人教版高中生物选择性必修3第3章第4节课件

(2)利用蛋白质工程的思路设计优良微生物农药，通过改造微生物 ___蛋__白__质__的__结__构___，使它防止害虫的效果增强。
蛋白质工程在各个方面的成功应用，是对蛋白质直接改造还是对基 因进行改造或修饰？
_____________________________________。 【答案】对基因进行改造或修饰
4．流程图
1．基因工程中的目的基因与蛋白质工程中的目的基因有何区别？ 提示：基因工程中目的基因一般是自然存在的基因，而蛋白质工程 中的目的基因不是天然存在的。
2．为什么要通过基因改造或基因合成来完成蛋白质工程，而不是 直接对蛋白质进行改造？
提示：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通过改造过的基因遗传下 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。
因的检测与鉴定
要的蛋白质
比较项目
基因工程
蛋白质工程
定向改造生物的遗传特性，以
定向改造或生产人类所需要
区 实质 获得人类所需要的生物类型或
的蛋白质
别
生物产品(基因的异体表达)
结果 生产自然界中已经有的蛋白质 生产自然界中没有的蛋白质
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，对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质必须通过基
3．天然蛋白质的合成途径(中心法则) 基因→表达(___转__录___和___翻__译____)→形成具有特定__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。
4．蛋白质工程的基本思路 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___→找到并改变相对应的__脱__氧__核__苷__酸__序__列__(_基__因__)_或合成
【解析】蛋白质工程是以蛋白质的结构规律及其与生物功能的关系 作为基础的，因此蛋白质工程可以定向改变蛋白质分子的结构，A正 确；蛋白质工程是通过改造基因的结构实现的，该过程中，干扰素的合 成过程依然需要经过转录和翻译过程实现，即遵循了中心法则，B正 确；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技 术，因此其没有完全摆脱基因工程技术，C错误；蛋白质工程通过基因 改造或基因合成，对现有蛋白质进行基因改造，或制造一种新的蛋白 质，可见对纤维素酶的改造需通过改造基因结构，D正确。
A．①→②→③→④
B．④→②→①→③
C．③→①→④→②
D．③→④→①→②
【答案】C
【解析】蛋白质工程是根据人们的需要首先要预期蛋白质的相应功
能，然后设计预期的蛋白质结构，推测其应有的氨基酸序列，根据相应
的氨基酸序列推测脱氧核苷酸序列，再合成相应的目的基因，C正确。
蛋白质工程的应用
1．医药工业方面 (1)速效胰岛素类似物的研发：通过改造__胰__岛__素__基__因____实现了对相 应氨基酸序列的改造，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，从而抑制胰岛素的聚合。
3．蛋白质工程的实例 富含___赖__氨__酸___的玉米新品种的培育。玉米体内赖氨酸的含量比较 低，原因是赖氨酸合成过程中的两个关键酶——_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较大，当赖氨 酸浓度达到一定量时，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 ， 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第104位的天冬酰 胺变成___异__亮__氨__酸___，就可以分别使玉米叶片和种子中的赖氨酸含量提 高5倍和2倍。
2．(2023·云南名校阶段练习)如图为蛋白质工程操作的基本思路，下
列叙述不正确的是
()
A．代表蛋白质工程操作思路的过程是④⑤ B．代表中心法则内容的是①②③ C．①代表转录，②③代表翻译，④代表分子设计，⑤代表DNA合成 D．蛋白质工程的目的是对基因的结构进行分子设计，通过基因合成 或改造而实现
联系 因改造或基因合成来实现，蛋白质工程离不开基因工程，
而基因工程中所用的某些酶也需要通过蛋白质工程进行修
饰或改造，以提高其功能，因此两者是相互促进的
例1 下列关于蛋白质工程和基因工程的比较，不合理的是( ) A．基因工程原则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基础上发展起来的，蛋白质工程最 终还是要通过基因改造或基因合成来完成 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 【蛋白
质工程的应用前景(社会责任)
知识导图
课前·新知导学
蛋白质工程的概念及崛起的缘由
1．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__改__造____或_合__成__基__因___，来改造__现__有__蛋__白__质____， 或制造一种___新__的__蛋__白__质___，以满足人类的生产和生活的需求。它是在 __基__因__工__程____的基础上，延伸出来的第二代基因工程，是涉及多学科的 综合科技工程。
课堂·延伸提分
易错易混：基因工程与蛋白质工程的比较
比较项目
基因工程
蛋白质工程
原理
基因重组
中心法则的逆转
目的基因的筛选与获 从预期的蛋白质功能出发→设计预期
取→基因表达载体的 的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序 区过
构建→将目的基因导 列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸 别程
入 受 体 细 胞 → 目 的 基 序列(基因)或合成新的基因→获得所需
2．蛋白质工程崛起的缘由 (1)基因工程的实质及不足： ①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___，进而表现出___新__的__性__状____。 ②不足：基因工程在原则上只能生产自然界已存在的__蛋__白__质___。 (2)蛋白质工程崛起的缘由：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__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。若不能直接满足人类需要，就必 须人为对其进行改造，蛋白质工程从而崛起。
猪的胰岛素用于人体降低血糖浓度效果不明显，原因是
猪的胰岛素分子中有一个氨基酸与人的不同。为了使猪的胰岛素可用于
临床治疗人的糖尿病，用蛋白质工程对蛋白质分子进行设计的最佳方案
是
()
A．对猪的胰岛素进行一个不同氨基酸的替换
B．将猪的胰岛素和人的胰岛素进行拼接，组成新的胰岛素
C．将猪的胰岛素和人的胰岛素混合在一起治疗人的糖尿病
【答案】D 【解析】蛋白质工程操作思路是以蛋白质分子的结构规律及其生物 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，即图中的④⑤，A正确；中心法则是指遗 传信息的传递过程，包括转录、翻译、DNA复制、RNA复制和逆转录 过程，图中①代表转录，②③代表翻译，因此代表中心法则内容的有① ②③，B正确；据图可知，①代表转录，②③代表翻译，④代表分子设 计，⑤代表DNA合成，C正确；蛋白质工程的目的是对蛋白质的结构进 行分子设计，通过基因合成或基因改造实现，D错误。
新的基因→获得所需要的蛋白质。
基因工程和蛋白质工程是否都遵循中心法则？ _____________________________________。 【答案】都遵循中心法则
蛋白质工程正确的基本流程是
()
①设计蛋白质分子结构 ②合成DNA ③从预期的蛋白质功能出发
④根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列
第3章 基因工程
第4节 蛋白质工程的原理和应用
课标要点
学法指导
1．结合教材实例和中心法则的内容，理
1．举例说出蛋白质工程崛起
解蛋白质工程崛起的缘由及其原理(生命
的缘由
2．阐述蛋白质工程的原理及 观念、科学思维)
2．用列表法比较蛋白质工程和基因工程(
应用
科学思维)
3．尝试运用逆向思维分析和 解决问题
课堂·重难探究
蛋白质工程的概念分析和原理分析
[知识归纳] 1．蛋白质工程的概念分析
基础 手段 目的
蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系 通过改造或合成基因，来改造现有的蛋白质，或制造一种新的 蛋白质 满足人类生产和生活的需求
2．蛋白质工程的原理 由预期的蛋白质结构找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列。 3．蛋白质工程的过程 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→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因 →获得所需要的蛋白质。
[对点精练] 1．(2023·广东清远期末)下列有关蛋白质工程的叙述，错误的是
() A．蛋白质工程可以定向改变蛋白质分子的结构 B．蛋白质工程生产干扰素的过程遵循了中心法则 C．蛋白质工程是完全摆脱基因工程技术的一项全新的生物工程技 术 D．对纤维素酶的改造是通过改造基因的结构而实现的 【答案】C
2．工业用酶方面 利用蛋白质工程获得枯草杆菌__蛋__白__酶____的突变体，从中筛选出一 些符合工业化___生__产__需__求____的突变体，从而提高这种酶的使用价值。 3．农业方面 (1)科学家正尝试改造某些参与调控__光__合__作__用__的__酶____，以提高植物 光合作用的效率，增加粮食的产量。
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．尚没有制造出来
【答案】C
【解析】蛋白质工程是对基因进行改造，进而产生符合人们需要的
蛋白质，因此其产物不再是天然的蛋白质。
蛋白质工程的基本原理
1．蛋白质工程的目标 根据人们对__蛋__白__质__功___能___的特定需求，对蛋白质的__结__构____进行 设计改造。 2．蛋白质工程的原理 根据对蛋白质的结构进行设计改造，来改造基因或__合__成__基__因____。
在培育富含赖氨酸的玉米的过程中，为什么改变一个氨基酸就可以 改变天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性？
_________________________________。 【答案】两种酶的化学本质是蛋白质，蛋白质的结构的决定因素包 括氨基酸的种类、数目及排列顺序和蛋白质的空间结构，因此个别氨基 酸的改变就会导致其结构的改变，从而影响其性质和功能
D．根据人的胰岛素设计制造一种新的胰岛素
【答案】A
【解析】 由于猪的胰岛素分子中只有一个氨基酸与人的胰岛素不 同，所以可通过蛋白质工程中蛋白质的分子设计，替换这一个不同的氨 基酸，A正确；将猪的胰岛素和人的胰岛素进行拼接，组成新的胰岛素 的结构改变，B错误；将猪的胰岛素和人的胰岛素混合在一起治疗人的 糖尿病达不到预期的效果，C错误；虽然根据人胰岛素分子的结构设计 一种全新的胰岛素也可以用于临床治疗，但在分子设计和胰岛素的生产 方面都存在着很多困难，所以不是最佳方案，D错误。
(2)干扰素的体外保存的实现：将干扰素分子上的一个_半__胱__氨__酸____ 变成___丝__氨__酸___，在一定条件下，可以延长保存时间。
(3)小鼠单克隆抗体的改造：将小鼠抗体上__结__合__抗__原___的区域“嫁 接”到___人__的__抗__体___上，经过这样改造的抗体诱发免疫反应的强度会 ___降__低___很多。
【解析】基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，而蛋白 质工程可以通过对基因改造实现对现有蛋白质的改造，或制造一种新的 蛋白质，A正确；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，蛋白质工程不是对蛋白质分子的直接改造，而是通过修改基因 或创造合成新基因来合成新的蛋白质，B正确；干扰素的成分是糖蛋 白，不能自我复制，C错误；蛋白质工程的实质是改造基因，基因工程 和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的，D正确。