1、理解教材新知把握命题热点应用落实体验课下综合检测 课堂回扣练习 命题点一 知识点一 14 蛋白质工程的崛起 专题1 知识点二 命题点二 14蛋白质工程的崛起1基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。2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。3蛋白质工程并不是直接改造蛋白质分子的结构，而是通过基因操作来实现对天然蛋白质的改造。4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应的脱氧核苷酸序列。5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，或制
2、造种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需要。6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。蛋白质工程崛起的缘由和基本原理1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，后者可以产生它本不能产生的_，进而表现出_。基因蛋白质新的性状(2)缘由：基因工程在原则上只能生产自然界_的蛋白质。天然蛋白质的_符合特定_的需要，却不一定完全符合_的需要。(3)实例：延长干扰素保存时间：干扰素半胱氨酸 改造 干扰素 体外很难保存 体外可以保存半年已存在结构和功能物种生存人类生产和生活丝氨酸提高玉米赖氨酸含量：天冬氨酸激酶352位的_ 改造 天冬氨酸激酶352位的
3、异亮氨酸二氢吡啶二羧酸合成酶104位的_ 改造 二氢吡啶二羧酸合成酶104位的异亮氨酸结果：改造后玉米叶片和种子中的游离赖氨酸分别提高5倍和2倍。苏氨酸天冬酰氨2蛋白质工程的基本原理概念基础蛋白质分子的_及其与_的关系手段通过_或_，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质目的获得_的蛋白质原理由预期的蛋白质找到相对应的_流程预期蛋白质功能 设计预期的_推测应有的_找到相对应的_结构规律生物功能基因修饰基因合成满足人类生产和生活需求脱氧核苷酸序列(基因)蛋白质结构氨基酸序列脱氧核苷酸序列(基因)1对天然蛋白质进行改造，是通过直接对蛋白质分子进行操作来实现的吗？提示：不是，由于基因决定蛋白质，
4、因此要对蛋白质的结构进行设计改造，最终必须通过基因改造来完成。2蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？提示：基因工程是按照中心法则进行的：基因表达(转录和翻译)形成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，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。蛋白质工程却与之相反：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出相对应的脱氧核苷酸序列(基因)，可以创造出自然界不存在的蛋白质。3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？提示：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。1蛋白质
5、工程的操作步骤(1)从生物体中分离纯化目的蛋白。(2)测定其氨基酸序列。(3)借助核磁共振和X射线晶体衍射等手段，尽可能地了解蛋白质的二维重组和三维晶体结构。(4)设计各种处理条件，了解蛋白质的结构变化，包括折叠与去折叠等对其活性与功能的影响。(5)设计编码该蛋白质的基因改造方案，如定点突变。(6)分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。特别提醒 蛋白质工程并不是直接改造蛋白质，而是通过对基因操作来实现对天然蛋白质的改造，主要原因如下：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，被改造的蛋白质还是无法遗传的。对基因
6、进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小得多。2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操作对象基因基因操作水平DNA分子水平DNA分子水平基本过程目的基因的获取基因表达载体的构建将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定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蛋白质应有的氨基酸序列应有的碱基序列合成DNA表达出蛋白质比较项目基因工程蛋白质工程实质定向改造生物的遗传特性，以获得人类需要的生物类型或生物产品定向改造或生产人类所需的蛋白质结果生产人类需要的基因产物(自然界已有的蛋白质)可以创造出自然界不存在的新蛋白质联系蛋白质工程是以基因工程为基础的特别提醒 蛋
7、白质工程与基因工程的关系蛋白质工程就是通过基因重组技术改变或设计合成具有特定生物功能的蛋白质，基因工程技术是蛋白质工程技术的基础，因此蛋白质工程也叫第二代基因工程。蛋白质工程在改造基因时需要与基因工程有关的工具酶，需要构建基因表达载体。改造后的基因需要表达出相应的蛋白质，同样需将改造或合成的基因导入受体细胞。蛋白质工程的进展和前景1进展(1)科学家通过对_的改造，已使其成为速效型药品。(2)生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面，用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有_的特点。2前景蛋白质工程前景是诱人的，但难度却很大，尤其是目前科学家对大多数_的了解还很不够。胰岛素体积小、耗电
8、少和效率高蛋白质的高级结构查阅资料了解人类肝脏蛋白质组计划，思考该计划的科学目标是什么？提示：解释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。例1 关于蛋白质工程的说法，正确的是()A蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作B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C对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的D蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是相同的考查对基因工程基本原理的理解精讲精析 所谓蛋白质工程，应是利用基因工程手段，包括基因的定点突变和基因表达对蛋白质进行改造，以期获得性质和功能更加完善的蛋白质分子。蛋白质工程能产
9、生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子。答案 B(1)基因工程中目的基因一般是自然存在的基因，而蛋白质工程中的目的基因不是天然存在的。(2)只能生产出自然界中已存在的蛋白质种类是基因工程的“缺点”，能够生产出自然界中不存在的蛋白质种类则是蛋白质工程的“优点”。例2 下列关于基因工程和蛋白质工程的说法正确的是()A蛋白质工程和基因工程的目的都是获得人类需要的蛋白质，所以二者没有区别B基因工程是蛋白质工程的关键技术C通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍然是天然的蛋白质D利用蛋白质工程可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素综合考查基因工程和蛋白质工程的应用精讲精析 蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的
10、特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。其中，基因工程是关键技术，是蛋白质工程的基础，因为对蛋白质结构的改造是通过改造基因来实现的，所以蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质，改造后的蛋白质不再是天然的蛋白质。利用大肠杆菌生产人胰岛素属于基因工程。答案 B基因工程和蛋白质工程的判断方法(1)对基因的操作方法：如果仅将基因用限制酶从DNA片段中切割下来，没有经过对编码蛋白序列进行修饰、加工，或仅对其调控序列进行加工，则属于基因工程；如果将目的基因经过了一些实质性的改造，如对编码蛋白序列进行了碱基替换或增添或去除了某几个碱基，则属于蛋白质工程。(2)目的基因的合成方式：基因工程和蛋白质工程中都可以通过反
11、转录合成目的基因，或根据蛋白质的氨基酸序列先合成mRNA，再合成基因。如果合成时mRNA或氨基酸序列没有经过改造，则为基因工程技术；如果mRNA或氨基酸序列经过了改造，或mRNA或氨基酸序列是根据蛋白质预期的功能人工设计的，则为蛋白质工程技术。(3)合成的蛋白质种类：如果合成的蛋白质是天然蛋白质，则是基因工程；如果合成的蛋白质和天然蛋白质有差异，甚至是自然界中所没有的，则为蛋白质工程。下列关于蛋白质工程和基因工程的比较，不合理的是()A基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质，而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造，从而制造一种新的蛋白质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
12、最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成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析：利用蛋白质工程生产蛋白质产品应通过改造相应基因后，再经基因表达大量产生。答案：C 课堂回扣练习1蛋白质工程的基本操作程序正确的是()蛋白质分子结构合成 DNA合成 mRNA合成蛋白质的预期功能 根据氨基酸的序列推出脱氧核苷酸的序列A BCD解析：蛋白质工程的操作流程为：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相对应的脱氧核苷酸序列。答案：C 2增加玉米细胞中赖氨酸含量最有效
13、的途径是()A将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米细胞B切除玉米细胞中天冬氨酸激酶基因和二氢吡啶二羧酸合成酶基因的个别碱基C更换天冬氨酸激酶基因和二氢吡啶二羧酸合成酶基因的个别碱基D将根瘤菌的固氮基因导入玉米细胞解析：玉米中赖氨酸的含量比较低，原因是赖氨酸合成过程中的两个关键酶天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性受细胞内赖氨酸浓度的影响较大，当赖氨酸浓度达到一定量时，就会抑制这两个酶的活性。通过更换控制合成这两种酶基因的个别碱基，可大大提高玉米叶片和种子中的游离赖氨酸的含量。答案：C 3(广东高考)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
14、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：该基因的表达产物多肽P1的抗菌性和溶血性均很强，要研发出抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先应根据P1的氨基酸序列设计模拟肽，再构建相应的DNA片段。答案：C 4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，蛋白质工程不需对基因进行操作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自然界不存在的蛋白质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
15、全不同于蛋白质工程解析：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上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，或者获取所需的产品，基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。答案：B 5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，要经过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。下图是用蛋白质工程设计的速效胰岛素的生产过程，请
16、据图回答有关问题：(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合成的基本思路是什么？解析：(1)蛋白质工程首先要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。因此，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是胰岛素的预期功能。(2)合成的目的基因应与载体结合，构成基因表达载体后导入受体细胞中才能表达。(3)利用蛋白质工程生产速效胰岛素，需合成新的胰岛素基因，改造好的目的基因需要通过基因工程来生产基因产物，并且在生产中要借助工程菌，所以还要用到发酵工程。因此，此过程涉及蛋白质工程、基因工程、发酵工程。(4)由新的胰岛素模型到构建新的胰岛素基因，其基本思路是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合成仪来合成出新的胰岛素基因。答案：(1)胰岛素的预期功能(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合成仪合成出新的胰岛素基因。课下综合检测见课时跟踪检测(四)