人教版选修3 1.4 蛋白质工程的崛起 学案.doc

一、基因工程的不足基因工程在原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质，但这些天然蛋白质不一定符合人类生产和生活的需要。二、蛋白质工程的基本原理1概念：以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，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，以满足人类的生产和生活的需求。2目标：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。3手段：通过基因修饰或基因合成，进而指导合成所需蛋白质。4途径：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到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。5蛋白质工程流程图三、蛋白质工程的进展和前景1前景诱人：用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有体积小、耗电少和效率高的特点。2难度很大：主要是因为蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，这种高级结构十分复杂，而目前科学家对大多数蛋白质高级结构的了解还很不够。共研探究基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，这些天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能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。蛋白质工程的目标是生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质，甚至是自然界不存在的蛋白质。结合图示回答有关问题：1基因工程的不足(1)基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新性状。(2)不足：在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。2天然蛋白质的不足(1)天然蛋白质的结构和功能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。(2)对天然蛋白质进行改造，应该从对基因的操作来实现，主要原因如下：任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的基因可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传。对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易，难度要小得多。3蛋白质工程的基本原理(1)理解蛋白质工程概念的3个角度基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。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。目的：获得满足人类生产和生活需求的新的蛋白质。(2)原理：从预期的蛋白质功能出发，到找到相对应的基因，即中心法则的逆推。(3)途径：预期的蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)合成dna表达出蛋白质。(4)最终结果：生产出自然界从来没有过的蛋白质。总结升华1尽管蛋白质工程是从预期的蛋白质功能入手改造蛋白质结构，但不能直接改造蛋白质，而应从改造基因入手，因为蛋白质的合成由基因控制。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，所以其本质和基础应为基因工程。2判断蛋白质工程的关键：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基因工程中的基因一般为自然存在的基因，而蛋白质工程中的目的基因不是自然存在的。【易错易混】(1)蛋白质工程的目的基因只能用人工合成的方法获得。(2)设计中的困难：如何推测非编码区以及内含子的脱氧核苷酸序列。对点演练1下列关于蛋白质工程的说法，正确的是()a蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作b蛋白质工程能生产出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子c对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mrna来实现的d蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是相同的解析：选b蛋白质工程利用基因工程手段，包括基因的定点突变和基因表达对蛋白质进行改造，以获得性质和功能更加完善的蛋白质分子。蛋白质工程能生产出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子。共研探究1蛋白质工程的进展和前景(1)前景诱人：采用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有体积小、耗电少和效率高的特点；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高级结构的了解还很不够。2如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题：(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是蛋白质的预期功能。(2)通过人工合成dna形成的新基因应与载体结合后转移到大肠杆菌等受体细胞中才能得到准确表达。(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有蛋白质工程、基因工程和发酵工程。(4)根据图解，从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是根据新的胰岛素模型中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用dna合成仪来合成出新的胰岛素基因。总结升华基因工程与蛋白质工程的比较基因工程蛋白质工程操作对象基因基因操作水平dna分子水平dna分子水平基本过程目的基因的获取基因表达载体的构建将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定预期的蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列合成dna表达出蛋白质实质定向改造生物的遗传特性，以获得人类需要的生物类型或生物产品定向改造或生产人类所需的蛋白质结果生产人类需要的基因产物(自然界已有的蛋白质)可以创造出自然界不存在的新蛋白质联系蛋白质工程是以基因工程为基础的对点演练2下列关于基因工程和蛋白质工程的说法，正确的是()a蛋白质工程和基因工程的目的都是获得人类需要的蛋白质，所以二者没有区别b基因工程是蛋白质工程的关键技术c通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍然是天然的蛋白质d利用蛋白质工程可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素解析：选b蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。其中，基因工程是关键技术，是蛋白质工程的基础，因为对蛋白质结构的改造是通过改造基因来实现的，所以蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质，改造后的蛋白质不再是天然的蛋白质。利用大肠杆菌生产人胰岛素属于基因工程。1蛋白质工程中，直接进行操作的对象是()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：选d蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，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，以满足人类的生产和生活的需求。其目标是对蛋白质进行分子设计，但因为基因决定蛋白质，因此最终必须要对相应基因进行设计。2蛋白质工程的基本流程是()设计预期的蛋白质结构dna合成或改造预期的蛋白质功能将合成或改造的基因通过基因工程流程在特定生物体内表达根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列a bc d解析：选c蛋白质工程需根据预期的蛋白质功能，设计预期的蛋白质结构，根据蛋白质中氨基酸序列推出相应脱氧核苷酸序列，再设计具有该序列的基因(dna)，并将其导入受体细胞表达。3下列有关蛋白质工程的说法，正确的是()a蛋白质工程无需构建基因表达载体b通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍是天然的蛋白质c蛋白质工程需要限制性核酸内切酶和dna连接酶d蛋白质工程是在蛋白质分子水平上改造蛋白质的解析：选c蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的，最终改造的对象仍是dna分子，因此需要限制性核酸内切酶和dna连接酶。4蛋白质工程是指根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计、生产的过程。如图是蛋白质工程的基本途径，请回答下列有关问题：(1)图中过程的主要依据是每种氨基酸都有其对应的_，后者位于_分子上，其上的核苷酸序列与基因中的脱氧核苷酸序列之间存在着_关系。(2)通过过程获得的脱氧核苷酸序列不是完整的基因，要使这一序列能够表达、发挥作用，还必须在序列的上、下游加上_和_，在这个过程中需要_酶的参与。(3)完成过程需要涉及_技术。解析：(1)过程是由氨基酸序列推出相对应的脱氧核苷酸序列，氨基酸与脱氧核苷酸之间的联系枢纽是信使rna，信使rna由脱氧核糖核酸转录形成，而密码子是信使rna上特定的能决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。(2)由人工合成的基因只是基因的编码序列，完整的基因还包括启动子、终止子等结构，把启动子、终止子等dna片段连接到基因的编码区需要dna连接酶。(3)由基因合成蛋白质的过程涉及基因工程技术。答案：(1)密码子信使rna碱基互补配对(2)启动子终止子dna连接(3)基因工程5(2015新课标全国卷)已知生物体内有一种蛋白质(p)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将p分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(p1)不但保留p的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题：(1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的_进行改造。(2)以p基因序列为基础，获得p1基因的途径有修饰_基因或合成_基因。所获得的基因表达是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括_的复制，以及遗传信息在不同分子之间的流动，即_。(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过_和_，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物_进行鉴定。解析：(1)从题中所述资料可知，将p分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸后，该蛋白质的功能发生了改变，此过程是通过对构成蛋白质的氨基酸的排列顺序进行改造，进而改变了蛋白质的结构，从而改变了蛋白质的功能。(2)在蛋白质工程中，目的基因可以以p基因序列为基础，对生物体内原有p基因进行修饰，也可以通过人工合成法合成新的p1基因。中心法则的内容如下图所示：由图可知，中心法则的全部内容包括：dna以自身为模板进行的复制，dna通过转录将遗传信息传递给rna，最后rna通过翻译将遗传信息表达成蛋白质；在某些病毒中rna可自我复制(如烟草花叶病毒等)，在某些病毒中能以rna为模板