1.4蛋白质工程的崛起
生物精华课件：蛋白质工程的崛起
生物精华课件：蛋白质工程的崛起
1.4 蛋白质工程的崛起
怎样让一种生物的性状在另一种生物中表达？
在种内可以用常规的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,则应采用什幺技术？
杂交育种
基因工程思考生物产生的天然蛋白质是在长期进化过程中产生的，它的结构和性能不能完全满足人类生产生活的需要。
例如：干扰素是动物体内的一种蛋白质是一种抗病毒抗肿瘤的药物，但在体外保存相当困难。
于是我们要对现有的蛋白质进行改造，制造出目前从天然蛋白质中找不到的蛋白质。
这样人们由开始了新一轮的探索，蛋白质工程应运而生了。
你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什幺关系？我国科学家承担了什幺任务？
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中的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。
之后，该组织正是提出启动两项重大国际合作行为：一项是有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”。
“人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类组织／器官的蛋白质组计划，由我国贺福初院士牵头，这是中国科学家第一次领衔的重大国际科研协作计划，总部设在北京，目前有16 个国家和地区的80 多个实验室报名参加。
它的科学目标是揭示并确认肝脏的蛋白质，为重大肝病预防、诊断、治。
1.4 蛋白质工程的崛起
1.4 蛋白质工程的崛起编制：杜翠华审核：温信梅黄婷婷使用日期：11月25日一、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。
二、重要知识再现1、基因工程的实质是将一种生物的转移到另一种生物体内，使后者产生本不能产生的，进而表现出。
其缺点是在原则上只能生产，而天然蛋白质的符合的需要，却不一定完全符合的需要。
2.蛋白质工程的实例（1）干扰素的体外保存①具体问题：②解决的措施：（2）富含赖氨酸的玉米新品种培育①具体问题：②解决的措施：5、蛋白质工程的目标——是根据人们对的特定需求，对进行分子设计。
6、要对蛋白质的结构进行设计改造通过改造完成。
7、蛋白质工程的重点在于对改造，改造的对象是序列8、对基因进行改造的蛋白质可以下去，而直接改造蛋白质却下去,且蛋白质的空间结构比基因，对基因进行改造比对蛋白质直接改造要，难度要小。
9、天然蛋白质合成的过程是按照进行：基因一表达( 和 )一形成的多肽链——形成具有的蛋白质，行使。
10、蛋白质工程的基本途径是从出发→设计→推测应有的→找到相对应的（基因）。
其流程图如下：11、蛋白质工程的概念：蛋白质工程是指以蛋白质分子的规律及其与生物的关系作为基础，通过或，对进行改造，或制造一种，以满足人类的和的需求。
蛋白质工程是在的基础上，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。
12、蛋白质工程的实质：。
13、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，再如：将蛋白质工程应用与微电子方面，制成，具有、、等优点。
14、蛋白质工程难度很大主要是目前科学家对大多数蛋白质的不够。
三、习题训练1、基因工程的实质是A．基因重组 B．基因突变 C．产生新的蛋白质 D．产生新的基因2、蛋白质工程崛起的缘由不包括A．基因工程生产的蛋白质是自然界已存在的蛋白质B ．基因工程生产的蛋白质不一定完全符合人类的需要C ．蛋白质工程可使科学家扬名世界D ．蛋白质工程可以生产完全符合人类需要的蛋白质3、科学家将β一干扰素基因进行定点突变导人大肠杆菌体内表达，使干扰素第l7位的半胱氨酸变成丝氨酸，结果大大提高了β一干扰素的抗病活性，并且提高了储存稳定性。
课件14：1.4 蛋白质工程的崛起
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： 原理： 目的：
了解蛋白质的结构和功能 改造基因（基因修饰或基因合成） 定向改造或制造蛋白质
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？
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 （异亮氨酸）
对天然的蛋白质进行改造，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？
1、基因决定蛋白质的合成，改造基因即为改造蛋白质； 2、改造基因可以遗传，改造蛋白质无法遗传； 3、改造基因比改造蛋白质更容易操作。
蛋白质工程的崛起
目标
开展蛋白质工程的研究的缘由 蛋白质工程的原理 蛋白质工程的进展与前景
一、蛋白质工程崛起的缘由
1 基因工程的实际： 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。
2 基因工程的不足： 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。
蛋白质一级结构是理解蛋白质结构、作用机制以 及与其同源蛋白质生理功能的必要基础 。
蛋白质的二级结构
蛋白质二级结构:指蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕的方 式。二级结构主要有α-螺旋、β-折叠、β-转角。
蛋白质的三级结构
蛋白质分子处于它的天然折 叠状态的三维构象。三级结 构是在二级结构的基础上进 一步盘绕，折叠形成的。
课件12：1.4 蛋白质工程的崛起
原理：基因改造
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析设计。
过程：预期蛋白质功能→设计预期蛋白质结构
→推测应有氨基酸序列→找到对应的 脱氧核苷酸序列（基因）。
➢ 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
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。
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。
➢ “后基因组时代”将是“蛋白质组来自时代”，即 从对基因信息的研究转向对蛋白质信息的研究， 包括研究蛋白质结构、功能与应用及蛋白质相互 关系和作用。
1.4蛋白质工程的崛起
练习检测
1 ．关于生物体内存在的天然蛋白质，下列 说法不正确的是
A．是生物在长期进化过程中形成的
D
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20种
D．一定完全符合人类生产和生活的需要
2．蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是 Ｄ
Ａ．氨基酸结构 B．蛋白质空间结构
Ｄ
基因定点诱变技术的示意图
4、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 的生产或生活的需要 蛋白质工程的实质： 是对编码蛋白质的基因进行改造
活动2：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。
改造
• P28 思考与探索
蛋白质工程是应怎样的需求而崛起的？
• 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。
• 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。
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中的一项 重大的科学命题。2001年，国际人类蛋白质 组组织宣告成立。之后，该组织正是提出启 动两项重大国际合作行为：一项是有中国科 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”。
人教版高中生物选修三课件：1.4蛋白质工程崛起 (共13张PPT)
天然蛋白质的合成过程
复制
DNA
转录 逆转录
复制
RNA 翻译
肽链
折叠 等
表达生物特有 的功能或性状
具有空间ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 构的蛋白质
遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变
蛋白质工程崛起的缘由
例如：
满足人类 生产和生 活的需要?
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
血红蛋白质的四级结构
2、蛋白质工程的原理：基因改造 3、基本途径：
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
第程 蛋
二的 白
代 基
基 础
质 工
因上 程
工， 是
程 。
延 伸
在 基
出因
来工
的
找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）
4.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：在蛋白质分子中替代某一个肽段或一
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
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？
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。
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
原创11：1.4 蛋白质工程的崛起
蛋白质工程崛起的缘由
活动：阅读P26
满足人类 生产和生 活的需要
满足人类生产和 生活的需要
蛋白质工程崛起的缘由
学生活动
阅读课本 思考分析 从以下几方面总结
基因工程 的实质
基因工程 的不足
天然蛋白 质的不足
蛋白质工程
崛起的缘由
蛋白质工 程的目的
蛋白质工程的基本原理
基本原理
思考感悟 对天然蛋白质进行改造，是直接对蛋白质分 子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？
基础知识巩固
【尝试解答】 (1)根据氨基酸序列反推mRNA上密码子序列，再反推DNA上脱氧核苷酸序列。 其DNA碱基序列为：
(2)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，或从基因库中获取
基础知识巩固
二、下图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答下面的问题。
(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。
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
前景 进展 现状
胰岛素速效型药品
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
基础知识巩固
一、 某多肽链的一段氨基酸序列是：…—甲硫氨酸—色氨酸—苯丙氨酸—色 氨酸—…(氨基酸及对应的密码子为：甲硫氨酸AUG，色氨酸UGG，苯丙氨 酸UUU、UUC） (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。 (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。
1.4 蛋白质工程的崛起
第4节蛋白质工程的崛起(1课时)【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.通过讨论、进展追踪等活动，提高收集资料、处理资料、撰写专题综述报告的能力。
【基础知识】1、基因通过控制细胞中的合成，进而控制生物的性状，蛋白质的功能决定于，而蛋白质的结构最终决定于蛋白质分子中氨基酸的。
2、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，使后者可以产生它本不能产生的蛋白质，从而获得新的性状，但基因工程原则上是（能/不能）生产非天然蛋白质。
蛋白质工程崛起的缘由就是运用基因工程或直接从生物组织中获取的蛋白质分子分子的结构和功能3、蛋白质工程就是：通过，对现有蛋白质进行改造或制造出一种新的蛋白质（非天然蛋白），实现对蛋白质结构的定向改造。
蛋白质工程以为基础，是基因工程的延伸、发展。
4、蛋白质工程的应用如：①通过改造酶的结构，有目的地提高蛋白质的热稳定性；②合成嵌合抗体；③改变蛋白质的活性。
活动一设计生产干扰素的思路资料1：干扰素（免疫活性蛋白），它是一种糖蛋白，具有抗病毒、抗肿瘤的功能。
传统的干扰素生产方法是从人体血液中的白细胞内提取的，每300ml血液只能提取出1mg 干扰素，产量低，价格昂贵。
那么现在是如何实现干扰素的大量生产的呢？思考1：如何实现干扰素的大量生产？资料2：干扰素在体外不易保存，如果将其分子中的一个半胱氨酸转化为丝氨酸，则可在-70℃条件下保存半年。
思考2：如何进行干扰素分子中氨基酸的改造？活动二了解蛋白质工程的一般过程1．蛋白质工程的基本原理和目标：蛋白质工程的原理：蛋白质工程的目标：2．结合对蛋白质工程的流程图（教材P.27）的理解，完成课本“讨论”。
【巩固练习】1．以下关于蛋白质工程的说法正确的是：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2．蛋白质工程的基本流程正确的是：①设计蛋白质分子结构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→④→①→②D.③→①→④→②3．下列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4．（多选）下列物质中，可应用蛋白质工程按人的意愿定向改造的是A．磷脂分子B．白细胞介素-2 C．胰岛素D．甲状腺激素5．下图是利用定点突变技术获取所需蛋白质的过程示意图。
1.4 蛋白质工程的崛起
2010寒假生物预习学案—————————————④1.4 蛋白质工程的崛起制作人：王军审阅人：任金龙魏巍 2010-2-2 班级：__________ 小组:____________ 姓名：_____________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。
2、解释蛋白质工程的基本原理及基本途径。
3、分析蛋白质工程将来的发展前景。
巩固练习：1．在遗传研究中，常用信使RNA进行基因的克隆（即形成许多完全相同的DNA），这种快速克隆基因的步骤依次是（）①DNA复制②转录③逆转录④翻译A、③②①B、③①C、②①④D、③①④2、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．体外耐保存的干扰素D．用蛋白质工程生产高产赖氨酸玉米3、能够使植物体表达动物蛋白的育种方法是（）A、单倍体育种B、杂交育种C、基因工程育种D、多倍体育种4、科学家通过基因工程的方法，能使马铃薯块茎含有人奶主要蛋白，以下有关该基因工程的叙述，错误的是（）A、采用反转录的方法得到的目的基因有内含子B、基因非编码区对于目的基因在块茎中的表达是不可缺少的C、马铃薯的叶肉细胞可作为受体细胞D、用同一种限制酶，分别处理质粒和含目的基因的DNA，可产生黏性末端而形成重组DNA 分子5、科学家在基因工程技术中常采用细菌、酵母菌等微生物作为受体细胞，主要原因是（）A、繁殖速度快B、结构简单、操作方便C、遗传物质含量少D、性状稳定、变异少学案完成时间：________________。
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
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。
【高中生物】1、4蛋白质工程的崛起
1、4蛋白质工程的崛起课标要求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。
能力要求.尝试运用逆向思维分析和解决问题。
知识网络体系基因工程的实质：蛋白质工程崛起缘由基因工程原则上只能生产自然界原有的蛋白质蛋白质工程的目的：目标蛋白质工程的基本原理原理：过程：蛋白质工程的进展和前景重难热点归纳1）蛋白质工程与基因工程的区别：蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构与功能之间的关系，利用基因工程的手段，按照人类自身的需要，定向地改造天然的蛋白质，甚至创造新的、自然界本不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。
蛋白质工程自诞生之日起，就与基因工程密不可分。
基因工程是通过基因操作把外源基因转入适当的生物体内，并在其中进行表达，它的产品还是该基因编码的天然存在的蛋白质。
蛋白质工程则更进一步。
它可以根据对分子预先设计的方案，通过对天然蛋白质的基因进行改造，来实现对它所编码的蛋白质进行改造。
因此，它的产品已不再是天然的蛋白质，而是经过改造的、具有了人类所需要的优点的蛋白质。
天然蛋白质都是通过漫长的进化过程而形成的，而蛋白质工程对天然蛋白质的改造，好比是在实验室里加快了进化的过程。
2）为什么要开展蛋白质工程的研究蛋白质工程是在基因重组技术、生物化学、分子生物学、分子遗传学等学科的基础之上，融合了蛋白质晶体学、蛋白质动力学、蛋白质化学和计算机辅助设计等多学科而发展起来的新兴研究领域。
其内容主要有两个方面：根据需要合成具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质；确定蛋白质化学组成、空间结构与生物功能之间的关系。
在此基础之上，实现从氨基酸序列预测蛋白质的空间结构和生物功能，设计合成具有特定生物功能的全新的蛋白质，这也是蛋白质工程最根本的目标之一。
3）蛋白质工程的原理预期功能→蛋白质三维结构→氨基酸序列（多肽链）→基因→具有预期功能的蛋白质经典例题剖析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【解析】蛋白质工程是指以蛋白质分子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，以满足人类的生产或或生活需要。
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。
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例，解答本题应突破以下几点：
①首先设计蛋白质氨基酸序列。
②找到对应的脱氧核苷酸序列。
③根据DNA(基因)脱氧核苷酸序列进行人工合成
或进行基因改造。
（1）每种氨基酸都有对应的三联密码子，只要查一 下遗传密码子表，就可以将上述氨基酸序列的编码序 列查出来。但是由于上述氨基酸序列中有几个氨基酸 是由多个三联密码子编码，因此其碱基排列组合起来 就比较复杂，至少可以排列出16种，根据学过的排列 组合知识排列一下。首先应该根据三联密码子推出 mRNA序列为GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G） AUGUUU（或C），再根据碱基互补配对规律推出脱 氧核苷酸序列：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C） TACAAA（或G）。
天冬氨酸激酶 （异亮氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶 （异亮氨酸）
二氢吡啶二羧酸合成酶 改造 （104位的天冬酰胺）
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----干扰素 体外很难保存
？如何改造 ------丝氨酸------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？ (你认为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？能否说出你的理 由？)
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？
例如：
干扰素（半胱氨酸）
体外很难保存 玉米中赖氨酸含量比较低 改造
干扰素（丝氨酸）天冬氨酸激酶 （352位的苏氨酸）
改造
何行使功能知之甚少，很难设计出一个崭新而又具有
生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的蛋白质会带
来什么危害也是人们所担心的。
三、蛋白质工程的进展和前景
1、进展P28： （1）对胰岛素的改造，使其成为速效型药品。
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。
回顾： 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 。
基因工程 的成果
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。
-----半胱氨酸----干扰素 体外很难保存
？如何改造 ------丝氨酸------干扰素（改） 体外可以保存半年
问题3、你能推测出干扰素基因改造前和改 造后的该部分序列吗？
（半胱氨酸：UGU；丝氨酸：UCU）
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-……
温故知新 蛋白质的结构及其多样性
蛋白质多样性原因
①氨基酸种类不同，肽链结构不同 ②氨基酸数目成百上千，肽链结构不同 ③氨基酸排列顺序千变万化，肽链结构不同 ④空间结构千差万别，蛋白质种类不同
答：毫无疑问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： （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。 （基因改造—可遗传； 蛋白质改造—不可遗传） （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。
蛋白质 三维结构 折叠
预期功能 生物功能
2、目标P26：
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、实质： 基因改造
问题:蛋白质工程操作程序的基本思路 与基因工程有什么不同？
答：基因工程是遵循中心法则， 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，可以创造自 然界不存在的蛋白质
（2）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库中获取。
二、蛋白质工程的基本原理P27
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)
分子设计
DNA合成 基因 DNA 氨基酸序列 多肽链 mRNA 转录 翻译
5 、比较基因工程和蛋白质工程
基因工程 蛋白质工程
相同 操作环境——生物体外；操作对象—— 重组 创新 点 基因；操作水平——分子 结果 天然存在的蛋白质 自然不存在的蛋白质 实质 流程 基因重组 中心法则
基因修饰或基因合成 中心法则逆推
联系 蛋白质工程是在基因工程基础上的延伸， 是第二代基因工程
4、蛋白质工程的概念 P27
• 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 途径： 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
丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG 赖氨酸：AAA、AAG 甲硫氨酸：AUG 色氨酸：UGG 苯丙氨酸：UUU、UUC
讨论： 1、请写出决定这一段肽链的mRNA片段和基因片段 的核苷酸序列。
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）？
【思路点拨】
本题考查蛋白质工程的原理及实
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？
理论上讲可以，但目前还没有真正成功的例子。
一些报道利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都是自
然界已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来而 自然不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质的高级结构
非常复杂，人类对蛋白质的高级结构和在生物体内如