蛋白質工程的崛起1．舉例說出蛋白質工程崛起的緣由。2．理解蛋白質工程的原理。(重、難點)3．了解蛋白質工程的應用。4．掌握蛋白質工程的操作過程。(難點)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．蛋白質工程的崛起(1)理論和技術條件：分子生物學、晶體學以及計算機技術的迅猛發展。(2)基因工程存在不足：原則上只能生產自然界已存在的蛋白質。(3)天然蛋白質存在不足：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。(4)實例。①延長干擾素保存時間：體外很難保存eq\o(→,\s\up7(改造))體外可以保存半年②提高玉米賴氨酸含量：改造后玉米葉片和種子中的游離賴氨酸分別提高5倍和2倍。eq\a\vs4\al([合作探討])探討eq\a\vs4\al(1)：蛋白質工程為什么需直接改造基因，而不直接改造蛋白質？提示：①任何一種天然蛋白質都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質進行了改造，而且可以遺傳下去。如果對蛋白質直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白質也是無法遺傳的。②對基因進行改造比對蛋白質直接改造要容易操作，難度要小得多。探討eq\a\vs4\al(2)：蛋白質工程操作的基本思路是什么？提示：蛋白質工程是按照以下思路進行的：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(基因)，可以創造出自然界不存在的蛋白質。eq\a\vs4\al([思維升華])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)改造對象：改造蛋白質的結構，本質上是改造控制該蛋白質合成的基因的結構。(2)產物：產生新的蛋白質。(3)原理：基因改造。由于基因決定蛋白質，要對蛋白質的結構進行改造，最終還必須通過改造基因來完成。(4)蛋白質工程中經過處理得到的新基因與基因突變得到的新基因有較大差別，基因突變的新基因中含有不編碼蛋白質的序列，而蛋白質工程中的新基因則沒有。(5)蛋白質工程的內容主要有兩方面：一是根據需要設計具有特定氨基酸序列和空間結構的蛋白質；二是確定蛋白質的化學組成及空間結構與生物功能之間的關系，在此基礎上，實現從氨基酸序列預測蛋白質的空間結構和生理功能，設計合成具有特定生理功能的全新蛋白質，而氨基酸的排序由基因決定，所以還需要改造控制蛋白質合成的相應基因中的脫氧核苷酸序列，或人工合成所需要的自然界原本不存在的基因片段，用于蛋白質工程。(6)蛋白質的改造方法①“大改”：制造出自然界中不存在的全新蛋白質。②“中改”：在蛋白質分子中替代—個肽段或—個特定的結構域。③“小改”：改造蛋白質分子中的幾個氨基酸殘基。(7)蛋白質工程的流程圖如下：1．下列哪項不是蛋白質工程的研究內容()A．分析蛋白質分子的精細結構B．對蛋白質進行有目的的改造C．分析氨基酸的化學組成D．按照人的意愿將天然蛋白質改造成新的蛋白質【解析】本題考查蛋白質工程的原理。蛋白質工程就是根據蛋白質的精細結構和生物活性之間的關系，按照人的意愿改造蛋白質分子，形成自然界不存在的蛋白質分子。為了改造某種蛋白質分子，必須對其精細結構進行分析，但不包括對組成蛋白質的氨基酸的化學成分的分析。【答案】C2．科學家為提高玉米中賴氨酸含量，計劃將天冬氨酸激酶的第352位的蘇氨酸變成異亮氨酸，將二氫吡啶二羧酸合成酶中第104位的氨基酸由天冬酰胺變成異亮氨酸，就可以使玉米葉片和種子中的游離賴氨酸的含量分別提高5倍和2倍。下列對蛋白質的改造，操作正確的是()【導學號：72240013】A．直接通過分子水平改造蛋白質B．直接改造相應的mRNAC．對相應的基因進行操作D．重新合成新的基因【解析】蛋白質工程的目的是對蛋白質進行改造，從而使蛋白質功能可以滿足人們的需求。蛋白質行使功能與其高級結構密切相關，而蛋白質高級結構又非常復雜，所以直接對蛋白質進行改造非常困難，而蛋白質是由基因控制合成的，對基因進行操作卻容易得多。另外，通過改造基因而改造蛋白質可以遺傳，而對蛋白質直接改造，即使成功也不能遺傳。【答案】C蛋白質工程的基本原理以及進展和前景1．蛋白質工程的基本原理概念基礎蛋白質分子的結構規律及其與生物功能的關系手段通過基因修飾或基因合成，對現有蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質目的獲得滿足人類生產和生活需求的蛋白質原理由預期的蛋白質找到相對應的脫氧核苷酸序列(基因)流程預期蛋白質功能→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到相對應的脫氧核苷酸序列(基因)2.蛋白質工程的進展和前景(1)前景誘人。如用此技術制成的電子元件，具有體積小、耗電少和效率高的特點。(2)難度很大。主要是目前科學家對大多數蛋白質的高級結構的了解還很不夠。eq\a\vs4\al([合作探討])探討eq\a\vs4\al(1)：判斷蛋白質工程方法的關鍵是什么？提示：通過基因修飾或基因合成，對現有蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質。探討eq\a\vs4\al(2)：為什么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？提示：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。探討eq\a\vs4\al(3)：蛋白質工程和基因工程的操作對象以及得到的蛋白質相同嗎？分別體現在哪些方面？提示：不同。(1)操作對象不同：蛋白質工程的操作對象是天然基因改造后的基因；基因工程的操作對象是天然基因。(2)得到的蛋白質不同：蛋白質工程可以得到自然界沒有的新的蛋白質；基因工程得到的是自然界原有的蛋白質。eq\a\vs4\al([思維升華])1．基因工程和蛋白質工程二者在操作上的基本思路比較(1)基因工程遵循中心法則，從DNA→mRNA→多肽鏈→形成具有高級結構的蛋白質→行使生物功能，基本上是生產出自然界已有的蛋白質。(2)蛋白質工程是按照以下思路進行的：確定蛋白質的功能→蛋白質應有的高級結構→蛋白質應具備的折疊狀態→多肽鏈應有的氨基酸序列→基因應有的堿基序列，可以創造出自然界不存在的蛋白質。2．二者的區別與聯系項目蛋白質工程基因工程區別過程預期的蛋白質功能→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→推測相對應的脫氧核苷酸序列→合成DNA→表達出蛋白質獲取目的基因→構建基因表達載體→導入受體細胞→目的基因的檢測與鑒定實質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制造新的蛋白質，必須通過基因修飾或基因合成實現(1)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。(2)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自然界存在的。1．蛋白質工程與基因工程相比，其突出特點是()A．基因工程原則上能生產任何蛋白質B．蛋白質工程能對現有的蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質C．蛋白質工程可以不通過轉錄和翻譯來實現D．蛋白質工程是在基因工程的基礎上延伸出來的第三代基因工程【解析】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，也需要通過轉錄和翻譯來實現，原則上能生產符合人們要求的蛋白質，但和基因工程相比，突出特點是可以改造現有蛋白質或制造新的蛋白質，而基因工程往往生產現有的蛋白質。【答案】B2．下列不屬于蛋白質工程成果的是()【導學號：72240014】A．改造酶的結構，提高酶的熱穩定性B．生產出鼠—人嵌合抗體C．將t－PA分子中的天門冬酰胺替換為谷氨酰胺D．乳腺生物反應器【解析】A、B、C三項所述都是對現存的蛋白質分子進行改造，屬于蛋白質工程的成分。乳腺生物反應器屬于基因工程的成果。【答案】D1．蛋白質工程中，對蛋白質的結構進行分子設計的根據是()A．人們對蛋白質功能的特定需求B．蛋白質中氨基酸序列C．信使RNA中核糖核苷酸序列D．基因中脫氧核苷酸序列【解析】在蛋白質工程中，人們先根據蛋白質功能與結構的關系，以特定的功能為依據設計蛋白質的結構。【答案】A2．下列關于蛋白質工程和基因工程的比較，不合理的是()A．基因工程原則上只能生產自然界中已存在的蛋白質，而蛋白質工程可以對現有蛋白質進行改造，從而制造一種新的蛋白質B．蛋白質工程是在基因工程的基礎上發展起來的，蛋白質工程最終還是要通過基因修飾或基因合成來完成C．當得到可以在－70℃D．基因工程和蛋白質工程產生的變異都是可遺傳的【解析】利用蛋白質工程生產蛋白質產品應通過改造相應基因后，再經基因表達大量產生。【答案】C3．某種微生物合成的蛋白酶與人體消化液中的蛋白酶的結構和功能很相似，只是其熱穩定性較差，進入人體后容易失效。現要將此酶開發成一種片劑，臨床治療食物消化不良，最佳方案是()A．替換此酶中的少數氨基酸，以改善其功能B．將此酶與人蛋白酶進行拼接，形成新的蛋白酶C．重新設計與創造一種蛋白酶D．減少此酶在片劑中的含量【解析】要想使蛋白酶熱穩定性有所提高，就要改變蛋白質的結構，此類問題一般是對蛋白質中的個別氨基酸進行替換。【答案】A4．如圖為蛋白質工程操作的基本思路，請據圖回答下列問題：【導學號：72240015】生物功能(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________。(填數字)(2)寫出圖中數字代表的生物學過程的名稱或內容：①____________；②____________；③____________；④____________。(3)從圖中可以看出蛋白質工程的基本途徑與中心法則________。(4)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中的堿基序列是否是唯一的？________，為什么？________________________________________________。(6)將氨基酸合成為多肽鏈的場所是____________。真核細胞中將多肽鏈轉變為具有一定空間結構的蛋白質的場所是____________。(7)蛋白質工程中的目的基因一般通過________獲得。【解析】蛋白質結構的多樣性由組成蛋白質的氨基酸的種類、數目、排列順序和蛋白質的空間結構四個因素共同決定；從根本上說，蛋白質的結構是由基因(DNA)決定的；一種氨基酸可能具有多種密碼子，根據蛋白質的氨基酸序列推測的mRNA中的堿基序列可能有多種；蛋白質的合成場所為核糖體，在內質網中將多肽鏈折疊成具有一定空間結構的蛋白質；蛋白質工程的目的基因的堿基序列已知，可以通過DNA合成儀進行人工合成。【答案】(1)④⑤①②③(2)轉錄翻譯折疊分子設計(3)相反(4)氨基酸的種類、數目、排列順序和蛋白質的空間結構基因(DNA)(5)不唯一一種氨基酸可能具有多種密碼子(