1、成才之路 生物路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 选修3 专题一 基因工程成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3基因工程 专题一 专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3第四节 蛋白质工程的崛起专题一 专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3目 标 定 位 1预 习 导 学 2要 点 精 析 3思 维 升 华 4知 识 构 建 5课 时 作 业 7应 用 探 究 6专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3目 标 定 位专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修31举例说出蛋白质工
2、程崛起的缘由。2理解蛋白质工程的原理。(重点)3了解蛋白质工程的应用。专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3预 习 导 学专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3一、蛋白质工程崛起的缘由1基因工程的实质：将一种生物的_转移到另一种生物体内，后者产生它本不能产生的_，进而表现出新性状。2蛋白质工程的目的：生产符合人们生活需要的并非自然界已存在的_。基因蛋白质蛋白质专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3二、蛋白质工程的基本原理1目标：根据人们对_功能的特定需求，对_进行分子设计。2原理：_。3过程：预期蛋白质功能设计
3、_推测应有氨基酸序列找到对应的_序列(基因)。4蛋白质工程是指以_的关系作为基础，通过_，对现有蛋白质进行改造，或者制造一种_，以满足人类的生产和生活需求。蛋白质蛋白质结构基因改造预期的蛋白质结构脱氧核苷酸蛋白质分子的结构规律及其生物功能基因修饰或基因合成新的蛋白质专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3三、蛋白质工程的进展和前景1例如：科学家通过对_的改造，已使其成为速效型药品；用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有_、_和_的特点，因此有极为广阔的发展前景。2蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多，主要因为蛋白质发挥功能必须依赖于_，而这种_十分复杂，而
4、目前科学家对大多数蛋白质的_了解还不够。胰岛素体积小耗电少效率高正确的高级结构高级结构高级结构专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3四、DNA 的粗提取和鉴定1DNA 提取过程中材料一般选择_的生物组织，如猪肝、鸡血等。动物细胞破碎比较容易，一般注入_，同时用玻璃棒搅拌。若是植物细胞，则先用21 _瓦解细胞膜，加入后动作要轻缓、柔和，是因为防止22 _，不利于后续步骤的操作。DNA含量相对较高一定量的蒸馏水洗涤剂产生大量的泡沫专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修32 DNA最 后 析 出 时，一 般 是 加 入 与 23_溶液，静置23m
5、in，得到24 _色丝状物便是 DNA。其中加入酒精和玻璃棒搅拌时，动作要轻缓，以免25 _，导致 DNA 分子不能形成絮状沉淀。滤液体积相等的、冷却的体积分数为95%的酒精白加剧DNA分子的断裂专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3思维激活1蛋白质工程操作程度的基本思路与基因工程是否相同？为什么？2假如某科学家设计出某种蛋白质的空间结构，你能否设计出利用大肠杆菌生产该蛋白质的流程？专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3答案 1不同。基因工程是按照人们的愿望，把一种生物的基因导入另一种生物体内，并使其表达，从而创造出符合人们需要的新的生物
6、类型和生物产品。蛋白质工程是按照以下思路进行的：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)。2蛋白质的空间结构氨基酸序列合成目的基因构建基因表达载体导入大肠杆菌产生相应蛋白质。专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3要 点 精 析专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3一、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
7、，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。专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3知识贴士：对于本概念应从以下几个方面理解：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。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。蛋白质工程的产物：产生新的蛋白质。专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3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专题一 第四节成才之路 高
8、中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3解析 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的，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，还可以根据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。答案 A专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3下列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
9、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子直接进行操作，定向改变分子的结构C蛋白质工程能产生自然界不存在的新型蛋白质分子D蛋白质工程与基因工程密不可分，又称为第二代基因工程答案 B专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3解析 蛋白质工程是通过对基因进行修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，制造新的蛋白质，它并不是对蛋白质分子直接进行操作。专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3二、蛋白质工程的基本原理中心法则告诉我们遗传信息的流动方向如下：蛋白质具有复杂的空间结构，不同种类的蛋白质具有不同的结构和功能。专题一
10、第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3蛋白质结构的多样性是由构成蛋白质的氨基酸种类、数目、排列顺序和空间结构来决定的，而其结构多样性的根本原因则是由于控制蛋白质合成的基因的多样性。既然蛋白质的功能是由DNA决定的，那么制造出新的蛋白质，就要改造DNA。所以蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。它的基本途径是：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)专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3结合课本中插图，可以较明确地说明这一点。专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3知
11、识贴士：实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质的结构和功能之间的关系。对蛋白质的改造可分为三类：第一类为“大改”，即制造出自然界中不存在的全新蛋白质。第二类为“中改”，即在蛋白质分子中替代一个肽段或一个特定的结构域。第三类为“小改”，即改造蛋白质分子中的几个氨基酸残基。专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3(2015郑州检测)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
12、具有优良活性的模拟肽作为目的肽专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3解析 如果对多肽P1进行改造，首先根据预期功能设计多肽的分子结构，即根据P1氨基酸序列设计多条模拟肽，再根据模拟肽的氨基酸序列合成编码模拟肽的DNA片段，从而构建含目的肽DNA片段的表达载体，最后从表达产生的模拟肽中筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽。答案 C专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3自然界中不存在的蛋白质的合成首先应设计()A基因结构 BmRNA结构C氨基酸序列D蛋白质结构答案 D解析 自然界中不存在的蛋白质是无法首先设计B、C项的，应先设计D项内容，再以
13、此为基础推测氨基酸序列和mRNA结构。专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3三、蛋白质工程的进展和前景1进展：胰岛素速效型药品的生产。2前景：(1)生物材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面。优点是：体积小、耗电少、效率高。(2)耐体外保存的干扰素。方法是：将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸。(3)高产赖氨酸玉米的设计。方法是：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的第104位的氨基酸由天冬酰胺变成异亮氨酸。专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3基因工程与蛋白质工程的区别是()A基因工程需对基因
14、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存在的蛋白质，蛋白质工程合成的可以是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专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3解析 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。蛋白质工程是从分子水平对蛋白质进行改造设计，通过对相应的基因进行修饰加工甚至人工进行基因合成，从而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生产和生活需求，而基因工程只是将外源基因导入另一生物体内，并使之表达，体现人类所需的性状，或者获取所需的产
15、品。因此，基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。答案 B专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3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细胞工程答案 B专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3解析 题目中的操作涉及的基因不再是原来的基因，其合成的干扰素也不是天然的干扰素，而是经过改造的，具有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。专题一 第四节成才之路 高中新课程
16、 学习指导 人教版 生物 选修3思 维 升 华专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修31蛋白质工程和基因工程的比较蛋白质工程基因工程区别操作方法基因的修饰、合成基因剪切、拼接、导入结果获得自然界没有的蛋白质所得到的蛋白质是自然界已存在的联系操作对象基因操作流程蛋白质工程获得目的基因后，需要进行基因工程的操作来获得预期蛋白质专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3规律总结：基因工程操作程序：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。蛋白质工程操作程序：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
17、折叠状态应有的氨基酸序列应有的碱基序列，可以创造自然界不存在的蛋白质。专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修32对天然蛋白质进行改造，通过对基因的操作实现，而不是直接改造蛋白质的原因(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，即便改造成功，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。专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3知 识 构 建专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3蛋白
18、质工程的崛起蛋白质工程崛起的缘由蛋白质工程的原理蛋白质工程的进展和发展前景专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3应 用 探 究专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3利用蛋白质工程改造天然蛋白质，进而改变其功能，可获得毒副作用减小、专一性、药效和稳定性都增强的理想药物。如胰岛素是治疗依赖性糖尿病的特效药物，但是天然胰岛素在人体内寿命只有几小时，重症病人每天得注射好几次药物，给病人增加了不便和痛苦。通过蛋白质工程改变胰岛素的空间结构，以延长胰岛素的半衰期，得到长效胰岛素；还可以在不改变胰岛素活性部位结构的前提下，增强其他部位结合强度，使之难以
19、被酶所破坏，从而增强其稳定性。专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3(1)若要批量生产以上提到的长效胰岛素，根据所学知识，需要用到哪些生物工程()A发酵工程B基因工程C蛋白质工程D胚胎工程(2)用蛋白质工程生产的胰岛素，与天然胰岛素比较，显著的优点是_。解析 蛋白质工程的实质是生产出自然界原本不存在的蛋白质，所以需要对原有胰岛素的基因进行改造，改造好的目的基因需要通过基因工程来生产，并且在生产过程中需要借助工程菌(如导入目的基因的大肠杆菌)来大批量生产，所以还需要发酵工程。专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3答案(1)ABC(2)具有长效性点拨 利用基因工程对细菌进行改造，形成工程菌，再通过发酵工程大量培养工程菌，从而获得细菌的代谢产物。通过蛋白质工程改变胰岛素的空间结构，以延长胰岛素的半衰期，得到长效胰岛素。专题一 第四节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 生物 选修3课 时 作 业（点此链接）