2020高考生物选修3现代生物科技专题1 1.4蛋白质工程的崛起
高中生物选修3精品学案：1.4 蛋白质工程的崛起
1.4 蛋白质工程的崛起学习目标1.简述蛋白质工程的实质及基因工程生产的蛋白质种类。
(重难点)2.解释蛋白质工程的基本原理及基本途径。
(重难点)3.分析蛋白质工程将来的发展前景。
(重点)|基础知识|1.蛋白质工程崛起的缘由基因工程可将一种生物的基因转移到另一种生物的体内，可产生它本不能产生的蛋白质，表现出新的性状。
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。
2.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要。
(2)原理：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)过程：它的基本途径是：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→找到相对应的脱氧核苷酸序列。
3.蛋白质工程的进展和前景(1)前景诱人：用蛋白质工程方法制成的电子原件，具有体积小、耗电少和效率高的特点，因此有极为广阔的发展前景。
(2)面临困难：目前科学家对大多数蛋白质的高级结构了解还不够，因此蛋白质工程目前成功的例子不多。
|自查自纠|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.基因工程遵循中心法则，而蛋白质工程不遵循。
(×)3.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。
(×)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，也需要利用基因工程的基本工具，需要经历基因工程的操作流程。
(√)5.根据某生物多肽链的一段氨基酸序列，可以很容易地确定决定该生物中这段肽链的脱氧核苷酸序列。
(×)6.蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要是因为人们对蛋白质复杂的高级结构没有完全认识。
高中生物人教版选修三同步导学：1.4 蛋白质工程的崛起(理解+掌握+应用)
1.4蛋白质工程的崛起1．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。
蛋白质工程崛起的缘由和基本原理[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蛋白质。
2．蛋白质工程的基本原理(2)基本流程：预期蛋白质的功能→设计蛋白质的结构→推测氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列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。
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。
[跟随名师·解疑难]基因工程和蛋白质工程的比较基因工程蛋白质工程操作环境(场所)生物体外生物体外操作核心基因基因操作起点目的基因预期的蛋白质功能基本过程剪切→拼接→导入→表达确定蛋白质功能→应有的高级结构→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(基因的异体表达) 结果生产自然界已存在的蛋白质可以创造出自然界不存在的蛋白质[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。
北师大版高中生物选修3：现代生物科技专题蛋白质工程的崛起
转录 翻译
三维结构 折叠
预期功能 生物功能
蛋白质工程的概念
基础: 蛋白质的结构和功能
途径: 基因修饰或基因合成
目标: 改造或制造新的蛋白质，满足人类的生产生 活的需要
蛋白质工程的实质：是对编码蛋白质的基因进行改造
二、蛋白质工程的基本原理
活动2：对照蛋白质工程流程图，说
出主要步骤。
蛋白质工程的主要步骤通常包括：
活动3：对照密码表，至少写出三种决定
“—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸— 苯丙氨酸—”的脱氧核苷酸序列。
（一）蛋白质的分子设计与改造
蛋白质工程首先是以蛋白质的结构为基础，通 过蛋白质的一级结构、晶体结构和溶液构象的研究， 积累了成千上万蛋白质一级结构和高级结构的数据 资料，并编制成系统的数据库，得以从中找出蛋白 质分子间的进化关系、一级结构和高级结构的关系、 结构与功能的关系方面的规律。
一、蛋白质工程崛起的缘由
活动1:
回答:为什么要进行蛋白质工程?
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。
3．胰岛素改造
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。
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）
高二生物选修三 1.4蛋白质工程的崛起
高二生物选修三 1.4蛋白质工程的崛起(1)对遗传型糖尿病进行基因治疗的方案中，胰岛素基因称为______________，实验室中要先对该基因利用__________技术进行扩增。
将该基因导入正常细胞所用的方法是________。
(2)对遗传型糖尿病患者进行治疗的基因工程步骤中的核心步骤是________________。
(3)科研人员利用蛋白质工程合成速效胰岛素，该技术的实验流程为：其中，流程A是________________，流程B是________________。
(4)与基因工程相比，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________或基因________，对现有蛋白质进行________，制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产生活需要。
5.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。
下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，据图回答：(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一个酶Ⅱ的切点。
①请画出质粒被限制酶Ⅰ切割后形成黏性末端的过程______________________________________________________________________________________________________________________________________。
②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________________________________________________________________________________________________________________________。
高三生物选修3_现代生物科技专题_《蛋白质工程的崛起》名师推荐
1.4 蛋白质工程的崛起知识点一对蛋白质工程的理解和应用1.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________；代表中心法则内容的是____________。
（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基本途径与中心法则是____________的。
2.科学家对鼠源杂交瘤抗体进行改造，生产出效果更好的鼠-人嵌合抗体，用于癌症治疗。
下图表示形成鼠－人嵌合抗体的过程，据图回答：（1）改造鼠源杂交瘤抗体，生产鼠－人嵌合抗体，属于____________（生物工程）的范畴。
（2）图示过程是根据预期的________，设计________，最终必须对________进行操作，此操作中改变的是____________。
（3）经过改造的鼠－人嵌合抗体，与鼠源杂交瘤抗体相比较，突出的优点是_____ _____________________________________________________________________（从免疫角度考虑）。
（4）上述过程中对科学家来说难度最大的是______________________________。
知识点二基因工程和蛋白质工程3.回答下列问题：（1）饮料加工过程温度较高，要求植酸酶具有较好的高温稳定性。
利用蛋白质工程技术对其进行改造时，首先必须了解植酸酶的________，然后改变植酸酶的________，从而得到新的植酸酶。
（2）培育转植酸酶基因的大豆，可提高其作为饲料原料时磷的利用率。
将植酸酶基因导入大豆细胞常用的方法是________________。
人教版高中生物选修3-现代生物科技专题：蛋白质工程的崛起
课堂小结与练习
比较基因工程和蛋白质工程
基因工程
蛋白质工程
相同点 产生新的
都要改造基因，都属于分子水平 基因型，无新基因 基因（型）
产生的蛋白质
原有的Βιβλιοθήκη 新的联系蛋白质工程以基因工程为基础， 是基因工程的应用和延伸
D 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
中心法则
预期 功能
生物 功能
03 蛋白质工程的进展和前景
蛋白质工程的进展
成功的例子不多
主要因为蛋白质发 挥其功能需要依赖 于正确的空间结构
目前科学家目前对 大多数蛋白质的空 间结构了解很少
蛋白质工程举例
胰岛素改造 水蛭素改造
01 02
生长激素
04
03
疱疹病毒胸
改造
腺激酶
基因工程的前景
蛋白质工程开创了按照人 类意愿改造、创造符合人 类需要的蛋白质的新时期。
目的： 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的需要。
基础：以蛋白质分子的结构及 其与生物功能的关系作为基础
手段：基因修饰或基因合成
通过基因工程来改造蛋白质
蛋白质工程流程图
DNA合成
分子设计
基因 DNA 转
录
mRNA 翻 译
氨基酸序列
多肽链 折 叠
蛋白质 三维结构
D.基因结构
2.科学家将β干扰素基因进行定点突变导入大肠
杆菌表达，使干扰素第17位的半胱氨酸改变成丝
氨酸，结果大大提高β-干扰素的抗病性活性，并
B 且提高了储存稳定性，该生物技术为 （
）
高中生物 1.4《蛋白质工程的崛起》素材 新人教版选修3
1.4 蛋白质工程的崛起[课本问题答案和提示]（一）思考与探究1.蛋白质工程是应怎样的需求而崛起的？提示〔供教师在教学中参考〕：蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要。
而结构生物学对大量蛋白质分子的精确立体结构及其复杂的生物功能的分析结果，为设计改造天然蛋白质提供了蓝图。
分子遗传学的以定点突变为中心的基因操作技术为蛋白质工程提供了手段。
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。
下面举一个如何通过蛋白质工程来提高重组β-干扰素专一活性和稳定性的例子。
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-干扰素蛋白质中有3个半胱氨酸〔第17位、31位和141位〕，推测可能是有一个或几个半胱氨酸形成了不正确的二硫键。
研究人员将第17位的半胱氨酸，通过基因定点突变改变成丝氨酸，结果使大肠杆菌中生产的β-干扰素的抗病性活性提高到108U/mg，并且比天然β-干扰素的贮存稳定性高很多。
在基础理论研究方面，蛋白质工程是研究多种蛋白质的结构和功能、蛋白质折叠、蛋白质分子设计等一系列分子生物学基本问题的一种新型的、强有力的手段。
通过对蛋白质工程的研究，可以深入地揭示生命现象的本质和生命活动的规律。
人教版高中生物选修3 1.4《蛋白质工程的崛起》名师教案
“蛋白质工程的崛起”的教学设计大连市第八中学傅忠扬一、设计思想传统教学以学科知识结构为中心，突出教师的教，关注教学效果。
新课改以来，课堂以知识，能力，情感、态度与价值观三维目标为指导，注重生物学科素养的培养，关注知识的生成以及探究、合作、创新等思想的渗透，课堂教学的生态大为改善。
当前，“核心素养”的培养被置于深化课程改革、落实立德树人目标的基础地位。
教学设计应以“核心素养”注重培养学生的自主发展、实践创新、合作探究等关键能力，突出强调培养学生的个人修养、家国情怀、社会关爱等必备品格为指导思想。
以“核心素养”为指导思想，将核心素养的培养落实到教学实处。
这就是本节课的特色。
二、教学分析（一）教材分析“蛋白质工程的崛起”是人教版选修三《现代生物科技专题》第一专题“基因工程”第四节的内容。
本专题的前三节内容围绕基因工程，分别介绍了基因工程所需的基本工具、基本操作程序和应用。
本节内容中蛋白质工程是基因工程的延伸，属于第二代基因工程。
其崛起是因为原有的基因工程不能完全满足人们生产或生活的需求，人们呼唤新技术的产生去解决一系列遇到的难题。
同时，科技的发展离不开理论的创新和技术的突破。
因此，本节课中教学情景的设计主线按“问题—探究一新问题一新探究”的线索进行，同时在探究解决新问题的过程中建构蛋白质工程的概念。
本节课通过介绍现代生物科学和技术中一些重要领域的研究热点、发展趋势和应用前景，以开拓学生视野，增强科技意识，激发学生探索生命奥秘和热爱生物科学的情感，同时培养学生的社会责任感和发展学生的探究能力，让学生体会到科学技术的发展离不开基础理论的研究和技术的支持。
（二）学情分析1、知识基础（1）掌握足够的蛋白质相关知识，对基因工程的原理、操作、应用等知识较为熟悉。
（2）以具备一定的获取信息、分析、运用、探究、合作等能力；能够运用学过的知识解释生活现象，基本可以独立完成问题探究过程。
2、能力基础具有一定的搜集、观察、阅读、归纳、表述、分析能力及动手操作、小组合作能力。
人教版生物选修三《现代生物科技专题》《蛋白质工程的崛起》教案
“蛋白质工程的崛起”一、设计思想传统教学以学科知识结构为中心，突出教师的教，关注教学效果。
新课改以来，课堂以知识，能力，情感、态度与价值观三维目标为指导，注重生物学科素养的培养，关注知识的生成以及探究、合作、创新等思想的渗透，课堂教学的生态大为改善。
当前，“核心素养”的培养被置于深化课程改革、落实立德树人目标的基础地位。
教学设计应以“核心素养”注重培养学生的自主发展、实践创新、合作探究等关键能力，突出强调培养学生的个人修养、家国情怀、社会关爱等必备品格为指导思想。
以“核心素养”为指导思想，将核心素养的培养落实到教学实处。
这就是本节课的特色。
二、教学分析（一）教材分析“蛋白质工程的崛起”是人教版选修三《现代生物科技专题》第一专题“基因工程”第四节的内容。
本专题的前三节内容围绕基因工程，分别介绍了基因工程所需的基本工具、基本操作程序和应用。
本节内容中蛋白质工程是基因工程的延伸，属于第二代基因工程。
其崛起是因为原有的基因工程不能完全满足人们生产或生活的需求，人们呼唤新技术的产生去解决一系列遇到的难题。
同时，科技的发展离不开理论的创新和技术的突破。
因此，本节课中教学情景的设计主线按“问题—探究一新问题一新探究”的线索进行，同时在探究解决新问题的过程中建构蛋白质工程的概念。
本节课通过介绍现代生物科学和技术中一些重要领域的研究热点、发展趋势和应用前景，以开拓学生视野，增强科技意识，激发学生探索生命奥秘和热爱生物科学的情感，同时培养学生的社会责任感和发展学生的探究能力，让学生体会到科学技术的发展离不开基础理论的研究和技术的支持。
（二）学情分析1、知识基础（1）掌握足够的蛋白质相关知识，对基因工程的原理、操作、应用等知识较为熟悉。
（2）以具备一定的获取信息、分析、运用、探究、合作等能力；能够运用学过的知识解释生活现象，基本可以独立完成问题探究过程。
2、能力基础具有一定的搜集、观察、阅读、归纳、表述、分析能力及动手操作、小组合作能力。
生物人教版高中选修3 现代生物科技专题1.4 蛋白质工程的崛起
1.4蛋白质工程的崛起一、教学目标1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。
2.简述蛋白质工程的原理。
3.尝试运用逆向思维分析和解决问题。
二、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。
三、教学过程1.采用“问题—探究—新问题—再探究”的教学模式。
本节内容是基因工程的延伸和发展。
由于蛋白质工程刚刚起步，学习内容较少。
如何学得充实，又让学生悟出些终身学习的道理，采用“问题—探究—新问题—再探究”的教学模式。
新课一开始，可以带领学生回忆原有知识：要想让一种生物的性状在另一种生物中表达，在种内可以用常规杂交育种的办法实现，但要使有生殖隔离的种间生物实现基因交流，就显得力不从心了。
基因工程的诞生，为克服这一远缘杂交的障碍问题，带来了新的希望。
于是取得了丰硕成果：大肠杆菌为人类生产出了胰岛素，牛的乳腺生物反应器为人类制造出了蛋白质类药物，烟草植物体内含有了某种药物蛋白……至此，人们也只是实现了世界上现有基因在转基因生物中的表达。
但一个新问题出现了，生物产生的天然蛋白质是在长期进化过程中形成的，它的结构、性能不能完全满足人类生产和生活的需要。
为了加深这一点的认识，可调动学生从书中找实例（干扰素例子、工业用酶的例子）加以佐证。
于是要对现有蛋白质进行改造，制造出目前从天然蛋白质中找不到的蛋白质。
这样人们又开始了新一轮的探索，蛋白质工程应运而生了。
2.加强与已有知识的联系，用逆向思维的方法解决新问题。
学生在必修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。
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。
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，可以较明确地说明这一点。
还有两点教学需要说明。
第一，蛋白质工程的诞生是有其理论与技术条件支撑的，正如课本中开头描述的，它是随着分子生物学、晶体学以及计算机技术的迅猛发展而诞生的，也与基因组学、蛋白质组学、生物信息学的发展等因素有关（本书“前沿动态”中有简要介绍）。
人教版高中生物选修3 1.4教材梳理：蛋白质工程的崛起
1.4 蛋白质工程的崛起教材梳理知识点一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。
也就是说，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，是包含多学科的综合科技工程领域。
说明：对本概念的理解应从以下几个方面理解：1.蛋白质工程的基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。
2.蛋白质工程的改造对象：改造蛋白质的结构，本质上是改造控制该蛋白质合成的基因的结构。
3.蛋白质工程的产物：产生新的蛋白质。
知识点二蛋白质工程的原理蛋白质工程的目标——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→找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）。
其流程图如下：知识点三蛋白质工程的实例①干扰素是动物体内的一种蛋白质，可治疗病毒的感染和癌症，但在体外保存相当困难，通过蛋白质工程改造蛋白质后可在-70℃条件下，保存半年。
②玉米体内赖氨酸的含量比较低，关键是玉米体内天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶浓度达到一定量时，就会抑制这两种酶的活性，从而影响赖氨酸含量的提高，经过蛋白质工程改造这两种酶后，分别使赖氨酸的含量提高了5倍和2倍。
说明：对该部分知识的学习不能局限于这两个例子，更重要的是从中学习蛋白质工程的原理和蛋白质工程的基本途径。
知识点四蛋白质工程的进展和前景蛋白质工程的进展向人们展示出诱人的前景，如：通过对胰岛素的改造，使其成为一种速效性药品，再如：将蛋白质工程应用与微电子方面，制成电子元件，具有体积小、耗电少、效率高等优点。
但是由于蛋白质发挥功能必须依赖于它的高级结构（空间结构），这是相当复杂的，所以，目前成功的例子还不多，还需要人们的努力。
总之，蛋白质工程的前景是光明的，道路是曲折的。
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：。
生物选修3：1.4 蛋白质工程的崛起(人教版)
4．简答：
基因工程与蛋白质工程的联系与区别？
联系： 蛋白质工程以基因工程为基础， 是基因工程的应用和延伸
区别：基因工程需对基因进行分子水平操 作，蛋白质工程不对基因进行操作
思考与探究答案
提示：
1.
蛋白质工程的崛起主要是 工业生产和基础理论研究的需 要。而结构生物学对大量蛋白 质分子的精确立体结构及其复 杂的生物功能的分析结果，为 设计改造天然蛋白质提供了蓝 图。分子遗传学的以定点突变 为中心的基因操作技术为蛋白 质工程提供了手段。
基因工程
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， 使后者产生本身不能产生的蛋白质，从而 表现出新的性状。
基因工程的实质： 在原则上只能产生自然界已存在的蛋白质。
天然蛋白质的不足
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。
另外，美国、日本等国家的科学工作者利 用蛋白质工程研制生物元件来取代“硅芯片”， 研制生物计算机，开发生物传感器的蛋白质都 取得了重大进展。还有利用蛋白质（酶）生产 模仿羊毛、蚕丝、蜘蛛丝，其强度高、质量轻， 均是蛋白质工程取得的应用性研究成果。
课堂小结
比较基因工程和蛋白质工程
基因工程 蛋白质工程
蛋白质工程进展
当前，蛋白质工程修饰、改造 的蛋白质为数不算多，但进展较快。 随着基因组测序的国际联合行动的 快速进展，也带来并已出现了蛋白 质高速发展的新阶段。
2019-2020生物人教版选修3检测：专题1 1.4 蛋白质工程的崛起
1.4 蛋白质工程的崛起一、选择题题型一 蛋白质工程崛起的缘由1．蛋白质工程崛起的缘由是( )A．天然蛋白质使生物适应环境B．天然蛋白质均为自然界已经存在的种类C．天然蛋白质不能够完全满足人类生产、生活的需要D．天然蛋白质的结构和种类是长期自然选择的结果答案 C解析 天然蛋白质均为自然界已经存在的种类，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，这是蛋白质工程崛起的缘由。
题型二 蛋白质工程的基本原理2．蛋白质工程的实质是( )A．改造蛋白质B．改造mRNAC．改造基因D．改造氨基酸答案 C解析 蛋白质工程的目的是获取人类需要的蛋白质，由于蛋白质的合成是受基因控制的，所以需要从根本上对基因进行改造。
3．蛋白质工程的基本流程是( )①预期的蛋白质分子结构设计 ②DNA合成 ③预期蛋白质功能 ④根据应有的氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列A．①②③④B．④②①③C．③①④②D．③④①②答案 C解析 蛋白质工程的基本流程是③预期蛋白质功能→①预期的蛋白质分子结构设计→④根据应有的氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列→②DNA合成。
4．蛋白质工程的基本途径是( )A．中心法则的简单逆转B．确定目的基因的碱基序列后，通过人工合成的方法或从基因库中获取C．只是依据中心法则逆推，其过程不需要中心法则D．只是对蛋白质分子结构进行分子设计和改造答案 B解析 蛋白质工程不是中心法则的简单逆转，而是依据中心法则进行的逆推，最终还要通过中心法则的信息传递途径表达出设计好的蛋白质，A、C错误；整个过程中还需要对基因进行设计和改造，来达到对蛋白质分子的改造的目的，D错误。
5．蛋白质工程是利用基因工程的方法对蛋白质进行改造，下列各项措施中，不正确的是( )A．根据氨基酸的性质和特点，设计并制造出自然界不存在的全新蛋白质B．在蛋白质分子中替代某一个肽段或一个特定的结构区域C．通过基因工程中的定点诱变技术，有目的地改造蛋白质分子中某些活性部位的一个或几个氨基酸，以改善蛋白质的性质和功能D．利用化学合成的方法对蛋白质分子的某一氨基酸进行修饰，以改善蛋白质的性质和功能答案 D解析 蛋白质工程是第二代基因工程，可以根据氨基酸的性质和特点，设计并制造出自然界并不存在的全新蛋白质，A正确；蛋白质工程是在原有蛋白质的基础上，根据人们的需求对蛋白质分子作出的定向的改造，如在蛋白质分子中替代某一个肽段或一个特定的结构区域，B正确；蛋白质工程中，可以通过基因工程中定点诱变技术，有目的地改造蛋白质分子中某些活性部位的一个或几个氨基酸，以改善蛋白质的性质和功能，C正确；蛋白质工程是利用基因工程的方法对蛋白质进行改造，以获得人类所需要的目的蛋白质，不会直接对蛋白质分子进行改造，D错误。
2019-2020学年人教版生物选修三讲义：专题1 1.4 蛋白质工程的崛起
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.理解蛋白质工程的原理。
(重、难点) 3.了解蛋白质工程的应用。
4.掌握蛋白质工程的操作过程。
(难点)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．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。
(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以及进展和前景1．蛋白质工程的基本原理2.蛋白质工程的进展和前景(1)前景诱人。
如用此技术制成的电子元件，具有体积小、耗电少和效率高的特点。
(2)难度很大。
主要是目前科学家对大多数蛋白质的高级结构的了解还不够。
1．判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)(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)通过蛋白质工程改造后的蛋白质仍然是天然蛋白质。
()(3)实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质结构和功能的关系。
()(4)蛋白质工程是通过基因的修饰和合成来实现对蛋白质的改造。
()提示：(1)×蛋白质工程中直接改造的是基因，不是蛋白质。
(2)×蛋白质工程实现了对现有蛋白质的改造，或制造一种新的蛋白质，不再是天然蛋白质。
(3)√(4)√2．蛋白质工程中，对蛋白质的结构进行分子设计的根据是()A．人们对蛋白质功能的特定需求B．蛋白质中氨基酸序列C．信使RNA中核糖核苷酸序列D．基因中脱氧核苷酸序列A[在蛋白质工程中，人们先根据蛋白质功能与结构的关系，以特定的功能为依据设计蛋白质的结构。
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专题1 基因工程1.4 蛋白质工程的崛起1．蛋白质工程崛起的缘由是()A．天然蛋白质使生物适应环境B．天然蛋白质均为自然界已经存在的种类C．天然蛋白质不能够完全满足人类生产、生活的需要D．天然蛋白质的结构和种类是长期自然选择的结果解析：天然蛋白质均为自然界已经存在的种类，虽然能够满足生物的生存需要，但不能完全满足人类生产和生活的需要，这是蛋白质工程崛起的缘由。
答案：C2．下列不属于蛋白质工程成果的是()A．改造酶的结构，提高酶的热稳定性B．生产出鼠—人嵌合抗体C．将tPA分子中的天门冬酰胺替换为谷氨酰胺D．将人的胰岛素基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素解析：将人的胰岛素基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素属于基因工程的成果。
答案：D3．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D ．蛋白质工程是在蛋白质分子水平上直接改造蛋白质的解析：本题考查基因工程与蛋白质工程的区别与联系。
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，改造后的蛋白质不再是天然的蛋白质。
答案：B4．下列不属于蛋白质工程的是( )A ．对胰岛素进行改造，生产速效型药品B ．改造酶的结构，提高酶的热稳定性C ．将天冬氨酸激酶的一个苏氨酸替换为异亮氨酸D ．将控制人的胰岛素合成的基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素解析：将控制人的胰岛素合成的基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素，属于基因工程。
答案：D5．干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染和癌症，但体外保存相当困难，如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可在－70 ℃下保存半年，给广大患者带来福音。
(1)蛋白质的合成是受基因控制的，因此获得能够控制合成“可以保存的干扰素”的基因是生产的关键，依据蛋白质工程原理，设计实验流程，让动物生产“可以保存的干扰素”(请填写)。
――→设计 ――→推测 ――→合成(2)基因工程和蛋白质工程相比较，基因工程在原则上只能生产____________的蛋白质，不一定符合人类生产和生活的需要。
而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____________或__________，对现有蛋白质进行________，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活需要。
(3)蛋白质工程实施的难度很大，原因是蛋白质具有十分复杂的____________结构。
(4)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？______________________________。
原因是_______________________________________________。
解析：基因工程遵循中心法则，从DNA→mRNA→蛋白质折叠产生功能，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：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→应有的碱基排列→创造出自然界不存在的蛋白质。
答案：(1)预期蛋白质的功能蛋白质三维结构应有的氨基酸序列相应的脱氧核苷酸序列(基因)(2)自然界已存在基因修饰基因合成改造(3)空间(或高级)(4)对基因的操作基因控制蛋白质的合成，并且基因能遗传给下一代A级基础巩固1．蛋白质工程的实质是()A．改造蛋白质B．改造mRNAC．改造基因D．改造氨基酸解析：蛋白质工程的目的是获取人类需要的蛋白质，由于蛋白质的合成是受基因控制的，因此对蛋白质结构进行设计改造，最终通过改造基因来实现。
答案：C2．蛋白质工程的基本流程是()①蛋白质分子结构设计②DNA合成③预期蛋白质功能④根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列A．①②③④B．④②①③C．③①④②D．③④①②解析：蛋白质工程的基本流程是：③预期蛋白质功能→①蛋白质分子结构设计→④根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列→②DNA合成。
答案：C3．蛋白质工程中，直接进行操作改造的是()A．氨基酸结构B．蛋白质的空间结构C．肽链结构D．基因结构解析：蛋白质工程是通过改造基因的结构实现的，原因有两个：①任何一种天然的蛋白质都是由基因决定的，改造了基因即对蛋白质进行改造，而且改造过的蛋白质可以遗传；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。
答案：D4．蛋白质工程在实施中遇到的最大的难题是()A．生产的蛋白质无法应用B．发展前景太窄C．对大多数蛋白质的高级结构不清楚D．无法人工合成目的基因解析：多数蛋白质具有复杂的高级结构，即空间结构，而很多蛋白质的空间结构是人们目前还不清楚的，所以蛋白质工程仍需要经历艰辛的探索。
答案：C5．下列关于蛋白质工程的说法不正确的是()A．蛋白质工程能将人抗体的某些区段替代鼠单克隆抗体的区段，降低鼠单克隆抗体免疫原性B．蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性等加以改变C．理论上通过对关键氨基酸的置换与增删是进行蛋白质工程的唯一方法D．蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要解析：蛋白质工程的类型主要有两种：一是从头设计，即完全按照人的意志设计合成蛋白质；二是定位突变与局部修饰，即在已有的蛋白质基础上，只进行局部的修饰，通过造成一个或几个碱基定位突变，以达到修饰蛋白质分子结构的目的，A项正确。
蛋白质工程可以在已有的蛋白质基础上，只进行局部的修饰，通过造成一个或几个碱基定位突变，以达到修饰蛋白质分子结构的目的，蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性等加以改变，B项正确。
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作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行基因改造，或制造一种新的蛋白质，C项错误。
蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要，D项正确。
6．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，下列关于基因工程药物与蛋白质工程药物的说法正确的是()A．都与天然产物完全相同B．都与天然产物完全不相同C．基因工程药物与天然产物完全相同，蛋白质工程药物与天然产物可不相同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解析：基因工程合成的药物与天然产物完全相同，而蛋白质工程可以合成出自然界不存在的蛋白质，即与天然产物可不相同。
答案：CB级能力训练7．人们发现蛛丝蛋白比蚕丝蛋白更细，但强度却更大，于是有人试图通过破解蛛丝蛋白的结构从而推出其基因结构，以指导对蚕丝蛋白基因的修改，从而让蚕也吐出像蛛丝蛋白一样坚韧的丝，此过程的名称和依据的原理分别是()A．基因突变：DNA→RNA→蛋白质B．基因工程：RNA→RNA→蛋白质C．基因工程：DNA→RNA→蛋白质D．蛋白质工程：蛋白质→RNA→DNA→RNA→蛋白质解析：通过修改已知蚕丝蛋白的基因，从而创造出全新的蛋白质的过程叫蛋白质工程，其原理是蛋白质→RNA→DNA→RNA→蛋白质。
8．蛋白质工程中，对蛋白质的结构进行分子设计的根据是() A．人们对蛋白质功能的特定需求B．蛋白质中氨基酸序列C．信使RNA中核糖核苷酸序列D．基因中脱氧核苷酸序列解析：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。
答案：A9．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()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序列③蓝色荧光蛋白基因的合成④表达出蓝色荧光蛋白A．①②③④B．②①③④C．②③①④D．④②①③解析：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→找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)→表达出相应的蛋白质，故正确顺序应该是②①③④。
答案：B10．科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效型药品。
下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)通过人工合成DNA形成的新基因应与________结合后转移到________________中才能得到准确表达。
(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有________________、________________和发酵工程。
(4)图片中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是_______________________________________________________ ______________________________________________________。
答案：(1)蛋白质的预期功能(2)载体大肠杆菌等受体细胞(3)蛋白质工程基因工程(4)根据新的胰岛素模型中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因11．赖氨酸是人体八大必需氨基酸之一，能促进人体发育、增强免疫功能，并有提高中枢神经组织功能的作用。
某农科所科技人员欲通过将玉米某种蛋白酶改造成“M酶”，从而大大提高玉米种子中赖氨酸的含量，以期待培育出高赖氨酸玉米新品种。
据此请回答下列问题：(1)科技人员先从“提升玉米种子中赖氨酸含量”这一功能出发，预期构建出________的结构，再推测出相对应目的基因的________序列，最终合成出“M酶”基因。
(2)科技人员获得“M酶”基因后，常利用________技术在体外将其大量扩增，此过程需要一种特殊的酶是____________________。
(3)“M酶”基因只有插入________________中，才能确保“M 酶”基因在玉米细胞中得以稳定遗传。
科技人员将“M酶”基因导入玉米细胞中需要借助____________的运输。
(4)依据________________原理，可将含有“M酶”基因的玉米细胞培育成转“M酶”基因的玉米植株。
为了确保育种成功，科技人员需要通过________________，从个体水平加以鉴定。
解析：蛋白质工程以蛋白质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，对现有蛋白质进行基因改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需要，蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。