2017-2018年高中生物第一单元生物技术与生物工程第一章基因工程和蛋白质工程第3节蛋白质工程学案中图版选修3

1、第三节蛋白质工程学科1.简述蛋白质工程。蛋白质的分子设计。(困难)蛋白质工程学科应用。(重点)蛋白质的分子设计1.蛋白质工程学科(1)根据：蛋白质的精细结构和生物活性之间的关系。(2)改造对象：利用生物技术手段，直接或有意改造蛋白质的DNA编码序列。(3)产物：产生自然界中不存在的优良特性的蛋白质分子，即新的蛋白质。(。(4)本质：改造控制牙齿蛋白合成的基因结构。2.蛋白质的分子设计(1)小型转换用少数氨基酸替换已知结构的蛋白质。(2)蛋白质接合组装徐璐结合其他来源的蛋白质进行组装。(3)蛋白质从头开始设计根据氨基酸的排列顺序，设计和制造自然界中不存在的新蛋白质。3.蛋白质工程基础蛋白质工程的

2、基础是基因工程。所以蛋白质工程也称为第二代基因工程。蛋白质分子的设计是一项复杂而困难的工程，其基本过程可以用下图表示。讨论：构建新的蛋白质模型是分子设计的核心部分，你认为构建蛋白质模型的依据是什么？提示：构建蛋白质模型的依据是控制牙齿蛋白质合成的基因和蛋白质的空间结构。讨论：通过合成DNA而形成的新基因怎样得到正确的表达？提示：通过遗传工程技术向大肠杆菌等受体细胞引入新的基因，新的基因指导受体细胞中新蛋白质的合成。讨论：一些学者认为蛋白质工程学科本身也是研究蛋白质结构和功能的有力工具。你觉得怎么样？提示：这些学者很清楚蛋白质结构直接影响功能活动。为了研究蛋白质结构和功能的关系，蛋白质工程是强大

3、的工具。利用牙齿工具，可以改变蛋白质的空间结构，探讨功能的变化，得出相应的科学结论。1.蛋白质工程的概念蛋白质工程是指基于蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系，通过基因修饰或基因合成改造现有蛋白质，或制造新蛋白质以满足人类生产和生活的需要。2.蛋白质工程的目标根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质结构的分子设计。因为基因决定蛋白质，所以要设计和改造蛋白质的结构，最终需要改造基因来完成。蛋白质工程的基本方法从预期的蛋白质功能开始预期的蛋白质结构设计预期的氨基酸序列相应的脱氧核苷酸序列(基因)。1.以下关于蛋白质工程的基本课程中正确的是()蛋白质分子结构设计DNA合成根据预期的蛋白质功能氨基

4、酸序列引入脱氧核苷酸序列A.b .C.d .蛋白质工程需要根据人们的需要首先期待其功能，然后设计空间结构，目前的牙齿阶段是科学家还没有完全掌握，根据相应的氨基酸推断基因的序列，然后使用人工合成法合成该目的的基因。回答 c2.胰岛素可以用于治疗糖尿病，但胰岛素注入人体后，堆积在皮下，进入血液需要很长时间，进入血液的胰岛素容易分解，因此受到治疗效果的影响。用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请根据图片回答相关问题。(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的核心，在图中构建新的胰岛素模型的主要依据是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(2)

5、通过DNA合成形成的新基因是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _的(3)利用大肠杆菌生产速效胰岛素所需的生物工程是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _，_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _4)从图中的新胰岛素模型到合成新胰岛素基因的基本想法是什么？(？_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

6、 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _分析 (1)蛋白质工程首先需要根据对蛋白质功能的特定需求分子设计蛋白质的结构，因此在标题图中构建新的胰岛素模型的主要依据是期待胰岛素的功能，即速效胰岛素。(2)合成的目的基因必须与载体结合，构建基因表达载体，然后引入受体细胞，才能表达。(3)利用蛋白质工程生产速效胰岛素需要合成新的胰岛素基因，改造后的目的基因需要通过基因工程生产基因产物，生产中利用工程菌，因此发酵过程也是必要的。因此，牙齿过程包括蛋白质工程学科、基因工程和发酵工程。(4)从新的胰岛素模型到构建新的胰岛素基因，其基本想法是根据新胰岛素中氨基酸的序列估计该基因的脱氧核糖核酸序列，然后

7、利用DNA合成器合成新的胰岛素基因。回答 (1)胰岛素的预期功能(2)载体大肠杆菌等受体细胞(3)蛋白质工程学科遗传工程学科(4)根据新胰岛素中氨基酸的序列，推断基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成器合成新的胰岛素基因。(。蛋白质工程的应用及其与基因的关系工程的比较蛋白质工程的应用1.提高蛋白质的稳定性例如：将T4溶菌酶第3位的异亮氨酸转换为胱氨酸，提高了耐热性。2.改变蛋白质的活性例：利用蛋白质工程技术改造组织纤溶酶原激活剂(tPA)，可以提高其溶栓疗效。合成嵌合抗体嵌合抗体是指保留大鼠单克隆抗体的可变区域，其特征是以人抗体的恒定区域取代大鼠单克隆抗体的恒定区域，嵌合抗体的抗原性明显下

8、降。抗体的特异性识别功能没有丢失。回顾：猪的胰岛素用于降低人体血糖浓度的效果不明显。因为猪胰岛素分子中的氨基酸与人不同。为了将猪胰岛素用于临床治疗，在蛋白质工程中设计成蛋白质分子的最佳方案是什么？提示：对猪胰岛素替换不同的氨基酸。讨论：天然蛋白质的改造是通过直接操纵蛋白质分子实现的吗？提示：不。因为基因决定蛋白质，所以要设计蛋白质的结构，最终必须通过基因改造完成。讨论：蛋白质工程是新兴的生物工程，又称第二代基因工程。上图是蛋白质工程学科流程图，图中A，B在遗传学上依次说明了什么过程？提示：战士和翻译。蛋白质工程与基因工程的比较比较项目基因工程蛋白质工程学科操控物件基因基因操作级别DNA分子水平

9、DNA分子水平操作过程目的基因获得构建基因表达载体将目的基因引入受体细胞目的基因的检测和鉴定决定蛋白质的功能蛋白质应具有的高级结构蛋白质应具有的折叠状态蛋白质应具有的氨基酸序列应具有的核酸序列合成DNA 蛋白质表达实质性为获取人类所需的生物类型或生物产品，确定生物的遗传特性。确定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)能产生自然界中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1.科学家们逐渐将干扰素基因引入大肠杆菌表达，将干扰素第17位的胱氨酸转化为丝氨酸，大大提高了干扰素的抗病活性，提高了储存稳定性。生物技术()A.遗传工程学科b .蛋白质工程学科C.基

10、因突变d .细胞工程学科分析蛋白质工程和基因工程之间的关系不明确，可能会选错A。基因工程通过基因操作，将符合人们需要的目的基因引入到适当的生物体中，高效地表达，提取必要的蛋白质，或表现出某种特性，蛋白质产品仍然是天然存在的蛋白质。(阿尔伯特爱因斯坦，基因名言) (莎士比亚，Northern Exposure(美国电视剧)，基因工程通过改造控制蛋白质合成的基因，实现编码蛋白质的变化，已不再是天然蛋白质了)。威廉莎士比亚、蛋白质、蛋白质、蛋白质、蛋白质、蛋白质、蛋白质、蛋白质、蛋白质、蛋白质、蛋白质、蛋白质)主题的操纵相关基因，不再是原来的基因，合成的-干扰素也不是天然的-干扰素，而是经过改造的人

11、类需要的蛋白质，因此整个过程中运用的生命工程是蛋白质工程。(阿尔伯特爱因斯坦，美国电视电视剧)回答 b2.干扰素是在动物体内合成的蛋白质，可用于治疗病毒感染和癌症，但体外保存相当困难。把分子的一个半胱氨酸换成沙林，可以在-70条件下保存半年，给很多患者带来福音。(1)蛋白质的合成受基因控制，因此获得能控制合成“可保存干扰素”的基因是生产的关键。根据蛋白质工程学科原理设计实验过程，使动物能生产“可保存干扰素”。(2)遗传工程和蛋白质工程比较，基因工程原则上是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

12、_ _ _32(3)蛋白质具有非常复杂的_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _结构，因此很难实施蛋白质工程。(。4)要改造天然蛋白质，就得直接操纵蛋白质分子，还是通过基因改造呢？(？原因是什么？_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _蛋白质工程的工作过程是确定预期蛋白质的功能预期蛋白质结构设计估计氨基酸序列相应的脱氧核糖核酸序列。基因工程只能生产自然界中已经存在的蛋白质，而蛋

13、白质工程却能生产自然界中不存在的蛋白质。蛋白质工程直接操作的对象是基因。答案 (1)脱氧核苷酸序列(基因)，对应于蛋白质结构中预测蛋白质功能的氨基酸序列(2)自然界已经存在人类生产和生活遗传转化基因合成改造(3)空间(或高级)(4)要通过基因操作对天然蛋白质进行改造。第一，所有天然蛋白质都是由基因编码的，并改造基因。也就是说，我们改造了蛋白质，改造后的蛋白质可以通过改造后的基因遗传。如果直接改造蛋白质，即使改造成功，改造后的蛋白质分子也不能遗传。第二，改造基因比直接改造蛋白质容易操作，难度小得多。1.以下哪一项不是蛋白质工程学科研究的内容()A.蛋白质分子的超微结构分析B.蛋白质的故意变形C.

14、氨基酸的化学成分分析D.按照人类的意愿，将天然蛋白质转化成新的蛋白质蛋白质工程是指根据蛋白质的微妙结构和功能之间的关系，按照人的意思改造蛋白质分子，形成自然界中不存在的蛋白质分子。蛋白质的改造包括氨基酸的种类、数量和排列顺序，但不包括氨基酸的化学组成。回答 c2.在蛋白质工程中设计蛋白质分子时，主要包括什么代替少数氨基酸蛋白质连接的不同来源从氨基酸的排列顺序设计新的蛋白质直接改变蛋白质的空间结构A. B. 931 C. D. 931931 在蛋白质工程中设计蛋白质分子时，不能直接改变蛋白质的空间结构。但是可以替换几个茄子氨基酸，徐璐连接其他来源的蛋白质，在氨基酸的排序顺序中设计新的蛋白质。回答

15、 b3.蛋白质工程被称为第二代遗传工程，目前已成为研究蛋白质结构和功能的重要手段。请回答以下问题，如蛋白质工程的流程图(从右到左)。(1)与基因工程相比，蛋白质工程学科产物是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(2)图中的步骤和分别是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _，分子设计。(3)如果已知mRNA的碱基序列是-A-U-C-C-A-G-G-U-C，合成相应DNA所需的原料就有四种。合成DNA的相应碱基对顺序为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

16、_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _4)图中显示，要改造蛋白质结构，最终要通过基因改造来完成。(。请说明原因：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。(5)以上流程图显示，蛋白质工程是_ _ _ _ _ _ _分析 (1)蛋白质工程能产生自然界原本不存在的新蛋白质。(2)阶段1是从氨基酸序列推断脱氧核苷酸序列的DNA合成过程。(3)DNA合成的原料是4种离解的脱氧核苷酸，在mRNA中合成DNA是逆转录所需的逆转录酶。合成的DNA是双链。根据碱基互补配对原则-a-

17、t-c-c-a-g-g-t-c-t-a-g-g-t-c-c-a-g-(4)转基因操作比直接改造蛋白质容易，改造基因后可以遗传，改造蛋白质后需要新合成的再改造。(。(5)蛋白质工程是基于基因工程的扩展，也称为第二代基因工程。回答 (1)能产生自然界中不存在的蛋白质(2)DNA合成(3)脱氧(核糖)核苷酸站(站)逆转录酶-a-t-c-c-a-g-g-t-c-t-a-g-g-t-c-c-a-g-(4)转基因操作更容易，改造后可以遗传(5)遗传工程学科4.已知的生物有蛋白质(P)牙齿，这种蛋白质是由305个氨基酸组成的运输蛋白质。如果将P分子中第158位的丝氨酸换成亮氨酸，将第240位的谷氨酰胺换成苯丙氨酸，则改变后的蛋白质(P1)不仅维持了P的功能，还具有酶