【同步学与练】高中生物人教版（2019）选择性必修3学案：第3章 第4节 蛋白质工程的原理和应用（学生版）

第4节蛋白质工程的原理和应用[学习目标]1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。2.简述蛋白质工程的基本原理。1．蛋白质工程(1)基础：蛋白质分子的________及其与________的关系。(2)手段：通过________或______________，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质。(3)目的：获得满足人类生产和生活需求的________。(4)困难：蛋白质发挥功能必须依赖正确的高级结构，而蛋白质的高级结构十分复杂。2．蛋白质工程崛起的缘由(1)崛起缘由①基因工程的实质：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基因工程的不足：基因工程在原则上只能生产自然界中________的蛋白质。③天然蛋白质的不足：天然蛋白质的结构和功能符合________生存的需要，却不一定完全符合________________的需要。(2)实例：提高玉米赖氨酸含量eq\x(\a\vs4\al\co1(天冬氨酸激酶,第352位为_______))eq\o(――→,\s\up7(改造))eq\x(\a\vs4\al\co1(天冬氨酸激酶,第352位为异亮氨酸))eq\x(\a\vs4\al\co1(二氢吡啶二羧酸合成酶,第104位为_______))eq\o(――→,\s\up7(改造))eq\x(\a\vs4\al\co1(二氢吡啶二羧酸合成酶,第104位为异亮氨酸))改造后玉米叶片和种子中游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍。3．蛋白质工程的基本原理(1)目标：根据人们对蛋白质________的特定需求，对蛋白质的________进行设计改造。(2)方法：改造或合成________。(3)基本思路：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的________→推测应有的________序列→找到并改变相对应的____________序列(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。4．蛋白质工程的应用(1)医药工业方面①科学家通过对________基因的改造，研发出速效胰岛素类似物产品。②eq\x(干扰素半胱氨酸)eq\o(――→,\s\up7(改造))eq\x(干扰素)↓eq\x(在一定条件下，可以延长保存时间)③人－鼠嵌合抗体：降低免疫反应强度。(2)其他工业方面用于改进酶的性能或开发新的工业用酶，如利用蛋白质工程获得枯草杆菌蛋白酶的________，筛选出符合工业化生产需求的突变体，提高该酶的使用价值。(3)农业方面①科学家尝试改造某些________________________，以提高植物光合作用的效率，增加粮食的产量。②科学家利用蛋白质工程的思路设计优良________，通过改造微生物蛋白质的结构，增强微生物防治病虫害的效果。判断正误(1)蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质()(2)对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的()(3)由于蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化，空间结构千差万别，蛋白质工程操作难度很大()(4)蛋白质工程不能改变蛋白质的活性()任务：基因工程和蛋白质工程1．研究人员试图将人胰岛素的B链的第28位氨基酸由脯氨酸替换为天冬氨酸，从而有效抑制胰岛素的聚合，获得速效胰岛素类似物，应该如何操作？2．如果已经推测出多肽中的氨基酸序列，那么推测出的基因中的碱基序列是否唯一呢？并说明理由。3．确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因？4．蛋白质工程需直接改造基因，而不直接改造蛋白质的原因：(1)任何一种天然蛋白质都是由________编码的，改造了________即对蛋白质进行了改造，而且可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白质也是无法遗传的。(2)对________进行改造比对蛋白质直接改造更容易操作，难度要小得多。蛋白质工程与基因工程的区别与联系比较项目蛋白质工程基因工程区别起点预期的蛋白质功能目的基因过程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→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质目的基因的筛选与获取→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目标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，以获得人类所需要的新的生物类型和生物产品结果生产非天然的蛋白质生产自然界已存在的蛋白质联系①都在生物体外对基因进行操作；②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1．(2023·河南洛阳高二期中)下列各项与蛋白质工程没有直接关系的是()A．利用各种高科技手段分析蛋白质的分子结构B．研究并改变某种蛋白质相关基因的碱基序列C．设计和制造自然界中没有的人工蛋白质D．将编码牛凝乳酶的基因导入酵母菌的基因组中获得凝乳酶2．下列有关基因工程和蛋白质工程的叙述中，正确的是()A．蛋白质工程难度很大是因为对蛋白质的高级结构了解不够B．基因工程和蛋白质工程都可以生产自然界不存在的蛋白质C．不同来源的DNA分子能够拼接，其原因是所有生物共用一套遗传密码D．基因工程的直接操作对象是基因，蛋白质工程的直接操作对象是蛋白质

第4节蛋白质工程的原理和应用教材梳理1．(1)结构规律生物功能(2)改造合成基因(3)蛋白质2．(1)①基因蛋白质新的性状②已存在③特定物种人类生产和生活(2)苏氨酸天冬酰胺3．(1)功能结构(2)基因(3)蛋白质结构氨基酸脱氧核苷酸4．(1)①胰岛素②丝氨酸(2)突变体(3)①参与调控光合作用的酶②微生物农药判断正误(1)√(2)×(3)√(4)×解析(2)对蛋白质的改造是通过直接改造相应的基因来实现的。(4)通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性。核心探讨1．应将基因相应位置上的碱基进行替换，从而使其指导合成的胰岛素相应位置上的氨基酸发生改变。2．不唯一；因为一个氨基酸是由一个或多个密码子决定的，因此获得的基因总的碱基序列有多种。3．可以人工合成目的基因，或应用基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等进而改造基因。4．基因基因基因典题应用1．D[将编码牛凝乳酶的基因导入酵母菌的基因组中获得凝乳酶是基因工程的成果，与蛋白质工程没有直接关系，D符合题意。]2．A[蛋白质的空间结构复杂，蛋白质工程难度很大是因为对蛋白质的高级