2019-2020年高中生物《蛋白质工程的崛起》教案1 新人教版选修3.doc

2019-2020年高中生物蛋白质工程的崛起教案1 新人教版选修3【本节重难点】重点：1.为什么要开展蛋白质工程的研究2.蛋白质工程的原理难点：1.蛋白质工程的原理【知识精讲】教材梳理知识点一 蛋白质工程的概念：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。也就是说，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，是包含多学科的综合科技工程领域。说明：对本概念的理解应从以下几个方面理解：1.蛋白质工程的基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系2.蛋白质工程的改造对象：改造蛋白质的结构，本质上是改造控制该蛋白质合成的基因的结构。3.蛋白质工程的产物：产生新的蛋白质。知识点二 蛋白质工程的原理：蛋白质工程的目标是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。其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）。其流程图如下：知识点三 蛋白质工程的实例：.干扰素是动物体内的一种蛋白质，可治疗病毒的感染和癌症，但在体外保存相当困难，通过蛋白质工程改造蛋白质后可在70条件下，保存半年。.玉米体内赖氨酸的含量比较低，关键是玉米体内天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶浓度达到一定量时，就会抑制这两种酶的活性，从而影响赖氨酸含量的提高，经过蛋白质工程改造这两种酶后，分别使赖氨酸的含量提高了5倍和2倍。说明：对该部分知识的学习不能局限于这两个例子，更重要的是从中学习蛋白质工程的原理和蛋白质工程的基本途径。知识点四 蛋白质工程的进展和前景：蛋白质工程的进展向人们展示出诱人的前景，如：通过对胰岛素的改造，使其成为一种速效性药品，再如：将蛋白质工程应用与微电子方面，制成电子元件，具有体积小、耗电少、效率高等优点。但是由于蛋白质发挥功能必须依赖于它的高级结构（空间结构），这是相当复杂的，所以，目前成功的例子还不多，还需要人们的努力。总之，蛋白质工程的前景是光明的，道路是曲折的。说明：学习该部分知识时要联系蛋白质的结构，特别要理解蛋白质的空间结构对其功能的影响，如：高温使蛋白质的空间结构发生变化，导致蛋白质变性；同时要根据所学知识，发挥自己的想象能力，解决如何在蛋白质工程操作中不使蛋白质的空间结构改变，而了解能行使正常功能的蛋白质的结构？教材拓展拓展点一 蛋白质工程与基因工程的主要区别：蛋白质工程主要是根据蛋白质精细结构和生物活性的作用机制之间的关系，利用基因工程手段，按人类需要定向改造天然的蛋白质分子，甚至创造新的自然界根本就不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。蛋白质工程与基因工程密不可分，基因工程是通过基因操作把外援基因转入适当的生物体内，并在其中进行表达，它的产品还是该基因编码的天然存在的蛋白质，蛋白质工程则更进一步，根据分子设计方案，通过对天然蛋白质的基因进行改造来实现对其编码的蛋白质的改造，它的产品已不再是天然的蛋白质，而是经过改造的具有人类所需优点的蛋白质。天然蛋白质是通过漫长进化过程，由自然选择而来的，而蛋白质工程对天然蛋白质的改造好比在实验室里加快了进化过程，能更快、更有效地为人类需要服务。拓展点二 蛋白质工程的内容：蛋白质工程的内容主要有两方面：一是根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质；二是确定蛋白质的化学组成及空间结构与生物功能之间的关系。在此基础上，实现从氨基酸序列预测蛋白质的空间结构和生理功能，设计合成具有特定生理功能的全新蛋白质，而氨基酸排序由基因决定，所以还需要改造控制蛋白质合成的相应基因中脱氧核苷酸序列或人工合成所需要的自然界原本不存在的基因片段，用于蛋白质工程。总结：学法指导：学习蛋白质工程时，要结合基因控制蛋白质的合成过程、基因工程以及蛋白质的生理功能等知识，只有在这些知识的基础上，才能学好蛋白质工程；同时，要关注当前关于蛋白质工程的发展，以加深对蛋白质工程的理解。 【典题分类精析】考点一、蛋白质工程的概念例1.以下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分析：本题考查蛋白质工程的概念。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。所以，蛋白质是以基因工程为基础。蛋白质工程是以基因工程为基础，又称为第二代基因工程。蛋白质工程不仅能生产天然蛋白质，还可以需要改造控制蛋白质合成的相应基因中脱氧核苷酸序列或人工合成所需要的自然界原本不存在的基因片段，从而合成自然界中本来不存在的蛋白质。点评：正确理解蛋白质工程的概念及与其它生物工程的关系，是解答本题的关键所在。考点二、蛋白质工程的原理例2.科学家将干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达，使干扰素第17位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高了干扰素的抗病活性，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.细胞工程分析：本题考查蛋白质工程的原理及产物。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，使其高效表达，从中提取所需蛋白质，或表现出某种性状，蛋白质产品仍然为天然存在的蛋白质。而蛋白质工程却是对控制蛋白质合成的基因进行改造，从而实现对其编码的蛋白质的改变，所得到的已不是天然蛋白质。题目中的操作涉及到的基因显然不再是原来的基因，其合成的干扰素也不是天然的干扰素，而是经过改造的，而是人类所需优点的蛋白质，因而整个过程利用的生物技术为蛋白质工程。大案:B点评：对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度较小，而且改造过的蛋白质还可以遗传下去。 考点三、蛋白质工程的实例例3.干扰素是动物体内的一种蛋白质，可以用来治疗病毒的感染和癌症，但在体外保存相当困难，如何长期保存，科学家发现干扰素中的一个半胱氨酸变成丝氨酸，可以保存半年。你来设想一下，能不能让动物生产能够长期储存的干扰素？采用什么方法？分析：本题考查蛋白质的原理及实例。根据题意，已知干扰素蛋白质氨基酸序列，再根据科学家的发现，把干扰素的半胱胺酸换成丝氨酸，反推信使RNA碱基序列，再反推DNA碱基序列，然后进行基因改造，将改造的基因导入动物细胞就能生产长期储存的干扰素。答案：能生产长期储存的干扰素。用氨基酸序列反推信使RNA序列，再反推DNA序列，然后进行基因改造。点评：解答本题的思路是：蛋白质在体外保存时间短，是由于蛋白质的结构决定的，影响办法改变蛋白质的结构，这样自然想到应改变DNA的结构，即蛋白质工程的原理及过程。 考点四、蛋白质工程的进展和前景27.某种微生物合成的蛋白酶与人体消化液中的蛋白酶的结构和功能很相似，只有对热稳定性较差，进入人体后容易失效。现要将此酶开发成一种片剂，临床治疗食物的消化不良，最佳方案是A.对此酶中的少数氨基酸替换，以改善其功能 B.将此酶与人蛋白酶进行拼接，形成新的蛋白酶 C.重新设计与创造一种全新的蛋白酶D.减少此酶在片剂中的含量分析：本题考查蛋白质工程的进展与前景。蛋白质的结构包括一级结构和空间结构，一级结构是指组成蛋白质的氨基酸的种类、数量、排列顺序，蛋白质的功能是由其一级和空间结构共同决定，特别是空间结构与蛋白质的功能关系更密切。要想使蛋白酶热稳定性有所提高，就要改变蛋白质的结构，此类问题一般是对蛋白质中的个别氨基酸进行替换。答案：A点评：目前对蛋白质功能的改变，主要是改变蛋白质中个别氨基酸，最根本的做法是改变控制合成该蛋白质的基因的结构。考点五、蛋白质工程与基因工程的主要区别例4.人类正常血红蛋白（HbA）链第63位氨基酸是组氨酸，其密码子为CAU或CAC，当链第63位组氨酸被酪氨酸（UAU或UAC）替代后，出现异常血红蛋白质（HbM），导致一种贫血症，链第63位组氨酸被精氨酸（CGU或CGC）所替代而产生的异常血红蛋白（HbZ）将引起另一种贫血症。（1）写出正常血红蛋白基因中，决定链第63位组氨酸密码子的碱基组成。（2）在决定链第63 位组氨酸密码子的DNA三个碱基对中，任何一个碱基对发生变化都将产生异常的血红蛋白吗？为什么？（3）若将正常的基因片段导入贫血症患者骨髓造血干细胞，则可以达到治疗目的，请问：此操作属于蛋白质工程吗？为什么？分析：（1）在基因中的碱基对的排列顺序决定的信使RNA中碱基排列顺序、信使RNA进入细胞质后与核糖体结合起来，指导蛋白质的合成，血红蛋白异常，归根到底是由于基因中碱基对的排列顺序改变引起的，由于蛋白质中的氨基酸主要有20种，而决定氨基酸的密码子有61种，所以一种密码子决定一种氨基酸，而一种氨基酸可以由几种密码子决定。（2）在决定组氨酸密码子的DNA三个碱基对中任意一个碱基发生变化不一定都产生异常的血红蛋白，这是因为一种密码子决定一种氨基酸，而一种氨基酸可以由几种不同的密码子来决定。（3）基因工程是将外源基因转移到受体细胞后，可以产生它本来不能产生的蛋白质，从而表现出新的性状，实质上，基因工程产生的只能是自然界已经存在的蛋白质，而蛋白质工程则是通过对基因进行加工修饰或进行基因合成，对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，而题目中只将正常的外源基因导入病人细胞中，合成的都是天然存在的正常的蛋白质，所以，不是蛋白质工程，应属于基因工程。答案：（1）（2）不一定，原因是当 中的第三对碱基发生A、TG、C或G、CA、T的变化后，产生的密码子分别为CAC或CAU，仍为组氨酸的密码子，因而不会影响产生正常的血红蛋白。（3）不属于蛋白质工程，因为此操作是将健康的正常的目的基因导入有缺陷的受体细胞，合成的蛋白质仍为天然存在的蛋白质，所以，不是蛋白质工程，而是属于基因工程技术。点评：总结：基因中的碱基对发生改变不一定引起生物性状的改变，原因有以下几点：基因碱基对改变，必将引起信使RNA上密码子的改变，但由于一种蛋白质可能对应着几种不同的密码子，所以，所控制的蛋白质不一定发生改变 在的基础上，蛋白质结构改变，该蛋白质的功能不一定改变 如果该碱基对不在结构基因中，就不决定蛋白质中氨基酸的序列，就不影响蛋白质的结构和功能。 考点六、蛋白质工程的内容例1下列哪项不是蛋白质工程的研究内容A.分析蛋白质分子的精细结构 B.对蛋白质进行有目的的改造C.分析氨基酸的化学组成 D.按照人的意愿将天然蛋白资改造成新的蛋白质分析：本题考查蛋白质的原理。蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构和生物活性之间的关系，按照人的意愿改造蛋白质分子，形成自然界不存在的蛋白质分子。为了改造某种蛋白质分子，必须对其精细结构进行分析，但不包括组成蛋白质的氨基酸的化学成分分析。答案：C点评：蛋白质工程改造的对象是编码蛋白质的DNA序列。 【针对性练习】1.蛋白质工程的基础是（ ）A.发酵工程 B.细胞工程 C.胚胎工程 D.基因工程2牛奶中含有乳球蛋白和酪蛋白等物质，在奶汁的形成过程中，与上述物质的合成和分泌有密切关系的细胞结构是 ( )A.核糖体、线粒体、中心体、染色体 B线粒体、内质网、高尔基体、核膜C. 核糖体、线粒体、质体、高尔基体 D线粒体、核糖体、内质网、高尔基体3.下面各项中与蛋白质工程没有直接关系的是A.利用各种高科技手段分析蛋白质的分子结构 B.研究并改变某种蛋白质相关基因的碱基序列 C.设计和制造自然界中没有的人工蛋白质 D.用基因替换的方法治疗人的某种遗传病4.下列与基因工程无关的是( )A.培养利用“工程菌”生产胰岛素 B.基因治疗 C.蛋白质工程 D.杂交育种5.乳腺生物反应器可用于： A动物抗病育种 B分泌大量乳汁 C生产药用蛋白 D治疗人类疾病6.已知氨基酸序列如何确定mRNA碱基序列A.氨基酸的密码子 B.基因碱基对序列 C.mRNA上U的位置 D.tRNA序列7.关于蛋白质工程的说法错误的是A.蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类需要B.蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分直接进行操作，定向改变分子结构C.蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子D.蛋白质工程与基因工程密不可分，又被称为第二代基因工程8.下列哪项是基因工程与蛋白质工程的主要区别A.合成符合人类需要的蛋白质 B.将目的基因导入受体细胞C.基因的复制与表达 D.产品符合人类需要9.下列那项是蛋白质工程的内容A.合成目的基因 B.设计需要的蛋白质分子 C.将两个物种基因重组 D.基因治疗10.蛋白质工程的重要方面是A.合成基因 B.基因表达 C.蛋白质分子设计 D.蛋白质分子的改变11.添加在洗衣粉中的某种酶在低温下活性较低，影响了洗衣粉的洗衣效果。若让你用生物工程的方法改变此酶的特性，首先考虑的是A.基因工程 B.蛋白质工程 C.诱变 D.细胞工程12.蛋白质工程中的蛋白质分子设计的首要任务是A.改变控制蛋白质合成的基因 B.合成新基因 C.构建新蛋白质的分子模型 D.弄清原来蛋白质的结构与功能13.下列各项与蛋白质结构多样性无关的是A.氨基酸数目、种类、排列顺序 B.构成蛋白质的多肽链的数目C.构成蛋白质的肽链的空间结构 D.氨基酸至少含一个氨基和一个羧基14.当前医学上，第二代生物技术药物正逐渐取代第一代多肽蛋白质类替代治疗剂。则第一代药物与第二代重组药物分别是A.都与天然产物完全相同 B.都与天然产物不相同C.第一代药物与天然产物相同、第二代重组药物与天然产物不同D. 第一代药物与天然产物不相同、第二代重组药物与天然产物相同15下列说法正确的是A蛋白质工程和基因工程的目的是获得人类需要的蛋白质，所以两者没有区别B 通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍是天然的蛋白质C蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质的D蛋白质工程是在蛋白质分子水平上改造蛋白质的16.蛋白质工程的实质是A.改造蛋白质 B.改造mRNA C.改造基因 D.改造氨基酸17.干扰素经改造可以长期储存，从蛋白质水平上应改变的是A.胱氨酸 B.精氨酸 C.谷氨酸 D.半胱氨酸18.自然界中不存在的蛋白质的合成首先应设计A.基因结构 B.mRNA结构 C.氨基酸序列 D.蛋白质结构19.蛋白质工程在设计蛋白质结构时依据是A.基因功能 B.蛋白质功能 C.氨基酸序列 D.mRNA密码子序列20（多选）蛋白质工程根据被改造部位的多少，可以分为“大改”、“中改”、“小改”。其中属于“小改”的是A设计并制造出自然界不存在的全新蛋白质B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C在蛋白质分子中替代某一肽段或结构域D通过定点诱变技术，以获得人类所需要的目的蛋白质 21.某多肽链的一段氨基酸序列是：甲硫氨酸色氨酸苯丙氨酸色氨酸（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。（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（DNA）？22(7分)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。下面是蛋白质工程的基本途径，试回答下列有关问题：预期蛋白质功能设计预期蛋白质结构推测应有氨基酸序列推测相应基因中脱氧核苷酸序列生产相应蛋白质（1）图中过程的主要依据是每种氨基酸都有其对应的 ，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。【课后答案点拨】思考与探究（P28）1.解析：蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要。而结构生物学对大量蛋白质分子的精确立体结构及其复杂的生物功能的分析结果，为设计改造天然蛋白质提供了蓝图。分子遗传学的以定点突变为中心的基因操作技术为蛋白质工程提供了手段。在已研究过的几千种酶中，只有极少数可以应用于工业生产，绝大多数酶都不能应用于工业生产，这些酶虽然在自然状态下有活性，但在工业生产中没有活性或活性很低。这是因为工业生产中每一步的反应体系中常常会有酸、碱或有机溶剂存在，反应温度较高，在这种条件下，大多数酶会很快变性失活。提高蛋白质的稳定性是工业生产中一个非常重要的课题。一般来说，提高蛋白质的稳定性包括：延长酶的半衰期，提高酶的热稳定性，延长药用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失等。在基础理论研究方面，蛋白质工程是研究多种蛋白质的结构和功能、蛋白质折叠、蛋白质分子设计等一系列分子生物学基本问题的一种新型的、强有力的手段。通过对蛋白质工程的研究，可以深入地揭示生命现象的本质和生命活动的规律。2.答：基因工程是遵循中心法则，从DNAmRNA蛋白质折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能蛋白质应有的高级结构蛋白质应具备的折叠状态应有的氨基酸序列应有的碱基排列，可以创造自然界不存在的蛋白质。3.解析：酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。概括地说，酶工程是由酶制剂的生产和应用两方面组成的。酶工程的应用主要集中于食品工业、轻工业以及医药工业中。-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和葡萄糖异构酶这三个酶连续作用于淀粉，就可以代替蔗糖生产出高果糖浆；蛋白酶用于皮革脱毛胶以及洗涤剂工业；固定化酶还可以治疗先天性缺酶病或是器官缺损引起的某些功能的衰竭等。至于我们日常生活中所见到的加酶洗衣粉、嫩肉粉等，就更是酶工程最直接的体现了。通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂，而没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构，然后由酶的分子结构来确定相应基因的碱基序列等步骤。因此，酶工程的重点在于对已存酶的合理充分利用，而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造。当然，随着蛋白质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中，使酶工程成为蛋白质工程的一部分。讨论（P27）1.每种氨基酸都有对应的三联密码子，只要查一下遗传密码子表，就可以将上述氨基酸序列的编码序列查出来。但是由于上述氨基酸序列中有几个氨基酸是由多个三联密码子编码，因此其碱基排列组合起来就比较复杂，至少可以排列出16种，可以让学生根据学过的排列组合知识自己排列一下。首先应该根据三联密码子推出mRNA序列为GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C），再根据碱基互补配对规律推出脱氧核苷酸序列：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）。2.确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。异想天开（P27）解析：理论上讲可以，但目前还没有真正成功的例子。一些报道利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都是自然界已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来而自然不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对蛋白质的高级结构和在生物体内如何行使功能知之甚少，很难设计出一个崭新而又具有生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的。旁栏思考题（P26）1.解析：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一项重大的科学命题。xx年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。之后，该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动：一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是以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的重大国际科研协作计划，总部设在北京，目前有16个国家和地区的80多个实验室报名参加。它的科学目标是揭示并确认肝脏的蛋白质，为重大肝病预防、诊断、治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础。人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白质工程的有力推动和理论支持。2.答：毫无疑问应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造，主要原因如下：（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，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，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。【拓展阅读】1.动物乳腺生物反应器1987年美国科学家戈登（Gordon）等人首次在小鼠的奶中生产出一种医用蛋白tPA（组织型纤溶酶原激活物），展示了用动物乳腺生产高附加值产品的可能性。利用动物乳腺生产高价值产品的方式称为动物乳腺反应器。为什么要用动物乳腺作为反应器生产高价值的蛋白质产品呢？这是因为动物乳房是一种高度分化的专门化腺体，合成蛋白质的能力非常强，尤其是一些经过长期的遗传改良，专门产奶的乳用动物品种，蛋白质合成能力更是惊人。一头优质奶牛，一年可产奶10 000 kg。即便是一只奶山羊，一年也可产奶2 000 kg。动物乳腺生物反应器归纳起来有四大优点：产量高，且易收获目标产品，可以随乳汁分泌而排出动物体外；目标产品的质量好。动物乳腺组织不仅具有按遗传信息流向合成蛋白质的能力，而且具备一整套对蛋白进行修饰和加工的能力，如糖基化、羧化、磷酸化以及分子组装等，而微生物和植物系统都不具备这种全面的蛋白质后加工能力；产品成本低；从奶牛中提取产品，操作比较简单。正因为利用动物乳腺生物反应器生产高附加值的产品有上述优点，目前利用动物乳腺生物反应器生产医用蛋白质已成为一种风险投资产业，受到科学家、商界和医药界的高度重视。目前瞄准的目标医药产品有：血液蛋白质，如表1-2所示，这些血液蛋白质有巨大的经济效益，其中利用奶牛生产的凝血酶已通过第三期临床实验，即将投放市场。第二代医用蛋白质，主要有抗体、降钙素、人的生长激素、胰岛素等药物蛋白，乳白蛋白、乳铁蛋白等营养蛋白，疫苗，组织修复物等。生产“人源化牛奶”，即用成人的乳蛋白基因替代牛的乳蛋白基因，使牛奶变成像人奶的一种基因工程奶。表1-2 一些医用蛋白质的需求情况第8因子第9因子C蛋白凝血酶抗胰蛋白酶血纤蛋白原白蛋白 市场需求量304 g 4 kg10 kg 21 kg5 t150 kg315 t单价（美元/g）290万4万 1万 7 000 500 1 000 3.50总价值（亿美元）8.821.601.00 1.50 2.50 1.50 11.20 动物乳腺生物反应器的做法与转基因动物的操作是相同的，只是为了将目标产品在乳汁中形成，需要使用乳腺组织中特异表达的启动子，即在目标产品蛋白质编码框的前面加上乳腺组织中特异表达的启动子等，构建成表达载体后通过注射导入受精卵中，再将其送入母体动物内，发育成动物个体，这个转基因动物就会在奶中产生所需要的目标产品。2.当前生命科学中的几个前沿研究领域基因组学基因组学是阐明各种生物基因组DNA中碱基对的排列顺序，破译相关的遗传信息的学科。目前除人类基因组的测序工作已完成外，水稻基因组、拟南芥基因组、鸡基因组等也已完成，这些工作的相继完成为揭示生命奥秘提供了基本的资料。功能基因组学基因组测序工作的完成只是为人类从基因水平认识生命本质，提供了基本的资料。功能基因组学就是要揭示每个基因在生命活动中的具体功能，为勾画整个生命蓝图，充分利用基因资料打下基础。发现新的功能基因和新的基因功能的确定，从而获得知识产权，已成为当前生命领域世界各国竞相争夺的“制高点”。结构基因组学结构基因组学是继人类基因组计划之后又一个大的科学热点，是在生物的整体水平测定出全部蛋白质分子的三维结构，以及蛋白质之间、蛋白质与核酸之间、蛋白质与多糖之间、蛋白质和核酸以及多糖之间的精细三维结构，获得这些蛋白质在整个生命活动中的三维结构全息图，即单个蛋白质的三维结构，以及蛋白质与其他生物大分子结合后的复合体的三维结构状态与生命活动的关系，从而在生命整体水平上理解生命的原理。结构基因组学的研究进展，将对人类疾病机理的阐明、疾病的防治有重要意义。蛋白质组学蛋白质组学是独立于基因组学发展的一门新兴的前沿学科。它是研究一个完整的生物体（或细胞等）所表达的所有蛋白质的特征，包括蛋白质的表达水平，翻译后的修饰，蛋白质之间的相互作用等，从蛋白质水平上全面认识生物体的生理活动和病理过程。生物信息学生物信息学是综合运用生物学、信息学、数学以及计算机科学等诸多学科的理论和方法，处理和分析大规模复杂的生物信息的交叉学科。从浩瀚的生物信息数据中找出某些规律和共同点，从而揭示生命的奥秘和利用对人类有用的生物信息。【五年高考及经典模拟回放】1xx潍坊模拟1982年，美国科学家将人的生长素基因和牛的生长素基因分别注射到小白鼠的受精卵中得到了体型巨大的“超级小鼠”。此项研究遵循的原理是（ ） A DNA-RNA-蛋白质 B RNA-DNA-蛋白质 C DNA-蛋白质-RNA D RNA-蛋白质-DNA答案：A 解析：生长素基因能够通过转录和翻译产生生长素，此过程可以用DNA-RNA-蛋白质表示。2xx潍坊模拟蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时，主要包括哪几种？（ ）进行少数氨基酸的替换对不同来源的蛋白质的拼接从氨基酸的排列顺序出发设计全新的蛋白质直接改变蛋白质的空间结构ABCD答案：B 解析：蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时，不能直接改变蛋白质的空间结构。但是能进行少数氨基酸的替换，能对不同来源的蛋白质进行拼接，能够从氨基酸的排列顺序出发设计全新的蛋白质。故本题的正确的答案为B。3. xx泰安模拟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基因工程能产生自然界根本不存在的基因，蛋白质工程能产生自然界根本不存在的蛋白质答案：A 解析：基因工程的操作对象是基因，属于分子水平；蛋白质工程的操作对象是蛋白质分子，二者都属于分子水平的操作。4xx安丘模拟蛋白质工程是新崛起的一项生物工程，又称第二代基因工程。下图示意蛋白质工程流程，图中A、B在遗传学上依次表示A转录和翻译 B翻译和转录 C复制和转录 D传递和表达答案：A 解析：在遗传学上，把由DNA到mRNA的过程称为转录，由mRNA到蛋白质的过程称为翻译。5. xx太原模拟蛋白质工程的基本流程正确的是（ ）蛋白质分子结构设计 DNA合成 预期蛋白质功能 据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列A. B. C. D.答案：C 解析：蛋白质工程的基本流程是：预期蛋白质功能，蛋白质分子结构设计，据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列，DNA合成。6. xx湛江模拟蛋白质工程制造的蛋白质是（ ）A.天然蛋白质 B.稀有蛋白质 C.自然界中不存在的蛋白质 D.肌肉蛋白答案：C 解析：蛋白质工程可以通过一定的技术手段改造蛋白质的结构，制造出自然界中不存在的蛋白质，大大丰富了自然界中蛋白质的种类。7.xx萧山模拟下列各项中不属于蛋白质工程在医学上应用的是（ ）A.基因芯片用于HIV诊断 B. t-PA用于医治心肌梗死C.速效胰岛素用于治疗糖尿病 D. 人鼠嵌合抗体用于识别、杀伤肿瘤细胞答案：A 解析：基因芯片用于HIV诊断属于基因工程中的基因诊断，不属于蛋白质工程。8. xx潍坊模拟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。1985年，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。（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的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，是提高了蛋白质的 性，埃斯特尔所作的工作是对已知蛋白质进行 。答案：（1）蛋白质工程 （2）1 （3）稳定 少数氨基酸的替换解析：本题考查蛋白质工程的有关问题。基因中的3个碱基对决定mRNA上3个碱基，mRNA上3个碱基决定一个氨基酸。利用生物技术改造蛋白质能够提高蛋白质的稳定性。