选修三14蛋白质工程的崛起
1.4蛋白质工程 教师教案
。
2、天然蛋白质的不足
天然蛋白质是生物在长期
过程中形成的，它们的
符合
特定物种
的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。
3、蛋白质工程的目的
生产符合人类生产和生活需要的
。
4、举例说明：干扰素的保存和玉米中赖氨酸的含量。 二、蛋白质工程的基本原理（阅读书本 P26-27） 思考讨论：对天然蛋白质进行改造，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？对基因的操作改造，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。 （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。
例 2.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．蛋白质中氨基酸排序千变万化，操作难度大
三、比较基因工程和蛋白质工程
项目
基因工程
复习回顾：
1、 蛋白质的基本单位是什么？蛋白质多样性的根本原因是什么？
2、 描述基因工程的操作步骤。
一 、蛋白质工程崛起的缘由（阅读书本 P26）
1、基因工程的应用
（1）基因工程的实质：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
，进而表现出新的
。
（2）基因工程的不足：在原则上只能生产自然界已存在的
[巩固练习] 下图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答问题：
高中生物选择性必修三 学习笔记 第3章 第4节 蛋白质工程的原理和应用
第4节 蛋白质工程的原理和应用[学习目标] 1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。
2.简述蛋白质工程的基本原理。
1．蛋白质工程(1)基础：蛋白质分子的________及其与________的关系。
(2)手段：通过________或______________，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质。
(3)目的：获得满足人类生产和生活需求的________。
(4)困难：蛋白质发挥功能必须依赖正确的高级结构，而蛋白质的高级结构十分复杂。
2．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________转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的________，进而表现出________。
②基因工程的不足：基因工程在原则上只能生产自然界中________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________生存的需要，却不一定完全符合________________的需要。
(2)实例：提高玉米赖氨酸含量 天冬氨酸激酶 (第352位为_______)――→改造天冬氨酸激酶 (第352位为异亮氨酸)二氢吡啶二羧酸合成酶(第104位为_______)――→改造二氢吡啶二羧酸合成酶(第104位为异亮氨酸)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。
3．蛋白质工程的基本原理(1)目标：根据人们对蛋白质________的特定需求，对蛋白质的________进行设计改造。
(2)方法：改造或合成________。
(3)基本思路：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的________→推测应有的________序列→找到并改变相对应的____________序列(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。
4．蛋白质工程的应用 (1)医药工业方面①科学家通过对________基因的改造，研发出速效胰岛素类似物产品。
②干扰素(半胱氨酸)――改造干扰素( ) ↓在一定条件下，可以延长保存时间③人－鼠嵌合抗体：降低免疫反应强度。
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
人教版(新教材)高中生物选择性必修3课时作业1：3 4 蛋白质工程的原理和应用
第4节蛋白质工程的原理和应用A组基础对点练题组一蛋白质工程1．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．蛋白质工程能产生自然界中不曾存在的新型蛋白质分子D．蛋白质工程的操作起点是从预期的蛋白质功能出发，设计出相应的基因，并借助基因工程实现〖答案〗 B〖解析〗基因的结构决定蛋白质的结构，对蛋白质的结构进行设计改造是通过改造或合成基因来完成的，而不是直接对蛋白质分子进行操作。
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，使干扰素分子上的半胱氨酸变成丝氨酸，结果大大提高了β干扰素的抗病毒活性，并且提高了储存稳定性。
该生物技术为()A．蛋白质工程B．基因工程C．基因突变D．细胞工程〖答案〗 A〖解析〗题干中的操作涉及的基因不再是原来的基因，其合成的β干扰素也不是天然β干扰素，而是经过改造的，是具有人类所需优点的蛋白质，因而整个过程利用的生物技术为蛋白质工程。
3．从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。
目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是()A．合成编码目的肽的DNA片段B．构建含目的肽DNA片段的表达载体C．依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽D．筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽〖答案〗 C〖解析〗由题可知，多肽P1为抗菌性和溶血性均较强的多肽，要设计出抗菌性强但溶血性弱的多肽，即在P1的基础上设计出自然界原本不存在的蛋白质，用蛋白质工程技术可以实现。
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。
故要想在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是依据P1的氨基酸序列设计出多条模拟肽，然后进行改造，从而确定抗菌性强但溶血性弱的多肽的氨基酸序列。
高中生物 选修3 教材 课后习题 答案【word2003,精心校对、修改版】
高中生物选修3 教材答案【精心校对、修改版】♫1.1 DNA重组技术的基本工具（一）思考与探究1.限制酶在DNA的任何部位都能将DNA切开吗？以下是四种不同限制酶切割形成的DNA 片段：(1) …CTGCA (2) …AC (3) GC…（4）…G…G …TG CG……CTTAA(5) G… (6) …GC(7) GT…(8)AATTC…ACGTC… …CG C A…G…你是否能用DNA连接酶将它们连接起来？答：2和7能连接形成…ACGT……TGCA…；4和8能连接形成…GAATTC……CTTAAG…；3和6能连接形成…GCGC……CGCG…；1和5能连接形成…CTGCAG……GACGTC…。
2.联系你已有的知识，想一想，为什么细菌中限制酶不剪切细菌本身的DNA？提示：迄今为止，基因工程中使用的限制酶绝大部分都是从细菌或霉菌中提取出来的，它们各自可以识别和切断DNA上特定的碱基序列。
细菌中限制酶之所以不切断自身DNA，是因为微生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，对于外源入侵的DNA可以降解掉。
生物在长期演化过程中，含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。
这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA的入侵（本题不要求学生回答的完全，教师可参考教师用书中的提示，根据学生的具体情况，给予指导。
上述原则也应适用于其他章节中有关问题的回答）。
3.天然的DNA分子可以直接用做基因工程载体吗？为什么？提示：基因工程中作为载体使用的DNA分子很多都是质粒（plasmid），即独立于细菌拟核DNA之外的一种可以自我复制、双链闭环的裸露的DNA分子。
是否任何质粒都可以作为基因工程载体使用呢？其实不然，作为基因工程使用的载体必需满足以下条件。
（1）载体DNA必需有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以插入到载体上去。
2022学年高中生物专题1基因工程4蛋白质工程的崛起课件新人教版选修3
基因重组
结
可以创造出自然界不存在的
果
蛋白质
生产自然界已存在的 蛋白质
项目
联 系
蛋白质工程
基因工程
①蛋白质工程获得目的基因后,需要通过基因工程获得预期 蛋白质 ②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
【易错提醒】 有关蛋白质工程的两点提醒 (1)改造对象是基因: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 改造的蛋白质也是无法遗传下去的。 (2)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。
答案:(1)胰岛素基因 (2)基因表达载体的构建 限制酶、DNA连接酶 B 逆转录 PCR 氨基酸 (4)CaCl2 感受态
(3)胰岛
【误区警示】 (1)不能准确理解蛋白质工程的实质:蛋白质工程生产的产品不是天然的蛋白质, 而是经过改造了的具有人类所需要优点的蛋白质。 (2)不能正确认识基因工程中的工具和工具酶:载体属于工具,但不属于工具酶。
【易错辨析】 1.蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质。 ( √ ) 2.基因工程遵循中心法则,而蛋白质工程不遵循。 ( × ) 【分析】蛋白质工程修饰或合成的基因在复制和表达时仍然遵循中心法则。 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。 ( × ) 【分析】前半句正确。为提高玉米中赖氨酸含量需要改变赖氨酸合成过程中的 两种关键酶,分别将其中的一个氨基酸替换。
【解析】(1)蛋白质的结构决定干扰素的功能,而蛋白质的结构与氨基酸的种类、 数量、排列顺序等有关,且题干显示改变一个氨基酸就可以改变干扰素的功能, 因此若要改变干扰素的功能,可以考虑对干扰素的氨基酸序列进行改造。 (2)蛋白质的结构由基因决定,蛋白质不能直接遗传,而基因可以遗传,且对基因的 改造比对蛋白质的改造要容易,因此对干扰素进行改造,应该直接对干扰素基因 进行操作来实现。 (3)基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质,而蛋白质工程可以生产自然界不存 在的蛋白质;蛋白质工程通过基因修饰或基因合成得到符合要求的基因,再通过 转录和翻译实现相应蛋白质的合成,满足生产和生活需要。
专题一基因工程选修三DNA重组技术的基本工具,基因工程的基本操作程序,基因工程的应用,蛋白质工程的崛
练习
已知标记基因有抗四环素基因和抗氨苄青霉 素的基因，现探讨某细菌的质粒中有无标记基因 或标记基因是什么？请设计实验、预期实验结果， 并得出相应的实验结论。
(三)抗逆转基因植物
可以调节细胞渗透压的基因 抗冻蛋白基因 抗除草剂基因
(四)利用转基因改良植物的品质
将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入 植物；改变这些氨基酸合成途径中某种关键 酶的活性。
例如：将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导 入玉米，赖氨酸含量提高30%。
将控制番茄果实成熟的基因导入番茄，获得 转基因延熟番茄；
内容
主要来源于原核生物 现已从300微生物中分离出约4000种限制酶
属名头字母+种名头2字母
作用结果
识别双链DNA分子中 特定核苷酸序列
切割特定序列中的 特定位点
专一性
限制酶作用的化学键
1.分子手术刀 ——限制酶
项目
内容
来源 种类及命名
作用特点
主要来源于原核生物
现已从300微生物中分离出约4000种限制酶 属名头字母+种名头2字母
3、检测目的基因是否翻译成蛋白质
方法: 抗原-抗体杂交
（二）鉴定（个体生物学水平） 抗虫、抗病接种实验，活性比较等
质粒 重组质粒导入大肠杆菌细胞
人体细胞
用同一种限制酶 进行繁酶殖切
目的基因 (人胰岛素基因)
大肠杆菌
DNA连接酶连接目的基因和质粒
复制目的基因
重组质粒(重组D人N胰A岛) 素
高考复习：人教版高中生物选修三现代生物技术专题一《基因工程》经典例题创新应用训练含答案解析
高中生物选修三现代生物技术专题全套教学案含单元检测专题一基因工程本专题包括基因工程的发展过程；DNA重组技术的基本工具；基因工程的基本操作程序；基因工程的应用；蛋白质工程的崛起等部分。
b5E2RGbCAP基因工程是一门20世纪70年代以来新兴的生物科学与工程技术相结合的科学。
也叫DNA重组技术。
它是按照人类的意愿，将某种基因有计划地转移到另一种生物中去的新技术。
现已成为生命科学中发展最快、最前沿的学科，有关生物工程的内容，己成为近几年生物高考的热点内容。
其中基因工程的操作工具和基因工程操作的基本步骤以及基因工程的成果及应用前景将是近年命题的新热点plEanqFDPw基因工程操作的三种基本工具，四项基本操作程序等内容将成为考查学生分析综合问题能力的材料；另外，针对生物工程在医药、食品、农林等高新技术产业中的应用，运用有关的生物知识指导生产和实践，对有关的生产方案、生产过程进行分析、综合评价，这也是高考的另一热点。
有关基因工程的备考，今后高考中可能涉及到本考题的热点问题，有如下几个方面：DXDiTa9E3d1•基因工程的基本步骤：目的基因的获取、基因表达运载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因表达的检测与鉴定几个步骤。
RTCrpUDGiT2•转基因技术的应用：（1）转基因动植物，如抗虫、抗病、抗逆、抗除草剂，抗倒伏的植物；产肉、产蛋量高、生长快、耐粗饲料的动物；此外，转基因动物为人类异体器官移植提供了可能。
（2）基因药物：如人造胰岛素、人造生长激素、溶血栓的尿激酶原等。
（3）基因治疗：美国对复合型免疫缺陷症的治疗；糖尿病的治疗：许多科学家希望利用基因工程手段将正常的合成胰岛素基因导入患者体内，并准确表达，以此来修复或替代失去正常功能的胰岛B细胞，从而维持机体血糖平衡。
（4）利用遗传工程培养转基因固氮绿色植物的展望。
地球上的固氮途径有三条：生物固氮、工业固氮、高能固氮。
其中，生物固氮是植物可利用氮的主要来源。
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。
高中生物基因工程1.4蛋白质工程的崛起素材新人教版选修3(new)
基因工程 1.4 蛋白质工程的崛起胰岛素蛋白质分子的空间结构一、蛋白质工程崛起的缘由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。
二、蛋白质工程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.2．蛋白质工程技术流程：从预期蛋白质功能出发→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）.3．概念：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。
三、蛋白质工程的进展和前景目前科学家对大多数蛋白质的高级结构的了解还很不够，要设计出更加符合人类需要的蛋白质还需经过艰辛的探索。
自主思考蛋白质工程的直接操作对象是基因还是蛋白质？提示：基因。
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【优化方案】江苏专用2012高考生物总复习 专题1 1.3和1.4蛋白质工程的崛起课件 新人教版选修3
(2)培育转植酸酶基因的大豆，可提高其作为 培育转植酸酶基因的大豆， 培育转植酸酶基因的大豆 饲料原料时磷的利用率。 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________。请简述获 大豆细胞常用的方法是 。 得转基因植株的完整过程。 得转基因植株的完整过程。 (3)为了提高猪对饲料中磷的利用率，科学家 为了提高猪对饲料中磷的利用率， 为了提高猪对饲料中磷的利用率 将带有植酸酶基因的重组质粒通过________ 将带有植酸酶基因的重组质粒通过 转入猪的受精卵中。 转入猪的受精卵中。该受精卵培养至一定时 期后可通过________方法，从而一次得到多 方法， 期后可通过 方法 个转基因猪个体。 个转基因猪个体。 (4)若这些转基因动、植物进入生态环境中， 若这些转基因动、 若这些转基因动 植物进入生态环境中， 对生态环境有何影响？ 对生态环境有何影响？
蛋白质工程与基因工程的比较
【易误警示】 易误警示】 操作。 操作。
(1)二者都属于分子水平上的 二者都属于分子水平上的
(2)蛋白质工程的本质是通过改造基因进而形 蛋白质工程的本质是通过改造基因进而形 成自然界不存在的蛋白质，所以被形象地称为 成自然界不存在的蛋白质， 第二代基因工程。 第二代基因工程。 (3)对基因进行改造后，编码的蛋白质可以遗 对基因进行改造后， 对基因进行改造后 传下去，而直接改造蛋白质却不能遗传。 传下去，而直接改造蛋白质却不能遗传。
产物提取 从乳汁中较易分离提取 畜牧业生产， 生产设备 畜牧业生产，加提取设备
【易误警示】 易误警示】
乳腺生物反应器受生
物性别的限制，若从动物尿液中提取 物性别的限制， 目的基因产物则不受性别限制。 目的基因产物则不受性别限制。
2．基因治疗 ．
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
高二生物教研记录
《蛋白质工程的崛起》疑难问题的研讨
高二生物组教研记录3月11日我们组在高二理科楼3楼多媒体教室进行了集体教研，本次教研的主要内容是《蛋白质工程的崛起》：
本节是人教出版社高中生物选修3专题一基因工程第4节《蛋白质工程崛起》的内容，包括蛋白质工程崛起的缘由，蛋白质工程的基本原理等内容。
本节内容既涉及前面所学的基因工程相关部分的知识，又是对基因工程的延伸和发展。
通过已有的基因工程的内容的总结引入蛋白质工程，深入分析概念的内在涵义并列举相应的实例，从而达到使学生理解的目的，同时利用国际上重大科技成果的素材，开阔学生视野。
采用“问题——探究——新问题——再探究”的学习方式，并利用板书构建本节课的知识概念图。
《蛋白质工程崛起》的知识比较抽象，所以在教学过程中，复习相关知识，问题驱动探究，获得新知识，同时逐步构建概念图，深化认识掌握本节知识。
学生在学习本节之前已学习了中心法则、基因工程的操作工具、操作程序及应用等内容，对基因工程有一定的认识，本节是基因工程的延伸和发展。
高二学生以形象思维为主，认识问题、解决问题的能力还要进一步提高。
在问题的驱动向，探究新的知识，一步一步构建概念图，形成知识网络，达到对新知识的深刻理解。
实验班采取问题引导学生自行构建知识框架，并在课堂内完成相关练习；平行班将问题细化，小问题一步步引导学生构建知识框架，在课堂内完成部分练习。
_蛋白质工程的崛起_教学设计_苏近娣
第31卷第4期2015年中学生物学Middle School BiologyVol．31No．42015文件编号：1003－7586（2015）04－0016－03“蛋白质工程的崛起”教学设计苏近娣（江苏省奔牛高级中学江苏常州213131）1教材分析和设计思路“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—新问题—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。
根据《普通高中生物课程标准（实验）》对选修三《现代生物科技专题》这一模块的教学要求，本节课在设计情感目标时，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。
2教学目标2.1知识目标①举例说明蛋白质工程崛起的缘由；②描述蛋白质工程的定义以及原理、意义。
2.2能力目标①通过联系生活中熟悉的事物来类比蛋白质工程的设计原理，提高思维的迁移能力；②通过对干扰素在生活中的应用所遇到的问题的探究，学会运用生物学原理和逆向思维解决问题。
2.3情感、态度与价值观目标①关注生物科学技术的发展，积极主动探究生命奥秘；②养成关注生物技术安全性的习惯；③认同科学技术的发展离不开技术和理论的支持。
3教学过程3.1用工厂产品生产的案例搭建支架，让学生顺利跨上思维的台阶教师通过展示橡皮泥中熟悉的模具和工厂中的模具，引入生命的模具，进行类比导入新课。
高中生物选择性必修三 3 4 蛋白质工程的原理和应用(导学案)
第三章第4节蛋白质工程的原理和应用课前自主探究一.蛋白质工程的概念理解①基础：蛋白质分子的及其与的关系。
②手段：改造或合成。
③结果：对现有蛋白质进行或制造出。
二、蛋白质工程崛起的缘由1.基因工程的实质和不足：(1)实质：将一种生物的基因转移到,后者可以产生它本不能产生的，进而表现出。
(2)基因工程存在的不足：原则上只能生产自然界的蛋白质。
2.蛋白质工程的崛起：(1)理论和技术条件：、晶体学以及计算机技术的迅猛发展。
(2)天然蛋白质存在不足：天然蛋白质的符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合的需要。
(3)实例：玉米中赖氨酸的含量比较低，将赖氨酸合成过程中两种酶的替换，就可以使玉米叶片和种子中游离赖氨酸的含量分别提高5倍和2倍。
三、蛋白质工程的基本原理1.目标：根据人们对功能的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。
2.方法：或。
3.流程：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的→推测应有的序列→找到并改变相对应的序列（基因）或合成新的→获得所需要的蛋白质。
四、蛋白质工程的应用1.在医药工业方面的应用(1)研发速效胰岛素类似物：科学家通过改造使B28位脯氨酸替换为天冬氨酸或者将它与B29位的赖氨酸交换位置，从而有效抑制了，研发出速效胰岛素类似物。
(2)提高干扰素的保存期：将干扰素分子上的一个变成，提高了干扰素的保存时间。
(3)改造抗体：将小鼠单克隆抗体上“嫁接”到人的抗体上，降低了诱发人体免疫反应的强度。
2.在其他工业和农业方面的应用(1)改进酶的性能或开发新的工业用酶：利用蛋白质工程获得蛋白酶的多种。
(2)改造某些重要的酶：利用蛋白质工程改造参与的酶，以提高植物光合作用的效率。
易错易混辨析(1)蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质。
（）(2)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为基础。
（）(3)基因工程在分子水平对基因进行操作，蛋白质工程在分子水平对蛋白质进行操作。
（）(4)蛋白质工程可以改造酶，提高酶的热稳定性。
人教版生物选修3专题1、4《蛋白质工程的崛起》名师(17张)-PPT优秀课件
惜时 坚韧 创新
参考答案：
（1）构建新型药物蛋白：CRD2—TACI—FC就 可以很好满足人们的愿望。（2）在了解天然 TACI蛋白的结构基础上获得预期功能的新型 药用蛋白→设计新型药用蛋白空间结构→推 测氨基酸排列顺序→mRNTAe排xt i列n h顺ere序→DNA碱基
排列顺序→化学方法合成DNA
传物质） DNA→RNA、 RNA→DNA、RNA→蛋白质 （或转录、逆转录、翻译） （3）设计蛋白质的结构 推测 氨基酸序列 功能
大连市第八中学
8
人教版生物选修3 专题1 、4 《蛋白质工程的崛起》名师课件( 共1 7 张P P T ) 【P P T 优秀课件】- 精美版 人教版生物选修3 专题1 、4 《蛋白质工程的崛起》名师课件( 共1 7 张P P T ) 【P P T 优秀课件】- 精美版
任务三
惜参考时答案坚韧 创新
（1）目的基因 PCR 显微注射法 （2）构建基因表达载体 （3）预期蛋白质的功能 蛋白质三维结构
相应的氨基酸序列 相应的脱氧核苷 酸序列
（4）修饰 合成 Hale Waihona Puke 造大连市第八中学9
人教版生物选修3 专题1 、4 《蛋白质工程的崛起》名师课件( 共1 7 张P P T ) 【P P T 优秀课件】- 精美版 人教版生物选修3 专题1 、4 《蛋白质工程的崛起》名师课件( 共1 7 张P P T ) 【P P T 优秀课件】- 精美版
）
（）
产生的蛋白质 实质 基本过程
联系
原有的
新的
定向改造生物的（ ），以获得人类所需要 定向改造或生产人类所需的
的生物类型或生物产品
（）
确定（ ）-应有的高 级结构-应具备的折叠状态应有的（ ）-应有的 （ ）序列-改造的蛋白质
3.4蛋白质工程的原理和应用教学设计-2023-2024学年高二下学期生物人教版选择性必修3
教学设计课程基本信息学科高中生物年级高二学期秋季课题蛋白质工程的原理和应用教学目标1.说出蛋白质工程崛起的缘由；2.概述蛋白质工程的基本原理；3.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。
教学内容教学重点：1.蛋白质工程的基本原理；2.依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。
教学难点：1.蛋白质工程的基本原理；2.依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。
教学过程一、教材分析本节内容分为三个部分。
首先阐述蛋白质工程崛起的缘由，教材在这部分引导学生分析了进行蛋白质工程研究的原因，并且通过实例说明了开展蛋白质工程研究的意义。
“蛋白质工程的基本原理”部分，需要学生结合在必修2课程中学过的中心法则知识，以及刚学过的基因工程知识来进行学习。
并进一步通过“思考·讨论”活动，让学生思考、分析，加深对原理的理解。
旁栏中的资料内容体现了蛋白质工程的发展除了需要基础理论的支撑，还需要多种技术的支持，其中不仅有生物技术，还有其他学科领域的技术，这可以让学生认识到多学科相互渗透、融合是现代科技发展的总趋势。
关于蛋白质工程的应用，教材首先创设了科学家改造胰岛素的情境来说明依据人类需要对蛋白质进行改造、获得目标蛋白的过程，并列举了蛋白质工程在工农业生产中应用的实例。
二、学情分析本节课是这个单元的最后一节，内容建立在重组DNA技术的基本工具、基因工程的基本操作程序、以及基因工程的应用的基础之上。
学生已经懂得如何利用重组DNA技术的基本工具，通过基因工程的基本操作程序生产所需蛋白质。
三、教学目标（1）运用结构与功能观等观点，结合中心法则有关知识，说明蛋白质工程的基本原理（生命观念）。
（2）基于蛋白质工程的实例，采用模型与建模、归纳与概括等方法，用文字图示或模型的形式表示蛋白质工程的基本思路（科学思维）。
（3）尝试通过蛋白质工程技术，根据人类需要的蛋白质结构，运用逆向思维设计或改造某一蛋白质的设计流程（科学探究）。