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一、蛋白质工程和基因工程的区别与联系
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，按人类的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。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、更有效地为人类服务。蛋白质工程与基因工程的区别和联系如下表所示：
二、蛋白质工程是在基因水平上对蛋白质进行改造
在基因水平上对蛋白质的改造包括以下方法：
1．通过改变蛋白质肽链中的个别氨基酸或一段氨基酸序列可以实现对蛋白质的改造。
2．改变蛋白质肽链中的个别氨基酸时，通常采用定点诱变技术，从而获得人类所需要的目的蛋白质（如下图示）。
例 干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染和癌症，但体外保存相当困难，如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可在70℃保存半年，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 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需要。
（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。
（4）对天然蛋白质进行改造，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： 。
解析 本题综合了蛋白质工程与基因工程的异同，并考查了蛋白质工程的原理及在生产实践中的应用。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。基因工程遵循中心法则，从DNA→mRNA→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→创造出自然界不存在的蛋白质。
答案 （1）预期蛋白质的功能 蛋白质三维结构 应有的氨基酸序列 相应的脱氧核苷酸序列（基因）
（2）自然界已存在的 人类生产和生活的 基因修饰 基因合成改造
（3）空间（或高级）
（4）应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造 首先，任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因也就是对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以通过改造过的基因遗传下去。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也无法遗传；其次，对基因进行改造比对蛋白质直接进行改造要容易操作，难度要小得多
【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．基因工程与蛋白质工程的区别是（ ）
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．基因工程可合成天然存在的蛋白质，蛋白质工程可合成天然不存在的蛋白质
C．基因工程是分子水平操作，蛋白质工程是细胞水平(或性状水平)操作
D．基因工程完全不同于蛋白质工程
3．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
4．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。下图为蛋白质工程流程图，图中A、B在遗传学上依次表示（ ）
（1）构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是 。
（2）图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么？
（3）新的胰岛素基因与运载体(质粒)结合过程中需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶。已知限制性内切酶的识别序列和切点是—G↓GATCC—。请画出质粒被限制性内切酶切割后所形成的黏性末端 。DNA连接酶对所连接的DNA两端碱基序列是否有专一性要求？ 。
（4）若将含有新的胰岛素基因的表达载体导入植物细胞中，最常用的有效做法是 。
（5）若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有 、 和发酵工程。
【参考答案】
1．D 2．B 3．A 4．A
5．（1）蛋白质的预期功能 （2）根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成新的胰岛素基因。
（3） [用酶Ⅰ切割][—G GATC C—] [—CCTAG G—][—G GATCC—][—C CATG G—]
否
（4）农杆菌转化法 （5）蛋白质工程 基因工程
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，按人类的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。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、更有效地为人类服务。蛋白质工程与基因工程的区别和联系如下表所示：
二、蛋白质工程是在基因水平上对蛋白质进行改造
在基因水平上对蛋白质的改造包括以下方法：
1．通过改变蛋白质肽链中的个别氨基酸或一段氨基酸序列可以实现对蛋白质的改造。
2．改变蛋白质肽链中的个别氨基酸时，通常采用定点诱变技术，从而获得人类所需要的目的蛋白质（如下图示）。
例 干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染和癌症，但体外保存相当困难，如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可在70℃保存半年，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 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需要。
（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。
（4）对天然蛋白质进行改造，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： 。
解析 本题综合了蛋白质工程与基因工程的异同，并考查了蛋白质工程的原理及在生产实践中的应用。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。基因工程遵循中心法则，从DNA→mRNA→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→创造出自然界不存在的蛋白质。
答案 （1）预期蛋白质的功能 蛋白质三维结构 应有的氨基酸序列 相应的脱氧核苷酸序列（基因）
（2）自然界已存在的 人类生产和生活的 基因修饰 基因合成改造
（3）空间（或高级）
（4）应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造 首先，任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因也就是对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以通过改造过的基因遗传下去。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也无法遗传；其次，对基因进行改造比对蛋白质直接进行改造要容易操作，难度要小得多
【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．基因工程与蛋白质工程的区别是（ ）
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．基因工程可合成天然存在的蛋白质，蛋白质工程可合成天然不存在的蛋白质
C．基因工程是分子水平操作，蛋白质工程是细胞水平(或性状水平)操作
D．基因工程完全不同于蛋白质工程
3．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
4．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。下图为蛋白质工程流程图，图中A、B在遗传学上依次表示（ ）
（1）构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是 。
（2）图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么？
（3）新的胰岛素基因与运载体(质粒)结合过程中需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶。已知限制性内切酶的识别序列和切点是—G↓GATCC—。请画出质粒被限制性内切酶切割后所形成的黏性末端 。DNA连接酶对所连接的DNA两端碱基序列是否有专一性要求？ 。
（4）若将含有新的胰岛素基因的表达载体导入植物细胞中，最常用的有效做法是 。
（5）若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有 、 和发酵工程。
【参考答案】
1．D 2．B 3．A 4．A
5．（1）蛋白质的预期功能 （2）根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成新的胰岛素基因。
（3） [用酶Ⅰ切割][—G GATC C—] [—CCTAG G—][—G GATCC—][—C CATG G—]
否
（4）农杆菌转化法 （5）蛋白质工程 基因工程