3.4 蛋白质工程的原理和应用 学案 2023-2024学年高二生物人教版（2019）选择性必修3（含答案）
文档属性
| 名称 | 3.4 蛋白质工程的原理和应用 学案 2023-2024学年高二生物人教版（2019）选择性必修3（含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 222.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2024-04-07 23:36:24 | ||
图片预览
文档简介
第4节 蛋白质工程的原理和应用
【学习目标】
1.运用结构与功能观,阐明蛋白质工程设计的原理。(生命观念)
2.基于实例,采用模型与建模、归纳与概括等方法,尝试通过蛋白质工程技术,根据人类需要的蛋白质结构,设计或改造某一蛋白质的设计流程。(科学思维)
【自主预习】
一、蛋白质工程的概念
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 改造或合成基因 ,来改造现有蛋白质,或 制造一种新的蛋白质 ,以满足人类生产和生活的需求。
二、蛋白质工程崛起的缘由
基因工程可将一种生物的基因转移到另一种生物的体内,可产生它本不能产生的蛋白质,表现出新的性状。基因工程原则上只能生产 自然界中已存在 的蛋白质,它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。
三、蛋白质工程的基本原理
1.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设计改造。
2.基本思路: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或 合成新的基因 →获得所需要的蛋白质。
四、蛋白质工程的应用
1.主要应用
应用 实例
医药工 业方面 改造胰岛素基因,获得 速效胰岛素 类似物
获得在-70 ℃的条件下可以保存半年的干扰素
生产人鼠嵌合抗体
其他工 业方面 改进酶的性能或开发新的工业用酶
提高玉米叶片和种子中游离 赖氨酸 的含量
农业 方面 改造某些参与调控光合作用的酶
设计优良微生物 农药
2.面临困难:蛋白质发挥功能必须依赖于正确的 高级结构 ,而这种高级结构往往十分复杂,科学家要设计出更加符合人类需要的蛋白质很困难。
【合作探究】
任务 探讨蛋白质工程的原理和应用
活动1 探讨蛋白质工程的原理
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.写出流程图中字母代表的含义。
A. 预期功能 ;B. 氨基酸序列 ;C. 改造或合成 ;D. 转录 ;E. 翻译 。
2.对天然蛋白质进行改造,你认为应该是直接对蛋白质分子进行操作,还是通过对基因的操作来实现 原因是什么
提示 应该通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造。主要原因:①蛋白质具有十分复杂的空间结构,基因的结构相对简单,容易改造;②改造后的基因可以遗传给下一代,被改造的蛋白质无法遗传。
3.蛋白质工程和基因工程的操作对象以及得到的蛋白质相同吗 分别体现在哪些方面
提示 不同。体现在①操作对象不同:蛋白质工程的操作对象是天然基因改造后的基因;基因工程的操作对象是天然基因。②得到的蛋白质不同:蛋白质工程可以得到自然界没有的新的蛋白质;基因工程得到的是自然界原有的蛋白质。
4.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 说明你的理由。
提示 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。
5.利用蛋白质工程将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸,如何对现有的基因进行改造
提示 改变决定干扰素分子上半胱氨酸的碱基序列,改变其碱基的种类使其控制合成的氨基酸为丝氨酸。
6.某同学认为只要知道了氨基酸的序列就可以利用蛋白质工程制造出各种具有特定功能的蛋白质,你认为他的说法科学吗 说明你的理由。
提示 不科学。蛋白质的功能除了与氨基酸的序列有关以外,还与其特定的空间结构有关。
7.蛋白质工程被称为“第二代基因工程”,请概述二者的根本区别及其联系。
提示 二者的根本区别是基因工程只能控制合成自然界中已存在的蛋白质,蛋白质工程可以制造出符合人类需要的自然界没有的蛋白质。二者的联系表现在蛋白质工程离不开基因工程。蛋白质工程在改造基因时需要与基因工程有关的工具酶,需要构建基因表达载体;改造后的基因要表达出相应的蛋白质,同样需要将改造或合成的基因导入受体细胞。
认知生成
蛋白质工程和基因工程的比较
比较项目 蛋白质工程 基因工程
区 别 操作起点 预期的蛋白质功能 目的基因
过程 预期蛋白质功能→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
操作方法 基因的改造、合成 基因剪切、拼接、导入
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 可生产自然界中没有的蛋白质 只能生产自然界中已有的蛋白质
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的基础上延伸出来的第二代基因工程; ③蛋白质工程获得目的基因后,需要进行基因工程的操作来获得预期蛋白质
例1 (2022·徐州期中)下图表示蛋白质工程的操作过程,相关叙述错误的是( )。
A.蛋白质工程是以基因工程为基础的生物工程技术
B.蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列
C.蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作
D.蛋白质工程可以改造现有蛋白质或制造一种新的蛋白质
【答案】 B
【解析】 蛋白质工程是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,在基因工程的基础上,延伸出来的第二代基因工程,即以基因工程为基础的生物工程技术,A正确;蛋白质工程是通过改造基因或创造合成新基因来改变生物的遗传和表达性状,合成新的蛋白质,不是直接改变氨基酸序列,B错误;蛋白质工程需要预期蛋白质功能进而设计预期的蛋白质结构,因此蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作,C正确;蛋白质工程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,通过改造或合成基因,来改造现有蛋白质,或者制造一种新的蛋白质,以满足人类生产和生活的需求,D正确。
知识拓展 基因工程与蛋白质工程的判断方法
对点练1 (2023·重庆期末)下列关于基因工程和蛋白质工程的说法,不正确的是( )。
A.干扰素具有干扰病毒复制的作用,其化学本质是糖蛋白
B.蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性、碱变性等加以改变
C.蛋白质工程的基本思路是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mRNA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
D.科学家将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起,通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中
【答案】 C
【解析】 干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白,A正确;蛋白质工程可以在已有的蛋白质基础上,只进行局部的修饰,通过使一个或几个碱基定点突变,以达到修饰蛋白质分子结构的目的,蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性、碱变性等加以改变,B正确;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,通过改造或合成基因,对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质,以满足人类生产和生活的需求。蛋白质工程的基本思路是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,C错误;将目的基因导入动物细胞采用最多的方法是显微注射法,若用转基因动物生产药物,科学家通常将药物蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起,导入哺乳动物的受精卵中,D正确。
活动2 探讨蛋白质工程的应用
速效胰岛素类似物是蛋白质工程最典型的成功实例,其产品已在临床上得以广泛应用。科学家通过改造胰岛素基因实现了对胰岛素B链第28位脯氨酸的替换或将它与B链第29位的氨基酸交换位置。该技术的实验流程如下图所示,回答相关问题:
1.图中流程A和流程B分别是什么
提示 预期蛋白质的功能,推测应有的氨基酸序列。
2.B链第28位的脯氨酸被哪种氨基酸替换了 原来B链第29位的氨基酸是什么
提示 天冬氨酸。原来B链第29位的氨基酸是赖氨酸。
3.与天然胰岛素相比,速效胰岛素类似物有什么优点
提示 与天然胰岛素相比,速效胰岛素类似物的优点是有效降低了胰岛素的聚合作用。
4.若要利用工程菌生产速效胰岛素类似物,需用到哪些生物工程技术
提示 用到的生物工程技术有蛋白质工程、基因工程和发酵工程。
5.蛋白质工程是一项难度很大的工程,主要原因是什么
提示 主要是因为蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构,而这种高级结构往往十分复杂,科学家目前对大多数蛋白质的高级结构了解还不够。
例2 (2022·河池联考)下列关于蛋白质工程应用的叙述,不正确的是( )。
A.蛋白质工程实施中最大的难题是对大多数蛋白质的高级结构不清楚
B.将人的胰岛素基因导入大肠杆菌细胞内,使大肠杆菌产生人的胰岛素的技术属于蛋白质工程
C.蛋白质工程可以改变蛋白质的活性,实质是通过基因改造或基因合成来实现的
D.蛋白质工程可以对胰岛素进行改造和修饰,合成速效型胰岛素制剂
【答案】 B
【解析】 蛋白质发挥功能依赖于其高级结构,而蛋白质的高级结构十分复杂,目前科学家对大多数蛋白质高级结构的了解还不够,这是蛋白质工程在实施中的最大难题,A正确;将人的胰岛素基因导入大肠杆菌细胞内,使大肠杆菌产生人的胰岛素的技术属于转基因技术,B不正确;蛋白质工程的实质是通过基因改造或基因合成来改变蛋白质的活性,C正确;蛋白质工程可以通过改造胰岛素基因来对胰岛素进行改造和修饰,从而合成速效型胰岛素制剂,D正确。
对点练2 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)不但保留了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基因的途径有改造 基因或合成 基因,所获得的基因表达时遵循中心法则,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的蛋白质功能出发,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。
【答案】 (1)氨基酸序列(或结构) (2)P P1 DNA和RNA DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录、翻译) (3)设计蛋白质结构 推测氨基酸序列 功能
【解析】 (1)由题干信息可知,要改变蛋白质的功能可通过改变蛋白质的氨基酸序列(结构)来实现。(2)依据蛋白质工程的定义及题中信息可知,获得P1基因的途径有改造现有P基因或合成新的P1基因,中心法则的全部内容包括DNA和RNA的复制、转录、逆转录、翻译。(3)蛋白质工程的基本途径: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→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列。通过蛋白质工程合成的蛋白质还需要进行生物功能的鉴定,看是否达到人们的需求。
【随堂检测】
课堂小结 课堂小测
1.实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质结构和功能的关系。 (√) 2.基因工程遵循中心法则,而蛋白质工程不遵循。 (×) 提示 蛋白质工程的基本思路是按照与中心法则相反的过程进行的。 3.根据某多肽链的一段氨基酸序列,可以很容易地确定控制该肽链合成的基因的脱氧核苷酸序列。 (×) 提示 由于密码子的简并,根据某多肽链的一段氨基酸序列,并不能确定基因的脱氧核苷酸序列。
2
【学习目标】
1.运用结构与功能观,阐明蛋白质工程设计的原理。(生命观念)
2.基于实例,采用模型与建模、归纳与概括等方法,尝试通过蛋白质工程技术,根据人类需要的蛋白质结构,设计或改造某一蛋白质的设计流程。(科学思维)
【自主预习】
一、蛋白质工程的概念
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 改造或合成基因 ,来改造现有蛋白质,或 制造一种新的蛋白质 ,以满足人类生产和生活的需求。
二、蛋白质工程崛起的缘由
基因工程可将一种生物的基因转移到另一种生物的体内,可产生它本不能产生的蛋白质,表现出新的性状。基因工程原则上只能生产 自然界中已存在 的蛋白质,它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。
三、蛋白质工程的基本原理
1.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设计改造。
2.基本思路: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或 合成新的基因 →获得所需要的蛋白质。
四、蛋白质工程的应用
1.主要应用
应用 实例
医药工 业方面 改造胰岛素基因,获得 速效胰岛素 类似物
获得在-70 ℃的条件下可以保存半年的干扰素
生产人鼠嵌合抗体
其他工 业方面 改进酶的性能或开发新的工业用酶
提高玉米叶片和种子中游离 赖氨酸 的含量
农业 方面 改造某些参与调控光合作用的酶
设计优良微生物 农药
2.面临困难:蛋白质发挥功能必须依赖于正确的 高级结构 ,而这种高级结构往往十分复杂,科学家要设计出更加符合人类需要的蛋白质很困难。
【合作探究】
任务 探讨蛋白质工程的原理和应用
活动1 探讨蛋白质工程的原理
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.写出流程图中字母代表的含义。
A. 预期功能 ;B. 氨基酸序列 ;C. 改造或合成 ;D. 转录 ;E. 翻译 。
2.对天然蛋白质进行改造,你认为应该是直接对蛋白质分子进行操作,还是通过对基因的操作来实现 原因是什么
提示 应该通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造。主要原因:①蛋白质具有十分复杂的空间结构,基因的结构相对简单,容易改造;②改造后的基因可以遗传给下一代,被改造的蛋白质无法遗传。
3.蛋白质工程和基因工程的操作对象以及得到的蛋白质相同吗 分别体现在哪些方面
提示 不同。体现在①操作对象不同:蛋白质工程的操作对象是天然基因改造后的基因;基因工程的操作对象是天然基因。②得到的蛋白质不同:蛋白质工程可以得到自然界没有的新的蛋白质;基因工程得到的是自然界原有的蛋白质。
4.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 说明你的理由。
提示 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。
5.利用蛋白质工程将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸,如何对现有的基因进行改造
提示 改变决定干扰素分子上半胱氨酸的碱基序列,改变其碱基的种类使其控制合成的氨基酸为丝氨酸。
6.某同学认为只要知道了氨基酸的序列就可以利用蛋白质工程制造出各种具有特定功能的蛋白质,你认为他的说法科学吗 说明你的理由。
提示 不科学。蛋白质的功能除了与氨基酸的序列有关以外,还与其特定的空间结构有关。
7.蛋白质工程被称为“第二代基因工程”,请概述二者的根本区别及其联系。
提示 二者的根本区别是基因工程只能控制合成自然界中已存在的蛋白质,蛋白质工程可以制造出符合人类需要的自然界没有的蛋白质。二者的联系表现在蛋白质工程离不开基因工程。蛋白质工程在改造基因时需要与基因工程有关的工具酶,需要构建基因表达载体;改造后的基因要表达出相应的蛋白质,同样需要将改造或合成的基因导入受体细胞。
认知生成
蛋白质工程和基因工程的比较
比较项目 蛋白质工程 基因工程
区 别 操作起点 预期的蛋白质功能 目的基因
过程 预期蛋白质功能→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
操作方法 基因的改造、合成 基因剪切、拼接、导入
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 可生产自然界中没有的蛋白质 只能生产自然界中已有的蛋白质
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的基础上延伸出来的第二代基因工程; ③蛋白质工程获得目的基因后,需要进行基因工程的操作来获得预期蛋白质
例1 (2022·徐州期中)下图表示蛋白质工程的操作过程,相关叙述错误的是( )。
A.蛋白质工程是以基因工程为基础的生物工程技术
B.蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列
C.蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作
D.蛋白质工程可以改造现有蛋白质或制造一种新的蛋白质
【答案】 B
【解析】 蛋白质工程是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,在基因工程的基础上,延伸出来的第二代基因工程,即以基因工程为基础的生物工程技术,A正确;蛋白质工程是通过改造基因或创造合成新基因来改变生物的遗传和表达性状,合成新的蛋白质,不是直接改变氨基酸序列,B错误;蛋白质工程需要预期蛋白质功能进而设计预期的蛋白质结构,因此蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作,C正确;蛋白质工程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,通过改造或合成基因,来改造现有蛋白质,或者制造一种新的蛋白质,以满足人类生产和生活的需求,D正确。
知识拓展 基因工程与蛋白质工程的判断方法
对点练1 (2023·重庆期末)下列关于基因工程和蛋白质工程的说法,不正确的是( )。
A.干扰素具有干扰病毒复制的作用,其化学本质是糖蛋白
B.蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性、碱变性等加以改变
C.蛋白质工程的基本思路是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mRNA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
D.科学家将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起,通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中
【答案】 C
【解析】 干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白,A正确;蛋白质工程可以在已有的蛋白质基础上,只进行局部的修饰,通过使一个或几个碱基定点突变,以达到修饰蛋白质分子结构的目的,蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性、碱变性等加以改变,B正确;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,通过改造或合成基因,对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质,以满足人类生产和生活的需求。蛋白质工程的基本思路是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,C错误;将目的基因导入动物细胞采用最多的方法是显微注射法,若用转基因动物生产药物,科学家通常将药物蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起,导入哺乳动物的受精卵中,D正确。
活动2 探讨蛋白质工程的应用
速效胰岛素类似物是蛋白质工程最典型的成功实例,其产品已在临床上得以广泛应用。科学家通过改造胰岛素基因实现了对胰岛素B链第28位脯氨酸的替换或将它与B链第29位的氨基酸交换位置。该技术的实验流程如下图所示,回答相关问题:
1.图中流程A和流程B分别是什么
提示 预期蛋白质的功能,推测应有的氨基酸序列。
2.B链第28位的脯氨酸被哪种氨基酸替换了 原来B链第29位的氨基酸是什么
提示 天冬氨酸。原来B链第29位的氨基酸是赖氨酸。
3.与天然胰岛素相比,速效胰岛素类似物有什么优点
提示 与天然胰岛素相比,速效胰岛素类似物的优点是有效降低了胰岛素的聚合作用。
4.若要利用工程菌生产速效胰岛素类似物,需用到哪些生物工程技术
提示 用到的生物工程技术有蛋白质工程、基因工程和发酵工程。
5.蛋白质工程是一项难度很大的工程,主要原因是什么
提示 主要是因为蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构,而这种高级结构往往十分复杂,科学家目前对大多数蛋白质的高级结构了解还不够。
例2 (2022·河池联考)下列关于蛋白质工程应用的叙述,不正确的是( )。
A.蛋白质工程实施中最大的难题是对大多数蛋白质的高级结构不清楚
B.将人的胰岛素基因导入大肠杆菌细胞内,使大肠杆菌产生人的胰岛素的技术属于蛋白质工程
C.蛋白质工程可以改变蛋白质的活性,实质是通过基因改造或基因合成来实现的
D.蛋白质工程可以对胰岛素进行改造和修饰,合成速效型胰岛素制剂
【答案】 B
【解析】 蛋白质发挥功能依赖于其高级结构,而蛋白质的高级结构十分复杂,目前科学家对大多数蛋白质高级结构的了解还不够,这是蛋白质工程在实施中的最大难题,A正确;将人的胰岛素基因导入大肠杆菌细胞内,使大肠杆菌产生人的胰岛素的技术属于转基因技术,B不正确;蛋白质工程的实质是通过基因改造或基因合成来改变蛋白质的活性,C正确;蛋白质工程可以通过改造胰岛素基因来对胰岛素进行改造和修饰,从而合成速效型胰岛素制剂,D正确。
对点练2 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)不但保留了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基因的途径有改造 基因或合成 基因,所获得的基因表达时遵循中心法则,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的蛋白质功能出发,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。
【答案】 (1)氨基酸序列(或结构) (2)P P1 DNA和RNA DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录、翻译) (3)设计蛋白质结构 推测氨基酸序列 功能
【解析】 (1)由题干信息可知,要改变蛋白质的功能可通过改变蛋白质的氨基酸序列(结构)来实现。(2)依据蛋白质工程的定义及题中信息可知,获得P1基因的途径有改造现有P基因或合成新的P1基因,中心法则的全部内容包括DNA和RNA的复制、转录、逆转录、翻译。(3)蛋白质工程的基本途径: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→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列。通过蛋白质工程合成的蛋白质还需要进行生物功能的鉴定,看是否达到人们的需求。
【随堂检测】
课堂小结 课堂小测
1.实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质结构和功能的关系。 (√) 2.基因工程遵循中心法则,而蛋白质工程不遵循。 (×) 提示 蛋白质工程的基本思路是按照与中心法则相反的过程进行的。 3.根据某多肽链的一段氨基酸序列,可以很容易地确定控制该肽链合成的基因的脱氧核苷酸序列。 (×) 提示 由于密码子的简并,根据某多肽链的一段氨基酸序列,并不能确定基因的脱氧核苷酸序列。
2