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1、1.41.4蛋白质工程的崛起蛋白质工程的崛起活动活动1:阅读阅读P26.回答回答:为什么要进行蛋白质工程为什么要进行蛋白质工程?一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由1 1、基因工程的应用、基因工程的应用（1 1）基因工程的实质：）基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使后者将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使后者产生本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。产生本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。（2 2）基因工程的不足：）基因工程的不足
2、：天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。完全符合人类生产和生活的需要。2 2、天然蛋白质的不足、天然蛋白质的不足3 3、蛋白质工程的目的、蛋白质工程的目的生产符合人类生产和生活的需要的蛋白质。生产符合人类生产和生活的需要的蛋白质。体外很难保存 体外70 下可以保存半年(2)实例丝氨酸答案提高玉米赖氨酸含量(改造后玉米叶片和种子中游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍)苏氨酸天冬酰胺1.基因工程的优势与不足分别是什么？答答案案(1)优势
3、：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新性状。这是基因工程的实质。(2)不足：原则上基因工程只能生产自然界中已存在的蛋白质。答案合作探究合作探究2.蛋白质工程的实例：(1)经改造的干扰素基因合成的干扰素和原来的相比，在结构和功能上有什么改变？答答案案经改造的干扰素，其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，结果大大提高该干扰素在体外储存的稳定性。(2)可以通过哪些途径提高玉米中的赖氨酸含量？答答案案可以将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米，可以改变赖氨酸合成途径中关键酶的活性。答案(3)为什么改变一个氨基酸就可以改变蛋白质的稳定性甚至某种蛋白质的活性？答答
4、案案蛋白质的结构是由其氨基酸组成决定的，个别氨基酸的改变就会导致其结构的改变，从而影响到其性质和功能。答案二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理 根据人们对蛋白质功能的特定需求，对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蛋白质的结构进行分子设计。1 1、目标：、目标：2 2、原理：、原理：改造或制造新的蛋白质，满足人类的改造或制造新的蛋白质，满足人类的生产或生活的需要生产或生活的需要思考：思考：对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子对天然蛋白质进行改造，你认为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？进行操作，还是通过对基因的操作来实现？应
5、该应该从对基因的操作来实现从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造，主对天然蛋白质改造，主要原因如下：要原因如下：（1 1）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基）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，而且因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以遗改造过的蛋白质可以遗传下去传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改。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。造过的蛋白质分子还是无法遗传的。（2 2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，容易操作，难度要小得多难度要小得多。二、蛋白
6、质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理 根据人们对蛋白质功能的特定需求，对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蛋白质的结构进行分子设计。1 1、目标：、目标：2 2、原理：、原理：改造基因改造基因（基因修饰或基因合成）（基因修饰或基因合成）逆转录逆转录转录转录DNADNARNARNA翻译翻译蛋白质蛋白质复制复制复制复制天然蛋白质的合成天然蛋白质的合成遵循中心法则遵循中心法则蛋白质工程的流程蛋白质工程的流程基因基因DNA氨基酸序列氨基酸序列多肽链多肽链蛋白质蛋白质三维结构三维结构预期功能预期功能生物功能生物功能mRNA转录转录翻译翻译折叠折叠DNA合成合成分子设计分子设计
7、蛋白质工程原理蛋白质工程原理天然蛋白质的合成途径：天然蛋白质的合成途径：基因表达（转录和翻译）形成氨基酸序列的多肽基因表达（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链形成具有高级结构的蛋白质行使生物功能预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测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酸应有的氨基酸序列找到相应的脱氧核苷酸序列酸蛋白质工程的途径：蛋白质工程的途径：.途径途径:预期的蛋白质功能预期的蛋白质功能设计预期的蛋白质结构设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列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）找
8、到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）预期预期功能功能DNADNA合成合成分子分子设计设计生物生物功能功能转录转录翻译翻译折叠折叠图图1-291-29蛋白质工程流程图蛋白质工程流程图4 4、基础：、基础：蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能蛋白质工程的概念：蛋白质工程的概念：是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关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，系作为基础，通过通过基因修饰基因修饰或或基因合成基因合成，对现有蛋白质，对现有蛋白质进行改造一种新的蛋白质进行改造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的，以满足人类的生产和生活的需求。需求。蛋白质工程是在基因工程的基础蛋白质工程
9、是在基因工程的基础上，延伸出来的上，延伸出来的第二代基因工程第二代基因工程。蛋白质工程的概念蛋白质工程的概念基础基础:蛋白质工程的实质：蛋白质工程的实质：途径途径:目标目标:蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能基因修饰或基因合成基因修饰或基因合成改造或制造新的蛋白质，满足人类的改造或制造新的蛋白质，满足人类的生产或生活的需要生产或生活的需要是对编码蛋白质的基因进行改造是对编码蛋白质的基因进行改造比较基因工程和蛋白质工程比较基因工程和蛋白质工程基因工程基因工程蛋白质工程蛋白质工程相同点相同点都要改造基因，都属于分子水平都要改造基因，都属于分子水平产生新的产生新的基因型，无新基因基因型，无新基因基
10、因（型）基因（型）产生的蛋白质产生的蛋白质原有的原有的新的新的联系联系蛋白质工程以基因工程为基础，蛋白质工程以基因工程为基础，是基因工程的应用和延伸是基因工程的应用和延伸1.蛋白质工程为什么需直接改造基因，而不直接改造蛋白质？答答案案(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，被改造的蛋白质也是无法遗传的。(2)对基因进行改造比对蛋白质直接改造更容易操作，难度要小得多。2.基因工程和蛋白质工程是否都遵循中心法则？为什么？答答案案都遵循中心法则。基因工程指导合成天然蛋白质的过程是遵循中心法则的；蛋白质工程操作时，
11、经改造的基因表达所需要的蛋白质仍需遵循中心法则。答案合作探究合作探究3.蛋白质工程和基因工程的操作对象以及得到的蛋白质相同吗？分别体现在哪些方面？答答案案不同。(1)操作对象不同：蛋白质工程的操作对象是天然基因改造后的基因；基因工程的操作对象是天然基因。(2)得到的蛋白质不同：蛋白质工程可以得到自然界没有的新的蛋白质；基因工程得到的是自然界原有的蛋白质。4.科学家对胰岛素进行改造是否要获得相应的目的基因？如何获得？答答案案要获得。应该以现有的胰岛素结构为基础，设计满足新功能需要的新结构，推测出相关的氨基酸序列，然后根据密码子找出相应的DNA序列，再进行人工合成得到目的基因。答案五、蛋白质工程的
12、进展和前景五、蛋白质工程的进展和前景1.1.进展进展胰岛素速效型药品胰岛素速效型药品 2.2.前景前景制作电子元件制作电子元件3.3.现状现状蛋白质工程目前成功的例子不多蛋白质工程目前成功的例子不多,原因是对蛋白质的高级原因是对蛋白质的高级结构了解不够。要设计出更加符合人类需求的蛋白质还需结构了解不够。要设计出更加符合人类需求的蛋白质还需经过艰辛的探索。经过艰辛的探索。应用于微电子方面应用于微电子方面具有具有 、耗电少和、耗电少和 的特点的特点体积小体积小效率高效率高活学活用1.判断正误(1)基因工程能生产自然界中不存在的蛋白质()(2)蛋白质工程的主要目的是对现有蛋白质进行改造或生产新的蛋白
13、质，以满足人类生产和生活的需要()(3)蛋白质工程可以直接改造蛋白质，也可以制造出新的蛋白质()(4)为延长干扰素保存时间，需要替换氨基酸；为提高玉米中赖氨酸含量，需要在蛋白质中加入赖氨酸()答案讨论：讨论：1 1、怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？、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。请把相应的碱基序列写出来。讨论：讨论：某多肽链的一段氨基酸序列是：某多肽链的一段氨基酸序列是：-丙氨酸丙氨酸-色氨酸色氨酸-赖氨酸赖氨酸-甲硫氨酸甲硫氨酸-苯丙氨酸苯丙氨酸-丙氨酸：丙氨酸：GCUGCU、GCCGCC、GCAGCA、GCG GCG 色氨酸：色氨酸：UGG UG
14、G 赖氨酸：赖氨酸：AAAAAA、AAG AAG 甲硫氨酸：甲硫氨酸：AUG AUG 苯丙氨酸：苯丙氨酸：UUUUUU、UUC UUC GCUGCU（或（或C C或或A A或或G G）UGGAAAUGGAAA（或（或G G）AUGUUUAUGUUU（或（或C C）mRNAmRNA序列序列 脱氧核苷酸脱氧核苷酸序列序列GCT(GCT(或或C C或或A A或或G)TGGAAA(G)TGGAAA(或或G)ATGTTT(G)ATGTTT(或或C)C)CGA(CGA(或或G G或或T T或或C)ACCTTTC)ACCTTT（或（或C)TACAAA(C)TACAAA(或或G)G)2.2.确定目的基因的碱基
15、序列后，怎样才能合成或改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（造目的基因（DNADNA）？）？确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类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，通过的需要改造它，通过人工合成的方法人工合成的方法或可以通过基因的或可以通过基因的定点诱变定点诱变技术来改变后从基因文库中获取。技术来改变后从基因文库中获取。2.2.基因工程基因工程是遵循中心法则，是遵循中心法则，从从DNAmRNADNAmRNA蛋白质蛋白质折叠产生功能折叠产生功能，基本，基本上是上是生产生产出出自然界已有的蛋白质自然界已有的蛋白质。蛋白质工程是按照以下思路进行的：蛋白质工程是
16、按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能确定蛋白质的功能蛋白质应有的高级结构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具备的折叠状态应有的氨基酸序列应有的氨基酸序列应应有的碱基排列有的碱基排列，可以可以创造自然界不存在的蛋白质创造自然界不存在的蛋白质。思考与探究思考与探究 3.3.酶工程酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助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。境保护等方面的一门科学技术。概括地说，酶工程是由概括地说，酶工程是由酶制剂的生产和应用酶制剂的生产和应用两两方面组
17、成的。酶工程的应用主要集中于方面组成的。酶工程的应用主要集中于食品工业、食品工业、轻工业以及医药工业轻工业以及医药工业中。中。通常所说的通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂酶工程是用工程菌生产酶制剂，而没，而没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构，然后由酶的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，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
18、展，其成果也会应用到酶当然，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。工程中，使酶工程成为蛋白质工程的一部分。1 1 关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法不正关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法不正确的是（确的是（）A A是生物在长期进化过程中形成的是生物在长期进化过程中形成的B B它们的结构和功能符合特定物种生存的需要它们的结构和功能符合特定物种生存的需要C C构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有2020种种D D一定完全符合人类生产和生活的需要一定完全符合人类生产和生活的需要练习练习D D2 2蛋白质工程中蛋白质工程
19、中直接直接需要进行操作的对象是需要进行操作的对象是 氨基酸结构氨基酸结构 B B蛋白质空间结构蛋白质空间结构 C C肽链结构肽链结构 D D基因结构基因结构 3 3下列关于蛋白质工程的说法下列关于蛋白质工程的说法错误错误的是（）的是（）A A蛋蛋白白质质工工程程能能定定向向改改造造蛋蛋白白质质分分子子的的结结构构，使使之之更更加加符符合合人人类的需要类的需要B B蛋蛋白白质质工工程程是是在在分分子子水水平平上上对对蛋蛋白白质质分分子子直直接接进进行行操操作作，定定向改变分子的结构向改变分子的结构C 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蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型
20、蛋白质分子D 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4 4、以下关于蛋白质工程的说法正确的是（）、以下关于蛋白质工程的说法正确的是（）A A、蛋白质工程以基因工程为基础、蛋白质工程以基因工程为基础B B、蛋白质工程就是酶工程的延伸、蛋白质工程就是酶工程的延伸C C、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造D D、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质 5 5、蛋白质工程的基本流程正确的是（）、蛋白质工程的基本流程正确的是（）蛋蛋白白质质分分子子结结构构设设计计DNA
21、DNA合合成成预预期期蛋蛋白白质质功功能能根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列A A B B C C D D6 6、蛋蛋白白质质工工程程是是在在基基因因工工程程基基础础上上，延延伸伸出出来来的的第第二二代基因工程，其结果产生的蛋白质是（）代基因工程，其结果产生的蛋白质是（）A A氨基酸种类增多氨基酸种类增多 B B氨基酸种类减少氨基酸种类减少C C仍为天然存在蛋白质仍为天然存在蛋白质 D D可合成天然不存在蛋白质可合成天然不存在蛋白质7、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法不正确、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法不正确的是（的是（）A科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效药科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效药品品B生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用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于微电子方面C蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被大力推蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被大力推广应用广应用D蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多例子不多C