3.4蛋白质工程的原理和应用 课件（共26张ppt+内嵌视频）-2025-2026学年高二下《生物》（人教版）选择性必修3
文档属性
| 名称 | 3.4蛋白质工程的原理和应用 课件（共26张ppt+内嵌视频）-2025-2026学年高二下《生物》（人教版）选择性必修3 |
|
|
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 121.0MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2026-04-09 00:00:00 | ||
图片预览
文档简介
蛋白质工程的原理和应用
Principles and applications of protein engineering
Courseware for high school biology teaching
回顾
基因工程的实质
The essence of genetic engineering
将一种生物的基因转移到另一种生物的体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质 ，进而表现出新性状
蛋白质工程
Genetic engineering
定义 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。
自主学习
为什么要改造？
自主学习
怎么改造？
蛋白质工程崛起的缘由
The rise of protein engineering
天然蛋白质的缺陷 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
蛋白质工程崛起的缘由
The rise of protein engineering
＋
改造的
天冬氨酸激酶
异亮氨酸
（352位）
变为
玉米
赖氨酸
含量提高5倍
赖氨酸
天冬氨酸激酶
＋
_
_
（含量低）
二氢吡啶二羧酸合成酶
天冬酰胺
（104位）
苏氨酸
（352位）
玉米
＋
异亮氨酸
（104位）
改造二氢吡啶二羧酸合成酶
变为
玉米
赖氨酸
含量提高2倍
＋
蛋白质工的基本原理
The genetic principle of the rise of protein engineering
途径 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，最终通过改造或合成基因来完成。
但 蛋白质的高级结构十分复杂，直接改造难度大
故 改造了基因可以间接改造蛋白质
而且，改造后的基因可以遗传，蛋白质无法遗传
蛋白质工的基本原理
The genetic principle of the rise of protein engineering
预期的蛋白质功能
合成新的基因
设计预期的蛋白质结构
推测应有的氨基酸序列
找到相应的核苷酸序列
所需蛋白质
蛋白质工的基本原理
The genetic principle of the rise of protein engineering
蛋白质工程崛的应用
Application of protein engineering
实例1：研发出的速效胰岛素类似物产品已经在临床上广泛应用。
实例2：可长期保存的干扰素研制
实例3：人鼠嵌合抗体的开发应用，降低了人对小鼠单克隆抗体的免疫反应
实例4： 提高蛋白质的热稳定性
实例5：蛋白质工程被广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶。
典型例题
Typical example
例 阅读以下材料，回答下列问题：
材料甲：科学家将人的生长激素基因导入母牛的体内，待母牛进入泌乳期后，变成了批量生产人生长激素的“乳腺生物反应器”。
材料乙：干扰素可用于治疗病毒感染和癌症，但在体外保存相当困难，科学家将其分子上一个半胱氨酸变成丝氨酸，在 ?70℃ 条件下可以保存半年。
?
（1） 材料甲属于_________工程的范畴。欲使转基因母牛仅在乳汁中含有人的生长激素，需在构建基因表达载体时将人生长激素基因与牛______________________________________________重组在一起，再将构建成功的基因表达载体导入牛的___________中（填细胞名称），常用的导入方法为______________。
基因
乳腺蛋白基因的启动子等调控元件
受精卵
显微注射法
（2） 材料乙属于______________ 工程范畴。该工程是指以分子生物学相关理论为基础，通过______或______基因，对原有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质的技术。这是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程。我们进行蛋白质工程的研究的原因是？________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
蛋白质
改造
合成
基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，这些天然蛋白质不一定完全符合人类生产和生活的需要
典型例题
Typical example
1. 胰岛素可用于治疗糖尿病，但胰岛素注射后易在皮下堆积，需较长时间才能进入血液，进入血液后又易被分解，因此治疗效果受到影响。下图是新的速效胰岛素的生产过程，有关叙述错误的是( )
A. 新的胰岛素的预期功能是构建新胰岛素模型的主要依据
B. 新的胰岛素生产过程中不涉及中心法则
C. 若用大肠杆菌生产新的胰岛素，常用 Ca2+ 处理大肠杆菌
D. 新的胰岛素功能的发挥必须依赖于蛋白质正确的高级结构
?
2、若需将某蛋白质第28位的脯氨酸替换为天冬氨酸，首先需？
A. 直接修饰蛋白质侧链基团
B. 修改对应基因的碱基序列
C. 调整转录后的mRNA
D. 改变蛋白质的空间折叠
答案：B
解析：氨基酸序列由基因编码，需通过基因定点突变技术（如替换密码子）修改基因。例如，速效胰岛素类似物的研发即通过改变基因实现氨基酸替换。
B
典型例题
Typical example
3、改造T4溶菌酶耐热性时，将第3位异亮氨酸替换为半胱氨酸，形成二硫键。该过程未涉及？
A. 推测蛋白质空间结构
B. 人工合成新基因
C. 逆转录病毒载体
D. 计算机辅助设计
答案：C
解析：改造过程包括：①基于耐热需求设计结构（A）；②推测氨基酸序列并合成新基因（B）；③使用计算机模拟结构（D）。逆转录病毒载体常用于基因治疗，与蛋白质工程无关。
C
典型例题
Typical example
4、蛋白质工程的实质是（ ）
A. 直接改造蛋白质分子的结构
B. 通过改造基因来定向改造蛋白质
C. 合成自然界不存在的全新蛋白质
D. 仅用于提高酶的催化效率
答案：B
解析：蛋白质工程的核心是通过改造或合成基因（如基因定点突变）间接改造蛋白质结构，以满足人类需求。选项A错误，因蛋白质结构复杂，直接改造难度大；选项C片面，蛋白质工程也可改造现有蛋白质；选项D仅描述应用场景之一。
B
典型例题
Typical example
5、 蛋白质工程的基本思路中，第一步是（ ）
A. 设计预期的蛋白质结构
B. 推测应有的氨基酸序列
C. 从预期的蛋白质功能出发
D. 合成新的基因
答案：C
解析：蛋白质工程遵循逆向中心法则：预期功能 → 设计结构 → 推测氨基酸序列 → 改造基因 → 获得目标蛋白。选项A、B、D均为后续步骤。
C
典型例题
Typical example
6、 下列哪项是蛋白质工程在医药工业的应用实例？（ ）
A. 提高玉米赖氨酸含量
B. 改造枯草杆菌蛋白酶用于洗涤剂
C. 研发速效胰岛素类似物
D. 设计抗虫蛋白增强杀虫效果
答案：C
解析：速效胰岛素类似物通过改变B链第28-29位氨基酸（如脯氨酸替换为天冬氨酸），抑制胰岛素聚合，加速疗效。选项A、D属于农业应用；选项B属于工业酶改造。
C
典型例题
Typical example
7、 蛋白质工程与基因工程的主要区别在于（ ）
A. 操作对象不同
B. 均生产天然蛋白质
C. 蛋白质工程需依赖基因工程技术
D. 基因工程可创造全新蛋白质
答案：A
解析：基因工程操作对象为天然基因，生产天然蛋白质；蛋白质工程操作对象为改造或合成的基因，生产自然界不存在的蛋白质。选项B错误，蛋白质工程生产非天然蛋白；选项C正确但非本质区别；选项D描述错误。
A
典型例题
Typical example
8、 改造T4溶菌酶耐热性时，需将其第3位的异亮氨酸替换为半胱氨酸。该过程属于蛋白质工程的哪种类型？（ ）
A. 大改（设计全新蛋白质）
B. 中改（替换肽段）
C. 小改（替换少数氨基酸）
D. 基因融合
答案：C
解析：替换单个氨基酸属于小改，通过定点突变技术实现。大改为设计全新蛋白；中改为替换肽段或结构域。
C
典型例题
Typical example
9、 确定目标蛋白的氨基酸序列后，下一步是（ ）
A. 直接合成蛋白质
B. 推测对应的mRNA序列
C. 设计基因的脱氧核苷酸序列
D. 进行体外蛋白质折叠
答案：C
解析：基本思路中，推测氨基酸序列后需找到或合成对应的基因序列（脱氧核苷酸序列）。选项A、D不涉及基因操作；选项B是推导基因序列的中间步骤。
C
典型例题
Typical example
10、 蛋白质工程面临的挑战主要是（ ）
A. 基因改造技术不成熟
B. 蛋白质高级结构难以预测
C. 无法遗传改造后的性状
D. 应用范围有限
答案：B
解析：蛋白质功能依赖其复杂的高级结构（如二硫键、空间构象），当前技术难以精确预测与设计。选项A错误，基因定点突变等技术已成熟；选项C错误，改造后的基因可遗传；选项D片面，应用广泛但存在技术瓶颈。
B
典型例题
Typical example
11、 下列技术中，蛋白质工程必需的是（ ）
A. PCR扩增
B. 基因定点突变
C. 蛋白质三维结构模拟
D. 转基因技术
答案：B
解析：基因定点突变是改造基因的关键技术，用于替换、插入或删除特定碱基。
选项A、C、D是辅助手段，非必需。
B
典型例题
Typical example
12、 蛋白质工程崛起的根本原因是（ ）
A. 基因工程无法生产新型蛋白质
B. 天然蛋白质的结构与功能不完全符合人类需求
C. 蛋白质空间结构的研究取得突破
D. 计算机技术应用于蛋白质设计
答案：B
解析：根据蛋白质工程的定义，天然蛋白质是生物长期进化形成的，其结构和功能可能不完全符合人类生产和生活的需求（如玉米赖氨酸含量低的问题）。基因工程只能生产天然存在的蛋白质，而蛋白质工程通过改造基因实现对蛋白质的定向优化，满足人类需求。
B
典型例题
Typical example
13、蛋白质工程的基本流程正确的是（ ）
A. 预期功能→设计结构→推测氨基酸序列→改造基因
B. 设计结构→预期功能→推测氨基酸序列→改造基因
C. 推测氨基酸序列→预期功能→设计结构→改造基因
D. 改造基因→推测氨基酸序列→设计结构→预期功能
答案：A
解析：蛋白质工程遵循逆向设计思路：
预期蛋白质功能（如降低胰岛素聚合）；
设计预期蛋白质结构（如替换胰岛素B28位脯氨酸为天冬氨酸）；
推测应有的氨基酸序列；
改造或合成对应基因（通过基因定点突变技术）。
A
典型例题
Typical example
14、下列实例属于蛋白质工程应用的是（ ）
A. 利用酵母菌生产人胰岛素
B. 从玉米中提取赖氨酸
C. 将小鼠抗体可变区嫁接至人抗体
D. 培育转基因抗虫棉
答案：C
解析：A、D选项属于基因工程（生产天然蛋白质）；
B选项是天然物质提取；C选项通过改造抗体基因结构，将小鼠抗体的抗原结合区与人抗体恒定区融合，属于蛋白质工程中的“嵌合抗体”技术。
C
典型例题
Typical example
谢谢观看
Principles and applications of protein engineering
Courseware for high school biology teaching
回顾
基因工程的实质
The essence of genetic engineering
将一种生物的基因转移到另一种生物的体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质 ，进而表现出新性状
蛋白质工程
Genetic engineering
定义 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。
自主学习
为什么要改造？
自主学习
怎么改造？
蛋白质工程崛起的缘由
The rise of protein engineering
天然蛋白质的缺陷 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
蛋白质工程崛起的缘由
The rise of protein engineering
＋
改造的
天冬氨酸激酶
异亮氨酸
（352位）
变为
玉米
赖氨酸
含量提高5倍
赖氨酸
天冬氨酸激酶
＋
_
_
（含量低）
二氢吡啶二羧酸合成酶
天冬酰胺
（104位）
苏氨酸
（352位）
玉米
＋
异亮氨酸
（104位）
改造二氢吡啶二羧酸合成酶
变为
玉米
赖氨酸
含量提高2倍
＋
蛋白质工的基本原理
The genetic principle of the rise of protein engineering
途径 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，最终通过改造或合成基因来完成。
但 蛋白质的高级结构十分复杂，直接改造难度大
故 改造了基因可以间接改造蛋白质
而且，改造后的基因可以遗传，蛋白质无法遗传
蛋白质工的基本原理
The genetic principle of the rise of protein engineering
预期的蛋白质功能
合成新的基因
设计预期的蛋白质结构
推测应有的氨基酸序列
找到相应的核苷酸序列
所需蛋白质
蛋白质工的基本原理
The genetic principle of the rise of protein engineering
蛋白质工程崛的应用
Application of protein engineering
实例1：研发出的速效胰岛素类似物产品已经在临床上广泛应用。
实例2：可长期保存的干扰素研制
实例3：人鼠嵌合抗体的开发应用，降低了人对小鼠单克隆抗体的免疫反应
实例4： 提高蛋白质的热稳定性
实例5：蛋白质工程被广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶。
典型例题
Typical example
例 阅读以下材料，回答下列问题：
材料甲：科学家将人的生长激素基因导入母牛的体内，待母牛进入泌乳期后，变成了批量生产人生长激素的“乳腺生物反应器”。
材料乙：干扰素可用于治疗病毒感染和癌症，但在体外保存相当困难，科学家将其分子上一个半胱氨酸变成丝氨酸，在 ?70℃ 条件下可以保存半年。
?
（1） 材料甲属于_________工程的范畴。欲使转基因母牛仅在乳汁中含有人的生长激素，需在构建基因表达载体时将人生长激素基因与牛______________________________________________重组在一起，再将构建成功的基因表达载体导入牛的___________中（填细胞名称），常用的导入方法为______________。
基因
乳腺蛋白基因的启动子等调控元件
受精卵
显微注射法
（2） 材料乙属于______________ 工程范畴。该工程是指以分子生物学相关理论为基础，通过______或______基因，对原有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质的技术。这是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程。我们进行蛋白质工程的研究的原因是？________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
蛋白质
改造
合成
基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，这些天然蛋白质不一定完全符合人类生产和生活的需要
典型例题
Typical example
1. 胰岛素可用于治疗糖尿病，但胰岛素注射后易在皮下堆积，需较长时间才能进入血液，进入血液后又易被分解，因此治疗效果受到影响。下图是新的速效胰岛素的生产过程，有关叙述错误的是( )
A. 新的胰岛素的预期功能是构建新胰岛素模型的主要依据
B. 新的胰岛素生产过程中不涉及中心法则
C. 若用大肠杆菌生产新的胰岛素，常用 Ca2+ 处理大肠杆菌
D. 新的胰岛素功能的发挥必须依赖于蛋白质正确的高级结构
?
2、若需将某蛋白质第28位的脯氨酸替换为天冬氨酸，首先需？
A. 直接修饰蛋白质侧链基团
B. 修改对应基因的碱基序列
C. 调整转录后的mRNA
D. 改变蛋白质的空间折叠
答案：B
解析：氨基酸序列由基因编码，需通过基因定点突变技术（如替换密码子）修改基因。例如，速效胰岛素类似物的研发即通过改变基因实现氨基酸替换。
B
典型例题
Typical example
3、改造T4溶菌酶耐热性时，将第3位异亮氨酸替换为半胱氨酸，形成二硫键。该过程未涉及？
A. 推测蛋白质空间结构
B. 人工合成新基因
C. 逆转录病毒载体
D. 计算机辅助设计
答案：C
解析：改造过程包括：①基于耐热需求设计结构（A）；②推测氨基酸序列并合成新基因（B）；③使用计算机模拟结构（D）。逆转录病毒载体常用于基因治疗，与蛋白质工程无关。
C
典型例题
Typical example
4、蛋白质工程的实质是（ ）
A. 直接改造蛋白质分子的结构
B. 通过改造基因来定向改造蛋白质
C. 合成自然界不存在的全新蛋白质
D. 仅用于提高酶的催化效率
答案：B
解析：蛋白质工程的核心是通过改造或合成基因（如基因定点突变）间接改造蛋白质结构，以满足人类需求。选项A错误，因蛋白质结构复杂，直接改造难度大；选项C片面，蛋白质工程也可改造现有蛋白质；选项D仅描述应用场景之一。
B
典型例题
Typical example
5、 蛋白质工程的基本思路中，第一步是（ ）
A. 设计预期的蛋白质结构
B. 推测应有的氨基酸序列
C. 从预期的蛋白质功能出发
D. 合成新的基因
答案：C
解析：蛋白质工程遵循逆向中心法则：预期功能 → 设计结构 → 推测氨基酸序列 → 改造基因 → 获得目标蛋白。选项A、B、D均为后续步骤。
C
典型例题
Typical example
6、 下列哪项是蛋白质工程在医药工业的应用实例？（ ）
A. 提高玉米赖氨酸含量
B. 改造枯草杆菌蛋白酶用于洗涤剂
C. 研发速效胰岛素类似物
D. 设计抗虫蛋白增强杀虫效果
答案：C
解析：速效胰岛素类似物通过改变B链第28-29位氨基酸（如脯氨酸替换为天冬氨酸），抑制胰岛素聚合，加速疗效。选项A、D属于农业应用；选项B属于工业酶改造。
C
典型例题
Typical example
7、 蛋白质工程与基因工程的主要区别在于（ ）
A. 操作对象不同
B. 均生产天然蛋白质
C. 蛋白质工程需依赖基因工程技术
D. 基因工程可创造全新蛋白质
答案：A
解析：基因工程操作对象为天然基因，生产天然蛋白质；蛋白质工程操作对象为改造或合成的基因，生产自然界不存在的蛋白质。选项B错误，蛋白质工程生产非天然蛋白；选项C正确但非本质区别；选项D描述错误。
A
典型例题
Typical example
8、 改造T4溶菌酶耐热性时，需将其第3位的异亮氨酸替换为半胱氨酸。该过程属于蛋白质工程的哪种类型？（ ）
A. 大改（设计全新蛋白质）
B. 中改（替换肽段）
C. 小改（替换少数氨基酸）
D. 基因融合
答案：C
解析：替换单个氨基酸属于小改，通过定点突变技术实现。大改为设计全新蛋白；中改为替换肽段或结构域。
C
典型例题
Typical example
9、 确定目标蛋白的氨基酸序列后，下一步是（ ）
A. 直接合成蛋白质
B. 推测对应的mRNA序列
C. 设计基因的脱氧核苷酸序列
D. 进行体外蛋白质折叠
答案：C
解析：基本思路中，推测氨基酸序列后需找到或合成对应的基因序列（脱氧核苷酸序列）。选项A、D不涉及基因操作；选项B是推导基因序列的中间步骤。
C
典型例题
Typical example
10、 蛋白质工程面临的挑战主要是（ ）
A. 基因改造技术不成熟
B. 蛋白质高级结构难以预测
C. 无法遗传改造后的性状
D. 应用范围有限
答案：B
解析：蛋白质功能依赖其复杂的高级结构（如二硫键、空间构象），当前技术难以精确预测与设计。选项A错误，基因定点突变等技术已成熟；选项C错误，改造后的基因可遗传；选项D片面，应用广泛但存在技术瓶颈。
B
典型例题
Typical example
11、 下列技术中，蛋白质工程必需的是（ ）
A. PCR扩增
B. 基因定点突变
C. 蛋白质三维结构模拟
D. 转基因技术
答案：B
解析：基因定点突变是改造基因的关键技术，用于替换、插入或删除特定碱基。
选项A、C、D是辅助手段，非必需。
B
典型例题
Typical example
12、 蛋白质工程崛起的根本原因是（ ）
A. 基因工程无法生产新型蛋白质
B. 天然蛋白质的结构与功能不完全符合人类需求
C. 蛋白质空间结构的研究取得突破
D. 计算机技术应用于蛋白质设计
答案：B
解析：根据蛋白质工程的定义，天然蛋白质是生物长期进化形成的，其结构和功能可能不完全符合人类生产和生活的需求（如玉米赖氨酸含量低的问题）。基因工程只能生产天然存在的蛋白质，而蛋白质工程通过改造基因实现对蛋白质的定向优化，满足人类需求。
B
典型例题
Typical example
13、蛋白质工程的基本流程正确的是（ ）
A. 预期功能→设计结构→推测氨基酸序列→改造基因
B. 设计结构→预期功能→推测氨基酸序列→改造基因
C. 推测氨基酸序列→预期功能→设计结构→改造基因
D. 改造基因→推测氨基酸序列→设计结构→预期功能
答案：A
解析：蛋白质工程遵循逆向设计思路：
预期蛋白质功能（如降低胰岛素聚合）；
设计预期蛋白质结构（如替换胰岛素B28位脯氨酸为天冬氨酸）；
推测应有的氨基酸序列；
改造或合成对应基因（通过基因定点突变技术）。
A
典型例题
Typical example
14、下列实例属于蛋白质工程应用的是（ ）
A. 利用酵母菌生产人胰岛素
B. 从玉米中提取赖氨酸
C. 将小鼠抗体可变区嫁接至人抗体
D. 培育转基因抗虫棉
答案：C
解析：A、D选项属于基因工程（生产天然蛋白质）；
B选项是天然物质提取；C选项通过改造抗体基因结构，将小鼠抗体的抗原结合区与人抗体恒定区融合，属于蛋白质工程中的“嵌合抗体”技术。
C
典型例题
Typical example
谢谢观看