高中生物选修14蛋白质工程的崛起
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。
高中生物选修14蛋白质工程的崛起-文档资料
精品
1.4 蛋白质工程的崛起
一、蛋白质工程崛起的缘由
1 基因工程的局限性： a、基因工程在原则上只能生产自然 界已存在的蛋白质 b、天然蛋白质不一定完全符合人类 生产和生活的需要
2 蛋白质工程的目的： 生产符合人们生活需要的、自然界中没有 的蛋白质
例如：
干扰素（半胱氨酸） 改造
蛋白质改造工程的实例：
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。
蛋白质改造工程的实例：
4．治癌酶的改造
癌症的基因治疗分二个方面：药物作用于癌细 胞，特异性地抑制或杀死癌细胞；药物保护正常细胞免受 化学药物的侵害，可以提高化学治疗的剂量。疱疹病毒 （HSV）胸腺嘧啶激酶（TK）可以催化胸腺嘧啶和其它结构 类似物磷酸化而使这些碱基3’-OH缺乏,从而阻断DNA的合成， 杀死癌细胞。HSV—TK催化能力可以通过基因突变来提高。 从大量的随机突变中进行筛选出一种酶,在酶活性部位附近 有6个氨基酸被替换，催化能力20倍以上。
ห้องสมุดไป่ตู้
三、蛋白质工程的进展与前景
蛋白质工程目前的现状：成 功的例子不多，主要是因为 蛋白质发挥其功能需要依赖 于正确的空间结构，而科学 家目前对大多数蛋白质的空 间结构了解很少。
比较基因工程和蛋白质工程：
基因工程
蛋白质工程
相同点 都要改造基因，都属于分子水平
产生新的 基因型，无新基因 基因（型）
产生的蛋白质
课件15：1.4 蛋白质工程的崛起
2、蛋白质工程的基本流程正确的是 （ C ） 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→④ B.④→②→①→③ C.③→①→④→② D.③→④→①→②
3、关于基因工程和蛋白质工程的说法正确的是（ A ） A．都是分子水平上的操作 B．基因工程就是改造基因的分子结构 C．蛋白质工程就是改造蛋白质的分子结构 D．基因工程能产生自然界根本不存在的基因，蛋白质工程 能产生自然界已存在的蛋白质
二、蛋白质工程的基本原理
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)
DNA合成
分子设计
基因
氨基酸序列
蛋白质
DNA
mRNA 多肽链
转录 翻译
三维结构 折叠
预期功能 生物功能
2、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）水蛭素改造
水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制剂，它有多种 变异体，由65或66个氨基酸残基组成。水蛭素在临床上可 作为抗栓药物用于治疗血栓疾病。为提高水蛭素活性，在 综合各变异体结构特点的基础上提出改造水蛭素主要变异 体HV2的设计方案，将47位的Asn（天冬酰胺）变成Lys （赖氨酸），使其与分子内第4或第5位Thr（苏氨酸）间形 成氢键来帮助水蛭素N端肽段的正确取向，从而提高凝血 效率，试管试验活性提高4倍，在动物模型上检验抗血栓形 成的效果，提高20倍。
课堂小结
1、蛋白质工程崛起的缘由
2、蛋白质工程的原理：中心法则的逆推
预期的蛋白质功能出发
高二生物山选修课件蛋白质工程的崛起
REPORTING
2023 WORK SUMMARY
高二生物山选修课件 蛋白质工程的崛起
汇报人：XX
20XX-01-14
XX
目录
• 蛋白质工程概述 • 蛋白质结构与功能 • 蛋白质工程方法与技术 • 蛋白质工程应用实例 • 挑战与前景展望
PART 01
蛋白质工程概述
定义与发展历程
定义
蛋白质工程是通过对蛋白质分子结构、功能及其相互作用的研究，利用基因工程 手段设计和改造蛋白质，以创造具有特定功能或优化性能的新蛋白质的一门科学 。
发展趋势预测
技术创新
随着生物技术和计算机技术的不断发展，蛋白质工程有望 在结构预测、设计、合成等方面取得突破，提高工程化蛋 白质的效率和准确性。
应用拓展
蛋白质工程在医药、工业、农业等领域的应用将不断拓展 ，如开发新型抗体药物、优化工业酶性能、改良农作物品 质等。
跨学科合作
蛋白质工程将促进生物学、化学、物理学、计算机科学等 多学科的交叉融合，推动相关领域的发展和创新。
技术难题
蛋白质工程涉及复杂的生物技术和计算机模拟技术，目前仍面临许 多技术难题，如蛋白质结构预测、蛋白质设计、蛋白质合成等。
成本问题
蛋白质工程需要高昂的研发成本，包括设备、试剂、人力等方面的 投入，限制了其广泛应用。
伦理道德问题
蛋白质工程可能涉及基因改造和生物安全问题，引发伦理道德争议和 社会关注。
。
运输与储存
蛋白质能够运输氧气、 营养物质等，并在需要
时释放。
免疫保护
抗体等蛋白质能够识别 并清除外来病原体，保
护机体免受感染。
信号传导
蛋白质作为信号分子， 能够传递细胞间的信息 ，调节生物体的生理活
高中生物第1部分专题1基因工程14蛋白质工程的崛起课件新人教选修3
手段
念
或制造一种新的蛋白质
目的
获得_满__足__人__类__生__产__和__生__活__需__求___ 的蛋白质
原理 由预期的蛋白质找到相对应的 _脱__氧__核__苷__酸__序__列__(_基__因__)
流程
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__→找到相对应的 _脱__氧__核__苷__酸__序__列__(_基__因__)_
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，或制造种新 的蛋白质，以满足人类的生产和生 活的需要。
理解·教材新知
1．4
专 题
蛋白 质工
把握·命题热点
1
程的
崛起
应用·落实体验
知识点一 知识点二
命题点一 命题点二
课堂回扣练习
1．4
蛋白质工程的崛起
1．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。
3．蛋白质工程并不是直接改造蛋白质分子的 结构，而是通过基因操作来实现对天然蛋 白质的改造。
3．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。
1．蛋白质工程的操作步骤 (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。
高中生物 14 蛋白质工程的崛起(学案)人教版选修3
1.3-1.4 基因工程的应用、蛋白质工程的崛起一、学习目标1.举例说出基因工程应用及取得的丰硕成果。
2.关注基因工程的进展。
3.认同基因工程的应用促进生产力的提高。
4.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。
5.简述蛋白质工程的原理。
6.尝试运用逆向思维分析和解决问题。
二、相关知识连接1 转基因生物2 器官移植3 基因芯片4 血红蛋白的结构三、知识体系1、植物基因工程技术主要用于提高农作物的（如、、、和等），以及和利用植物生产等方面。
2、目前防治作物虫害的发展趋势是从某些生物中分离出，将其导入中，使其具有。
用于杀虫的基因主要是、、、等。
3、引起植物生病的微生物称为，主要有、和等。
抗病转基因植物所采用的基因，使用最多的是和；抗真菌转基因植物中可使用的基因有和。
4、目前科学家利用一些可以调节的基因，来提高农作物的抗盐碱和能力；将鱼的导入烟草和番茄，提高其耐寒能力；将导入作物，使作物抗除草剂。
5、利用转基因技术可以提高生物中的的含量、延长贮存时间、改变花色等，从而提高作物品质。
6、动物基因工程可用于，，，。
7、基因工程药物包括、、、、等。
8、治疗遗传病的最有效手段是，这种方法是把导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到的目的，可分为和两条途径。
9、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。
10、蛋白质工程是指以蛋白质分子的及其与的关系作为基础，通过或，对进行改造，或制造，以满足的需求。
11、蛋白质工程的途径是：预测蛋白质功能→设计预期的→推测应有的→找到相对应的。
12、蛋白质工程具有的前景，但。
四、知识探究干扰素是治疗癌症的重要物质，人血液中每升只能提取0．05 mg干扰素，因而其价格昂贵，平民百姓用不起。
但美国有一家公司用遗传工程方法合成了价格低廉、药性一样的干扰素，其具体做法是：（1）从人的淋巴细胞中提取能指导干扰素合成的，并使之与一种叫质粒的DNA 结合，然后移植到酵母菌内，从而让酵母素来。
高二生物人教版选修三教学课件14蛋白质工程的崛起
[共研探究]
1．蛋白质工程的进展和前景
(1)前景诱人：采用蛋白质工程方法制成的电子元件，
具有 体积小 、 耗电少 和 效率高 的特点；
通过对胰岛素的改造，使其成为 速效型
药品。
(2)难度很大：主要是目前科学家对大多数蛋白
质
高级结构 的了解还很不够。
2．如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：
三、蛋白质工程的进展和前景阅读教材P28 三、蛋白质工程的进展和前景 阅读教材 1．进展：如科学家通过对胰岛素 的改造，已使其成 为速效型药品。 2．前景：用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有体
积 小 、耗电 少 和效率 高 的特点。
3．面临困难：因为蛋白质发挥功能必须依赖于正确 的 高级结构 ，这种高级结构十分复杂，而目前科学家对 大多数蛋白质的高级结构的了解还很不够。
1．概念：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。
2．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。
3．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→找到 相对应的 脱氧核苷酸 序列(基因)。
答案：C
3．下列关于基因工程与蛋白质工程的比较，正确的是( ) A．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 B．基因工程合成的是天然的蛋白质，蛋白质工程合成的不一定 是天然存在的蛋白质 C．基因工程是分子水平操作，蛋白质工程是细胞水平操作 D．蛋白质工程是基因工程的基础，基因工程是蛋白质工程的延 伸
高中生物 14 蛋白质工程的崛起课件 新人教版选修3课件
实例2：干扰素的保存
天然的干扰素在体外保存相当困难。 如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸， 那么在—70℃的条件下，可以保存半年。
中心法则
复制
DNA
转录
逆转录
RNA
翻译
蛋白质
二、蛋白质工程的基本原理
目的 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。 原理 改造基因(基因 修饰 或基因 合成 )。 途径 预期蛋白质功能→ 设计 预期的蛋白质 → 推测应有的 氨基酸 序列→ 找到对应的 脱氧核苷酸 序列。
1.4
蛋白质工程的崛起
一、蛋白质工程崛起的理由
基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质。
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。
实例1：生产单体速效胰岛素 原因：胰岛素注射到人体 后会堆积在皮下，要经过较长 时间才能进入血液，而且进入 到血液中的胰岛素又会不断地 被分解。 如果把胰岛素B链由B28脯氨酸-B29赖氨 酸改为B28赖氨酸-B29脯氨酸就可避免胰岛素 分子形成聚合体以保证其效能的及时发挥。
计出更加符合人类需求的蛋白质还需经
过艰辛的探索。
Байду номын сангаас
实例4:提高玉米赖氨酸含量 玉米中赖氨酸含量比较低，原因是赖氨酸浓 度达到一定时会抑制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，所以赖氨酸含量很难提高。如果将天冬氨 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104位的天冬氨酰变成异 亮氨酸，可使玉米叶片和种子中游离的赖氨酸含 量分别提高5倍和2倍。
三、蛋白质工程的概念
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。
北师大版 高中生物《蛋白质工程的崛起》精品课件
( A )
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2．关于蛋白质工程的说法错误的是 符合人类需要
( B ) A．蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更加 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
本 课 栏 目 开 关
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
数目 、 排列顺序 和 空间结构 来决定的，而其结构
多样性的根本原因则是控制蛋白质合成的 基因 的多 样性。
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探究点一
蛋白质工程的诞生
蛋白质工程能够生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质， 甚至自然界不存在的蛋白质。结合材料思考：
本 课 栏 目 开 关
学习探究区
1．由材料分析： 蛋白质工程是根据蛋白质的 精细结构与生物活性 以及 结构与功能之间的相互关系， 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、 自然界不存在的、 具有 优良特性的蛋白质 分子。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ习探究区
【归纳提炼】 基因的定点诱变技术
基因定点诱变技术的具体操作方法较多，其中 PCR 法是目前 常用的方法之一。PCR 法利用人工合成带有突变位点的诱变 引物，通过 PCR 扩增而获得定点突变的基因，再通过基因工 程的方法将突变基因导入受体细胞，经过转录和翻译就可以 合成所需的蛋白质。对于已知空间结构的蛋白质，可以采用 定点诱变技术在蛋白质肽链中引入替代氨基酸，从而测定蛋 白质中不同结构的功能。目前空间结构完全清楚的蛋白质的 数量还比较少，对于那些不能预先确定诱变位点的蛋白质， 可用非定点诱变来进行蛋白质改造。
学习探究区
生物选修人教版14蛋白质工程的崛起(教学设计)
《蛋白质工程的崛起》教学设计一、教学目标的确定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）。
蛋白质工程目前的现状：成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构，而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。
这样学习，可以使学生认识到科学探索之路的漫长、艰辛和永无止境。
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。
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。
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。
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。
教学难点：蛋白质工程的原理。
教学方法：采用"问题-探究-新问题-再探究"的教学模式。
二、教学设计思路新课一开始，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。
蛋白质工程的崛起高中生物教案范文
一、教学目标1. 让学生了解蛋白质工程的概念及其重要性。
2. 使学生掌握蛋白质工程的基本原理和方法。
3. 培养学生运用蛋白质工程知识解决实际问题的能力。
二、教学内容1. 蛋白质工程的概念2. 蛋白质工程的基本原理3. 蛋白质工程的方法与技术4. 蛋白质工程的应用实例5. 蛋白质工程的发展趋势三、教学重点与难点1. 蛋白质工程的概念及其与基因工程的关系2. 蛋白质工程的基本原理和方法3. 蛋白质工程的应用及发展趋势四、教学过程1. 导入：通过播放蛋白质工程相关视频，激发学生的兴趣，引出本节课的主题。
2. 新课导入：介绍蛋白质工程的概念，让学生了解其定义和重要性。
3. 知识讲解：讲解蛋白质工程的基本原理和方法，结合实际案例进行分析。
4. 案例分析：分析蛋白质工程在医药、农业等领域的应用实例，让学生了解其广泛应用。
5. 拓展延伸：介绍蛋白质工程的发展趋势，引导学生关注科技前沿。
6. 课堂小结：总结本节课的主要内容，强调蛋白质工程的重要性和应用前景。
7. 课后作业：布置相关练习题，巩固所学知识。
五、教学评价1. 学生对蛋白质工程概念的理解程度。
2. 学生掌握蛋白质工程基本原理和方法的情况。
3. 学生能够运用蛋白质工程知识解决实际问题的能力。
4. 学生对蛋白质工程发展趋势的了解程度。
六、教学资源1. 蛋白质工程相关视频资料2. 蛋白质工程案例分析资料3. 蛋白质工程发展趋势相关资料4. 蛋白质工程教学PPT5. 蛋白质工程练习题及答案七、教学方法1. 讲授法：讲解蛋白质工程的基本原理和方法，传授相关知识。
2. 案例分析法：分析蛋白质工程在实际应用中的案例，提高学生的应用能力。
3. 讨论法：组织学生分组讨论，培养学生的团队合作意识。
4. 问题驱动法：引导学生提出问题，培养学生的思考和创新能力。
八、教学步骤1. 导入新课：通过播放蛋白质工程相关视频，激发学生的兴趣。
2. 知识讲解：详细讲解蛋白质工程的基本原理和方法。
高中生物选修三专题一 14 蛋白质工程的崛起PPT课件
在原则上只能产生自然界已存在的蛋白质。
3、天然蛋白质的不足：
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。
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。
天冬氨酸激酶
改造
（352位的苏氨酸）
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 改造 二氢吡啶二羧酸合成酶
（104位的天冬酰胺）
（异亮氨酸）
一般来说，提高蛋白质的稳定性包括：
1、延长酶的半衰期
2、提高酶的热稳定性
3、延长药用蛋白的保存期
4、抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧 失等
实验证明：胰岛素在低浓度时主要以单体形式 存在，在高浓度时多以二聚体形式存在，这是 胰岛素β23－β28氨基酸残基结构所致。这样就 会延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓 了其降血糖的作用，也增加了抗原性。
科学家根据胰岛素的结构和其功能间的关系， 设计了对胰岛素基因的改造方案。通过碱基 替换的方法，改变基因序列，将β链第28位改 为赖氨酸、29位改为脯氨酸，从而改变了胰 岛素的结构。这种改变了结构的胰岛素不会 形成二聚体，从而使胰岛素快速起作用。由 此，速效型胰岛素制剂诞生，这种制剂的形 成正是利用的蛋白质工程技术，也就是本节 我们将要探讨的内容。
例如：
生物选修人教版 1.4 蛋白质工程的崛起(教学设计)
《蛋白质工程的崛起》教学设计一、教学目标的确定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）。
蛋白质工程目前的现状：成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构，而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。
这样学习，可以使学生认识到科学探索之路的漫长、艰辛和永无止境。
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。
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。
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。
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。
教学难点：蛋白质工程的原理。
教学方法：采用"问题-探究-新问题-再探究"的教学模式。
二、教学设计思路新课一开始，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。
高三生物蛋白质工程的崛起
三、蛋白质工程的进展和前景
蛋白质工程汇集了当代分子生物学等学科的 一些前沿领域的最新成就，它把核酸与蛋白质 结合、蛋白质空间结构与生物功能结合起来研 究。蛋白质工程将蛋白质与酶的研究推进到崭 新的时代，为蛋白质和酶在工业、农业和医药 方面的应用开拓了诱人的前景。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。
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。
4．治癌酶的改造 癌症的基因治疗分二个方面：药物作用于癌细胞， 特异性地抑制或杀死癌细胞；药物保护正常细胞免受化学 药物的侵害，可以提高化学治疗的剂量。疱疹病毒（HSV） 胸腺嘧啶激酶（TK）可以催化胸腺嘧啶和其它结构类似物 磷酸化而使这些碱基3’-OH缺乏,从而阻断DNA的合成，杀 死癌细胞。HSV—TK催化能力可以通过基因突变来提高。 从大量的随机突变中进行筛选出一种酶,在酶活性部位附近 有6个氨基酸被替换，催化能力20倍以上。 蛋白质工程的发展很快，研究工作很多，以上仅介绍了 几个例子。蛋白质工程除了用于改造天然蛋白质或设计制 造新的蛋白质外，其本身还是研究蛋白质结构功能的一种 强有力的工具，它在解决生物理论方面所起的作用，可以 和任何重大的生物研究方法相提并论。
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。
【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。