分别是 CCGG、CTAG ,所 以应用Xma和Bgl两种限制酶切割,以便于把目的基因连接到质粒 pCLY11 上。 (3)由题图可知,将连接好的 DNA 分子导入大肠杆菌中,含 t-PA 突变基 因重组DNA分子的细胞具有新霉素抗性,在培养基中应加入新霉素进行 选择培养

32、,以筛选成功导入 pCLY11 的细菌。配制好的培养基通常采用 高压蒸汽灭菌法进行灭菌。 (4)由于限制酶切割质粒破坏了mlacZ基因,所以含 t-PA 突变基因重组 DNA 分子的细胞所长成的菌落呈白色。检查 t-PA 突变蛋白可用 t-PA 蛋白抗体,观察能否发生特异性结合进行判定。 答案:(1)蛋白质工程 (2)Xma Bgl (3)新霉素 高压蒸汽灭菌 (4)白 t-PA 蛋白抗体 (10 分钟30 分) 1.(6 分)在研究溶菌酶时,科研人员通过蛋白质工程来设计改变酶的构 象,得到了多种突变酶,并测得 50%的酶发生变性时的温度(Tm),部分结 果见下表。有关叙述正确的是 ( ) 酶

33、 半胱氨酸 (Cys)的位置 和数目 二硫键 数目 Tm/ 野生型 T4 溶菌酶 Cys 51,Cys97 无 41.9 突变酶 C Cys 21,Cys143 1 52.9 突变酶 F Cys 3,Cys9, Cys 21,Cys142, Cys 164 2 65.5 注:Cys 上角的数字表示半胱氨酸在肽链的位置。 A.突变酶的出现是基因突变的结果 B.突变酶 F 的最适温度为 65.5 C.溶菌酶热稳定性的提高可能与空间结构的改变有关 D.溶菌酶热稳定性的提高,是通过改变半胱氨酸的位置实现的 【解析】选 C。由题意知,突变酶是通过蛋白质工程合成的,与基因突变 无关,A 错误;突变酶 F

34、50%的酶发生变性时的温度是 65.5 ,B 错误; 改变溶菌酶的构象,酶变性的温度发生改变,即酶的稳定性改变,因此 溶菌酶热稳定性的提高可能与空间结构的改变有关,C 正确;溶菌酶热 稳定性的提高,是通过增加二硫键的数量实现的,D 错误。 2.(6 分)( (不定项不定项) )抗体酶又称催化抗体,是一类免疫球蛋白,其结构如 图所示,它既具有相应的免疫活性,又能像酶那样催化某种化学反应。 下列有关叙述正确的是 ( ) A.抗体酶与抗原、底物的结合均具有专一性的特点 B.抗体酶可使药物的前体物质在肿瘤组织中水解为活性分子,从而起 杀伤作用 C.抗体酶能阻止病毒与靶细胞结合的机理可能是选择性地使病毒

35、外壳 蛋白发生水解 D.可通过蛋白质工程对特异抗体的抗原结合位点进行空间改造,使其 获得催化功能 【解析】选 A、B、C。抗体酶具有典型的酶的特性,即也具有高效性、 专一性,A 正确;以肿瘤细胞表面抗原的单克隆抗体与酶的交联物以及 该酶可以催化的前体药物所组成的这一系统,可以在肿瘤组织局部催 化无活性的前体药物,使之成为对肿瘤细胞具有高度杀伤活性的分子, 从而在体内对肿瘤细胞发挥选择性杀伤作用,B 正确;抗体酶还可有选 择地使病毒外壳蛋白的肽键裂解,从而防止病毒与靶细胞结合,C 正确; 借助基因工程和蛋白质工程将催化基因引入特异抗体的抗原结合位点 上,使其获得催化功能,D 错误。 【实验探究】

36、 3.(18分)Hedgehog基因(H)广泛存在于无脊椎动物和脊椎动物中,在胚 胎发育中起重要作用。我国科研工作者利用基因敲除和核酸分子杂交 技术,研究了 H 基因在文昌鱼胚胎发育中的作用。 (1)研究者使用了两种 TALE 蛋白对文昌鱼的 H 基因进行敲除。TALE 蛋 白的结构是人工设计的,蛋白质的中央区能够结合 H 基因上特定的序 列,F 区则能在该序列处将 DNA 双链切开如图 1 所示。 根据_设计出其氨基酸序列,再根据氨基酸序列对应的 密码子序列推测岀编码 TALE蛋白的DNA序列,人工合成DNA序列之后, 再以其为模板进行转录生成 mRNA。 将两种 mRNA 用_法导入文昌鱼

37、的卵细胞中,然后滴加精液 使卵受精,此受精卵发育成的个体为 F0。 F0个体细胞内被两种TALE蛋白处理过的DNA,经_催化重 新连接后,H 基因很可能因发生碱基对的_而丧失功能,基 因丧失功能则被称为“敲除”。 (2)提取 F0胚胎细胞 DNA,通过_体外扩增 H 基因,用 _进行切割,电泳后用_为探针进行DNA分子 杂交,实验结果如图 2 所示。 图中样品_代表的 F0个体中 部分 H 基因已被敲除。研究者发现,在 F0个体产生的所有配子中,通常 只有部分配子的 H 基因被敲除,可能的原因是_。 【解题关键】准确分析图示并获取图示信息: 图 1:被两种 TALE 蛋白处理过的 DNA 重新

38、连接后,缺失了 BsrG识别位 点。图 2:H 基因中含有一个 BsrG识别位点,能被 BsrG切割形成两 种不同长度的 DNA 片段,而 H 基因被敲除后会缺失 BsrG识别位点,不 能被 BsrG识别和切割。样品 1 中有两种长度不同的 DNA,说明其代表 的个体中 H 基因没有被敲除,样品 2 中含有 3 种长度不同的 DNA 片段, 说明其代表的 F0个体中部分 H 基因已被敲除。 【解析】(1)蛋白质工程的基本程序:预期蛋白质功能设计预期的 蛋白质结构推测应有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。因此人工设计 TALE 蛋白时,应该先根据 TALE 蛋白

39、的功能设计出其氨基酸序列,再根据氨基酸序列对应的密码 子(mRNA)序列推测出编码 TALE 蛋白的 DNA 序列,人工合成 DNA 序列之 后,再以其为模板进行转录生成 mRNA。 将两种mRNA导入动物细胞(文昌鱼的卵细胞)最有效的方法是显微注 射法。 由图 1 可知,被两种 TALE 蛋白处理过的 DNA 经过 DNA 连接酶重新连 接后,缺失了BsrG识别位点,即发生碱基对的缺失,H基因很有可能因 此而丧失功能,基因丧失功能则被称为“敲除”。 (2)体外扩增目的基因可采用 PCR 技术;H 基因中含有一个 BsrG识别 位点,因此可用 BsrG酶切割 H 基因;探针是指放射性同位素(或

40、荧光) 标记的目的基因片段;样品 1 中有两种长度不同的 DNA,说明其代表的 个体中 H 基因没有被敲除,样品 2 中含有 3 种长度不同的 DNA 片段,说 明其代表的 F0个体中部分 H 基因已被敲除。在 F0个体产生的所有配子 中,通常只有部分配子的 H 基因被敲除,可能的原因是 F0受精卵中成对 的 H 基因中仅一个被敲除(F0胚胎中仅部分细胞的 H 基因被敲除、细胞 中 H 基因未被敲除)。 答案:(1)TALE 蛋白的功能 显微注射 DNA 连接酶 缺失 (2)PCR 技术 BsrG酶 放射性同位素(或荧光)标记的目的基因片段 2 F0受精卵中成对的 H基因中仅一个被敲除(F0胚胎中仅部分细胞的 H 基因被敲除、细胞中 H 基因未被敲除)