1、1.3 蛋白質工程學習目標1理解蛋白質工程與基因工程的關系。2描述蛋白質工程的基本原理。3舉例闡述蛋白質工程的應用和發展。一、蛋白質工程的概念和原理1蛋白質工程是指通過_與生物化學等技術了解蛋白質的結構與功能，并借助計算機輔助設計、_和重組DNA技術改造基因，以定向改造天然蛋白質，甚至創造自然界不存在的蛋白質的技術。基因工程是蛋白質工程中的關鍵技術，因此，蛋白質工程又被稱為_。物理化學基因定點誘變第二代基因工程2實施蛋白質工程的前提條件是了解蛋白質的_和_的關系，應用X射線晶體衍射法，可以測定蛋白質的三維空間結構，利用_法可以了解其構象。3根據蛋白質被改造部位的多少，可以將對蛋白質的改造分成_

2、、_、_。結構功能核磁共振大改中改小改4“大改”是指根據氨基酸的性質和特點，設計并制造出_，使之具有特定的氨基酸序列、空間結構和預期功能。“中改”是指在蛋白質分子中替代某一個肽段或一個特定的結構域。“小改”是指通過基因工程中的定點誘變技術，有目的地改造蛋白質分子中_的1個或幾個氨基酸殘基，以改善蛋白質的性質和功能。_是改變蛋白質結構的核心技術之一。自然界中不存在的全新蛋白質某活性部位基因的定點誘變技術思考感悟1對天然蛋白質進行改造，是直接對蛋白質分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現？【提示】對基因的操作。蛋白質工程的概念和原理1產生基因工程在原則上只能生產自然界已存在的蛋白質，這些天然蛋白

3、質是生物在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。這就需要對現有蛋白質進行改造，制造出目前從天然蛋白質中找不到的蛋白質。這樣，人們又開始了新一輪的探索，蛋白質工程應運而生。2基本原理(1)從理論上分析，蛋白質工程的最基本原理就是中心法則的逆推。(2)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相對應的脫氧核苷酸序列合成DNA表達出蛋白質。3蛋白質工程與基因工程的比較基因工程蛋白質工程操作環境(場所)生物體外生物體外操作核心基因基因操作起點目的基因預期的蛋白質功能基本過程剪切拼接導入表達確定蛋白質功能應有的高

4、級結構應具備的折疊狀態應有氨基酸序列應有的堿基序列改造的蛋白質實質定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需的生物類型或生物產品(基因的異體表達)定向改造或生產人類所需的蛋白質結果生產自然界已存在的蛋白質可以創造出自然界不存在的蛋白質【特別提醒】蛋白質工程最終還是回到基因工程上來，因為蛋白質的合成由基因控制，所以說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。基因工程中的目的基因一般為自然界存在的基因，而蛋白質工程中的目的基因不是天然存在的。 (2011年陜西安康高二檢測)某多肽鏈的一段氨基酸序列是：甲硫氨酸色氨酸苯丙氨酸色氨酸(氨基酸及對應的密碼子為：甲硫氨酸AUG，色氨酸UGG，苯丙

5、氨酸UUU、UUC)(1)怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？請把相應的堿基序列寫出來。(2)確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合成或改造目的基因(DNA)?例1【思路點撥】本題考查蛋白質工程的原理及實例，解答本題應突破以下幾點：首先設計蛋白質氨基酸序列。找到對應的脫氧核苷酸序列。根據DNA(基因)脫氧核苷酸序列進行人工合成或進行基因改造。【嘗試解答】(1)根據氨基酸序列反推mRNA密碼子序列，再反推DNA上堿基序列。其DNA堿基序列為：TACACCAAGACC | | | | | | | | | | | | | 或ATGTGGTTCTGGTACACCAAAACC | | | | | |

6、| | | | | | |A TGTGGTTTTGG(2)確定目的基因的堿基序列后，就可以根據人類的需要改造它，通過人工合成的方法，或從基因庫中獲取。【解析】由氨基酸序列知，翻譯該蛋白質的mRNA上堿基序列為AUGUGGUUCUGG或AUGUGGUUUUGG。由mRNA上堿基序列知，轉錄產生mRNA的DNA堿基序列為：TACACCAAGACC | | | | | | | | | | | | |或ATGTGGTTCTGGTACACCAAAACC | | | | | | | | | | | | |A TGTGGTT TTGG【互動探究】由上述氨基酸序列推導出的目的基因為什么有多種？【提示】一種氨基

7、酸可以由一種或幾種不同的密碼子決定，這樣推導出的基因也就有多種。跟蹤訓練蛋白質工程中需要直接進行操作的對象是()A氨基酸結構B蛋白質空間結構C肽鏈結構 D基因結構解析：選D。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，通過基因修飾或基因合成，對現有的蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類的生產和生活的需求。其目標是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，但因為基因決定蛋白質，因此對蛋白質的結構進行設計改造，歸根到底還需要對相應的基因進行操作，按要求進行修飾、加工、改造，使之能控制合成人類需要的蛋白質。定點誘變技術和非定點誘變技術1定點誘變技術：

8、基因的定點誘變技術是改變蛋白質結構的核心技術之一。項目內容條件原料脫氧核苷酸酶DNA聚合酶和DNA連接酶引物含突變順序的DNA分子片段能量ATP操作方法PCR技術結果后代中半數為誘變的DNA分子適用范圍空間結構完全清楚的蛋白質(1)適用對象：適用于對已知空間結構的蛋白質，進行“小改”。(2)特點：定點誘變有目的性和針對性。(3)常用操作方法：PCR技術是目前常用的方法之一。(4)具體操作過程：人工合成帶有突變位點的引物通過技術擴增獲得定點突變的基因通過基因工程的方法，將目的基因導入受體細胞在受體細胞內轉錄和翻譯合成所需的蛋白質。(5)結果：完成對蛋白質分子的“小改”。即通過定點誘變技術在蛋白質

9、肽鏈中引入替代氨基酸，從而改變其結構，有目的地改造蛋白質的功能。2非定點誘變技術(1)適用對象：對于不能預先確定誘變位點的蛋白質，可采用非定點誘變來進行蛋白質的改造。(2)特點：非定點誘變突變位點多，有時甚至會產生出意想不到的改造效果。 下圖為蛋白質的定點誘變過程的部分過程圖解，請據圖解回答下列問題：例2(1)圖中的質粒的本質是_。(2)將定點誘變過的質粒引入細胞進行復制后，可得到_種結果，圖示的三對堿基的組成分別是_、_。(3)圖示的這種對遺傳物質的改造和人工誘變的區別是_。(4)通過圖示技術實現對蛋白質的改造屬于_。【嘗試解答】(1)小型環狀DNA分子(2)兩種CTG/GACCGG/GCC

10、(3)人工誘變是遺傳物質的不定向改變，而基因的定點誘變技術是對遺傳物質的定向改變(4) 小改【解析】基因的定點誘變技術是實現蛋白質小改的核心技術，其實質是通過基因水平的改造，實現對蛋白質分子結構的改造，與人工誘變相比這是一種定向的基因改造，而人工誘變則是不定向的。基因的定點誘變技術其原理是DNA分子的半保留復制，通過利用人工合成的含有所需突變順序的引物，利用DNA多聚酶合成完整的鏈，再用DNA連接酶連接，從而得到定點誘變了的DNA分子，這樣的DNA分子表達的結果，得到個別氨基酸發生改變的蛋白質分子。跟蹤訓練下列關于基因定點誘變技術的說法，正確的是()A對任何蛋白質的改造都可以用基因定點誘變技術B對于已知空間結構的蛋白質的改造可以采用基因定點誘變技術C基因定點誘變技術是