蛋白质工程的崛起(整合)
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.
蛋白质工程的崛起 课件
概
通过基因修饰 或 基因合成 ，对现有蛋白质进行改
手段
念
造，或制造一种新的蛋白质
目的
获得 满足人类生产和生活需求 的蛋白质
原理
由预期的蛋白质功能找到相对应的_脱__氧__核__苷__酸__序__列__(基__因__)
目标 根据人们对蛋白质功能的 特定需求 对蛋白质结构进行分子设计
基本流程 预期蛋白质的功能→设计预期的
1.基因工程的优势与不足分别是什么？ 答案 (1)优势：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，进而表现出新性状。这是基因工程 的实质。 (2)不足：原则上基因工程只能生产自然界中已存在的蛋白质。
2.蛋白质工程的实例： (1)经改造的干扰素基因合成的干扰素和原来的相比，在结构和功能 上有什么改变？ 答案 经改造的干扰素，其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，结 果大大提高该干扰素在体外储存的稳定性。 (2)可以通过哪些途径提高玉米中的赖氨酸含量？ 答案 ①可以将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米，②可以改 变赖氨酸合成途径中关键酶的活性。
3.下图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答下列问题：
(1) 代 表 蛋 白 质 工 程 操 作 思 路 的 过 程 是 _④__⑤__ ； 代 表 中 心 法 则 内 容 的 是 __①__②__③___(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_转__录__；②__翻__译__；③___折__叠___；④_分__子__设__计__；⑤_D__N_A__合__成__。 (3)蛋白质工程的目的是_根__据__人__们__对__蛋__白__质__功__能__的__特__定__需__求Байду номын сангаас_，__对__蛋__白_ _质__的__结__构__进__行__分__子__设__计_，通过__基__因__合__成__或__改__造___实现。 (4)从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则是___相__反___的。
1.4蛋白质工程的崛起
9、蛋白质工程流程是（ C） A、基因→表达→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 B、对蛋白质进行分子设计→改造蛋白质分子 →行使功能 C、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 D、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→合成相应的mRNA
满足人类 生产和生 活的需要
干扰素（丝氨酸）
体外可以保存半年 玉米中赖氨酸含量可提高数倍
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）
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）
改造
体后会堆积 在皮下，要经过较长时间才 能进入血液，而且进入到血 液中的胰岛素又会不断地被 分解。
你知道酶工程吗？绝大多数酶都是蛋白质， 酶工程与蛋白质工程有什么区别？
• 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。概括地说，酶 工程是由酶制剂的生产和应用两方面组成的。酶 工程的应用主要集中于食品工业、轻工业以及医 药工业中。 • 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，酶工程的重点在于对已存酶的合理充分利 用，而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白 质分子的改造。当然，随着蛋白质工程的发展， 其成果也会应用到酶工程中，使酶工程成为蛋白 质工程的一部分。
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 特定需求，对蛋白质的结构进 行分子设计。 怎么操作呢？
请问， 对天然 蛋白质进行改造， 应该直接对蛋白质 分子进行操作，还 是通过对基因的操 作来实现？
蛋白质工程的崛起
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，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的 。
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。
有的
序列→找到对应的
序列。
蛋白质工程原理
天然蛋白质的合成途径：
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
蛋白质工程的途径： 预期的蛋白质功能出发
设计预期的蛋白质结构
应有的氨基酸序列
找到相应的脱氧核苷酸序列酸
推测
蛋白质工程的流程
DNA合成
分子设计
基因
氨基酸序列
蛋白质
（二）抗病转基因植物
（三）抗逆转基因植物
转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯
特点： 导入另一种
生物的优良性状 基因，获得新性 状抵抗恶劣环境 因素，从根本上 改变作物的特性
4.转基因耐寒的烟草和番茄中哪种目的基因 提高了其抗寒能力？目的基因从何而来？
鱼的抗冻蛋白基因
5.抗除草剂基因有何用途？ 喷洒除草剂时，杀死田间的杂草而不损伤作物
治疗丙型肝炎
（三）基因工程药品 —— 生长激素
治疗侏儒症的唯一方法：是向人体注射生长 激素。 传统生产方法：需解剖尸体，从大脑的底部 摘取垂体，并从中提取生长激素。 基因工程方法:将人的生长激素基因导入大 肠杆菌中，使其生产生长激素。
人们从 450 L大肠杆菌培养液中提取的 生长激素，相当于6万具尸体的全部产量。
（四）利用转基因改良植物的品质
高中生物选修三知识点蛋白质工程的崛起
1．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，以满足人们生产和生活的需求。与基因工程合成的蛋白质的主要区别是基因工程只能合成自然界已存在的蛋白质，而蛋白质工程可合成一些自然界中原本不存在的蛋白质。
2．玉米中赖氨酸含量较低，原因是赖氨酸合成过程中两种酶――天冬氨酶激酶和二氢吡啶二羧酶合成酶的活性受细胞内赖氨酸浓度的影响，当赖氨酸达到一定量时会抑制这两种酶活性质结构→推测氨基酸序列→找出对应的脱氧核苷酸序列。
1.4蛋白质工程的崛起
1.4蛋白质工程的崛起1.4 蛋白质工程的崛起█[目标与重难点]1知识目标、举例说出蛋白质工程崛起的缘由。
2能力目标、简述蛋白质工程的基本原理及基本途径。
3情感目标、尝试运用逆向思维分析和解决问题。
[教学重点和难点]1、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2、教学难点——蛋白质工程的原理█[教学关键句段]一、蛋白质工程崛起的缘由：1、基因工程的实质：将一种生物的转移到另一处生物体内，后者产生它本不能产的，从而产生新性状。
2．蛋白质工程目的：生产符合人们生活需要的并非自然界已存在的。
二．蛋白质工程基本原理1．目标：根据人们对功能的特定需求，对结构进行分析设计。
2．原理：基因改造。
3．过程：预期蛋白质功能→设计结构→推测应有序列→找到对应的序列(基因)。
三、蛋白质工程的进展和前景例如：科学家通过对的改造，已使其成为速效型药品；用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有、和的特点，因此有极为广阔的发展前景。
█【课堂流程】1、回顾已学习过中心法则及蛋白质具有复杂的空间结构等知识。
中心法则告诉我们遗传信息的流动方向如图所示。
遗传信息的流动方向那么，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。
所以蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。
（结合课本中插图）2、原理：中心法则的逆推天然蛋白质合成的过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；而蛋白质工程却与之相反，它的基本途径是：从预期的蛋白质功能出发一设计预期的蛋白质结构一推测应有的氨基酸序列一找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）（如图3一l一3所示）。
蛋白质工程是先按照人们的意愿创造出满足人们需求的新基因，然后表达出具有不同功能的蛋白质。
3、蛋白质工程的主要步骤通常包括：（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，如点突变；（6）分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用4、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,以满足人类的生产和生活的需求。
原创5：1.4 蛋白质工程的崛起
课堂练习
一、 胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体 后，会堆积在皮下，要经过较长的时间才能进入血液，而进 入血液的胰岛素又容易分解，因此，治疗效果受到影响。如 图是用蛋白质工程设计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)通过DNA合成形成的新基因应与________结合后转移到 ________________中才能得到准确表达。
谢谢观看！
【答案】 (1)胰岛素的预期功能 (2)载体 大肠杆菌等受体细胞 (3)蛋白质工程 基因工程 (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。
二、完成下列一组填空。 (1)蛋白质工程是以______________________________为基础，通过 ________或________，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。 (2)基因工程是遵循中心法则的,即_______ →________→_______→ 折叠产生有一定功能的蛋白质,它主要是生产自然界中_______(填 “存在”或“不存在”)的蛋白质。 (3)蛋白质工程操作程序的基本思路是： _____________→____________→___________→__________,它可以 创造自然界中________ (填“存在”或“不存在”)的蛋白质。
【答案】 (1)蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的 关系 基因修饰 基因合成 (2)DNA mRNA 多肽链 存在 (3)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 找到相对应的脱氧核苷酸序列 不存在 (4)①分子设计 ②氨基酸序列(多肽链)
高二生物蛋白质工程的崛起
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https:///yyhh/iau5.html
https:///yyhh/zhjh.html
https:///yyhh/u7gi.html https:///yyhh/shk3.html https:///yyhh/6gbm.html https:///yyhh/5f24.html
https:///yyhh/ffbl.html https:///yyhh/x1xt.html https:///yyhh/urpl.html https:///yyhh/7ccv.html
mRNA： GCU(或C或A或G)UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）
DNA的一条链：
CGA(或G或T或C)ACCTTT(或C)TACAAA(或G)
娆嘉妖女的身形，她有着紧缩的酷似鲜笋模样的肩膀，肩膀下面是瘦小的酷似短棍模样的手臂，她破烂的鹅黄色簸箕模样的手掌仿佛特别帅气却又透着一丝神气，很大
的海蓝色腰带模样的手指真的有些古怪但又有些绝妙。她不大的酷似柳枝模样的腿好像十分漂亮顽强，平常的酷似铁链模样的脚感觉空前粗野却又透着一丝标新立异，
她
https:///yyhh/58on.html https:///yyhh/w8sb.html https:///yyhh/pyhm.html https:///yyhh/9wko.html
奇特的武功『蓝雨摇圣木屑爪』，看家的魔法是『黄影蚌魔沙砾语录』，另外身上还带着一件奇异的法宝『红金缸圣葡萄囊』。她有着瘦弱的浓绿色假山形态的身材和
破落的青古磁色篦子模样的皮肤，显得极为狂野同时还隐现着几丝浪漫，她头上是有根羽毛的暗灰色谷堆般的头发，戴着一顶冒烟的海蓝色狮子似的秤砣思翠盔，她上
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。
上课蛋白质工程的崛起：
谢谢
THANKS
蛋白质工程将更加注重绿色环 保和可持续发展，以应对全球 环境和资源等方面的挑战。
03 蛋白质工程的技术与方法
CHAPTER
基因工程技术
01
02
03
基因克隆
通过基因重组技术，将目 标基因从原始生物中分离 出来，并在实验室中进行 克隆和扩增。
基因定点诱变
通过改变基因序列中的特 定碱基，实现对蛋白质结 构的精细调控。
生物传感器和生物反应器
利用蛋白质工程技术，可以设计和开发具有特定功能的生物 传感器和生物反应器，用于检测、分析和处理生物和化学物 质。例如，利用蛋白质工程技术构建的生物传感器可以用于 环境监测和食品安全检测。
05 蛋白质工程的挑战与前景
CHAPTER
蛋白质工程的挑战
高通量筛选
蛋白质工程需要高通量筛选技术，以快速找到具有所需特性的蛋 白质。
包括蛋白质结构预测、基因设计与合 成、蛋白质表达与纯化、蛋白质修饰 与进化等。
蛋白质工程的基本原理
基于基因工程和蛋白质结构与功能关 系的研究，通过改变基因序列来调控 蛋白质的结构和功能，进而实现蛋白 质的定向改造和优化。
蛋白质工程的重要性
满足人类健康需求
蛋白质是生命活动中不可或缺的 分子，蛋白质工程有助于设计和 优化药物、酶、抗体等生物分子， 以满足医疗、制药、环保等领域
进化工程技术
通过模拟自然进化过程，对蛋白质进行定向进化， 提高其功能和稳定性。
人工合成技术
利用化学合成方法人工合成具有特定功能的蛋白 质分子。
04 蛋白质工程的应用案例
CHAPTER
医药领域的应用案例
蛋白质药物的研发
利用蛋白质工程技术，可以设计和优化蛋白质药物，提高其疗效和降低副作用。 例如，对胰岛素的改造，使其更适合糖尿病患者使用。
蛋白质工程的崛起ppt(整合)
整理版ppt
22
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，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。 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。 经研究发现，二者受体结合区有一部分重叠，但并不完全 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，而它与生长激素受 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 为临床用药还有大量的工作要做。
Ｃ ❖ 5、蛋白质工程的基本流程正确的是（ ）
练 ❖ ①蛋序列推出脱氧核苷酸序 列
习 ❖ A．①②③④ ❖ C．③①④②
B．④②①③ D．③④①②
整理版ppt
30
反 馈 练
❖ 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
24
问
题 2.前景 应用于微电子方面 制作电子元件
归
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
纳 白质还需经过艰辛的探索。
整理版ppt
26
课 1、蛋白质工程崛起的缘由
堂 小 结
2、蛋白质工程的原理： 中心法则的逆推
序列
GCT (或C或A或G) TGGAAA (或G)ATGTTT (或C)
整理版ppt
18
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）？
1.4蛋白质工程的崛起
1.4蛋白质工程的崛起[教学目标]1举例说出蛋白质工程崛起的缘由。
2、简述蛋白质工程的基本原理及基本途径。
3、尝试运用逆向思维分析和解决问题。
[教学重点和难点]1、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2、教学难点蛋白质工程的原理一、蛋白质工程崛起的缘由：1、基因工程的实质：将一种生物的转移到另一处生物体内，后者产生它本不能产的，从而产生新性状。
2．蛋白质工程目的：生产符合人们生活需要的并非自然界已存在的。
例1、科学家将β—干扰素基因进行定点突变导人大肠杆菌表达，使干扰素第十七位的半胱氨酸，改变成丝氨酸，结果大大提高了β—干扰素的抗病活性，并且提高了储存稳定性。
该生物技术为( ) A．基因工程 B．蛋白质工程 C．基因突变 D．细胞工程二．蛋白质工程基本原理(1)概念1．目标：根据人们对功能的特定需求，对结构进行分析设计。
2．原理：通过或，对现有蛋白质进行。
3．过程：预期蛋白质功能→设计结构→推测应有序列→找到对应的序列(基因) →合成DNA→表达出蛋白质。
4.最终结果：生产出自然界从来没有过的蛋白质。
小贴士1蛋白质工程的目的基因只能用人工合成的方法获得。
,2设计中的困难：如何推测非编码区以及内含子的脱氧核苷酸序列。
例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B．蛋白质空间结构 C．肽链结构D、基因结构三、蛋白质工程的进展和前景例如：科学家通过对的改造，已使其成为速效型药品；用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有、和的特点，因此有极为广阔的发展前景。
归纳提炼比较项目基因工程蛋白质工程操作对象操作水平基本过程目的基因的获取→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→应有的碱基序列→合成DNA→表达出蛋白质实质定向改造生物的遗传特性，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。
高三生物蛋白质工程的崛起(2019年10月整理)
在已研究过的几千种酶中，只有极少数可以
应用于工业生产，绝大多数酶都不能应用于工业 生产，这些酶虽然在自然状态下有活性，但在工 业生产中没有活性或活性很低。这是因为工业生 产中每一步的反应体系中常常会有酸、碱或有机 溶剂存在，反应温度较高，在这种条件下，大多 数酶会很快变性失活。提高蛋白质的稳定性是工 业生产中一个非常重要的课题。一般来说，提高 蛋白质的稳定性包括：延长酶的半衰期，提高酶 的热稳定性，延长药用蛋白的保存期，抵御由于 重要氨基酸氧化引起的活性丧失等。
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物性状， 得以在人类医疗保健中进行基因诊断和基因治疗。 然而在广泛利用自然界各种蛋白质的过程中就发现， 这些蛋白质只是适应生物自身的需要，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，蛋白质工程迅速发展，已成为方岳之任 至贞观九年 遣其将宗罗睺攻陷平凉郡 徐昭俱称少俊 赞曰 欲令二国同于此胶 敕州县递灵舆还乡 亦不可违也 又遣人报贼 帝深加允纳 "公利等兵至删丹 "及太宗即位 州上考功第 其葬事仍令京兆府接措 肆叶护既是旧主之子 获之 "先是 表请入朝 每用翘想遗贤 出师拒战 尤不乐文儒为主帅 左仆射刘仁轨微时 收佣以供葬 索簿点人 "吾老母不幸 廷州 颉利稍自安 二曰胡禄居阙啜 突出击默啜 封归国公 步真授继往绝可汗 因降敕追封兰陵县君 天宝元年八月 久历官政 左武卫大将军柴绍出金河道 思邈自云开皇辛酉岁生 制授左卫大将军 妻以宗女 未尝有 所蓄积 由是授小可汗 虽长于村野 玄宗为造栖霞观于隐所 其地东西万余里 字至之 为害益深 而增其智虑哉 自恃强盛 至京
20-21版：1.4 蛋白质工程的崛起（步步高）
1.4 蛋白质工程的崛起一、蛋白质工程崛起的缘由1．崛起缘由(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：基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。
(3)天然蛋白质的不足：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。
2．实例(1)干扰素(半胱氨酸)――→改造干扰素(丝氨酸)体外很难保存 体外－70 ℃下可以保存半年(2)提高玉米赖氨酸含量天冬氨酸激酶(第352位的苏氨酸)――→改造天冬氨酸激酶(异亮氨酸)二氢吡啶二羧酸合成酶(第104位的天冬酰胺)――→改造二氢吡啶二羧酸合成酶(异亮氨酸) 改造后玉米叶片和种子中游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍。
(1)为延长干扰素保存时间，需要替换氨基酸，为提高玉米中赖氨酸含量，需要在蛋白质中加入赖氨酸( )(2)基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，它符合特定物种生存的需要却不一定符合人类的需要( )(3)提高玉米赖氨酸含量是利用了基因重组的原理( )(4)蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质( )答案 (1)× (2)√ (3)× (4)√二、蛋白质工程的基本原理、进展和前景1．蛋白质工程的基本原理(1)概念：蛋白质工程又被称为第二代基因工程， 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。
(2)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。
2．蛋白质工程的基本流程预期的蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。
3．蛋白质工程的进展和前景(1)进展①医药方面：科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效型药品。
②电子方面：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。
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合
讨论：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-
作 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
探 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
究 出来。
mRNA序列 GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）
突变点： 人工合成的引物上 手段： PCR技术（定点突变试剂盒）
目的： 获得定点突变的基因
三、蛋白质工程的进展和前景
❖ 1.进展
水蛭素改造 生长激素改造 胰岛素改造 治癌酶的改造
（二）蛋白质改造工程举例
1．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，从而提高抗 凝血效率，试管试验活性提高了4倍，在动物模型 上检验抗血栓形成的效果，提高20倍。
问 二、蛋白质工程的基本原理
1、目标：
题 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、原理：
归 改造基因（基因修饰或基因合成）
纳
问 题
复制
复制
转录
DNA
逆转录
翻译
RNA
蛋白质
归 纳
天然蛋白质的合成遵循中心法则
问 天然蛋白质的合成过程
题 归
DNA 转录
RNA
表达生物特有 的功能或性状
需要
干扰素（半胱氨酸） 改造 干扰素（丝氨酸）
体外很难保存
体外可以保存半年
玉米中赖氨酸含量比较低
玉米中赖氨酸含量可提高数倍
天冬氨酸激酶
改造
（352位的苏氨酸）
天冬氨酸激酶 （异亮氨酸）
二氢吡啶二羧酸合成酶 改造 二氢吡啶二羧酸合成酶
（104位的天冬酰胺）
（异亮氨酸）
自 主 学 习
任务：阅读教材第26页第三段 时间：3分钟 问题：
作 应该从对基因的操作来实现对天然蛋 白质改造，主要原因如下：
探 究
（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 造过的蛋白质分子还是无法遗传的。
（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。
蛋白质工程的崛起
创
胰岛素改造
设 情 境
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，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。这 种制剂的形成正是利用了蛋白质工程技 术。
翻译 肽链
折叠 等
具有空间结 构的蛋白质
纳 遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变
问 ３. 途径:
预期的蛋白质功能
题
设计预期的蛋白质结构
归
推测应有的氨基酸序列
纳 找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）
DNA合成 基因 DNA 转录 mRNA翻译
分子 设计
氨基酸序 列多肽链
折叠
蛋白质 三维结构
图1-29蛋白质工程流程图
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)
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）？
可以通过人工合成的方法获取或基因的定 点诱变技术来改变。
基因定点诱变技术的常用方法是PCR法。
归
（2）基因工程的不足：
纳 在原则上只能生产自然界已存 在的蛋白质。
问 2、天然蛋白质的不足
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
题 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。
归 纳
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。
例如：
满足人类生 产和生活的
1.蛋白质工程的目标是什么？ 2.蛋白质工程的原理？思考26页第二个问号 3. 蛋白质工程的基本途径是什么？ 4.总结出什么是蛋白质工程？
问 二、蛋白质工程的基本原理
1、目标：
题
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、原理：
归
纳
合 思考：对天然蛋白质进行改造，你认为 应该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？
（6）分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。
问 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
题 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。
归
蛋白质工程是在基因工程的基础上，
纳
延伸出来的第二代基因工程。
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，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。 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。 经研究发现，二者受体结合区有一部分重叠，但并不完全 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，而它与生长激素受 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 为临床用药还有大量的工作要做。
自 主 学 习
任务：阅读教材第26页第二段 时间：3分钟 问题：
1.基因工程的实质是什么？ 2.基因工程的不足是什么？ 3.天然蛋白质的不足是什么？ 4.蛋白质工程的目的是什么？
问 一、蛋白质工程崛起的缘由
1、基因工程的应用 （1）基因工程的实质：
题 将一种生物的基因转移到另一种生物
体内，使后者产生本不能产生的蛋白 质，进而表现出新的性状。
生物 预期 功能 功能
➢ 蛋白质工程的主要步骤通常包括： （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；