1.4　蛋白质工程的崛起

14 蛋白质工程的崛起课标要求：简述蛋白质工程。学习目标：知识：1举例说出蛋白质工程崛起的理由，简述蛋白质工程的原理。 2尝试运用逆向思维分析和解决问题。能力：通过讨论、阅读、查找资料等活动，关注上述问题可能给人类生活带来的影响，形成自身的心理准备和理性的思考。 学习重点：1为什么要开展蛋白质工程的研究？ 2蛋白质工程的原理。学习难点：蛋白质工程的原理。我的课堂：自学等级 一情境导入：二课堂预学：（一）、蛋白质工程崛起的缘由：1.基因工程的实质：将一种生物的 转移到另一处生物体内，后者产生它本不能产的 ，从而产生新性状。因此，基因工程在原则上只能生产 的蛋白质，这些蛋白质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，我们可适当对其进行改变。例如可将干扰素分子上的一个 变成 ，使其长时间保存；将玉米中天冬氨酸激酶的第352位 的变成 ，将二氢吡啶二羧酸合成酶中104位的 变成 ，就可提高游离赖氨酸的含量。2.蛋白质工程目的：生产符合人们生活需要的并非自然界已存在的 。3.蛋白质工程取得了哪些成果？ 例1、科学家将 干扰素基因进行定点突变导人大肠杆菌表达，使干扰素第十七位的半胱氨酸，改变成丝氨酸，结果大大提高了 干扰素的抗病活性，并且提高了储存稳定性。该生物技术为( )A基因工程 B蛋白质工程 C基因突变 D细胞工程【解析】基因工程是通过对基因的操作，将符合人们需要的目的基因导入适宜的生物体，原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，蛋白质工程是指以蛋白质分子结构规律及其与生物功能的关系为基础，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，以满足人类的生产或或生活需要。本题中合成的干扰素不是天然的，因此，属于蛋白质工程。 答案：B（二）蛋白质工程基本原理1.目标：蛋白质工程的目标是：根据人们对 的特定需求，对 进行分子设计。由于基因决定蛋白质，因此要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过 来完成。根据人们对 功能的特定需求，对 结构进行分析设计。2.原理：基因改造。3.天然蛋白质的合成过程：4.过程：预期蛋白质功能设计 结构推测应有 序列找到对应的 序列(基因)。总结：蛋白质工程是指以蛋白质分子的 及其 作为基础，通过 或 ，对 进行改造，或 ，以满足人类的生产和生活的需求。也就是说，蛋白质工程是在 的基础上，延伸出来的第二代基因工程，是包含多学科的综合科技工程领域。例2、蛋白质工程中，直接需要进行操作的对象是( )A氨基酸结构 B蛋白质空间结构 C肽链结构 D、基因结构【解析】蛋白质工程是指以蛋白质分子结构规律及其与生物功能的关系为基础，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，以满足人类的生产或或生活需要。因此，归根到底，还是要对基因进行改造。 答案：D（三）、蛋白质工程的进展和前景例如：科学家通过对 的改造，已使其成为速效型药品；用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有 、 和 的特点，因此有极为广阔的发展前景。【重难热点归纳】（1）蛋白质工程与基因工程的区别：蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构与功能之间的关系，利用基因工程的手段，按照人类自身的需要，定向地改造天然的蛋白质，甚至创造新的、自然界本不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。蛋白质工程自诞生之日起，就与基因工程密不可分。基因工程是通过基因操作把外源基因转入适当的生物体内，并在其中进行表达，它的产品还是该基因编码的天然存在的蛋白质。蛋白质工程则更进一步。它可以根据对分子预先设计的方案，通过对天然蛋白质的基因进行改造，来实现对它所编码的蛋白质进行改造。因此，它的产品已不再是天然的蛋白质，而是经过改造的、具有了人类所需要的优点的蛋白质。天然蛋白质都是通过漫长的进化过程而形成的，而蛋白质工程对天然蛋白质的改造，好比是在实验室里加快了进化的过程。（2）为什么要开展蛋白质工程的研究蛋白质工程是在基因重组技术、生物化学、分子生物学、分子遗传学等学科的基础之上，融合了蛋白质晶体学、蛋白质动力学、蛋白质化学和计算机辅助设计等多学科而发展起来的新兴研究领域。其内容主要有两个方面：根据需要合成具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质；确定蛋白质化学组成、空间结构与生物功能之间的关系。在此基础之上，实现从氨基酸序列预测蛋白质的空间结构和生物功能，设计合成具有特定生物功能的全新的蛋白质，这也是蛋白质工程最根本的目标之一。（3）蛋白质工程的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三合作探究蛋白质工程的工艺流程四我的疑问： 五归纳总结：1蛋白质工程的原理。2蛋白质工程基本工程。六自我测评：1蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是 （ ）A氨基酸结构 B蛋白质空间结构 C肽链结构 D基因结构 2下列关于蛋白质工程的说法错误的是 （ ）A蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类的需要B蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构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3.蛋白质工程的基本流程正确的是 （ ）蛋白质分子结构设计 DNA合成 预期蛋白质功能根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列A B C D4蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出来的第二代基因工程，其结果产生的蛋白质是A氨基酸种类增多 B氨基酸种类减少 （ ）C仍为天然存在蛋白质 D可合成天然不存在蛋白质 5科学家将B-干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达，使干扰素第17位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高了B-干扰素的抗病活性，并且提高了储存稳定性。该生物技术为 （ ）基因工程 蛋白质工程 基因突变 细胞工程6下列哪项不是蛋白质工程的研究内容 （ ）分析蛋白质分子的精细结构对蛋白质进行有目的的改造分析氨基酸的化学组成按照人的意愿将天然蛋白质改造成新的蛋白质7蛋白质工程的目标是 （）合成基因 基因表达 对蛋白质的分子结构进行设计 蛋白质分子的改变8.诺贝尔化学奖授予了“发现和发展了水母绿色荧光蛋白“的三位科学家。将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因连接起来组成一个融合基因，再将该融合基因转入真核生物细胞内，表达出的蛋白质就会带有绿色荧光。绿色荧光蛋白在该研究中的主要作用是( ) A追踪目的基因在细胞内的复制过程 B追踪目的基因插入到染色体上的位置C. 追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布D追踪目的基因编码的蛋白质的空间结构9某种微生物合成的蛋白酶与人体消化液中的蛋白酶的结构和功能很相似，但对热稳定性较差，进入人体后容易失效现要将此酶开发成一种片剂，临床治疗食物消化不良，最佳方案是 （ ）将此酶中的少数氨基酸替换，以改善其功能将此酶与人蛋白酶进行拼接，形成新的蛋白酶重新设计与创造一种全新的蛋白酶减少此酶在片剂中的含量10人类正常血红蛋白链第63位氨基酸是组氨酸,其密码子为CAU或CAC,当B链第63 位组氨酸被酪氨酸(UAC)替代后,出现异常血红蛋白(HbM),导致一种贫血症, B链第63 位组氨酸被精氨酸(CGU或CGC)所替代而产生的异常血红蛋白(HbZ)将引起另一种贫血症.写出正常血红蛋白基因中，决定B链第63 位组氨酸密码子的碱基组成为。在决定B链第63 位组氨酸密码子的DNA三个碱基对中，任何一个碱基对发生变化都将产生异常的血红蛋白吗？为什么？若将正常的基因片段导入贫血症患者骨髓造血干细胞，则可以达到治疗目的。请问：此操作属于蛋白质工程吗？为什么