2017年高中生物第1章基因工程第3节蛋白质工程学案苏教版3.

第三节 蛋白质工程

1．理解蛋白质工程的概念和原理。(重、难点)

2．掌握基因工程和蛋白质工程的区别和联系。(重点)

3．了解蛋白质工程的应用和发展。

蛋白质工程的概念和原理

1．概念

(1)基础：蛋白质的结构和功能的关系。

(2)手段：借助计算机辅助设计、基因定点诱变和重组DNA 技术改造基因。

(3)目的：定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋白质。

2．原理

(1)结构分析

①前提条件：了解蛋白质的结构和功能的关系。

②了解蛋白质结构的方法⎩⎪⎨⎪⎧X 射线晶体衍射法核磁共振法DNA 和蛋白质测序技术

(2)结构预测与设计：构建蛋白质空间结构模型。

(3)基因工程：对基因进行改造，是蛋白质工程的关键技术。

蛋白质纯化：纯化蛋白质，测定和分析其结构和功能。(5)功能分析：分析蛋白质的生物学和化学特性。

[合作探讨]

科学家将β­干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌中表达，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。

探讨1：上述材料中的技术属于什么工程？

提示：蛋白质工程。

探讨2：蛋白质工程为什么需要直接改造基因，而不直接改造蛋白质？

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。

探讨3：蛋白质工程操作的基本思路是什么？

提示：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→找到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。

[思维升华]

1．对概念的理解

(1)首先了解蛋白质的结构和功能。

(2)其次是设计蛋白质。

(3)实质是改造基因。

(4)最后合成出自然界不存在的蛋白质。

2．基本原理

3．了解蛋白质结构的方法

实施蛋白质工程的前提条件是通过物理化学与生物化学等技术手段了解蛋白质结构与功能的关系，所以首先要了解蛋白质的结构。

(1)三维结构：X射线晶体衍射法。

(2)构象：核磁共振法。

(3)一级结构(氨基酸序列)：DNA和蛋白质测序技术。

4．核心技术——定点诱变技术和非定点诱变技术

(1)定点诱变技术：基因的定点诱变技术是改变蛋白质结构的核心技术之一。

①适用对象：对于不能预先确定诱变位点的蛋白质，可采用非定点诱变技术来进行蛋白质的改造。

②特点：非定点诱变突变位点多，有时甚至会产生意想不到的改造效果。

特别提醒]

有关蛋白质工程的三点提醒

(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，被改造的蛋白质也是无法遗传下去的。

(2)蛋白质工程在改造基因时需要与基因工程有关的工具酶。改造后的基因需要表达出相应的蛋白质，同样需将改造或合成的基因导入受体细胞。

(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。

1．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 ．①②

B ．①②③

C ．②③④

D ．①②④

【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。

【答案】 B

2．(2016·临沂期中)下列有关蛋白质工程的叙述，不正确的是( )

A ．收集大量的蛋白质分子结构的信息，以便分析结构与功能之间的关系

B ．可以预测具有一定氨基酸序列的蛋白质的空间结构和生物功能

C．根据特定的生物功能，设计蛋白质的氨基酸序列和空间结构

D．根据人们的需要，直接对氨基酸的分子结构进行改造

【解析】蛋白质工程中需要收集大量的蛋白质分子结构的信息，以便分析结构与功能之间的关系，A正确；预测具有一定氨基酸序列的蛋白质的空间结构和生物功能，B正确；蛋白质工程能根据特定的生物功能，设计蛋白质的氨基酸序列和空间结构，C正确；根据人们的需要，通过对基因进行改造来实现对蛋白质的改造，D错误。

【答案】 D

1．改造酶的结构，提高酶的热稳定性。

2．生物工程制药

(1)实例1：鼠源杂交瘤抗体的改造。

①改造方法：在基因水平上对抗体进行重组，产生人恒定区和鼠可变区嵌合抗体。

②结果：对人体的不良反应减少。

(2)实例2：对t PA的改造。

①t PA功能：溶解血栓块，医治心肌梗死等疾病。

②改造方法：将t PA分子中的天冬酰胺替换为谷氨酰胺。

③结果：t PA在血液循环中停留时间延长，疗效更加显著。

3．疾病诊断

(1)方法：蛋白质芯片法。

(2)原理：抗原—抗体的特异性结合。

(3)实例：SARS病毒的检测与诊断。

[合作探讨]

资料 1 将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米细胞，可以提高玉米中的赖氨酸含量；

资料 2 更换赖氨酸形成过程中的天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的个别氨基酸，使两种酶的活性提高，也可以提高玉米中的赖氨酸含量。

探讨1：资料1、2中的技术分别属于什么工程？

提示：基因工程；蛋白质工程。

探讨2：上述两种提高玉米中赖氨酸含量的技术的实质相同吗？为什么？

提示：不相同。蛋白质工程实质是定向改造或生产人类所需蛋白质，基因工程实质是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。