生物（人教版选修3）课件1.4蛋白质工程的崛起

1．4蛋白质工程的崛起专题一基因工程1．举例说出蛋白质工程崛起的缘由。2．理解蛋白质工程的原理。3．了解蛋白质工程的应用。一、蛋白质工程崛起的缘由和基本原理1．基因工程及不足(1)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

。(2)不足：在原则上只能生产自然界已存在的

。(3)天然蛋白质的不足天然蛋白质的

符合

生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。基因蛋白质新性状蛋白质结构和功能特定物种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概念目的获得

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出发→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．由蛋白质工程所得到的基因与基因突变所产生的基因相比有何不同？提示：蛋白质工程所得到的基因是人工合成的或对原基因进行修饰的产物，因此具有定向性，基因突变所产生的基因具有不定向性。二、蛋白质工程的进展和前景1．前景诱人：如用此技术制成的电子元件，具有

、

和效率高的特点；通过对胰岛素的改造，使其成为速效型药品。2．难度很大：主要是目前科学家对大多数蛋白质的

的了解还很不够。体积小耗电少高级结构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。蛋白质工程是按照以下思路进行的：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。一、蛋白质工程的原理和操作1．蛋白质工程的理论基础、手段及目的(1)理论基础：以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础。(2)工程手段：通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。(3)工程目的：满足人类的生产和生活的需求。2．基本原理和途径它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构，又称为第二代基因工程。其原理是：根据中心法则逆向推理。如图所示：3．蛋白质工程的步骤【特别提醒】蛋白质的高级结构非常复杂，人类对蛋白质的高级结构及在生物体内如何行使功能知之甚少，很难设计出一个崭新而又具有生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的。

下图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答下列问题：(1)代表蛋白质工程操作思路的过程是________；代表中心法则内容的是________。(填写数字)(2)写出图中各数字代表的生物学过程的名称或内容：③________；④________；⑤________。(3)蛋白质工程的目的是________________，通过________实现。(4)从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则是________的。解析：本题是对蛋白质工程的原理的考查。原理：预期功能→蛋白质三维结构→氨基酸序列(多肽链)→基因→具有预期功能的蛋白质。答案：(1)④⑤

①②③(2)折叠分子设计DNA合成(3)对蛋白质的结构进行分子设计基因合成或修饰(4)相反1．人们发现，蛛丝蛋白比蚕丝蛋白更细，但强度却更大，于是有人试图通过破解蛛丝蛋白的结构从而推出其基因结构，以指导对蚕丝蛋白基因的修改，从而让蚕也吐出像蛛丝一样坚韧的丝，此过程的名称和依据的原理分别是(

)A．基因突变：DNA→RNA→蛋白质B．基因工程：RNA→RNA→蛋白质C．基因工程：DNA→RNA→蛋白质D．蛋白质工程：蛋白质→RNA→DNA→RNA→蛋白质解析：通过修改已知蚕丝蛋白的基因，从而创造出全新蛋白质的过程叫蛋白质工程。蛋白质工程流程如下：其依据的原理是中心法则的逆推，即蛋白质→RNA→DNA→RNA→蛋白质。答案：D二、蛋白质工程与基因工程的比较项目基因工程蛋白质工程区别场所生物体外生物体外核心基因基因起点目的基因预期蛋白质功能过程获取目的基因→构建基因表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质实质定向改造或生产人类所需的蛋白质定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品结果生产自然界已存在的蛋白质可以创造出自然界不存在的蛋白质应用及现状已被广泛应用，如转基因植物、动物、药品生产等已商业化，但基因治疗仅处于试验阶段，未实践应用主要集中在对现有蛋白质进行改造，如β­干扰素、天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶等。对创造新的蛋白质还有许多技术难题未突破，因为蛋白质高级结构非常复杂，人们对此知之甚少联系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，因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质必须通过基因修饰或基因合成实现【特别提醒】蛋白质工程离不开基因工程，而基因工程中所利用的某些酶也需要通过蛋白质工程进行修饰或改造以提高其功能，因此二者又是相互促进的。

近期《肝脏学》杂志发表了一篇文章称科学家经研究发现：乙肝病毒HBX蛋白间接调控宿主细胞内许多基因的转录，广泛影响宿主细胞的各种生命活动，包括调节细胞凋亡、抑制细胞DNA的修复、干扰细胞有丝分裂和细胞周期进程等，因此可通过研究该蛋白质来寻找治疗乙肝的途径。下图表示利用乳腺反应器生产乙肝病毒HBX蛋白的流程示意图。(1)已知HBX蛋白基因的核苷酸序列，则①可采用______获得目的基因，并用______技术进行扩增。(2)为获得更高活性的HBX蛋白质，需要对蛋白质结构进行设计改造，但必须通过基因修饰或基因合成来完成，而不直接改造蛋白质的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)图中载体④是______，⑥为胚胎移植到受体，在该步骤操作前对胚胎进行了检查和筛选，发现有些胚胎因为外源基因的插入而死亡，请你分析外源基因插入导致胚胎死亡的可能原因：____________________________________________。解析：已知核苷酸序列的基因，可采用人工合成法进行合成从而获得目的基因，然后利用PCR技术进行扩增；改造蛋白质不能遗传，而改造基因则可以遗传，因此改造蛋白质需要通过改造基因来实现；培育转基因动物利用的载体是动物病毒；外源基因插入到羊的DNA中，则可能会影响到其他基因的表达，如果插入后影响了使羊胚胎发育所需要的基因的表达，就会导致胚胎死亡。答案：(1)人工合成法PCR

(2)改造基因易于操作且改造后能够遗传(3)动物病毒外源基因的插入导致胚胎正常发育所需的基因不能表达【名师点睛】“三看法”区别基因工程和蛋白质工程(1)看基因的操作方法：①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；②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)看目的基因的合成方式：基因工程和蛋白质工程都可以逆转录合成目的基因，或根据蛋白质的氨基酸序列先合成mRNA，再合成基因。①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；②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)看合成的蛋白质种类：①如果合成的蛋白质是天然蛋白质，则是基因工程；②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。2．增加玉米细胞中赖氨酸含量最有效的途径是(

)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，其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旁栏思考1．你知道国际人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家承担了什么任务？(教材P26)提示：人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科学领域一项重大的科学命题。2001年，国际人类蛋白质组织宣告成立。之后，该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动：一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是以美国科学家牵头执行的“人类血浆蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。“人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类器官的蛋白质组计划，由我国贺福初院士牵头，这是中国科学家第一次领衔的重大国际科研协作计划，总部设在北京，目前有16个国家和地区的80多个实验室报名参加。它的科学目标是揭示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。人类蛋白质组计划的深入研究将