专题1 1.4 蛋白质工程的崛起
1.4蛋白质工程的崛起教学设计
选修三《1.4蛋白质工程的崛起》教学设计彭妙君一、教材分析《蛋白质工程的崛起》是高中生物人教版选修3《现代生物科技专题》专题1《基因工程》的第四节的内容。
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。
本节内容较少，课程标准的要求也不高，对本节知识的处理要从挖掘教材文字上入手，让学生明白蛋白质工程与基因工程的区别与联系、蛋白质工程的操作过程、蛋白质工程目前的现状。
蛋白质工程成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构，而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。
这样的学习，可以使学生认识到科学探索之路的漫长、艰辛和永无止境。
二、学情分析学生在必修一和必修二的课中已学习过中心法则及蛋白质具有复杂的空间结构等知识。
这是学习新知识的基础。
既然蛋白质的功能是由DNA决定的，那么要制造出新的蛋白质，就要改造DNA。
结合课本中插图说明蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。
三、教学目标：（一）知识与技能：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.尝试运用逆向思维分析和解决问题。
（二）过程与方法：1.通过实例了解蛋白质工程崛起的缘由2.利用逆向思维，通过让学生上讲台板书的方法来体现蛋白质工程的过程。
（三）情感态度价值观通过教学激发学生的想象力和创造力，培养学生探究科研的精神。
四、教学重点和难点：蛋白质工程的原理。
五、教学方法：讲授法、谈话法六、教学准备：让学生课前完成导学案七、教学过程：八、教学反思：在教学过程中，给学生自主阅读和思考的时间，指导学生加强与已有知识的联系，用逆向思维的方法解决新问题，把课堂的大部分时间还给学生，让学生通过自主学习、观察、讨论来学习。
区别基因工程和蛋白质工程的不同，认同蛋白质工程是第二代基因工程。
课堂给学生上讲台展示的机会，能够锻炼学生的胆量，提高学生自主学习的兴趣，增强学生信心。
感谢您的阅读，祝您生活愉快。
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高中生物 专题1 第4节 蛋白质工程的崛起同步练习 新人教版选修3
【成才之路】2021高中生物专题1 第4节蛋白质工程的崛起同步练习新人教版选修3一、选择题1．蛋白质工程制造的蛋白质是( )A．天然蛋白质B．稀有蛋白质C．自然界中不存在的蛋白质D．血红蛋白质[答案] C2．蛋白质工程中 ,要对蛋白质结构进行设计改造 ,必须通过基因修饰或基因合成来完成 ,而不是直接改造蛋白质的原因是( )A．缺乏改造蛋白质所必需的工具酶B．改造基因易于操作且改造后能够遗传C．人类对大多数蛋白质高级|结构知之甚少D．蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化 ,操作难度大[答案] B[解析] 蛋白质工程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 .蛋白质工程的直接操作对象是基因 ,并且改造后能够遗传；假设直接改造蛋白质 ,其性状不能遗传 .3．蛋白质工程的根本流程是( )①蛋白质分子结构设计②DNA合成③预期蛋白质功能④据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列A．①→②→③→④B．④→②→①→③C．③→①→④→②D．③→④→①→②[答案] C4．蛋白质工程的根底是( )A．基因工程B．细胞工程C．发酵工程D．酶工程[答案] A[解析] 蛋白质工程是基因工程的延续 ,是在基因工程根底上开展起来的 .进行蛋白质分子设计后 ,需要应用高效的基因工程来进行蛋白质的合成 .5．蛋白质工程与基因工程相比 ,其突出特点是( )A．基因工程原那么上能生产任何蛋白质B．蛋白质工程能对现有的蛋白质进行改造 ,那么制造一种新的蛋白质C．蛋白质工程可以不通过转录和翻译来实现D．蛋白质工程是在基因工程的根底上延伸出来的第三代基因工程[答案] B[解析] 蛋白质工程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 ,是延伸出来的第二代基因工程 .6．以下关于蛋白质工程应用的表达不正确的选项是( )A．蛋白质工程可以改造酶的结构 ,提高酶的热稳定性B．通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性C．利用蛋白质工程可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素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] C[解析] 蛋白质工程是依据人们设计的蛋白质分子结构 ,来改造基因 ,进而控制合成新的蛋白质或改变自然界中的蛋白质 ,而在大肠杆菌中生产人胰岛素利用基因工程技术便可到达 .二、非选择题7．(2021·德州检测)以下图为蛋白质工程操作的根本思路 ,请据图答复以下问题：(1)代表蛋白质工程操作思路的过程是__________________ ,代表中|心法那么内容的是__________ .(填写数字)(2)写出图中各数字代表的生物学过程的名称或内容：①____________ ,②__________ ,③__________ ,④____________ ,⑤____________ .(3)蛋白质工程的目的是________________ ,通过___________________________实现 .(4)从图中可以看出蛋白质工程的根本途径与中|心法那么是____________的 .[答案] (1)④⑤①②③(2)转录翻译折叠分子设计DNA合成(3)对蛋白质的结构进行分子设计基因合成或改造(4)相反8．枯草杆菌产生的蛋白酶具有催化分解蛋白质的特性 ,但极易被氧化而失效 .1985年 ,美国的埃斯特尔将枯草杆菌蛋白酶分子中的第222位氨基酸替换后 ,虽然其水解活性有所下降 ,但抗氧化能力大大提高 .用这种水解酶作为洗涤剂的添加剂 ,可以有效地除去血渍、奶渍等蛋白质污渍 .(1)改造枯草杆菌蛋白酶的生物技术是________ .(2)改造后的枯草杆菌中的控制合成蛋白酶的基因与原来相比 ,至|少有________个碱基对发生变化 .(3)利用生物技术改造蛋白质 ,提高了蛋白质的______性 ,埃斯特尔所做的工作是对蛋白质进行_________________________________________________________________ .[答案] (1)蛋白质工程(2)1(3)稳定少数氨基酸的替换[解析] 此题考查蛋白质工程的有关问题 .基因中的3个碱基对决定mRNA上3个碱基 ,mRNA上3个相邻碱基决定一个氨基酸 .利用生物技术改造蛋白质能够提高蛋白质的稳定性 .一、选择题1．科学家为提高玉米中赖氨酸含量 ,方案将天冬氨酸激酶的第352位苏氨酸变成异亮氨酸 ,将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的氨基酸由天冬氨酸变成异亮氨酸 ,这样就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍 .以下对蛋白质的改造 ,操作正确的选项是( )A．直接通过分子水平改造蛋白质B．直接改造相应的mRNAC．对相应的基因进行操作D．重新合成新的基因[答案] C[解析] 蛋白质工程的目的是对蛋白质进行改造 ,从而使蛋白质的功能满足人们的需要 .而蛋白质功能与其高级|结构密切相关 ,蛋白质高级|结构又非常复杂 ,所以直接对蛋白质进行改造非常困难 .而蛋白质是由基因控制合成的 ,对基因进行操作却容易得多 .另外 ,改造后的基因可以遗传 ,如对蛋白质直接改造 ,即使成功也不能遗传 .2．当前医学上 ,蛋白质工程药物正逐步取代第|一代基因工程多肽蛋白质类替代治疗剂 ,那么基因工程药物与蛋白质工程药物的区别是( )A．都与天然产物完全相同B．都与天然产物不相同C．基因工程药物与天然产物相同 ,蛋白质工程药物与天然产物不相同D．基因工程药物与天然产物不相同 ,蛋白质工程药物与天然产物完全相同[答案] C3．(2021·潍坊检测)以下关于蛋白质工程和基因工程的比拟 ,不合理的是( )A．基因工程原那么上只能生产自然界已存在的蛋白质 ,而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造 ,从而制造一种新的蛋白质B．蛋白质工程是在基因工程的根底上开展起来的 ,蛋白质工程最|终还是要通过基因修饰或基因合成来完成C．当得到可以在－70℃条件下保存半年的干扰素后 ,在相关酶、氨基酸和适宜的温度、pH条件下 ,干扰素可以大量自我合成D．基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的[答案] C[解析] 基因工程原那么上只能生产自然界已存在的蛋白质 ,而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造 ,从而制造一种新的蛋白质；蛋白质工程是在基因工程的根底上开展起来的 ,蛋白质工程最|终还是要通过基因修饰或基因合成来完成 ,这样产生的改变才能遗传下去；蛋白质不是遗传物质 ,不可能自我合成；由于基因工程和蛋白质工程都是对基因进行操作 ,因此 ,基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的 .4．蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时 ,主要包括哪几种( )①进行少数氨基酸的替换②对不同来源的蛋白质的拼接③从氨基酸的排列顺序出发设计全新的蛋白质④直接改变蛋白质的空间结构A．①②B．①②③C．②③④D．①②④[答案] B[解析] 蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时 ,不能直接改变蛋白质的空间结构 .但是能进行少数和氨基酸的替换 ,能对不同来源的蛋白质进行拼接 ,能够从氨基酸的排列顺序出发设计全新的蛋白质 .故此题的正确的答案为B .5．葡萄糖异构酶(GI)在工业上应用广泛 ,为提高其热稳定性 ,科学家对GI基因进行体外定点诱变 ,以脯氨酸(Pro138)替代Gly138 ,含突变体的重组质粒在大肠杆菌中表达 ,结果最|适反响温度提高10～12℃ .这属于( )A．基因工程B．蛋白质工程C．发酵工程D．酶工程[答案] B[解析] 酶工程的重点在对于已存在的酶合理充分利用(如加酶洗衣粉、嫩肉粉等) ,而蛋白质工程的重点那么在于对已存在的蛋白质分子的改造 .通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂 ,而没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构 ,然后由酶的分子结构来确定相应基因的碱基序列等步骤 .因此 ,答案选B .6．猪的胰岛素用于人体降低血糖浓度效果不明显 ,原因是猪胰岛素分子中有一个氨基酸与人的胰岛素不同 .为了使猪胰岛素临床用于人治疗糖尿病 ,用蛋白质工程的蛋白质分子设计的最|正确方案是( )A．将猪胰岛素进行一个不同氨基酸的替换B．将猪胰岛素和人胰岛素进行拼接组成新的胰岛素C．将猪胰岛素和人的胰岛素混合在一起治疗糖尿病D．根据人的胰岛素设计制造一种全新的胰岛素[答案] A[解析] 猪胰岛素同人胰岛素只有一个氨基酸不同 ,只要替换掉这个氨基酸就可以了 ,制造一种全新的胰岛素非常困难 ,而且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担忧的 .二、非选择题7．绿色荧光蛋白(GFP)能在蓝光或紫外光的激发下发出荧光 ,这样借助GFP发出的荧光就可以跟踪蛋白质在细胞内部的移动情况 ,帮助推断蛋白质的功能 .如图为我国首|例绿色荧光蛋白(GFP)转基因克隆猪的培育过程示意图 ,据图答复：(1)图中通过过程①、②形成重组质粒 ,需要限制酶切取目的基因、切割质粒 .限制酶Ⅰ的识别序列和切点是 -G↓GATCC - ,限制酶Ⅱ的识别序列和切点是 -↓GATC - .在质粒上有酶I的一个切点 ,在目的基因的两侧各有1个酶Ⅱ的切点 .在DNA连接酶的作用下 ,上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接起来 ?________ ,理由是_________________________________________________________ .(2)过程③将重组质粒导入猪胎儿成纤维细胞时 ,采用最|多也最|有效的方法是________________________________________________________________________ .(3)如果将切取的GFP基因与抑制小猪抗原表达的基因一起构建到载体上 ,GFP基因可以作为基因表达载体上的标记基因,其作用是______________________________________ .获得的转基因克隆猪 ,可以解决的医学难题是________________________________ .(4)目前科学家们通过蛋白质工程制造出了蓝色荧光蛋白、黄色荧光蛋白等 ,采用蛋白质工程技术制造出蓝色荧光蛋白过程的正确顺序是：________(用序号表示) .①推测蓝色荧光蛋白的氨基酸序列和基因的核苷酸序列②蓝色荧光蛋白的功能分析和结构设计③蓝色荧光蛋白基因的修饰(合成)④表达出蓝色荧光蛋白[答案] (1)可以连接由两种不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的(或是可以互补的)(2)显微注射技术(3)鉴定受体细胞中是否含有目的基因供体器官缺乏和免疫排斥(4)②①③④[解析] 此题考查基因程和蛋白质工程的相关知识 .(1)由于两种限制酶切割形成的黏性末端是相同的 ,可以互补配对 ,因此可用DNA连接酶进行相互 "缝合〞 .(2)基因工程中目的基因导入动物细胞的方法是显微注射法 .(3)基因表达载体上标记基因的作用是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因；获得转基因猪 ,可以解决医学上供体器官缺乏和免疫排斥问题 .(4)蛋白质下程操作流程的正确顺序是②、①、③、④ .8．以下图表示形成鼠 -人嵌合抗体的过程 .请据图答复：(1)改造鼠源抗体 ,生产鼠 -人嵌合抗体 ,属于________(生物工程)的范畴 .图示该过程中 ,根据预期的嵌合抗体功能 ,设计嵌合抗体的结构 ,最|终必须对________进行操作 .(2)从鼠杂交瘤细胞中获得可变区的特定基因 ,然后与人的抗体恒定区基因连接 ,需要的工具酶是________ .重组基因是否翻译成蛋白质 ,需要从转基因鼠中别离、提取________ ,利用相应的抗体进行抗原 -抗体杂交 .(3)在鼠 -人嵌合抗体进入人体内后 ,识别抗原的区域是________区 ,引起人体免疫反响的主要是________区；经过改造的鼠 -人嵌合抗体 ,与鼠源杂交瘤抗体相比拟 ,突出的优点是________ .[答案] (1)蛋白质工程基因(2)限制性核酸内切酶和DNA连接酶蛋白质(3)可变恒定对人体的不良反响(或过敏反响等副作用)减少[解析] 根据题目的图示 ,可以看到是对蛋白质进行了改造 ,将鼠抗体的可变区与人抗体的恒定区进行了组合 ,这种操作属于蛋白质工程 .蛋白质工程最|终要通过对基因的改造、合成来对蛋白质进行改造 .抗原具有特异性 ,不同的抗原需要不同的抗体来特异性地识别 ,所以识别不同抗原的区域应该是可变的 .。
1.4《蛋白质工程的崛起》课件(新人教版-选修3)
基因工程的实质： 基因工程的实质
基因 将一种生物的 转移到 另一种生物体内， 另一种生物体内，后者产生它本不 蛋白质 能产的 ，进而表现 出 。 新的性状
基因工程的局限性： 基因工程的局限性：
基因工程在原则上只能生产 自然界已存在的蛋白质。 自然界已存在的蛋白质。 这些蛋白质的结构和功能 结构和功能符合 这些蛋白质的结构和功能符合 特定物种生存的需要 生存的需要， 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。 人类生产和生活的需要 全符合人类生产和生活的需要。
异想天开
能不能根据人类需要的蛋白质 的结构，设计相应的基因， 的结构，设计相应的基因，导入合 适的细菌中， 适的细菌中，让细菌生产人类所需 要的蛋白质食品呢？ 要的蛋白质食品呢？ 理论上是可行的， 理论上是可行的，但目前还没 有真正成功的例子。 有真正成功的例子。
三、蛋白质工程的进展和前景
1、蛋白质工程的进展：
o
• 玉米中赖氨酸的含量比较低。 玉米中赖氨酸的含量比较低。
赖氨酸的合成机理： 赖氨酸的合成机理：
天冬氨酸激酶 二氢吡啶二羧酸合成酶
负反馈调节
前体物质
天冬氨酸激酶 （352位的苏氨酸） 位的苏氨酸） 位的苏氨酸 二氢吡啶二羧酸合成酶 （104位的天冬酰胺） 位的天冬酰胺） 位的天冬酰胺
赖氨酸
改造
天冬氨酸激酶 异亮氨酸） （异亮氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶 异亮氨酸） （异亮氨酸）
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。
1、从预期的蛋白质功能出发 2、设计预期的蛋白质结构 3、推测应有的氨基酸序列 4、找到相应的脱氧核苷酸序列 基因） （基因）
二、蛋白质工程的基本原理
1、基因工程的基本原理
课件15：1.4 蛋白质工程的崛起
2、蛋白质工程的基本流程正确的是 （ C ） ①蛋白质分子结构设计 ②DNA合成 ③预期蛋白质功能 ④据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列
A.①→②→③→④ B.④→②→①→③ C.③→①→④→② D.③→④→①→②
3、关于基因工程和蛋白质工程的说法正确的是（ A ） A．都是分子水平上的操作 B．基因工程就是改造基因的分子结构 C．蛋白质工程就是改造蛋白质的分子结构 D．基因工程能产生自然界根本不存在的基因，蛋白质工程 能产生自然界已存在的蛋白质
二、蛋白质工程的基本原理
1、蛋白质工程的途径 ----------中心法则的逆推
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 找到相应的脱氧核苷酸序列(合成基因)
DNA合成
分子设计
基因
氨基酸序列
蛋白质
DNA
mRNA 多肽链
转录 翻译
三维结构 折叠
预期功能 生物功能
2、目标： 根据人们对 蛋白质功能 的特定需求， 对蛋白质的 结构 进行分子设计。
（2）水蛭素改造
水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制剂，它有多种 变异体，由65或66个氨基酸残基组成。水蛭素在临床上可 作为抗栓药物用于治疗血栓疾病。为提高水蛭素活性，在 综合各变异体结构特点的基础上提出改造水蛭素主要变异 体HV2的设计方案，将47位的Asn（天冬酰胺）变成Lys （赖氨酸），使其与分子内第4或第5位Thr（苏氨酸）间形 成氢键来帮助水蛭素N端肽段的正确取向，从而提高凝血 效率，试管试验活性提高4倍，在动物模型上检验抗血栓形 成的效果，提高20倍。
课堂小结
1、蛋白质工程崛起的缘由
2、蛋白质工程的原理：中心法则的逆推
预期的蛋白质功能出发
1.4 蛋白质工程的崛起
2.生长激素改造 生长激素通过对它特异受体的作用促进细胞和机体的生 长发育,然而它不仅可以结合生长激素受体, 长发育,然而它不仅可以结合生长激素受体,还可以结合 许多种不同类型细胞的催乳激素受体,引发其他生理过程. 许多种不同类型细胞的催乳激素受体,引发其他生理过程. 在治疗过程中为减少副作用, 在治疗过程中为减少副作用,需使人的重组生长激素只与 生长激素受体结合,尽可能减少与其他激素受体的结合. 生长激素受体结合,尽可能减少与其他激素受体的结合. 经研究发现,二者受体结合区有一部分重叠,但并不完全 经研究发现,二者受体结合区有一部分重叠, 相同,有可能通过改造加以区别. 相同,有可能通过改造加以区别.由于人的生长激素和催 乳激素受体结合需要锌离子参与作用, 乳激素受体结合需要锌离子参与作用,而它与生长激素受 体结合则无需锌离子参与, 体结合则无需锌离子参与,于是考虑取代充当锌离子配基 的氨基酸侧链,如第18和第21 His(组氨酸)和第17 18和第21位 17位 的氨基酸侧链,如第18和第21位His(组氨酸)和第17位 Glu(谷氨酸).实验结果与预先设想一致,但要开发作 Glu(谷氨酸).实验结果与预先设想一致, ).实验结果与预先设想一致 为临床用药还有大量的工作要做. 为临床用药还有大量的工作要做.
专题1 基因工程 专题1
----------------后基因工程 后基因工程
一,蛋白质工程崛起的缘由
通过基因工程能够大规模生产生物体内微 量存在的活性物质,并借助转基因而改变动植 量存在的活性物质, 物性状, 物性状,得以在人类医疗保健中进行基因诊断 和基因治疗. 和基因治疗.然而在广泛利用自然界各种蛋白 质的过程中就发现, 质的过程中就发现,这些蛋白质只是适应生物 自身的需要, 自身的需要,而对它们进行产业化开发往往不 合意,需要加以改造.1983年Ulmer首先提出 合意,需要加以改造.1983年Ulmer首先提出 蛋白质工程,它是指按照特定的需要, 蛋白质工程,它是指按照特定的需要,对蛋白 质进行分子设计和改造的工程.自此以后, 质进行分子设计和改造的工程.自此以后,蛋 白质工程迅速发展, 白质工程迅速发展,已成为生物工程的重要组 成部分. 成部分.
高中生物复习课件-1.4 蛋白质工程的崛起
二、蛋白质工程的基本原理P27
1、蛋白质工程的过程 ----------中心法则的逆推
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
找到相应的脱氧核苷酸序列 (合成基因)
蛋白质工程
DNA 脱氧核
DNA合成
多肽链
分子设计 蛋白质
1.4 蛋白质工程的崛起
一、蛋白质工程崛起的缘由
阅读P26第二自然段思考：
科学家在干扰素的保存和玉米的赖氨酸 的产量上面临什么样的问题？如何解决 这些问题？
• 干扰素在体外很难保存。 • 玉米中赖氨酸的含量比较低。
例如：
改造
干扰素（半胱氨酸）
体外很难保存
干扰素（丝氨酸）
体外可以保存半年
玉米中赖氨酸含量比较低
5、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法 不正确的是（ C ） A．科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为 速效药品
B．生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工 程应用于微电子方面 C．蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被 大力推广应用 D．蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前 成功的例子不多
天冬氨酸激酶
改造
（352位的苏氨酸）
玉米中赖氨酸含量可提高数倍
天冬氨酸激酶 （异亮氨酸）
二氢吡啶二羧酸合成酶 改造 （104位的天冬酰胺）
二氢吡啶二羧酸合成酶 （异亮氨酸）
问题1：蛋白质功能 不能满足需求
解决：改变蛋白质 的结构
-----半胱氨酸----- ？如何改造 ------丝氨酸-------
干扰素 体外很难保存
干扰素（改） 体外可以保存半年
问题2：如何对天然蛋白质的结构进行改造？
导学案1.4
专题1.4 蛋白质工程的崛起【学习目标】1．举例说出蛋白质工程崛起的缘由2．简述蛋白质工程的原理3．尝试运用逆向思维分析和解决问题【重点难点】1．为什么要开展蛋白质工程的研究。
2.蛋白质工程的原理【自主预习与检测】阅读课文P26~P29，完成练习册P17【自主预习】内容，并回答思考问题【合作探究】1．蛋白质工程与基因工程的区别有哪些?2．蛋白质工程的目标是什么？3. 蛋白质工程的基本途径是什么？为什么有这样的途径？4.为什么说蛋白质工程是第二代基因工程？5.蛋白质工程的原理有哪些？【课堂练习】1、蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是（）A、氨基酸结构B、蛋白质空间结构C、肽链结构D、基因结构2、天然蛋白质合成遵循的法则是（）A、中心法则B、转录C、翻译D、复制3、关于蛋白质工程的说法错误的是（）A、蛋白质工程能定向改造蛋白质的分子结构，使之更加符合人类的需要B、蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子结构C、蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子D、蛋白质工程又称为第二代基因工程4、蛋白质工程的基本操作程序正确是（）①蛋白质分子结构合成②DNA合成③mRNA合成④蛋白质的预期功能⑤根据氨基酸的序列推出脱氧核苷酸的序列A、①→②→③→④→⑤→①B、⑤→④→③→②→①→②C、④→①→⑤→②→③→①D、②→③→⑤→①→②→④5、蛋白质工程的目标是根据对蛋白质的特定需求，对蛋白质进行分子设计，根据法则便可以改造天然蛋白质，例如：玉米的赖氨酸含量低，原因是赖氨酸合成过程中的两个关键的酶、的活性受赖氨酸浓度的影响，如果我们将中的第352位的苏氨酸变为，把中第104位的天冬酰氨变成，就可以提高玉米中的赖氨酸含量提高2—5倍。
【课后练习】完成练习册P19【课后反思】。
1.4蛋白质工程的崛起5
4.原理 中心法则的逆推
分子
DNA合成
设计
基因
氨基酸序
蛋白质
DNA
mRNA
列多肽链
三维结构
转录
翻译
折叠
图1-29蛋白质工程流程图 生物 预期
功能 功能
四、蛋白质工程的概念
❖蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构 规律及其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（手段），以满足人类的生产和生 活的需求（目的）。
❖ A．①②③④ B．④②①③
❖ C．③①④② D．③④①②
❖ 6、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，其结果产生的蛋白质
是（ Ｄ ）
❖ A．氨基酸种类增多 ❖ B．氨基酸种类减少 ❖ C．仍为天然存在蛋白质 ❖ D．可合成天然不存在蛋白质
7、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法
基因工程的基本步骤（如基因改造时需要工具酶，
需构建表达载体、导入受体细胞等）
五、蛋白质工程的进展和前景
1.进展 胰岛素速效型药品
2.前景 应用于微电子方面
制作电子元件
具有 体积小 、耗电少和 效率高 的特点
3.现状
蛋白质工程目前成功的例子不多,原因是对蛋白质 的高级结构了解不够。要设计出更加符合人类需 求的蛋白质还需经过艰辛的探索。
一、蛋白质工程崛起的缘由
活动1:阅读P26.
回答:为什么要进行蛋白质工程?
1）基因工程在原则上只能生产自然界已存 在的蛋白质。 2）天然蛋白质只是适应生物自身的需要， 但不一定完全符合人类生产和生活需要， 所以需要加以改造。
一、蛋白质工程崛起的缘由
1.基因工程的应用
教学设计10：1.4 蛋白质工程的崛起
1.4 蛋白质工程的崛起一、设计理念本节课是选修3现代生物科技专题，专题1基因工程的第四节，由于本专题的内容都是当前发展非常迅速的领域，所以本节课的设计理念定位在开拓学生视野，培养并树立与时俱进的观念，培养学生现代信息素养，进一步提高学生的生物学素养四个方面，切实落实主体性教学，提高学生的学习能力，训练学生科学的思维方法，同时悟出终身学习的道理。
二、教材分析1.地位和作用“蛋白质工程的崛起”一节是新课程标准教材人教版生物选修3专题1基因工程第4节的内容，本节内容是基因工程的延伸和发展，是在前面学习了DNA重组技术的基本工具、基因工程的基本操作程序和基因工程的应用基础上学习的。
学生在充分了解基因工程应用累累硕果的基础之上，认识到社会的更高需求召唤着科学、技术的再创新——第二代基因工程的崛起。
本节内容培养并树立与时俱进观念，提高学生现代信息素养，感悟终身学习道理的极佳素材。
在教学中，通过发挥学生的主体作用，优化课堂结构，把知识的传授过程优化成一个科学的探究过程，能力提升的过程。
2.重点和难点教学重点（1）为什么要开展蛋白质工程的研究？（2）蛋白质工程的原理。
教学难点蛋白质工程的原理。
三、学情分析学生在必修1中学习了生命活动的承担者—蛋白质一节内容，由于时间间隔长，有一些知识点存在遗忘的情况，所以本课中设计了旧知识回顾的环节，在日常学习过程中学生已养成了课前预习的学习习惯，高二（1）班作为理科班学生学习生物学的兴趣十分浓厚，能够积极参与资料收集等学习活动。
四、教学目标1.知识方面（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。
2．能力方面（1）尝试运用逆向思维分析和解决问题。
（2）通过进展追踪活动，提高收集资料、处理资料、撰写专题综述报告的能力。
3．情感态度与价值观方面关注蛋白质工程的进展。
五、教学模式根据主体性教学目标，以“自主性、探究性、合作性”为学生学习的三个基本维度，以培养学生的科学素质为指导，以侧重培养学生收集整理信息为归宿，本节课采用“问题—探究—新问题—再探究”的教学模式，融合讨论法、归纳法，并配以多媒体辅助教学，引导学生进行学习。
生物选修三第一章1.4 蛋白质工程的崛起
选修三 1.4 蛋白质工程的崛起
一、蛋白质工程崛起的缘由。
基因工程在原则上只能生产，而其不能满足人的需要。
二、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殊需求，对蛋白质结构进行。
2、操作流程：
①从出发
②设计
③推测
④找到
3、基础：蛋白质工程是指以及其
关系。
4、手段：通过，对现有蛋白质进行改造，创新蛋白质
5、目的：满足
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。
三、蛋白质工程的进展和前景。
1、进展：改造胰岛素速效型药品
2、前景诱人：电子元件
3、困难：探索蛋白质的高级结构很浅
三、比较基因工程和蛋白质工程：。
课件8：1.4 蛋白质工程的崛起
谢谢 大家
(4)实例 ①延长干扰素保存时间：
体外很难保存 改造 体外可以保存_半__年__ ②提高玉米赖氨酸含量：改造后玉米叶片和种子中的游离赖 氨酸分别提高_5_倍__和__2_倍__。
二、蛋白质工程的基本原理
概念
基础 手段
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，对_现__有__蛋__白__质__ 进行改造，或制造一种_新__的__蛋__白__质__
【解析】选B。由于基因决定蛋白质，因此，要对蛋白质的结 构进行设计改造，最终还必须通过改造基因的结构来完成，这 种操作既简单，又能够遗传；而不是直接对蛋白质分子进行操 作。
6.以下蛋白质工程中目前已成功的是( ) A.对胰岛素进行改造，生产速效型药品 B.蛋白质工程应用于微电子方面 C.用蛋白质工程生产高产赖氨酸玉米 D.生产生物体外耐保存的干扰素
(3)蛋白质工程中经过处理得到的新基因与基因突变得到的新基 因有较大差别，基因突变的新基因中含有不编码蛋白质的序列， 而蛋白质工程中的新基因则没有。
自我检测
1.蛋白质工程制造的蛋白质是( )
A.天然蛋白质
B.稀有蛋白质
C.自然界中不存在的蛋白质 D.肌肉蛋白
【解析】选C。蛋白质工程生产的是自然界中不存在的蛋白 质，A、B、D项所述都是自然界中已存在的蛋白质。
2.蛋白质工程的崛起： (1)理论和技术条件：__分__子__生__物__学_、晶体学以及计算机技术 的迅猛发展。 (2)基因工程存在不足：原则上只能生产自然界__已__存__在_的蛋 白质。 (3)天然蛋白质存在不足：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。
课件13：1.4 蛋白质工程的崛起
归纳小结
比较基因工程和蛋白质工程：
基因工程
蛋白质工程
相同点 实质
产生的蛋白质 联系
都属于分子水平的操作， 都是对基因的操作
基因重组
改造基因
天然存在的
自然界不存在的
蛋白质工程以基因工程为基础， 是基因工程的应用和延伸
课堂练习：
1、以下关于蛋白质工程的说法正确的是：( A ) A. 蛋白质工程以基因工程为基础 B. 蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造 C. 蛋白质工程只能生产天然的蛋白质 D. 蛋白质工程的实质是改造蛋白质
怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷 酸序列？写出相应的碱基序列。
三、蛋白质工程的进展和前景
应用于电子方面
改造胰岛素 ——特效药品
蛋白质工程 ——制造电子元件。
优点：体积小、 耗电少、效率高。
你想创造一种具有什么功能的蛋白质？
能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相 应的基因，导入合适的细菌中，让细菌生产人 类所需要的蛋白质食品？
浓度 影响
苏氨酸 异亮氨酸
产量提高
天冬酰胺
异亮氨酸
蛋白质的结构
国际人类蛋白质组计划？
2001年，国际人类蛋白质组组织成 立。 启动两项国际合作行动： 1、人类肝脏蛋白质组计划； 2、人类血浆蛋白质组计划。
蛋白质工程所进行的操作，是直接对蛋白质分 子进行操作还是对基因进行操作？
二、蛋白质工程的基本原理
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。
基因 DNA
DNA合成
蛋白质工程
转录
mRNA
2021年14蛋白质工程的崛起
1.4蛋白质工程的崛起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,这就是基因工程的。
基因工程在原则上只能生产_______________的蛋白质.2．蛋白质工程的目标：是根据,对进行___设计.由于决定蛋白质，因此要对进行设计改造，还必须从基因入手.3.蛋白质工程概念：使指以__________________________________________为基础，通过_____或_______,对现有蛋白质_____ ___,或_____________,以满足人类生产和生活的需要.4.蛋白质工程是在__________的基础上,延伸出来的第______代基因工程，是包含多学科的综合科技工程领域.5．天然蛋白质合成的过程：是按照进行的；基因→表达（和）→形成→形成→行使生物功能；而蛋白质工程与之相反，它的基本途径是：从预期的出发→设计预期的→推测应有的序列→找到相对应的（）.6．蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥功能必须依赖于，这种十分复杂.7．蛋白质工程方法制成的电子原件的特点:_________________________________8．简述干扰素的改造流程：_____________________________________9．玉米中赖氨酸含量增加主要改造的酶是_______________和__________________,但真正的操作对象是_________________________基因和______________________基因10．查找半胱氨酸变为丝氨酸，其密码子如何变化_______变成______________，基因中该碱基序列___________变成______________11．合成DNA的方法:________________________例1.下列有关蛋白质工程的说法错误的有（ c ）项①蛋白质工程无需构建基因表达载体②通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍是天然的蛋白质③蛋白质工程需要用到限制酶和DNA连接酶④蛋白质工程是在蛋白质分子水平上改造蛋白质的．A. 1B. 2C. 3D. 4例2.科学家为提高玉米赖氨酸含量，计划将天冬氨酸激酶的352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中104位的天冬氨酸变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍，下列对玉米性状改变最可行的方法是（b ）A. 直接改造蚕白质的空间结构，从而控制生物的性状B. 直接对相应的基因进行改造，通过控制酶的合成，从而控制生物的性状C. 直接通过对酶的合成的控制，从而控制生物的性状D. 直接改造相应的mRNA，从而控制生物的性状例3.蛋白质工程被称为第二代基因工程，目前已成为研究蛋白质结构和功能的重要手段．如图为蛋白质工程的流程图（自右向左），请据图回答以下问题：（1）与基因工程相比较，蛋白质工程产物具备的特点是：________ ．（2）图中的步骤①和②分别为________ 、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﹣，要合成对应的DNA，需要的原料是四种________ ，所用的酶是________ ；合成DNA的对应碱基对序列是________ 、________ ．（4）由图可知，要改造蛋白质结构，最终是通过改造基因来实现的．请说明原因：________ ．（5）从以上流程图可以看出，蛋白质工程是以________ 为基础并延伸出来的包含多学科的综合科技工程领域．（1）可生产出自然界不存在的蛋白质（2）DNA合成（3）脱氧（核糖）核苷酸；反（逆）转录酶；﹣A﹣T﹣C﹣C﹣A﹣G﹣G﹣T﹣C；﹣T﹣A﹣G ﹣G﹣T﹣C﹣C﹣A﹣G﹣（4）改造基因的操作更容易，且改造后可以遗传（5）基因工程周六有红包，周日休息一天。
1-4 蛋白质工程的崛起
【学习目标】
1.简述蛋白质工程的原理。 2.尝试运用逆向思维分析和解决问题。 3.通过对前沿科技的学习，激发学生的学 习兴趣。
【学习重难点】
蛋白质工程的原理。
自查自纠(3min)
要求：1.深入思考， 总结归纳。
2.规范认真，
3.标注疑难，
落到实处。
准备讨论。
集智研讨（8分钟）
• 研ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ内容：题型分类
项目
操作起点 操作核心 过程
基因工程
目的基因 基因表达载体 获取目的基因→ 构建表达载体→ 导入受体细胞→ 目的基因的检测与表达
蛋白质工程
预期的蛋白质功能 基因
目标
结果
联系
预期蛋白质功能→设计 蛋白质结构→推测氨基 酸序列→推测核苷酸序 列→ 合成DNA →表达出蛋白 定向改造生物的遗传特性 定向改造或生产人类所 ，获得人类所需的生物类 需的蛋白质质 型或生物产品 生产自然界中已有蛋白质 生产自然界没有的蛋白 质 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。因为对现有蛋白质的改造或制造新 的蛋白质，必须通过基因的修饰或基因的合成。
集智研讨
研讨内容：【自主预习】+【课内探究】
要求：1.用时在10分钟之内。
2.组长负责宏观调控，
负责好结果反馈 3.做好展示、质疑的准备。
蛋白质工程的概念
• 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，以满足人类对 生产和生活的需求。 前提： 了解蛋白质的结构和功能
原理： 改造基因（基因修饰或基因合成） 目的： 定向改造或制造蛋白质
蛋白质工程的基本原理
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1.蛋白质工程的进展 (1)科学家通过对 胰岛素 的改造，已使其成为速效型药
品。
(2)生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微 电子方面，用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有 体积小、耗电少和效率高 的特点。 2．蛋白质工程的前景
蛋白质工程前景是诱人的，但难度却很大，尤其是目前科
学家对大多数 蛋白质的高级结构 的了解还很不够。 返回
是通过改造基因来实现的，不要误认为蛋白质工程的直接 操作对象是蛋白质分子。
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[例2]
下列关于基因工程和蛋白质工程的说法正确的是 ( )
A．蛋白质工程和基因工程的目的都是获得人类需要的
蛋白质，所以二者没有区别 B．基因工程是蛋白质工程的关键技术 C．通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍然是天然的 蛋白质知识点一理解教材源自知知识点二专 题 1
考向一
1.4
把握热点考向
考向二
应用创新演练
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1．基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质。 2．蛋白质工程的主要目的是对现有蛋白质进
行改造或生产新的蛋白质，以满足人类生
产和生活的需要。 3．蛋白质工程直接操作的对象是基因，而不
是蛋白质。
4．蛋白质工程的基本途径是：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→找到相应的脱氧核苷酸
D．利用蛋白质工程可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰
岛素 返回
[思路点拨]
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[精讲精析]
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分子设计。其中，基 因工程是关键技术，是蛋白质工程的基础，因为对蛋白质
结构的改造是通过改造基因来实现的，所以蛋白质工程是
在基因水平上改造蛋白质，改造后的蛋白质不再是天然的 蛋白质。利用大肠杆菌生产人胰岛素属于基因工程。 [答案] B
基因工程
蛋白质工程
定向改造生物的遗传特性，以获得 实 定向改造或生产人 人类所需的生物类型或生物产品(基 质 类所需的蛋白质 因的异体表达)
结 生产自然界已存在 可以创造出自然界不存在的蛋白质 果 的蛋白质 [特别提醒] 蛋白质工程中通过对基因操作来实现对天然蛋白 质改造的理由： 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，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白 质直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白质还是无法遗传的。 ②对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小 得多。 返回
查阅资料了解人类肝脏蛋白质组计划，思考该计划的 科学目标是什么？ 提示：解释并确认肝脏的蛋白质，为重大肝病预防、 诊断、治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础。
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[例1]
关于蛋白质工程的说法，正确的是
(
)
A．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操 作 B．蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白 质分子 C．对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现 的
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[跟随名师·解疑难]
基因工程和蛋白质工程的比较
基因工程
操作环境 (场所) 操作核心 操作起点 生物体外 基因 目的基因 剪切→拼接
蛋白质工程
生物体外 基因 预期的蛋白质功能 确定蛋白质功能→应有的高级结构→
基本过程 →导入→表
达
应具备的折叠状态→应有氨基酸序列
→应有的碱基序列→改造的蛋白质 返回
序列。
5．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要。
6．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。
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[自读教材·夯基础]
1．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：在原则上只能产生 自然界已存在 的
D．蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是相同的
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[思路点拨]
[精讲精析]
所谓蛋白质工程，应是利用基因工程手段，
包括基因的定点突变和基因表达对蛋白质进行改造，以期获 得性质和功能更加完善的蛋白质分子。蛋白质工程能产生出 自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子。
[答案]
B
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蛋白质工程的目的是实现对蛋白质分子的改造，但却
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→找出相对应的脱氧核苷酸序列(基因)，可以创造出自然 界不存在的蛋白质。 返回
2．假如某科学家设计出某种蛋白质的空间结构，你能 否设计出利用大肠杆菌生产该蛋白质的流程？ 提示：蛋白质的空间结构→氨基酸序列→合成目的基 因→构建基因表达载体→导入大肠杆菌→产生相应蛋白质。
蛋白质。
2．蛋白质工程的基本原理 返回
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1．蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么 不同？ 提示：基因工程是按照中心法则进行的：基因→表达
(转录和翻译)→形成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，基本上是生产出自然界已有的
蛋白质。蛋白质工程是按照以下思路进行的：从预期的蛋白
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(1)基因工程中目的基因一般是自然存在的基因，而
蛋白质工程中的目的基因不是天然存在的。
(2)只能生产出自然界中已存在的蛋白质种类是基因 工程的“缺点”，能够生产出自然界中不存在的蛋白质种 类则是蛋白质工程的“优点”。
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