資源簡介

選擇性必修三 第3章 基因工程的延伸——蛋白質工程
一、你從教材上找到的關鍵性語句：
（一）、蛋白質工程：
是指以蛋白質分子的結構規律及其與生物功能 的關系作為基礎，通過改造或合成基因，來改造現有蛋白質 ，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類生產和生活的需求。
1.概念理解
（1）基礎：蛋白質分子的結構規律及其與生物功能的關系。
（2）操作：　基因修飾　或基因合成。
（3）結果：　改造了　現有蛋白質或制造出　新的蛋白質　。
（4）目的：根據人們對蛋白質功能的特定需求，對　蛋白質結構　進行分子設計。
2.操作過程
從預期的蛋白質　功能　出發→設計預期的　蛋白質結構　→推測應有的　氨基酸序列　→找到并改變相對應的　脫氧核苷酸序列　（基因）或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質。
（二）、蛋白質工程崛起的緣由
1.基因工程的實質：將一種生物的_基因轉移到另一種生物體內，后者可以產生它本不能產生的蛋白質，進而表現出新的性狀 。
2.基因工程的局限性：__只能生產自然界中已存在的蛋白質____
3.蛋白質工程崛起的緣由：
（1）基因工程原則上只能生產自然界中已存在的蛋白質 。
（2）天然蛋白質是生物長期進化過程中形成的，它們的結構和功能符合特定物種生存的需要，卻不一定完全符合人類生產和生活 的需要。
（三）、蛋白質工程的基本原理
1.蛋白質工程的目標：根據人們對蛋白質__功能__的特定需求，因此要對蛋白質的__結構_進行設計改造。
2.蛋白質工程的實質：__改造或合成基因 （定向改造現有蛋白質或制造新的蛋白質）。
3.天然蛋白質合成過程：天然蛋白質合成的過程是按照__中心法則__進行的。
基因→ 表達 →形成具有特定氨基酸序列的多肽鏈→形成具有高級結構的蛋白質→形式生物功能
4.蛋白質工程思路
蛋白質工程與天然蛋白質合成的過程_相反_，而從__預期的蛋白質功能_出發→設計_預期的蛋白質結_→推測__應有的氨基酸序列_→找到并改變_相對應的脫氧核苷酸序列_或__合成新基因_→獲得所需要的蛋白質。
（四）、蛋白質工程的應用
1. 醫藥工業方面
（1）科學家通過對胰島素基因的改造，研發出速效胰島素類似物產品。
（2）
　體外很難保存，但在體外－70 ℃下可以保存半年
（3）人－鼠嵌合抗體：降低免疫反應強度。
2. 其他工業方面
利用蛋白質工程獲得枯草桿菌蛋白酶的突變體，篩選出符合工業化生產需求的突變體，提高該酶的使用價值。
農業方面
①科學家嘗試改造某些參與調控光合作用的，以提高植物光合作用的效率，增加糧食的產量。
②科學家利用蛋白質工程的思路設計優良微生物農藥，通過改造微生物蛋白質的結構，增強微生物防治病蟲害的效果。
4.其他
（1）改進酶的性能 或開發新的工業用酶。
（2）改造某些參與調控光合作用的酶，以提高植物光合作用的 速率 ，增加糧食的產量 。
（3）改造微生物蛋白質的結構，使它 防治病蟲害 的效果增強。
5.蛋白質工程現狀
蛋白質工程是一項難度很大的工程；主要原因是蛋白質發揮功能必須依賴于正確的高級結構，而這種高級結構往往十分復雜。
二、判斷訓練：
蛋白質工程能生產出自然界中不曾存在過的新型蛋白質分子(　　)
對蛋白質的改造是通過直接改造相應的mRNA來實現的(　　)
蛋白質工程的流程和天然蛋白質合成的過程是相同的(　　)
蛋白質工程的目的是改造或合成人類需要的蛋白質( )
蛋白質工程是在分子水平上對蛋白質分子直接進行操作，定向改變分子的結構( )
蛋白質工程是在基因工程的基礎上產生的( )
實施蛋白質工程的前提條件是了解蛋白質結構和功能的關系。(　　)
蛋白質工程是通過改造或合成基因來實現對蛋白質的改造。(　　)
由某多肽鏈中的氨基酸排列順序推出的基因的堿基順序是唯一的。(　　)
將小鼠抗體上結合抗原的區域“嫁接”到人的抗體上，這種改造會降低免疫反應的強度。(　　)
三、邊練邊講
練習1：蛋白質工程
1．下列有關蛋白質工程的敘述，錯誤的是(　　)
A．蛋白質工程是在分子水平上通過改造或合成基因來完成的
B．蛋白質工程是在基因工程的基礎上延伸出來的第二代基因工程
C．蛋白質工程的思路是從預期蛋白質結構開始，進行氨基酸的增減或替換
D．蛋白質工程的最終目的是改造現有蛋白質或制造新的蛋白質，以滿足人類的需求
2．目前科學家們通過蛋白質工程制造出了藍色熒光蛋白、黃色熒光蛋白等。采用蛋白質工程技術制造出藍色熒光蛋白的正確順序是(　　)
①推測藍色熒光蛋白的氨基酸序列和基因的核苷酸序列
②藍色熒光蛋白的功能分析和結構設計
③藍色熒光蛋白基因的合成
④表達出藍色熒光蛋白
A．①②③④　　　　B．②①③④ C．②③①④ D．④②①③
3．下圖為蛋白質工程操作的基本思路，請據圖回答下列問題：
(1)代表蛋白質工程操作思路的過程是________，代表中心法則內容的過程是________。(填序號)
(2)寫出圖中序號代表的生物學過程的名稱或內容：①________；②________；③________；④________；⑤______________。
(3)從圖中可以看出蛋白質工程的基本途徑與中心法則________。
(4)蛋白質的功能是由其結構決定的，直接決定蛋白質多樣性的因素有_____________________________________。從根本上說，蛋白質的結構是由_____________決定的。
(5)根據蛋白質的氨基酸序列推測的mRNA中的堿基序列是否唯一？________。為什么？____________________________。
(6)將氨基酸合成多肽鏈的場所是________。
(7)蛋白質工程中，最終必須通過____________基因來完成。
4．從某海洋動物中獲得一基因，其表達產物為一種抗菌性和溶血性均較強的多肽P1。目前在P1的基礎上研發抗菌性強但溶血性弱的多肽藥物，首先要做的是(　　)
A．合成編碼目的肽的DNA片段 B．構建含目的肽DNA片段的表達載體
C．依據P1氨基酸序列設計多條模擬肽 D．篩選出具有優良活性的模擬肽作為目的肽
5．已知生物體內有一種蛋白質(P)，該蛋白質是一種轉運蛋白，由305個氨基酸組成。如果將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸，240位的谷氨酸變成苯丙氨酸，改變后的蛋白質(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列問題：
(1)從上述資料可知，若要改變蛋白質的功能，可以考慮對蛋白質的______________進行改造。
(2)以P基因序列為基礎，獲得P1基因的途徑有改造________基因或合成________基因，所獲得的基因表達時是遵循中心法則的，中心法則的全部內容包括__________的復制，以及遺傳信息在不同分子之間的流動，即____________________________________________。
(3)蛋白質工程也被稱為第二代基因工程，其基本途徑是從預期蛋白質功能出發，通過________________和________________，進而確定相對應的脫氧核苷酸序列，據此獲得基因，再經表達、純化獲得蛋白質，之后還需要對蛋白質的生物________進行鑒定。
講解1：蛋白質工程
1．天然蛋白質的不足
天然蛋白質的結構和功能符合特定物種生存的需要，卻不一定完全符合人類生產和生活的需要。
2．對蛋白質工程內容的理解
(1)原理：中心法則的逆推。
(2)操作對象：基因，即通過對基因的操作來實現對蛋白質的設計改造。因為對基因改造或合成比對蛋白質的設計改造要容易，且基因可以遺傳給后代。
(3)基本途徑：從預期的蛋白質功能出發→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到并改變相對應的脫氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質。
(4)改造方式：根據改造蛋白質的部位的多少，對蛋白質的改造方式有：
“大改”：制造出自然界中不存在的全新蛋白質。
“中改”：在蛋白質分子中替換某一個肽段或一個特定的結構域。
“小改”：改造蛋白質分子中的幾個氨基酸殘基。
3．鼠和人的抗體嫁接
(1)如圖表示抗體的結構，V區能特異性識別抗原。
(2)從人體中獲取編碼抗體C區序列的基因，然后從雜交瘤細胞中提取編碼小鼠單克隆抗體V區序列的基因，對兩種基因進行改造、拼接，利用載體將重組基因導入骨髓瘤細胞，并進行培養，獲取人鼠嵌合抗體，可降低抗體誘發免疫反應的強度。
4．蛋白質工程和基因工程的區別與聯系
項目 蛋白質工程 基因工程
區別 過程 預期蛋白質功能→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到并改變相對應的脫氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質 目的基因的篩選與獲取→構建基因表達載體→將目的基因導入受體細胞→目的基因的檢測與鑒定
目的 定向改造或生產人類所需要的蛋白質 定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需要的生物類型或生物產品
結果 生產自然界沒有的蛋白質 生產自然界中已有的蛋白質
聯系 蛋白質工程是在基因工程的基礎上，延伸出來的第二代基因工程，因為對現有蛋白質的改造或生產新的蛋白質，必須通過改造或合成基因實現

展開更多......

收起↑