高二生物(人教版选修3)同步课堂课件：专题1 1.4《蛋白质工程的崛起》
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人教版生物选修三1.4《蛋白质工程的崛起》课件 (共35张PPT)
mRNA：GCU（C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）
DNA：CGA（G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）
（2）确定目的基因的碱基序列后，怎样才 能合成或改造目的基因（DNA）？
确定目的基因的碱基序列后，就 可以根据人类的需要改造它，通过人 工合成的方法或从基因中获取后 进行改造。旁栏思考题
1、你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白 质工程有什么关系？我国科学家承担了什 么任务？ （了解）
人类蛋白质组计划是继人类基因组计 划之后，生命科学乃至自然科学领域一项 重大的科学命题。2001年，国际人类蛋白 质组组织宣告成立。2003年该组织正式提 出启动了两项重大国际合作行动：一项是 由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白 质组计划”；另一项是以美国科学家牵头 执行的“人类血浆蛋白质组计划”，由此 拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。
1、在种内可以用什么方法？ 杂交育种 2、在种间可以用什么方法？ 基因工程育种
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，后者产生 它本不能产生的 蛋白质 ，进而 表现出 新的性状 。
①育种周期短； （重点记忆） ②目的性强，可定向改变生物性状； ③克服远缘杂交不亲和的障碍。
优点：
如果将其分子上的一个半胱氨酸变 成丝氨酸，在-70 C的条件下，可以保存 半年。
o
2、玉米中赖氨酸的含量比较低
赖氨酸的合成机理：
天冬氨酸激酶 二氢吡啶二羧酸合成酶
抑制 (负反馈调节)
前体物质
天冬氨酸激酶 （352位的苏氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶 （104位的天冬酰胺）
赖氨酸
改造
天冬氨酸激酶 （异亮氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶 （异亮氨酸）
DNA：CGA（G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）
（2）确定目的基因的碱基序列后，怎样才 能合成或改造目的基因（DNA）？
确定目的基因的碱基序列后，就 可以根据人类的需要改造它，通过人 工合成的方法或从基因中获取后 进行改造。旁栏思考题
1、你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白 质工程有什么关系？我国科学家承担了什 么任务？ （了解）
人类蛋白质组计划是继人类基因组计 划之后，生命科学乃至自然科学领域一项 重大的科学命题。2001年，国际人类蛋白 质组组织宣告成立。2003年该组织正式提 出启动了两项重大国际合作行动：一项是 由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白 质组计划”；另一项是以美国科学家牵头 执行的“人类血浆蛋白质组计划”，由此 拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。
1、在种内可以用什么方法？ 杂交育种 2、在种间可以用什么方法？ 基因工程育种
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，后者产生 它本不能产生的 蛋白质 ，进而 表现出 新的性状 。
①育种周期短； （重点记忆） ②目的性强，可定向改变生物性状； ③克服远缘杂交不亲和的障碍。
优点：
如果将其分子上的一个半胱氨酸变 成丝氨酸，在-70 C的条件下，可以保存 半年。
o
2、玉米中赖氨酸的含量比较低
赖氨酸的合成机理：
天冬氨酸激酶 二氢吡啶二羧酸合成酶
抑制 (负反馈调节)
前体物质
天冬氨酸激酶 （352位的苏氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶 （104位的天冬酰胺）
赖氨酸
改造
天冬氨酸激酶 （异亮氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶 （异亮氨酸）
高二生物人教版选修3课件专题1 1.4 蛋白质工程的崛起
目的原理获得 满足人类生 Nhomakorabea和生活需求
序列(基因)
的蛋白质
由预期的蛋白质功能找到相对应的 脱氧核苷酸
二、蛋白质工程的进展和前景(阅读P28)
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。
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。 (3)蛋白质工程的提出 1983年，美国某基因公司的一名科学家提出了“ 蛋白质工程 这一名词，随即被广泛地接受和采用。 ”
2.蛋白质工程的原理
基础 蛋白质分子的 结构规律 及其与 生物功能 的关系
概念 手段 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
判断正误：
预习诊断
(1)基因工程能生产自然界中不存在的蛋白质。( × ) (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
⑤__________。
(3)蛋白质工程的目的是__________________________________ ________________________，通过_________________实现。
问题导析 (1)天然蛋白质合成的过程是按照 中心法则 进行的。 (2)蛋白质工程的基本途径与上述过程 相反 ，即从 预期
(2)改造了基因即对蛋白质进行了改造。( √ )
生物：1.4《蛋白质工程的崛起》课件(新人教版选修3)
1、基因工程的优点和原理 、 2、基因工程的 、 工具酶 3、常用的运载体 4、获取目的基因 、 、 的方法 5、把目的基因导入受体细胞（动物 、把目的基因导入受体细胞（ 和植物） 和植物）的方法 6、 如何从个体水平上确定 、 目的基因已经表达 7、从分子水平上确定目的基因已经导入受体 、 细胞的方法名称及如何判断？ 细胞的方法名称及如何判断？ 8、从分子水平上确定目的基因已经转录成信 、 的方法名称及如何判断？ 使RNA的方法名称及如何判断？ 的方法名称及如何判断 9、从分子水平上确定目的基因已经翻译成蛋 、 白质的方法名称及如何判断？ 白质的方法名称及如何判断？
2、天然蛋白质的不足 、
Hale Waihona Puke 天然蛋白质是生物在长期进化过程中 形成的， 形成的，它们的结构和功能符合特定 物种生存的需要， 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。
3、蛋白质工程的目的 、
生产符合人类生产和生活的 需要的蛋白质。 需要的蛋白质。
二、蛋白质工程的基本原理
练习检测
1 ．关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法 关于生物体内存在的天然蛋白质， 不正确的是（ 不正确的是（ ） A．是生物在长期进化过程中形成的 ． B．它们的结构和功能符合特定物种生存的需要 ． C．构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有 种 ．构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种 D．一定完全符合人类生产和生活的需要 ．
D
2．蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是 ． Ａ．氨基酸结构 Ａ．氨基酸结构 C．肽链结构 ． B．蛋白质空间结构 ． D．基因结构 ．
Ｄ
）
• 3．下列关于蛋白质工程的说法错误的是（ ．下列关于蛋白质工程的说法错误的是（
2、天然蛋白质的不足 、
Hale Waihona Puke 天然蛋白质是生物在长期进化过程中 形成的， 形成的，它们的结构和功能符合特定 物种生存的需要， 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。
3、蛋白质工程的目的 、
生产符合人类生产和生活的 需要的蛋白质。 需要的蛋白质。
二、蛋白质工程的基本原理
练习检测
1 ．关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法 关于生物体内存在的天然蛋白质， 不正确的是（ 不正确的是（ ） A．是生物在长期进化过程中形成的 ． B．它们的结构和功能符合特定物种生存的需要 ． C．构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有 种 ．构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种 D．一定完全符合人类生产和生活的需要 ．
D
2．蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是 ． Ａ．氨基酸结构 Ａ．氨基酸结构 C．肽链结构 ． B．蛋白质空间结构 ． D．基因结构 ．
Ｄ
）
• 3．下列关于蛋白质工程的说法错误的是（ ．下列关于蛋白质工程的说法错误的是（
高中生物 人教版 选修3 专题1 基因工程 1.4 蛋白质工程的崛起 课件 (20张PPT)
2020/6/12
18
蛋白质工程是按照以下思路进行的：
确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白 质应具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→应有的 脱氧核苷酸序列→
2020/6/12
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酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学 的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方 面的一门科学技术。
如果想让某一个生物的性状在另外一个生物的身上表达，常用的方 法有哪些？ 答：种内：常规杂交育种
种间：基因工程
2020/6/12
1
基因工程的实质是什么？ 答：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 来不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。
中心法则
基因工程所生产的天然蛋白质一定完全符合人类生产和生活的需要 吗？ 答：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 2020/6定/12 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。 2
1. 从生物体中分离纯化目的蛋白； 2. 测定其氨基酸序列； 3. 借助核磁共振和X射线晶体衍射等手段，尽可能地了解蛋
白质的二维重组和三维晶体结构;
4. 设计各种处理条件，了解蛋白质的结构变化；包括折叠 与去折叠等对其活性与功能的影响；
5. 设计编码该蛋白的基因改造方案，如定点突变； 6. 分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。
2020/6/12
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四、知识拓展
蛋白质的一级结构：氨基酸排列顺序
2020/6/12
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四、知识拓展
蛋白质的二级结构：指蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕 的方式
2020/6/12
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生物《蛋白质工程的崛起》PPT课件(新人教版-选修3)
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，导入合 适的细菌中，让细菌生产人类所需 要的蛋白质食品呢？
理论上是可行的，但目前还没 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：
（1）对胰岛素的改造
天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和 六聚体，延缓胰岛素从注射部位进入血液，从 而延缓了其降血糖作用，也增加了抗原性，这 是胰岛素B23-B28氨基酸残基结构所致。利用 蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚 合作用，使胰岛素快速起作用。该速效胰岛素 已通过临床实验。
3、蛋白质工程的前景：
蛋白质工程与基因工程的关系：
项目 基因工程 蛋白质工程 预期的蛋白质功能 定向改造或生产人 类所需要的蛋白质 生产自然界已存在 的蛋白质 操作起点 目的基因 实现基因的异体 实质 表达 生产自然界没有的 结果 蛋白质 基本流程 联系
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。
试回顾总结基因工程的丰硕成果
植物方面
提高植物的抗虫、抗病、抗逆性 改良植物的品质
动物方面
提高动物生长速度 改善畜产品的品质 用转基因动物生产药物 用转基因动物作器官移植的供体
研制药物 基因治疗
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。 这些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。
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）
基因会发生突变，突变可以自发，也可以诱发，这是每个稍 有生物学知识的人都知道的常识。但在加拿大生物化学家M· 史密 斯（1932－2000）发明定点突变法之前，突变株的产生必须经由 自然界或用化学等方法诱使基因体突变。这类方法属于随机突变， 突变株必须在生物性状上有所改变，才能确定有突变发生，但除 非用分子生物方法或遗传方法找到此突变处，否则无法确定突变 位置。也就是说，这种突变是盲目的。而史密斯发明的定点突变 法却是有目的的，该法可经由设计好的寡核苷酸，在任何一个基 因片段上进行随意或设计好的突变，也就是说，这种突变是预先 设定好的，所以也有人将该法称为“反遗传法”。 有意思的是这一给生命科学研究及应用领域带来革命性突破 的方法竟然是史密斯和其同事在喝咖啡时闲聊出来的。现在，几 乎每个生物实验室都会用定点突变法来研究基因或蛋白质的功能。
人教版高中生物选修3专题1第节蛋白质工程的崛起(共40张PPT)
讨论：1、怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸 序列？ 请把相应的碱基序列写出来。
mRNA序列 GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）
CGA (或G或T或C) ACCTTT（或C)TACAAA (或G) 脱氧核苷酸
序列
GCT (或C或A或G) TGGAAA (或G)ATGTTT (或C)
分子设计
蛋白质结构的分析
测定三级结构计 算机图像
酶的纯化生化 特性
蛋白质化学
1.2 基因的体外定向突变
在DNA水平上产生多肽编码顺序的特异性 改变称为基因的定性诱变。利用这项技术 一方面可对某些蛋白质进行定位改造，另 一方面还可以确定多肽链中某个氨基酸残 基在蛋白质结构及功能上的作用。一般而 言，含有单一或少数几个突变位点的基因 定向突变可选用下列几种策略。
1.4 蛋白质工程实施的必要条件
异亮氨酸
半胱氨酸
二、蛋白质工程崛起的缘由
思考：如果想让某一个生物的性状在另外一 个生物的身上表达，常用的方法有哪些？
1、在种内可以用什么方法？ 杂交育种
2、在种间可以用什么方法？
基因工程育种
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，后者产生它本不能产的蛋白质，进 而表现出新的性状。
1.3 蛋白质工程的研究内容及应用
蛋白质是所有生命过程的存在形式，它以高度的特异性直 接推动数千种化学反应的进行，并以关键的结构元件组成所 有生物体的细胞和组织。 蛋白质工程技术改造或创建新型工程蛋白，还能拓展功能 蛋白在工业、农业、医学等领域的应用范围其经济和社会效 益不可估量。 （1）通过改变酶的Km和Vm等动力学参数，提高其生化反应 的催化效率。 （2）通过提高酶与底物的亲和性，减少生物转化工程中副 产物的形成。 （3）通过增强功能蛋白对蛋白酶的抗降解性能，简化其分 离纯化工序并提高收率。
mRNA序列 GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）
CGA (或G或T或C) ACCTTT（或C)TACAAA (或G) 脱氧核苷酸
序列
GCT (或C或A或G) TGGAAA (或G)ATGTTT (或C)
分子设计
蛋白质结构的分析
测定三级结构计 算机图像
酶的纯化生化 特性
蛋白质化学
1.2 基因的体外定向突变
在DNA水平上产生多肽编码顺序的特异性 改变称为基因的定性诱变。利用这项技术 一方面可对某些蛋白质进行定位改造，另 一方面还可以确定多肽链中某个氨基酸残 基在蛋白质结构及功能上的作用。一般而 言，含有单一或少数几个突变位点的基因 定向突变可选用下列几种策略。
1.4 蛋白质工程实施的必要条件
异亮氨酸
半胱氨酸
二、蛋白质工程崛起的缘由
思考：如果想让某一个生物的性状在另外一 个生物的身上表达，常用的方法有哪些？
1、在种内可以用什么方法？ 杂交育种
2、在种间可以用什么方法？
基因工程育种
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，后者产生它本不能产的蛋白质，进 而表现出新的性状。
1.3 蛋白质工程的研究内容及应用
蛋白质是所有生命过程的存在形式，它以高度的特异性直 接推动数千种化学反应的进行，并以关键的结构元件组成所 有生物体的细胞和组织。 蛋白质工程技术改造或创建新型工程蛋白，还能拓展功能 蛋白在工业、农业、医学等领域的应用范围其经济和社会效 益不可估量。 （1）通过改变酶的Km和Vm等动力学参数，提高其生化反应 的催化效率。 （2）通过提高酶与底物的亲和性，减少生物转化工程中副 产物的形成。 （3）通过增强功能蛋白对蛋白酶的抗降解性能，简化其分 离纯化工序并提高收率。
人教版生物选修3专题1、4《蛋白质工程的崛起》名师课件
( 38°54′ N, 121°35′ E )
12、不要像个落难者，告诉别人你的不幸。逢人只说三分话，不可全抛一片心。
13、人生的路，靠的是自己一步步去走，真正能保护你的，是你自己的选择。而真正能伤害你的，也是一样，自己的选择。
14、不要那么敏感，也不要那么心软，太敏感和太心软的人，肯定过得不快乐，别人随便的一句话，你都要胡思乱想一整天。
4、有些路看起来很近，可是走下去却很远的，缺少耐心的人永远走不到头。人生，一半是现实，一半是梦想。
5、你心里最崇拜谁，不必变成那个人，而是用那个人的精神和方法，去变成你自己。
6、过去的事情就让它过去，一定要放下。学会狠心，学会独立，学会微笑，学会丢弃不值得的感情。
7、成功不是让周围的人都羡慕你，称赞你，而是让周围的人都需要你，离不开你。
酸序列与胰制岛备素B链的B28-B29相比，发生颠倒。因此， 将效胰胰岛岛素素。B方链该改案速为效B胰28岛赖素氨已酸通-B过2临9脯床氨实酸验，。获得单体速
二、蛋白质工程的基本原理
基因修饰主要是指利用生物化学方法修改
DNA序列，将目的基因片段导入宿主细胞内，
资料：基因修饰
或者将特定基因片段从基因组中删除，从而达 到改变宿主细胞基因型或者使得原有基因型得
到加强的作用。基因修饰目前已经广泛应用于
人类生活的各个领域，例如，在医学上，可以
利用基因修饰的方法抑制某些病毒类宿主细胞
内的病毒复制，从而达到治疗的目的；在农业
上，利用基因修饰的方法，人们已经成功地改
变了农作物和畜禽的生产特性，从而达到改良
以及传播优良品种的目的。
任务一
任务二
任务三
任务四
任务五
任务六
身体健康，学习进步。 8、生活本来很不易，不必事事渴求别人的理解和认同，静静的过自己的生活。心若不动，风又奈何。你若不伤，岁月无恙。
高中生物同步课件：1.4 蛋白质工程的崛起(新人教版选修3)
②氨基酸序列(多肽链)
栏目 导引
专题1
基因工程
变式训练 (2012· 江苏启东中学高二检测)下列关于基因工 程和蛋白质工程的说法正确的是( 类需要的蛋白质，所以二者没有区别 ) A．蛋白质工程和基因工程的目的都是获得人
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
(4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出 其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA 合成仪合成出新的胰岛素基因。
栏目 导引
专题1
基因工程
互动探究 (1)结合本题分析：蛋白质工程直接操作的对
象是什么？
(2)比较分析：本题构建形成的胰岛素基因与 人体内的胰岛素基因相同吗？
【提示】
(1)基因。
(2)不同，由于遗传密码的简并性(一个氨基酸 可有多个密码子对应)，因此经反转录形成的 DNA不再是原来的DNA。
肽链→产生具有高级结构的蛋白质→行使生
物功能，而蛋白质工程正好与之相反。
栏目 导引
专题1
基因工程
【答案】
(1)蛋白质分子的结构规律及其与
生物功能的关系
(2)DNA mRNA
基因修饰
多肽链
基因合成
存在
(3)预期蛋白质功能
设计预期的蛋白质结构 找到相对应的脱氧
推测应有的氨基酸序列 核苷酸序列 不存在
(4)①分子设计
蛋白质 产生的_________，进而表现出新的性状。
2.基因工程的不足：原则上只能生产 自然界已存在 ________________的蛋白质。
栏目 导引
专题1
基因工程
二、蛋白质工程的基本原理
1..蛋白质工程的目标
人教版高中生物选修三1.4《蛋白质工程的崛起》课件17张PPT
新知探究
一、蛋白质工程的崛起缘由 基因工程的局限性： a、基因工程在原则上只能生产自然 界已存在的蛋白质 b、天然蛋白质不一定完全符合人类 生产和生活的需要
蛋白质工程的目的： 生产符合人们生活需要的并非自然界 已存在的蛋白质
项目 蛋白 质 实质
蛋白质工程 合成自然界不 存在的蛋白质 改造基因
基因工程 天然存在的蛋白质 目的基因导入受体 细胞并表达 已被广泛应用
2.下列关于蛋白质工程的说法错误的是（ B ） A.蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，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，定向改变分子的结构 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.蛋白质工程与基因工程密不可分，又被称为第 二代基因工程
C.③①④②
D.③④①②
退 出
氨基酸序 列多肽链
DNA合成
基因 DNA
转录
mRNA 翻译
折叠
蛋白质 三维结构
中心法则
预期 功能 生物 功能
蛋白质工程流程图
某多肽链的一段氨基酸序列是：
……-丙氨酸-色氨酸-赖氨酸-甲硫氨酸 -苯丙氨酸-……
丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG 色氨酸：UGG 赖氨酸：AAA、AAG 甲硫氨酸：AUG 苯丙氨酸：UUU、UUC
3.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.蛋白质工程就是酶工程的延伸
C.蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造
D.蛋白质工程只能生产天然的蛋白质
4.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根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列 A.①②③④ B.④②①③
2018届高二生物(人教版选修3)同步课堂课件：专题1 1.4《蛋白质工程的崛起》
理解· 教材新知
1．4
知识点一
知识点二
专 题 1
蛋白 质工 程的 崛起
把握· 命题热点
命题点一 命题点二 课堂回扣练习 课下综合检测
应用· 落实体验
1． 4
蛋白质工程的崛起
1．基因工程在原则上只能生产自然界已存在 的蛋白质。 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分子 设计。 3．蛋白质工程并不是直接改造蛋白质分子的 结构，而是通过基因操作来实现对天然蛋 白质的改造。 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 苷酸序列。
5．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，通过基因修饰或基因合成，对 现有蛋白质进行改造，或制造种新 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。
蛋白质工程崛起的缘由和基本原理
1．蛋白质工程崛起的缘由
基因 转移到另一种生 (1)基因工程的实质：将一种生物的_____ 蛋白质 ，进而表现出 物体内，后者可以产生它本不能产生的_______ 新的性状 。 _________
3．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。
1．蛋白质工程的操作步骤 (1)从生物体中分离纯化目的蛋白。 (2)测定其氨基酸序列。 (3)借助核磁共振和X射线晶体衍射等手段，尽可能地了解蛋 白质的二维重组和三维晶体结构。 (4)设计各种处理条件，了解蛋白质的结构变化，包括折叠 与去折叠等对其活性与功能的影响。
1．4
知识点一
知识点二
专 题 1
蛋白 质工 程的 崛起
把握· 命题热点
命题点一 命题点二 课堂回扣练习 课下综合检测
应用· 落实体验
1． 4
蛋白质工程的崛起
1．基因工程在原则上只能生产自然界已存在 的蛋白质。 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分子 设计。 3．蛋白质工程并不是直接改造蛋白质分子的 结构，而是通过基因操作来实现对天然蛋 白质的改造。 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 苷酸序列。
5．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，通过基因修饰或基因合成，对 现有蛋白质进行改造，或制造种新 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。
蛋白质工程崛起的缘由和基本原理
1．蛋白质工程崛起的缘由
基因 转移到另一种生 (1)基因工程的实质：将一种生物的_____ 蛋白质 ，进而表现出 物体内，后者可以产生它本不能产生的_______ 新的性状 。 _________
3．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。
1．蛋白质工程的操作步骤 (1)从生物体中分离纯化目的蛋白。 (2)测定其氨基酸序列。 (3)借助核磁共振和X射线晶体衍射等手段，尽可能地了解蛋 白质的二维重组和三维晶体结构。 (4)设计各种处理条件，了解蛋白质的结构变化，包括折叠 与去折叠等对其活性与功能的影响。
2020-2021学年生物人教版选修3课件：1-4 蛋白质工程的崛起
【典题精练 3】 基因工程与蛋白质工程的区别是( B ) A．基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程不需 对基因进行操作 B．基因工程合成的是天然存在的蛋白质，蛋白质工程合成 的可以是自然界不存在的蛋白质 C．基因工程是分子水平操作，蛋白质工程是细胞水平(或 性状水平)操作 D．基因工程完全不同于蛋白质工程
【典题精练 1】 科学家为提高玉米中赖氨酸含量，计划将 天冬氨酸激酶的第 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 位的氨基酸由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，下列对蛋白质的改造，Байду номын сангаас作正确的是( C )
A．直接通过分子水平改造蛋白质 B．直接改造相应的 mRNA C．对相应的基因进行操作 D．重新合成新的基因
2．提高玉米赖氨酸的含量 含量低的原因：赖氨酸合成过程中两个关键酶——天冬氨 酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性，受细胞内赖氨酸浓度 的影响，当赖氨酸浓度达到一定量时，就会抑制这两种酶的活 性。改变两种酶的特性后，玉米游离赖氨酸含量提高。 如果对赖氨酸合成过程中的两个关键酶进行改造，可以使 玉米叶片和种子中的游离赖氨酸分别提高 5 倍和 2 倍。
【解析】 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。蛋白质工程是从分子水平上对蛋白质进行改造设计，通过 对相应的基因进行修饰加工，甚至人工进行基因合成，从而对现有蛋 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需求； 而基因工程只是将外源基因导入另一生物体内，并使之表达，体现人 类所需的性状，或者获取所需的产品，基因工程原则上只能生产自然 界已存在的蛋白质。
实例分析 1．通过蛋白质工程来提高重组 β－干扰素专一活性和稳定 性。 干扰素是一种抗病毒、抗肿瘤的药物。将人的干扰素的 cDNA 在大肠杆菌中进行表达，产生的干扰素的抗病毒活性为 1×106 U/mg，只相当于天然产品的十分之一，虽然在大肠杆菌 中合成的 β－干扰素量很多，但多数是以无活性的二聚体形式存 在。为什么会这样？如何改变这种状况？研究发现，β－干扰素
人教版选修三 专题1 1.4 蛋白质工程的崛起 课件(45张)
专题1 基因工程
1. 提高效率 Increase the Efficiency 2. 创造未来 To create the future 3. 铸就辉煌 C a s t b r i l l i a n t
生物 选修3 现代生物科技专题 RJ
专题1 基因工程
1.4 蛋白质工程的崛起
栏目 导引
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专题1 基因工程
解析：选 C 蛋白质工程是指以蛋白质的结构规律及其与生 物功能的关系为基础，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，蛋白质工程需构建基因表达载体，①错误；利用蛋白质工 程产生的是自然界没有的蛋白质，②错误；蛋白质工程是在基因 工程的基础上延伸出来的，故蛋白质工程需要用到限制酶和 DNA 连接酶，③正确；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，④错误。
三、蛋白质工程的进展和前景 1．进展：如科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效 型药品。 2．前景：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 24 __小__、耗电 25 _少___和效率 26 _高___的特点。 3．面临困难：对蛋白质发挥功能必须依赖的正确的 27 _高__级__结__构___的了解还很不够。
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专题1 基因工程
4．改造方法：根据改造蛋白质部位的多少，对蛋白质的改 造可分为三类：“大改”：制造出自然界中不存在的全新蛋白质； “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；“小改”：改造蛋白质分子中的几个氨基酸残基。
1. 提高效率 Increase the Efficiency 2. 创造未来 To create the future 3. 铸就辉煌 C a s t b r i l l i a n t
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专题1 基因工程
1.4 蛋白质工程的崛起
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专题1 基因工程
解析：选 C 蛋白质工程是指以蛋白质的结构规律及其与生 物功能的关系为基础，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，蛋白质工程需构建基因表达载体，①错误；利用蛋白质工 程产生的是自然界没有的蛋白质，②错误；蛋白质工程是在基因 工程的基础上延伸出来的，故蛋白质工程需要用到限制酶和 DNA 连接酶，③正确；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，④错误。
三、蛋白质工程的进展和前景 1．进展：如科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效 型药品。 2．前景：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 24 __小__、耗电 25 _少___和效率 26 _高___的特点。 3．面临困难：对蛋白质发挥功能必须依赖的正确的 27 _高__级__结__构___的了解还很不够。
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专题1 基因工程
4．改造方法：根据改造蛋白质部位的多少，对蛋白质的改 造可分为三类：“大改”：制造出自然界中不存在的全新蛋白质； “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；“小改”：改造蛋白质分子中的几个氨基酸残基。
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5．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，通过基因修饰或基因合成，对 现有蛋白质进行改造，或制造种新 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。
蛋白质工程崛起的缘由和基本原理
1．蛋白质工程崛起的缘由
基因 转移到另一种生 (1)基因工程的实质：将一种生物的_____ 蛋白质 ，进而表现出 物体内，后者可以产生它本不能产生的_______ 新的性状 。 _________
蛋白质工程的进展和前景
1．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
体积小、耗电少 方面，用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有______________
和效率高 ________的特点。
2．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
基序列→合成DNA→表达出
蛋白质
比较项目
基因工程 定向改造生物的遗传特
蛋白质工程
实质
性，以获得人类需要的 生物类型或生物产品
定向改造或生产人类
所需的蛋白质 可以创造出自然界不
结果 联系
生产人类需要的基因产
物(自然界已有的蛋白质) 存在的新蛋白质
蛋白质工程是以基因工程为基础的
[特别提醒] 蛋白质工程与基因工程的关系 ①蛋白质工程就是通过基因重组技术改变或设计合成具有 特定生物功能的蛋白质，基因工程技术是蛋白质工程技术的基 础，因此蛋白质工程也叫第二代基因工程。 ②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。改造后的基因需要表达出相应的 蛋白质，同样需将改造或合成的基因导入受体细胞。
目的
原理 流程
1．对天然蛋白质进行改造，是通过直接对蛋白质分子进 行操作来实现的吗？
提示：不是，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，最终必须通过基因改造来完成。
2．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 却与之相反：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。
理解· 教材新知
1．4
知识点一
知识点二
专 题 1
蛋白 质工 程的 崛起
把握· 命题热点
命Байду номын сангаас点一 命题点二 课堂回扣练习 课下综合检测
应用· 落实体验
1． 4
蛋白质工程的崛起
1．基因工程在原则上只能生产自然界已存在 的蛋白质。 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分子 设计。 3．蛋白质工程并不是直接改造蛋白质分子的 结构，而是通过基因操作来实现对天然蛋 白质的改造。 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 苷酸序列。
②提高玉米赖氨酸含量： 改造 天冬氨酸激酶352位的苏氨酸 ______ ――→ 天冬氨酸激酶352位的异亮氨酸 改造 天冬酰氨 ――→ 二氢吡啶二羧酸合成酶104位的_________ 二氢吡啶二羧酸合成酶104位的异亮氨酸 结果：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。
(5)设计编码该蛋白质的基因改造方案，如定点突变。 (6)分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。
[特别提醒] 蛋白质工程并不是直接改造蛋白质，而是通过 对基因操作来实现对天然蛋白质的改造，主要原因如下： 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。
(2)缘由：
已存在的蛋白质。 ①基因工程在原则上只能生产自然界______
物种生存 的需要， 结构和功能符合特定_________ ②天然蛋白质的__________
人类生产和生活 的需要。 却不一定完全符合_______________
(3)实例： ①延长干扰素保存时间： 改造 干扰素半胱氨酸 ――→ 干扰素 丝氨酸 体外很难保存 体外可以保存半年
2．蛋白质工程的基本原理
基础 概 念 手段
结构规律 及其与生物功能 蛋白质分子的_________ ________的关系
基因修饰 或_________ 通过_________ 基因合成 ，对现有蛋白质进行改造， 或制造一种新的蛋白质 满足人类生产和生活需求 的蛋白质 获得________________________ 脱氧核苷酸序列(基因) 由预期的蛋白质找到相对应的____________________ 蛋白质结构 →推测应有 预期蛋白质功能→ 设计预期的___________ 氨基酸序列 →找到相对应的_____________________ 脱氧核苷酸序列(基因) 的___________
2．基因工程与蛋白质工程的比较
比较项目 操作对象 操作水平
基因工程 基因 DNA分子水平 目的基因的获取→
蛋白质工程 基因 DNA分子水平 确定蛋白质的功能→蛋白质 应有的高级结构→蛋白质应 具备的折叠状态→蛋白质应 有的氨基酸序列→应有的碱
基因表达载体的构
基本过程 建→将目的基因导 入受体细胞→目的 基因的检测与鉴定
3．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。
1．蛋白质工程的操作步骤 (1)从生物体中分离纯化目的蛋白。 (2)测定其氨基酸序列。 (3)借助核磁共振和X射线晶体衍射等手段，尽可能地了解蛋 白质的二维重组和三维晶体结构。 (4)设计各种处理条件，了解蛋白质的结构变化，包括折叠 与去折叠等对其活性与功能的影响。