《学霸笔记 同步精讲》第3章 基因工程 第4节 蛋白质工程的原理和应用（课件）人教版生物选择性必修3
文档属性
| 名称 | 《学霸笔记 同步精讲》第3章 基因工程 第4节 蛋白质工程的原理和应用（课件）人教版生物选择性必修3 |
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| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 2.3MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2026-03-09 00:00:00 | ||
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文档简介
(共34张PPT)
第3章
第4节 蛋白质工程的原理和应用
生 物
2026
内容索引
自主预习 新知导学
合作探究 释疑解惑
课堂小结
课标定位
素养阐释
1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。
2.简述蛋白质工程的原理。
3.举例说明蛋白质工程的实际应用。
1.运用结构与功能观等观念,认同蛋白质工程是基因工程的延续。
2.认同蛋白质工程在农业、医药工业及其他工业生产中的应用价值。
3.基于蛋白质工程的实例,尝试运用逆向思维分析和解决问题。
自主预习 新知导学
一、蛋白质工程的概念
1.概念: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,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。
2.对蛋白质工程概念的理解
(1)基础:蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。
(2)实质:改造或合成基因。
(3)产物:改造现有蛋白质,或制造新的蛋白质。
二、蛋白质工程崛起的缘由
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,进而表现出新的性状。
2.基因工程的不足:基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。
3.天然蛋白质存在的不足: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。
三、蛋白质工程的基本原理
1.关于天然蛋白质
(1)合成过程遵循的原则:中心法则。
(2)合成过程:基因→表达(转录和翻译)→形成具有特定氨基酸序列的多肽链→形成具有高级结构的蛋白质→行使生物功能。
2.蛋白质工程
(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(基因)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.在医药工业方面:利用蛋白质工程研发药物,如速效胰岛素类似物、可以在一定条件下延长保存时间的干扰素、不易诱发人体免疫反应的小鼠单克隆抗体等。
2.在其他工业方面:广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶,如枯草杆菌蛋白酶。
3.在农业方面:科学家正在尝试改造某些参与调控光合作用的酶,以提高植物光合作用的效率,增加粮食的产量;设计优良微生物农药,通过改造微生物蛋白质的结构,使它防治病虫害的效果增强。
【预习检测】
1.判断正误。
(1)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。( )
(2)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设计改造。( )
(3)蛋白质工程的操作手段是基因改造或基因合成。( )
(4)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。
( )
(5)基因工程中所利用的工具酶都是通过蛋白质工程进行修饰、改造的。
( )
×
√
√
√
×
(6)蛋白质工程能定向改造或生产人类所需的蛋白质,不能定向改造生物的遗传性状。( )
(7)蛋白质工程可生产自然界中没有的蛋白质,基因工程原则上只能生产自然界中已有的蛋白质。( )
(8)蛋白质工程是一项难度很大的工程,目前还没进入实用阶段。( )
×
√
×
2.下列有关蛋白质工程及其应用的叙述,正确的是( )
A.蛋白质工程能定向改造蛋白质分子结构,使之更加符合人类需要
B.蛋白质工程的实质是通过改变氨基酸的结构改变蛋白质的功能
C.蛋白质工程技术中的操作对象可以是蛋白质或控制蛋白质合成的基因
D.当前限制蛋白质工程发展的关键因素是基因工程技术还不成熟
答案:A
解析:蛋白质工程能通过改造或合成基因,定向对现有蛋白质分子的结构进行改造,使之更加符合人类需要,A项正确。蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的,蛋白质工程最终还是要通过改造或合成基因来完成,不能直接改造或合成蛋白质,B、C两项错误。当前限制蛋白质工程发展的关键因素是对蛋白质的高级结构不够了解,D项错误。
3.科学家将β-干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达,使β-干扰素第17位的半胱氨酸,改变成丝氨酸,结果大大提高了β-干扰素的抗病毒活性,并且提高了储存稳定性。该生物技术为( )
A.蛋白质工程 B.基因工程
C.基因突变 D.细胞工程
答案:A
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,使其高效表达,从中提取所需的蛋白质,或表现某种性状,蛋白质产品仍然为天然存在的蛋白质。而蛋白质工程却是对控制蛋白质合成的基因进行改造,从而实现对其编码的蛋白质的改造,所得到的已不是天然的蛋白质。题目中的操作中涉及的基因显然不再是原来的基因,其合成的β-干扰素也不是天然β-干扰素,而是经过改造的,是具人类所需优点的蛋白质,因而整个过程利用的生物技术为蛋白质工程。
4.某种微生物合成的蛋白酶与人体消化液中的蛋白酶结构和功能很相似,只是热稳定性较差,进入人体后容易失效。现要将此酶开发成一种片剂,临床治疗食物的消化不良,最佳方案是( )
A.减少此酶在片剂中的含量
B.将此酶与人蛋白酶拼接,形成新的蛋白酶
C.替换此酶中的少数氨基酸,改善其功能
D.重新设计与创造一种全新的蛋白酶
答案:C
解析:减少此酶的含量会减轻疗效,且剩余的酶仍然容易失效,A项不符合题意。蛋白质之间不能进行简单的拼接,可通过改造基因来改造蛋白质,B项不符合题意。要提高该酶的热稳定性,可以采用蛋白质工程技术替换此酶中的少数氨基酸,以改善其功能,C项符合题意。只需将此酶进行改造即可,不需要重新设计与创造一种蛋白酶,D项不符合题意。
5.在蛋白质工程中,需要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
答案:D
合作探究 释疑解惑
[问题引领]
知识点 蛋白质工程的原理
1.已知一段肽链的氨基酸序列为……—亮氨酸—色氨酸—赖氨酸—谷氨酸—苯丙氨酸—……,根据已知多肽链中的氨基酸序列,推测出的基因中的碱基序列是否唯一呢 请说明你的理由。
提示:否。因为一个氨基酸是由一个或多个密码子决定的,因此获得的基因的碱基序列有多种。
2.在蛋白质工程中,为什么通过对基因操作来实现对天然蛋白质的改造
提示:①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蛋白质具有十分复杂的空间结构,基因的结构相对简单,对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作。
3.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特定功能的蛋白质,这种说法科学吗 请说明你的理由。
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。
4.蛋白质工程的基本思路与基因工程有什么不同
提示:基因工程的基本思路遵循中心法则,从DNA→mRNA→多肽→折叠产生蛋白质,基本上是生产自然界中已有的蛋白质。蛋白质工程是按照相反的思路进行的,从预期蛋白质的功能出发→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,可以创造自然界不存在的蛋白质。
[归纳提升]
1.对蛋白质工程的概念应从以下几个方面理解。
(1)基础:蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。
(2)目的:根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质结构进行设计改造。
(3)操作:基因改造或基因合成。
(4)结果:改造了现有蛋白质或制造出新的蛋白质。
2.蛋白质工程与基因工程的关系
比较项目 蛋白质工程 基因工程
区别 过程 预期蛋白质的功能→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 获取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
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 ②基因工程中所利用的某些酶可以通过蛋白质工程进行修饰、改造 3.蛋白质工程流程图
注意: 表示蛋白质工程的特殊部分,←表示遵循中心法则,属于基因工程的内容。
4.蛋白质工程的判断
(1)判断是否为蛋白质工程的关键是看是否通过基因改造或基因合成,对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质。
(2)根据改造蛋白质部位的多少,对蛋白质的改造可分为三类。
①“大改”:设计并制造出自然界不存在的全新蛋白质。
②“中改”:在蛋白质分子中替换某一个肽段或一个特定的结构域。
③“小改”:改造蛋白质分子中的几个氨基酸残基。
[典型例题]
胰岛素可以用于治疗糖尿病,但是胰岛素被注射入人体后,会堆积在皮下,要经过较长时间才能进入血液,而进入血液的胰岛素又容易被分解,治疗效果受到影响。下图是用蛋白质工程设计的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 。
(2)图中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么
(3)新的胰岛素基因与载体(质粒)结合过程中需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶。已知限制性内切核酸酶Ⅰ的识别序列和切点是
。请画出质粒被限制性内切核酸酶Ⅰ切割后所形成的黏性末端: 。DNA连接酶对所连接的DNA两端碱基序列是否有专一性要求 。
(4)若将含有新的胰岛素基因的表达载体导入植物细胞中,最常用的方法是 。
(5)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素,需用到的生物工程有 、发酵工程等。
答案:(1)蛋白质(即新的胰岛素)的预期功能
(2)根据新的胰岛素中氨基酸的序列,推测出相对应的脱氧核苷酸序列,然后利用DNA合成仪来合成新的胰岛素基因。
(3) 否
(4)农杆菌转化法
(5)蛋白质工程
解析:(1)构建新的胰岛素模型的主要依据是蛋白质的预期功能。(2)根据蛋白质的预期功能,推测新的胰岛素中氨基酸的序列,进而推测基因中的脱氧核苷酸序列,合成新的胰岛素基因。(3)植物基因工程最常用的转化方法是农杆菌转化法。(4)限制酶识别特定的核苷酸序列,产生特定的黏性末端或平末端,而DNA连接酶对所连接的DNA两端碱基序列却没有专一性要求。(5)利用大肠杆菌生产速效胰岛素需要用到蛋白质工程、发酵工程等。
【变式训练】
1.蛋白质工程是在深入了解蛋白质分子的结构与功能关系的基础上进行的,它最终要达到的目的是( )
A.分析蛋白质的三维结构
B.研究蛋白质的氨基酸组成
C.获取编码蛋白质的基因序列信息
D.改造现有蛋白质或制造新的蛋白质
答案:D
解析:分析蛋白质的三维结构是蛋白质工程的准备工作,与题意不符。研究蛋白质的氨基酸组成是为了设计或改造相关基因,这不是蛋白质工程的最终目的。获取编码蛋白质的基因序列信息实现了对基因的改造或合成过程,但不是蛋白质工程的最终目的。改造现有蛋白质或制造新的蛋白质,从而满足人类的需求,实现对蛋白质的定向改造,这是蛋白质工程的最终目的。
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分子中第158位的丝氨酸变成亮氨酸,第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。请回答下列问题。
(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的功能出发,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(或遗传物质) DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录、翻译)
(3)设计蛋白质的结构 推测氨基酸的序列 功能
解析:(1)由题意可知,对蛋白质的氨基酸序列(或结构)进行改造,可达到改变蛋白质的功能的目的。(2)以P基因序列为基础,获得P1基因,可以对P基因进行改造,也可以用人工方法合成P1基因。中心法则的全部内容包括DNA和RNA的复制、DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或复制、转录、逆转录、翻译)。(3)蛋白质工程的基本途径是从预期蛋白质的功能出发,通过设计蛋白质的结构和推测氨基酸的序列,进而确定相对应的脱氧核苷酸序列,据此获得基因。经表达得到的蛋白质,要对其生物功能进行鉴定。
课堂小结
第3章
第4节 蛋白质工程的原理和应用
生 物
2026
内容索引
自主预习 新知导学
合作探究 释疑解惑
课堂小结
课标定位
素养阐释
1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。
2.简述蛋白质工程的原理。
3.举例说明蛋白质工程的实际应用。
1.运用结构与功能观等观念,认同蛋白质工程是基因工程的延续。
2.认同蛋白质工程在农业、医药工业及其他工业生产中的应用价值。
3.基于蛋白质工程的实例,尝试运用逆向思维分析和解决问题。
自主预习 新知导学
一、蛋白质工程的概念
1.概念: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,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。
2.对蛋白质工程概念的理解
(1)基础:蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。
(2)实质:改造或合成基因。
(3)产物:改造现有蛋白质,或制造新的蛋白质。
二、蛋白质工程崛起的缘由
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,进而表现出新的性状。
2.基因工程的不足:基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。
3.天然蛋白质存在的不足: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。
三、蛋白质工程的基本原理
1.关于天然蛋白质
(1)合成过程遵循的原则:中心法则。
(2)合成过程:基因→表达(转录和翻译)→形成具有特定氨基酸序列的多肽链→形成具有高级结构的蛋白质→行使生物功能。
2.蛋白质工程
(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(基因)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.在医药工业方面:利用蛋白质工程研发药物,如速效胰岛素类似物、可以在一定条件下延长保存时间的干扰素、不易诱发人体免疫反应的小鼠单克隆抗体等。
2.在其他工业方面:广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶,如枯草杆菌蛋白酶。
3.在农业方面:科学家正在尝试改造某些参与调控光合作用的酶,以提高植物光合作用的效率,增加粮食的产量;设计优良微生物农药,通过改造微生物蛋白质的结构,使它防治病虫害的效果增强。
【预习检测】
1.判断正误。
(1)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。( )
(2)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设计改造。( )
(3)蛋白质工程的操作手段是基因改造或基因合成。( )
(4)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。
( )
(5)基因工程中所利用的工具酶都是通过蛋白质工程进行修饰、改造的。
( )
×
√
√
√
×
(6)蛋白质工程能定向改造或生产人类所需的蛋白质,不能定向改造生物的遗传性状。( )
(7)蛋白质工程可生产自然界中没有的蛋白质,基因工程原则上只能生产自然界中已有的蛋白质。( )
(8)蛋白质工程是一项难度很大的工程,目前还没进入实用阶段。( )
×
√
×
2.下列有关蛋白质工程及其应用的叙述,正确的是( )
A.蛋白质工程能定向改造蛋白质分子结构,使之更加符合人类需要
B.蛋白质工程的实质是通过改变氨基酸的结构改变蛋白质的功能
C.蛋白质工程技术中的操作对象可以是蛋白质或控制蛋白质合成的基因
D.当前限制蛋白质工程发展的关键因素是基因工程技术还不成熟
答案:A
解析:蛋白质工程能通过改造或合成基因,定向对现有蛋白质分子的结构进行改造,使之更加符合人类需要,A项正确。蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的,蛋白质工程最终还是要通过改造或合成基因来完成,不能直接改造或合成蛋白质,B、C两项错误。当前限制蛋白质工程发展的关键因素是对蛋白质的高级结构不够了解,D项错误。
3.科学家将β-干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达,使β-干扰素第17位的半胱氨酸,改变成丝氨酸,结果大大提高了β-干扰素的抗病毒活性,并且提高了储存稳定性。该生物技术为( )
A.蛋白质工程 B.基因工程
C.基因突变 D.细胞工程
答案:A
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,使其高效表达,从中提取所需的蛋白质,或表现某种性状,蛋白质产品仍然为天然存在的蛋白质。而蛋白质工程却是对控制蛋白质合成的基因进行改造,从而实现对其编码的蛋白质的改造,所得到的已不是天然的蛋白质。题目中的操作中涉及的基因显然不再是原来的基因,其合成的β-干扰素也不是天然β-干扰素,而是经过改造的,是具人类所需优点的蛋白质,因而整个过程利用的生物技术为蛋白质工程。
4.某种微生物合成的蛋白酶与人体消化液中的蛋白酶结构和功能很相似,只是热稳定性较差,进入人体后容易失效。现要将此酶开发成一种片剂,临床治疗食物的消化不良,最佳方案是( )
A.减少此酶在片剂中的含量
B.将此酶与人蛋白酶拼接,形成新的蛋白酶
C.替换此酶中的少数氨基酸,改善其功能
D.重新设计与创造一种全新的蛋白酶
答案:C
解析:减少此酶的含量会减轻疗效,且剩余的酶仍然容易失效,A项不符合题意。蛋白质之间不能进行简单的拼接,可通过改造基因来改造蛋白质,B项不符合题意。要提高该酶的热稳定性,可以采用蛋白质工程技术替换此酶中的少数氨基酸,以改善其功能,C项符合题意。只需将此酶进行改造即可,不需要重新设计与创造一种蛋白酶,D项不符合题意。
5.在蛋白质工程中,需要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
答案:D
合作探究 释疑解惑
[问题引领]
知识点 蛋白质工程的原理
1.已知一段肽链的氨基酸序列为……—亮氨酸—色氨酸—赖氨酸—谷氨酸—苯丙氨酸—……,根据已知多肽链中的氨基酸序列,推测出的基因中的碱基序列是否唯一呢 请说明你的理由。
提示:否。因为一个氨基酸是由一个或多个密码子决定的,因此获得的基因的碱基序列有多种。
2.在蛋白质工程中,为什么通过对基因操作来实现对天然蛋白质的改造
提示:①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蛋白质具有十分复杂的空间结构,基因的结构相对简单,对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作。
3.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特定功能的蛋白质,这种说法科学吗 请说明你的理由。
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。
4.蛋白质工程的基本思路与基因工程有什么不同
提示:基因工程的基本思路遵循中心法则,从DNA→mRNA→多肽→折叠产生蛋白质,基本上是生产自然界中已有的蛋白质。蛋白质工程是按照相反的思路进行的,从预期蛋白质的功能出发→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,可以创造自然界不存在的蛋白质。
[归纳提升]
1.对蛋白质工程的概念应从以下几个方面理解。
(1)基础:蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。
(2)目的:根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质结构进行设计改造。
(3)操作:基因改造或基因合成。
(4)结果:改造了现有蛋白质或制造出新的蛋白质。
2.蛋白质工程与基因工程的关系
比较项目 蛋白质工程 基因工程
区别 过程 预期蛋白质的功能→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 获取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
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 ②基因工程中所利用的某些酶可以通过蛋白质工程进行修饰、改造 3.蛋白质工程流程图
注意: 表示蛋白质工程的特殊部分,←表示遵循中心法则,属于基因工程的内容。
4.蛋白质工程的判断
(1)判断是否为蛋白质工程的关键是看是否通过基因改造或基因合成,对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质。
(2)根据改造蛋白质部位的多少,对蛋白质的改造可分为三类。
①“大改”:设计并制造出自然界不存在的全新蛋白质。
②“中改”:在蛋白质分子中替换某一个肽段或一个特定的结构域。
③“小改”:改造蛋白质分子中的几个氨基酸残基。
[典型例题]
胰岛素可以用于治疗糖尿病,但是胰岛素被注射入人体后,会堆积在皮下,要经过较长时间才能进入血液,而进入血液的胰岛素又容易被分解,治疗效果受到影响。下图是用蛋白质工程设计的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 。
(2)图中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么
(3)新的胰岛素基因与载体(质粒)结合过程中需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶。已知限制性内切核酸酶Ⅰ的识别序列和切点是
。请画出质粒被限制性内切核酸酶Ⅰ切割后所形成的黏性末端: 。DNA连接酶对所连接的DNA两端碱基序列是否有专一性要求 。
(4)若将含有新的胰岛素基因的表达载体导入植物细胞中,最常用的方法是 。
(5)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素,需用到的生物工程有 、发酵工程等。
答案:(1)蛋白质(即新的胰岛素)的预期功能
(2)根据新的胰岛素中氨基酸的序列,推测出相对应的脱氧核苷酸序列,然后利用DNA合成仪来合成新的胰岛素基因。
(3) 否
(4)农杆菌转化法
(5)蛋白质工程
解析:(1)构建新的胰岛素模型的主要依据是蛋白质的预期功能。(2)根据蛋白质的预期功能,推测新的胰岛素中氨基酸的序列,进而推测基因中的脱氧核苷酸序列,合成新的胰岛素基因。(3)植物基因工程最常用的转化方法是农杆菌转化法。(4)限制酶识别特定的核苷酸序列,产生特定的黏性末端或平末端,而DNA连接酶对所连接的DNA两端碱基序列却没有专一性要求。(5)利用大肠杆菌生产速效胰岛素需要用到蛋白质工程、发酵工程等。
【变式训练】
1.蛋白质工程是在深入了解蛋白质分子的结构与功能关系的基础上进行的,它最终要达到的目的是( )
A.分析蛋白质的三维结构
B.研究蛋白质的氨基酸组成
C.获取编码蛋白质的基因序列信息
D.改造现有蛋白质或制造新的蛋白质
答案:D
解析:分析蛋白质的三维结构是蛋白质工程的准备工作,与题意不符。研究蛋白质的氨基酸组成是为了设计或改造相关基因,这不是蛋白质工程的最终目的。获取编码蛋白质的基因序列信息实现了对基因的改造或合成过程,但不是蛋白质工程的最终目的。改造现有蛋白质或制造新的蛋白质,从而满足人类的需求,实现对蛋白质的定向改造,这是蛋白质工程的最终目的。
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分子中第158位的丝氨酸变成亮氨酸,第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。请回答下列问题。
(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的功能出发,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(或遗传物质) DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录、翻译)
(3)设计蛋白质的结构 推测氨基酸的序列 功能
解析:(1)由题意可知,对蛋白质的氨基酸序列(或结构)进行改造,可达到改变蛋白质的功能的目的。(2)以P基因序列为基础,获得P1基因,可以对P基因进行改造,也可以用人工方法合成P1基因。中心法则的全部内容包括DNA和RNA的复制、DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或复制、转录、逆转录、翻译)。(3)蛋白质工程的基本途径是从预期蛋白质的功能出发,通过设计蛋白质的结构和推测氨基酸的序列,进而确定相对应的脱氧核苷酸序列,据此获得基因。经表达得到的蛋白质,要对其生物功能进行鉴定。
课堂小结