高中生物第一章基因工程第三节蛋白质工程学案苏教版选修3.doc

第三节蛋白质工程学习导航明目标、知重点难点 简述蛋白质工程的概念及基本原理。(重点) 举例说出蛋白质工程的应用和发展。 鼠人嵌合抗体。(难点) 蛋白质的定点诱变过程。(难点)一、阅读教材P3537概述蛋白质工程1概念：指通过物理化学与生物化学等技术了解蛋白质的结构与功能，并借助计算机辅助设计、基因定点诱变和重组DNA技术改造基因，以定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋白质的技术。基因工程是蛋白质工程中的关键技术，因此，蛋白质工程又被称为第二代基因工程。2基本途径：新蛋白质预期功能设计相关蛋白质结构设计对应的氨基酸序列合成相关脱氧核苷酸序列(基因)合成新的蛋白质。3根据蛋白质被改造部位的多少，可以将对蛋白质的改造分成大改、中改、小改。基因的定点诱变技术是改变蛋白质结构的核心技术之一。二、阅读P3839完成蛋白质工程的应用1蛋白质工程可通过改造酶的结构，有目的地提高酶的热稳定性，如在蛋白质分子中引入二硫键可以显著提高蛋白质的热稳定性。2科学家发明的利用鼠源杂交瘤抗体来处理癌细胞的方法，对癌细胞有一定的杀伤力，但也有导致机体高度过敏的副作用。为了解决这一问题，科学家又对该抗体进行了改造，生产出效果良好的鼠人嵌合抗体。3蛋白质工程不仅能更充分地利用自然界存在的蛋白质，而且能在分子水平上对蛋白质进行再设计和改造，进而创造出自然界中不存在的蛋白质。 判一判(1)对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的。()(2)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。()(3)蛋白质工程不能改变蛋白质的活性。()(4)利用蛋白质工程可以对胰岛素进行改造和修饰，合成速效型胰岛素制剂。() 连一连蛋白质工程的概念和原理学生用书P18结合教材P3537内容完成以下探究。 探究1完善下面的内容，理解蛋白质工程的内涵 (1)据图回答各序号代表的过程：转录、翻译、折叠、分子设计、DNA合成。(2)由图分析，蛋白质工程的最基本原理就是中心法则的逆推。(3)蛋白质工程的关键技术：基因工程。(4)蛋白质工程的前提条件：了解蛋白质的结构和功能的关系。 探究2结合教材回答下面问题，分析对蛋白质改造的方法(1)对已知空间结构的蛋白质的改造大改：制造出自然界中不存在的全新蛋白质。中改：在蛋白质分子中改变某一个多肽链片段或一个特定的结构。小改：是指通过基因工程中的定点诱变技术，有目的地改造蛋白质分子中某活性部位的一个或几个氨基酸残基。定点诱变技术项目内容条件原料脱氧核苷酸酶DNA聚合酶和DNA连接酶引物含突变顺序的DNA分子片段常用操作方法PCR等结果后代中半数为诱变的DNA分子适用范围空间结构完全清楚的蛋白质(2)对不能预先确定诱变位点的蛋白质的改造：采用非定点诱变技术。蛋白质工程与基因工程的比较蛋白质工程基因工程操作环境生物体外生物体外操作起点预期蛋白质的功能获取目的基因实质定向改造和生产人类所需要的蛋白质定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或产品操作对象基因操作程序确定蛋白质功能设计预期蛋白质结构推测氨基酸序列找到相应的脱氧核苷酸序列人工合成或修饰目的基因合成具有相应生物功能的蛋白质获取目的基因构建表达载体导入受体细胞目的基因的检测与鉴定应用主要集中在对现有蛋白质进行改进已被广泛应用，转基因植物的推广与应用已带来巨大的社会效益和经济效益结果可生产自然界中没有的蛋白质只能生产自然界中已有的蛋白质 突破1蛋白质工程的基本流程1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ABC D解析：选C。蛋白质工程的基本流程：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据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列(基因)DNA合成，最终还是回到基因工程上来解决蛋白质的合成。因此，蛋白质工程的基本流程正确的是。 突破2定点诱变技术2葡萄糖异构酶在工业上应用广泛，为提高其热稳定性，科学家在确定第138位甘氨酸为目标氨基酸后，对葡萄糖异构酶基因进行体外定点诱变，以脯氨酸138替代甘氨酸138，含突变体的重组质粒在大肠杆菌中表达，结果突变型葡萄糖异构酶比野生型的最适反应温度提高1012 ，酶的热稳定性得到了提高。请根据图示分析回答下列问题：(1)对葡萄糖异构酶进行定点诱变的过程体现了_和_两种现代生物技术的综合运用。(2)1的名称叫_；其组成包括目的基因、终止子、标记基因、复制原点和_。(3)人工合成的引物与_酶发挥生理作用有关。(4)与正常基因相比，经过定点诱变后的基因中发生了两个碱基的_，后代中能够合成目的蛋白质的细胞占总数的_。解析：(1)本题为通过对基因的结构的定点诱变实现蛋白质的改造，所以是基因工程和蛋白质工程的综合应用。(2)1由质粒和插入的正常基因组成，所以是基因表达载体。(3)引物是DNA聚合酶进行延伸的基础。(4)正常蛋白质的甘氨酸的密码子是GGU，突变蛋白的脯氨酸的密码子是CCU，说明基因发生了两个碱基的替换，形成的子代细胞中有一半合成正常蛋白质，另一半合成突变蛋白质。答案：(1)蛋白质工程基因工程(2)基因表达载体启动子 (3)DNA聚合(4)替换1/2定点诱变技术的优缺点(1)优点：诱变部位是实验者事先设计的，突变完全在人为控制条件下进行；获得所需的突变表现型比例很高；生物体没有别的基因突变，能够保留生物的特性。(2)缺点：具有局限性，即对不能预先确定诱变位点的蛋白质不能使用。 蛋白质工程的应用学生用书P19随着蛋白质工程的发展，大量新型的具有特定功能的蛋白质将在工业、农业、医药和环境保护等方面发挥重要的作用。结合教材P3839内容完成以下探究。 探究1阅读材料，分析蛋白质工程在酶的应用材料：酵母菌的丙糖磷酸异构酶上有两个天冬酰胺，在分别转变为苏氨酸和异亮氨酸后，酶的热稳定性提高了将近50%。此外，在蛋白质分子中引入二硫键也可以显著提高蛋白质的热稳定性。通过改造酶的结构，有目的地提高酶的热稳定性。如通过替换酶的某种氨基酸，或者在蛋白质分子中引入二硫键来提高蛋白质的热稳定性。 探究2观察下面鼠人嵌合抗体的过程图，分析蛋白质工程在医药领域的应用(1)改造鼠源杂交瘤抗体，生产鼠人嵌合抗体，属于蛋白质工程的范畴。(2)图示过程是根据预期的嵌合抗体功能，设计嵌合抗体的结构，最终必须对基因进行操作，此操作中改变的是碱基对。(3)经过改造的鼠人嵌合抗体，与鼠源杂交瘤抗体相比较，突出的优点是对人体的不良反应减少(从免疫角度考虑)。(4)上述过程中对科学家来说难度最大的是设计嵌合抗体的空间结构。(5)蛋白质工程在制药方面取得优异的成果，例如：鼠源杂交瘤抗体的改造：在基因水平上对抗体进行重组，生产人恒定区和鼠可变区嵌合抗体，使其对人体的不良反应减少。纤维蛋白溶解酶原激活因子的改造：通过蛋白质工程，利用基因定点诱变技术，将纤维蛋白溶解酶原激活因子分子中的天冬酰胺替换为谷氨酰胺，延长其在血液循环中的停留时间。蛋白质芯片检测SARS与基因诊断的原理有何不同？提示：蛋白质芯片检测SARS是利用抗原抗体杂交原理，而基因诊断利用了DNA分子杂交原理。蛋白质工程的应用蛋白质工程的应用原因方法效果实例提高酶的热稳定性酶肽链中的天冬酰胺和谷氨酰胺易发生脱氨反应，导致酶的结构被破坏，进而使酶丧失功能把两个天冬酰胺换成其他氨基酸热稳定性提高了将近50%酵母菌的丙糖磷酸异构酶的改造引入二硫键可以显著提高蛋白质的热稳定性生物工程制药鼠源性的单克隆抗体会被人的免疫系统排斥，不能直接用于人体在基因水平上对抗体进行重组，产生人恒定区和鼠可变区嵌合抗体对某些肿瘤细胞具有特异的识别能力和杀伤力，对人体的不良反应减少鼠人嵌合抗体生物工程制药tPA进入血浆后大部分与纤溶酶原激活剂抑制物形成复合物，并迅速失去活性将天冬酰胺替换为谷氨酰胺tPA在血液循环中的停留时间就会大大延长tPA 突破1蛋白质工程成果1下列不属于蛋白质工程成果的是()A改造酶的结构，提高酶的热稳定性B生产出鼠人嵌合抗体C将tPA分子中的天冬酰胺替换为谷氨酰胺D将人的胰岛素基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素解析：选D。将人的胰岛素基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素，属于基因工程的成果。 突破2鼠人嵌合抗体2合成鼠人嵌合抗体属于蛋白质分子设计中的()A对已知蛋白质分子结构进行少数氨基酸替换B对不同来源的蛋白质进行拼接组装C设计制造自然界中全新的蛋白质D把两种不同的蛋白质组装成一种蛋白质分子解析：选B。鼠人嵌合抗体是由鼠抗体中的可变区与人抗体中的恒定区组装拼接而成的，是将两种不同来源的蛋白质分子进行拼接后形成的嵌合抗体。由于形成的融合蛋白质具有两种蛋白质的结构，所以能表现两种蛋白质的特性。核心知识小结网络构建关键语句1.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。2.蛋白质工程能够生产出自然界不存在的蛋白质。3.对基因的改造包括了大、中、小三改。核心技术之一是基因的定点诱变技术。4.鼠人嵌合抗体是蛋白质工程的产物。随堂检测 知识点一蛋白质工程概述1下列物质不属于“小改”的产物的是()A速效胰岛素B鼠人嵌合抗体C改造后的tPAD热稳定性更高的丙糖磷酸异构酶解析：选B。速效胰岛素是改造了两个氨基酸，改造后的tPA改造了一个氨基酸，热稳定性更高的丙糖磷酸异构酶也是改造了两个氨基酸，它们都属于“小改”，而鼠人嵌合抗体改造了一个特定的结构域，属于“中改”。2蛋白质工程是新崛起的一项生物工程。如图为蛋白质工程流程，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传递和表达解析：选A。根据图示很明显看出A是由基因到信使RNA，故A表示的是转录，B是由信使RNA到氨基酸序列多肽链，故很明显这个过程指的是翻译。3蛋白质工程与基因工程相比，其突出的特点是()A基因工程原则上能生产任何蛋白质B蛋白质工程能对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质C蛋白质工程可以不通过转录和翻译来实现D蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第三代基因工程解析：选B。基因工程在原则上只能生产自然界已经存在的蛋白质，A项错误；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需求，B项正确；蛋白质工程中也存在转录和翻译，C项错误；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，D项错误。 知识点二蛋白质工程的应用4当前医学上，蛋白质工程药物正逐步取代第一代基因工程多肽蛋白质类替代治疗剂，则基因工程药物与蛋白质工程药物的区别是()A都与天然产物完全相同B都与天然产物不相同C基因工程药物与天然产物完全相同，蛋白质工程药物与天然产物不相同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。基因工程导入目的基因到受体细胞，表现出目的性状，为自然界原来存在的性状；而蛋白质工程通过基因修饰或基因合成，可以创造出自然界不存在的性状。5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。紧扣蛋白质工程的流程(基本途径)进行分析。由题可知，多肽P1为抗菌性和溶血性均较强的多肽，要设计出抗菌性强但溶血性弱的多肽，即在P1的基础上设计出自然界原本不存在的蛋白质，用蛋白质工程技术可以实现。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。故要想在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是依据P1的氨基酸序列设计出多条模拟肽，然后进行改造，从而确定抗菌性强但溶血性弱的多肽的氨基酸序列。6已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题：(1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的_进行改造。(2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰_基因或合成_基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括_的复制，以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：_。 (3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过_和_，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物_进行鉴定。解析：(1)从题中所述资料可知，将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸后，该蛋白质的功能发生了改变，此过程是通过对构成蛋白质的氨基酸的排列顺序进行改造，进而改变了蛋白质的结构，从而改变了蛋白质的功能。(2)在蛋白质工程中，目的基因可以以P基因序列为基础，对生物体内原有P基因进行修饰，也可以通过人工合成法合成新的P1基因。中心法则的内容如图所示：由图可知，中心法则的全部内容包括：DNA以自身为模板进行的复制，DNA通过转录将遗传信息传递给RNA，最后RNA通过翻译将遗传信息表达成蛋白质；在某些病毒中RNA可自我复制(如烟草花叶病毒等)，在某些病毒中能以RNA为模板逆转录合成DNA(如HIV)，这是对中心法则的补充。(3)蛋白质工程的基本途径是预期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DNA表达出蛋白质，经过该过程得到的蛋白质，需要对其生物功能进行鉴定，以保证其发挥正常作用。答案：(1)氨基酸序列(或结构)(其他合理答案也可)(2)PP1DNA和RNA(或遗传物质)DNARNA、RNADNA、RNA蛋白质(或转录、逆转录、翻译)(3)设计蛋白质的结构推测氨基酸序列功能课时作业一、选择题1下列有关蛋白质工程的叙述，不正确的是()A蛋白质工程可以合成人们所需的自然界不存在的蛋白质B可以预测具有一定氨基酸序列的蛋白质的空间结构和生物功能C根据特定的生物功能，设计蛋白质的氨基酸序列和空间结构D根据人们的需要，直接对氨基酸的分子结构进行重新设计解析：选D。蛋白质工程是通过对控制蛋白质合成的基因进行改造来实现对蛋白质的改造。2对于蛋白质的改造类型有“大改”“中改”“小改”之分，其划分依据是()A蛋白质分子的复杂程度B操作过程的复杂程度C蛋白质被改造部位的多少D蛋白质数目的多少解析：选C。根据蛋白质被改造部位的多少，分为“大改”“中改”“小改”。“大改”是设计并制造出自然界中不存在的全新蛋白质；“中改”是在蛋白质分子中替代某一个多肽链片段或一个特定结构；“小改”是改造蛋白质分子中某活性部位的一个或几个氨基酸残基。3蛋白质工程的实质是()A改造蛋白质 B改造mRNAC改造基因 D改变氨基酸解析：选C。蛋白质是基因控制合成的，改造蛋白质要从改造基因入手。4人们发现蛛丝蛋白比蚕丝蛋白更细，但强度却更大，于是有人试图通过破解蛛丝蛋白的结构从而推出其基因结构，以指导对蚕丝蛋白基因的修改，从而让蚕也吐出像蛛丝蛋白一样坚韧的丝，此过程的名称和依据的原理分别是()A基因突变：DNARNA蛋白质B基因工程：RNARNA蛋白质C基因工程：DNARNA蛋白质D蛋白质工程：蛋白质RNADNARNA蛋白质解析：选D。通过修改已知蚕丝蛋白的基因，从而创造出全新蛋白质的过程是蛋白质工程。其依据的原理是中心法则的逆推，即：蛋白质RNADNARNA蛋白质。5下列关于蛋白质工程的叙述中，不正确的是()A实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质的结构和功能的关系B基因工程是蛋白质工程的关键技术C“大改”是指对原蛋白质中的某一个多肽片段或一个特定的结构的替代D在蛋白质分子中引入二硫键可以显著提高蛋白质的热稳定性解析：选C。蛋白质工程中的“大改”是指设计并制造出自然界中不存在的全新蛋白质。6继基因工程之后蛋白质工程又迅速发展起来，下列关于蛋白质工程的说法，错误的是()A蛋白质工程中要进行基因修饰或基因合成B蛋白质工程与基因工程密不可分，又称为第二代基因工程C蛋白质工程是对蛋白质分子定向改变其分子结构，产生自然界中不存在的新型蛋白质分子D蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变其分子结构解析：选D。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。由于基因决定蛋白质，因此，要对蛋白质的结构进行改造，最终还必须通过基因来完成，要进行基因修饰或基因合成，而不是对蛋白质分子直接进行操作，定向改变其分子结构；蛋白质工程能生产自然界中不存在的新型蛋白质分子，又称为第二代基因工程。7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，只是热稳定性较差，进入人体后容易失效。现要将此酶开发成一种片剂，用于治疗消化不良，最佳方案是()A对此酶中的少数氨基酸替换，以改善其热稳定性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解析：选A。酶的热稳定性与蛋白质的分子结构有关，即与蛋白质分子结构中的少数几个氨基酸有关，可通过替换酶的某种氨基酸来提高酶的热稳定性。8下列有关蛋白质工程的叙述，不正确的是()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找到脱氧核苷酸序列的过程CT4溶菌酶中引入二硫键提高了它的热稳定性是蛋白质工程应用的体现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。蛋白质工程以蛋白质的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，因此需要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，A正确；蛋白质工程的原理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氨基酸序列找到对应的脱氧核苷酸序列(基因)，B正确；蛋白质工程可以通过改造酶的结构，有目的地提高酶的热稳定性，如在T4溶菌酶中引入二硫键提高了它的热稳定性，C正确；蛋白质工程可以定向改造蛋白质，也能创造出自然界中不存在的蛋白质，D错误。9下列关于基因定点诱变技术的说法，正确的是()A对任何蛋白质的改造都可以用基因定点诱变技术B对于已知空间结构的蛋白质的改造可以采用基因定点诱变技术C基因定点诱变技术是蛋白质工程中必须用到的技术D采用基因定点诱变技术通常可以改变蛋白质中多种氨基酸解析：选B。基因定点诱变技术是“小改”时所用的一项技术，是有目的地改造蛋白质分子中某活性部位的一个或几个氨基酸残基，是改变蛋白质结构的核心技术之一，主要应用于空间结构已知的蛋白质。对于空间结构未知的蛋白质用非定点诱变技术来进行蛋白质的改造。10下列关于蛋白质工程的进展和应用前景的叙述中，不正确的是()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。蛋白质工程实质是通过对基因结构的改造来实现对蛋白质的改造的技术，故A正确；将人的胰岛素基因导入大肠杆菌，生产的仍然是人的胰岛素，并没有产生自然界不存在的蛋白质，故B错误；蛋白质工程的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，找到相对应的核糖核苷酸序列，然后找到相对应的脱氧核糖核苷酸序列，故C正确；通过基因结构的改造生产出的自然界不存在的蛋白质产品较少，故D正确。11猪的胰岛素用于降低人体血糖浓度效果不明显，原因是猪的胰岛素分子中有一个氨基酸与人的不同。为了使猪的胰岛素用于临床治疗糖尿病，用蛋白质工程中的蛋白质分子设计的最佳方案是()A对猪的胰岛素进行一个不同氨基酸的替换B将猪的胰岛素和人的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全新的胰岛素解析：选A。因为猪的胰岛素分子中只有一个氨基酸与人的胰岛素不同，所以用蛋白质工程中的蛋白质分子设计，只需替换这一个不同的氨基酸即可。虽然根据人的胰岛素分子的结构设计一种全新的胰岛素也可以用于临床治疗，但分子设计和胰岛素的生产方面存在很多困难，所以不是最佳方案。12科学家为提高玉米中赖氨酸含量，计划将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中104位的氨基酸由天冬酰胺变成异亮氨酸，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。二、非选择题13糖尿病是近年来高发的“富贵病”，常见类型有遗传型糖尿病和型糖尿病。遗传型糖尿病的主要病因之一是胰岛受损。科研机构作出如下设计：取糖尿病患者的细胞，将人的正常胰岛素基因导入其中，然后做细胞培养，诱导产生胰岛组织，重新植入患者的胰岛，使胰岛恢复功能。型糖尿病需要注射胰岛素治疗。目前临床使用的胰岛素制剂注射后120 min后才出现高峰，与人体生理状态不符。科研人员通过一定的工程技术手段，将胰岛素B链的28号和29号氨基酸互换，获得了速效胰岛素，已通过临床试验。请回答下列相关问题：(1)对遗传型糖尿病进行基因治疗的方案中，胰岛素基因称为_，实验室中要先对该基因利用_技术进行扩增。将该基因导入正常细胞所用的方法是_。(2)对遗传型糖尿病患者进行治疗的基因工程步骤中的核心步骤是_。(3)科研人员利用蛋白质工程合成速效胰岛素，该技术的实验流程为：其中，流程A是_，流程B是_。(4)与基因工程相比，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，通过基因_或基因_，对现有蛋白质进行_，制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产生活需要。解析：(1)根据题意在进行基因治疗时，胰岛素基因是目的基因，在体外条件下可利用PCR技术对其进行扩增，在基因工程中将目的基因导入动物细胞的常用方法是显微注射法。(2)基因工程操作的核心步骤是基因表达载体的构建。(3)根据蛋白质工程的流程示意图，可知流程A是根据预期蛋白质的功能设计蛋白质的三维结构，然后推测相应的氨基酸序列，最后找到对应的脱氧核苷酸序列。(4)与基因工程相比，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，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产生活需要。答案：(1)目的基因PCR显微注射法(2)基因表达载体构建(目的基因与运载体结合)(3)预期蛋白质的功能相应的氨基酸序列(4)修饰合成改造14胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，需经较长的时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此，治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回答下列有关问题：(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)通过DNA合成形成的新基因应与_结合后转移到_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_、_和发酵工程。(4)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？解析：(1)蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质结构进行分子设计，因此，图中构建新的胰岛素模型的依据是胰岛素的预期功能，即速效胰岛素。(2)合成的目的基因应与载体结合，构建基因表达载体后导入受体细胞中才能得以表达。(3)利用蛋白质工程生产自然界原本不存在的蛋白质，需对原有胰岛素进行改造，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，人工合成新的胰岛素基因即形成目的基因，改造好的目的基因需通过基因工程来生产基因产物，并且在生产过程中要借助工程菌，所以还需要进行发酵，因此该过程涉及蛋白质工程、基因工程和发酵工程。(4)由新的蛋白质模型到构建新的基因，其基本设计思路是根据新的蛋白质中氨基酸的序列，推测出基因中的脱氧核苷酸序列，然后用DNA合成仪直接合成出新的基因。答案：(1)蛋白质的预期功能(2)载体大肠杆菌等受体细胞(3)蛋白质工程基因工程(4)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。15凝乳酶是奶酪生产中的关键性酶。研究人员运用基因工程技术，将编码该酶的基因转移到了微生物细胞中并使之表达。下图是基因工程中获得的基因和构建重组质粒过程，请回答有关问题：(1)分析上图可知，构建重组质粒(如图所示)最好选用_限制酶，理由是_。(2)工业生产过程中，最初多采用重组大肠杆菌或芽孢杆菌生产凝乳酶，将目的基因导入大肠杆菌或芽孢杆菌前所做的具体处理方法是_。现在生产凝乳酶多采用酵母菌，酵母菌作为受体细胞的优势是_。(3)研究发现，如果将该凝乳酶20位和24位氨基酸改变为半胱氨酸，其催化能力将提高2倍。科学家可以生产上述高效凝乳酶的现代生物工程技术是_，该生物工程技术的原理是_，实质是_。(4)基因工程的最后一步中，目的基因能否在生物体内稳定遗传的关键是_，检测目的基因是否转录出了mRNA 所用的探针是用_(填“DNA”“RNA”或“蛋白质”)制作的。答案：(1)BamH和Pst防止目的基因与载体反向连接(2)用钙离子处理细胞，使之转化为感受态细胞含有的内质网和高尔基体可对蛋白质进行加工和修饰(3)蛋白质工程中心法则的逆推改造基因(4)检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因DNA16地中海贫血症属于常染色体遗传病，一对夫妇生有一位重型地中海贫血症患儿，分析发现，患儿血红蛋白链第39位氨基酸的编码序列发生了突变(CT)。用PCR扩增包含该位点的一段DNA片段1，突变序列的扩增片段可用一种限制酶酶切为大小不同的两个片段m和s；但正常序列的扩增片段不能被该酶酶切，如图甲。目前患儿母亲再次怀孕，并接受了产前基因诊断。家庭成员及胎儿的PCR扩增产物酶切电泳带型示意图见图乙(终止密码子为UAA、UAG、UGA)。(1)在获得单链模板的方式上，PCR扩增与体内DNA复制不同，前者通过_解开双链，后者通过_解开双链。(2)据图分析，胎儿的基因型是_(基因用A、a表示)。患儿患病可能的原因是_的原始生殖细胞通过_过程产生配子时，发生了基因突变；从基因表达水平分析，其患病是由于_。(3)研究者在另一种贫血症的一位患者链基因中检测到一个新的突变位点，该突变导致链第102位的天冬酰胺替换为苏氨酸。如果_，但_，则为证明该突变位点就是这种贫血症的致病位点提供了一个有力证据。解析：(1)PCR过程中通过加热升高温度(95 )打开双链，即通过高温解开双链，DNA在细胞内复制通过解旋酶解开双链。(2)由以上分析可知患儿的基因型是aa，一个a来自父亲，另一个来自母亲，而母亲的基因型是AA，所以患儿发病的可能原因是母亲的卵原细胞在减数分裂时发生了基因突变。由图中信息可知：模板链的GTC突变为ATC后，转录的mRNA上的密码子由CAG变为UAG(终止密码子)，使翻译提前终止，从而使合成的血红蛋白异常。(3)研究者在另一种贫血症的一位患者链基因中检测到一个新的突变位点，该突变导致链第102位的天冬酰胺替换为苏氨酸，如果除了第102位氨基酸外，其他氨基酸都正常，但患者表现为贫血症，唯一原因就是链第102位的天冬酰胺替换为苏氨酸所致，可以证明该突变位点就是这种贫血症的致病位点(该题属于开放性答案，只要答案可以解释该问题就可以)。答案：(1)高温解旋酶(2)Aa母亲减数分裂突变后终止密码子提前出现，翻译提前终止形成异常蛋白(3)在无亲缘关系的这种贫血症患者中检测到该突变位点正常人未检测到该突变位点的纯合子