蛋白质工程的崛起
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
高中生物 专题1 基因工程 1
专题1 基因工程 1。
5 蛋白质工程的崛起一、选择题1．蛋白质工程的实质是(）A．改造蛋白质B．改造mRNAC．改造基因D．改变氨基酸解析：蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特殊要求，对蛋白质的结构进行分子设计，由于基因决定蛋白质,因此要对蛋白质结构进行设计改造，必须从基因入手。
答案:C2．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（Prol38)替代Gly138，含突变体的重组质粒在大肠杆菌中表达,结果最适反应温度提高10～12 ℃。
这属于生物工程中的（)A．基因工程B．蛋白质工程C．发酵工程D．酶工程解析：酶工程的重点在于对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则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。
答案:B3．下列哪项不是蛋白质工程中的蛋白质分子设计(）A．对已知结构的蛋白质进行少数氨基酸的替换B．对不同来源的蛋白质分子进行拼接组装C．从氨基酸的排列顺序开始设计全新蛋白质D．设计控制蛋白质合成的基因中的核苷酸序列解析：蛋白质工程的重要方面是蛋白质的分子设计,它可以分为三类：一是对已知蛋白质进行少数氨基酸的替换,二是对不同来源的蛋白质进行拼接组装，三是设计制造自然界中全新的蛋白质。
D项中的内容是合成基因，属于基因工程.答案：D4．下列不属于蛋白质工程成果的是(）A．改造酶的结构，提高酶的热稳定性B．生产出鼠—人嵌合抗体C．将t。
PA分子中的天冬酰胺替换为谷氨酰胺D．蛋白酶洗衣粉容易洗掉奶渍、血渍解析:A、B、C三项所述都是对现存的蛋白质分子进行改造，属于蛋白质工程的成果。
而加酶洗衣粉属于酶制剂的应用，属于酶工程的成果.答案：D5．下列关于蛋白质工程应用的叙述错误的是（）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达到。
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。
蛋白质工程的崛起
1.4 蛋白质 工程的崛起
汇报人 | 小智
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。
3、蛋白 质工程产
物：
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。
是自然界原本不存在 的新的蛋白质。
2
01
“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、治疗 和新药研发的突破提供重要的 科学基础。
操作起点 天然存在的蛋 白质
产品
转移基因
实质
自然界不存 在的蛋白质
改造基因
二、蛋白质工程的基本原理
01
目标
02
原理
03
蛋白质工程的基本途径
04
蛋白质工程的概念
05
蛋白质工程与基因工程
的关系
三、蛋白质工程的进展和前景
科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效型药品。
生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面。
(A.对)此酶中的少数氨基酸替换，A以改善其功能
B.将此酶与人蛋白酶进行拼接，形成新的蛋白酶
C.重新设计与创造一种全新的蛋白酶
D.减少此酶在片剂中的含量
D A
下列与基因工程无关的是( )
一． 培养利用“工程菌”生产胰岛素
二． 基因治疗
C.蛋白质工程 D.杂交育种
已知氨基酸序列如何确定mRNA碱基序列
1.4 蛋白质工程的崛起
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, 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. 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, 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. 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 经研究发现,二者受体结合区有一部分重叠, 相同,有可能通过改造加以区别. 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, 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, 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 His(组氨酸)和第17 18和第21位 17位 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 Glu(谷氨酸).实验结果与预先设想一致, ).实验结果与预先设想一致 为临床用药还有大量的工作要做. 为临床用药还有大量的工作要做.
专题1 基因工程 专题1
----------------后基因工程 后基因工程
一,蛋白质工程崛起的缘由
通过基因工程能够大规模生产生物体内微 量存在的活性物质,并借助转基因而改变动植 量存在的活性物质, 物性状, 物性状,得以在人类医疗保健中进行基因诊断 和基因治疗. 和基因治疗.然而在广泛利用自然界各种蛋白 质的过程中就发现, 质的过程中就发现,这些蛋白质只是适应生物 自身的需要, 自身的需要,而对它们进行产业化开发往往不 合意,需要加以改造.1983年Ulmer首先提出 合意,需要加以改造.1983年Ulmer首先提出 蛋白质工程,它是指按照特定的需要, 蛋白质工程,它是指按照特定的需要,对蛋白 质进行分子设计和改造的工程.自此以后, 质进行分子设计和改造的工程.自此以后,蛋 白质工程迅速发展, 白质工程迅速发展,已成为生物工程的重要组 成部分. 成部分.
蛋白质工程的崛起
什么叫蛋白质工程？ 什么叫蛋白质工程？ 它同基因工程有何区别和联系？ 它同基因工程有何区别和联系？ 又是如何设计和施工的？ 又是如何设计和施工的？它的进展和 前景如何？ 前景如何？
1.4蛋白质工程的崛起 1.4蛋白质工程的崛起
一、蛋白质工程崛起的缘由
1、基因工程的应用 基因工程的实质： （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， 另一种生物体内，使后者产生本不能产生的 蛋白质，进而表现出新的性状。 蛋白质，进而表现出新的性状。 基因工程的不足： （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 2、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， 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， 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。 一定完全符合人类生产和生活的需要。所以需对 现有蛋白质进行定向改造。 现有蛋白质进行定向改造。 3、蛋白质工程的目的 生产符合人类生产和生活的需要的蛋白质
蛋白质工程的进展与前景 在生物工程制药领域、蛋白质工程 在生物工程制药领域、 有着广泛的应用： 有着广泛的应用： 例如修改胰岛素使其成为速效型 药物； 药物； 又如： 又如：制备既能保持原有抗体的 特异性，又能在人体内避免排斥反应 特异性， 人嵌合抗体” 的“鼠－人嵌合抗体”。 蛋白质工程可通过改造酶的结构，有目的地提 蛋白质工程可通过改造酶的结构， 高酶的热稳性； 高酶的热稳性； 生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应 用于微电子方面。 用于微电子方面。
2、蛋白质工程的原理：
由预期的蛋白质找到相对应的基因进行改造
3、基本途径(中心法则的逆推) 、基本途径(中心法则的逆推)
一、蛋白质工程崛起的缘由.
改造
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。 而结构生物学对大量蛋白质分子的精确立体结构及其复杂的生 物功能的分析结果，为设计改造天然蛋白质提供了蓝图。分子 遗传学的以定点突变为中心的基因操作技术为蛋白质工程提供 了手段。
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？
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，该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动：一项是由 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”，由此拉开了人类蛋白 质组计划的帷幕。
人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白质工程的有力推动和理论 支持。
天然蛋白质的合成过程
蛋白质工程流程图
预期蛋白 质功能 蛋白质三 维结构
分子设计
氨基酸序列 多肽链
DNA 合 成
基因 DNA
旁栏思考题 2.对天然蛋白质进行改造，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？
人教版教学课件[名校联盟]山东省沂水一中高二生物《14 蛋白质工程的崛起》课件(选修三)
![人教版教学课件[名校联盟]山东省沂水一中高二生物《14 蛋白质工程的崛起》课件(选修三)](https://img.taocdn.com/s3/m/164a33e60975f46527d3e1ef.png)
天冬氨酸激酶 3．实例：______________和二氢吡啶二羧酸合 赖氨酸浓度 成酶的活性受细胞内___________的影响，当赖 氨酸浓度达到一定量时会抑制这两种酶的活性， 改变两种酶的特性后,玉米游离赖氨酸含量提高。
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？
的蛋白质。
比较基因工程和蛋白质工程
比较项目 操作对象 操作水平 基因工程 基因 DNA分子水平 蛋白质工程 基因 DNA分子水平 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→蛋白质应有的氨基 酸序列→应有的碱基序 列→合成DNA→表达出 蛋白质
获取目的基因→构 建基因表达载体→ 基本过程 将目的基因导入受 体细胞→目的基因 的检测与鉴定
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。
基础自主梳理
一、蛋白质工程的崛起
基因 1．基因工程的实质：将一种生物的______转移 到另一种生物体内，后者产生它本不能产生的
蛋白质 ________，从而产生新性状。
2．蛋白质工程的目的：生产符合人们生活需要
蛋白质 的、并非自然界已存在的_______。
比较 项目
基因工程
蛋白质工程
定向改造生物的遗 传特性，以获得人 实质 类需要的生物类型 或生物产品
定向改造或生产人类 所需蛋白质
生产人类需要的基 可以生产自然界没有 结果 因产物(自然界已有 的、不存在的新蛋白 的蛋白质) 质
联系 蛋白质工程是以基因工程为基础的
例2 (2011年泰安市高二检测)科学家对鼠源杂交
物”，它可自动瞄准和攻击体内的靶组织或靶细胞
(如癌细胞)。此技术是( )
人教版高中生物选修3专题1第节蛋白质工程的崛起(共40张PPT)
mRNA序列 GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）
CGA (或G或T或C) ACCTTT（或C)TACAAA (或G) 脱氧核苷酸
序列
GCT (或C或A或G) TGGAAA (或G)ATGTTT (或C)
分子设计
蛋白质结构的分析
测定三级结构计 算机图像
酶的纯化生化 特性
蛋白质化学
1.2 基因的体外定向突变
在DNA水平上产生多肽编码顺序的特异性 改变称为基因的定性诱变。利用这项技术 一方面可对某些蛋白质进行定位改造，另 一方面还可以确定多肽链中某个氨基酸残 基在蛋白质结构及功能上的作用。一般而 言，含有单一或少数几个突变位点的基因 定向突变可选用下列几种策略。
1.4 蛋白质工程实施的必要条件
异亮氨酸
半胱氨酸
二、蛋白质工程崛起的缘由
思考：如果想让某一个生物的性状在另外一 个生物的身上表达，常用的方法有哪些？
1、在种内可以用什么方法？ 杂交育种
2、在种间可以用什么方法？
基因工程育种
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。
1.3 蛋白质工程的研究内容及应用
蛋白质是所有生命过程的存在形式，它以高度的特异性直 接推动数千种化学反应的进行，并以关键的结构元件组成所 有生物体的细胞和组织。 蛋白质工程技术改造或创建新型工程蛋白，还能拓展功能 蛋白在工业、农业、医学等领域的应用范围其经济和社会效 益不可估量。 （1）通过改变酶的Km和Vm等动力学参数，提高其生化反应 的催化效率。 （2）通过提高酶与底物的亲和性，减少生物转化工程中副 产物的形成。 （3）通过增强功能蛋白对蛋白酶的抗降解性能，简化其分 离纯化工序并提高收率。
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】2016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；若直接改造蛋白质，其性状不能遗传。
3．蛋白质工程的基本流程是( )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．蛋白质工程的基础是( )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，是在基因工程基础上发展起来的。
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．基因工程原则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，则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基础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．下列关于蛋白质工程应用的叙述不正确的是( )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达到。
第三章 基因工程 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 1．蛋白质工程 (1)基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。
(2)手段：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。
(3)目的：获得满足人类生产和生活需求的蛋白质。
(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，进而表现出新的性状。
②基因工程的不足：基因工程在原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。
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。
(2)实例：提高玉米赖氨酸含量天冬氨酸激酶(第352位的苏氨酸)――→改造天冬氨酸激酶(异亮氨酸)二氢吡啶二羧酸合成酶(第104位的天冬酰胺)――→改造二氢吡啶二羧酸合成酶(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蛋白质工程的基本思路：预期的蛋白质功能→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。
4．蛋白质工程的应用(1)医药工业方面①科学家通过对胰岛素基因的改造，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(丝氨酸) 体外很难保存 体外－70 ℃下可以保存半年③人－鼠嵌合抗体：降低免疫反应强度。
(2)其他工业方面利用蛋白质工程获得枯草杆菌蛋白酶的突变体，筛选出符合工业化生产需求的突变体，提高该酶的使用价值。
(3)农业方面①科学家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。
②科学家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，增强微生物防治病虫害的效果。
【强化记忆】1. 蛋白质工程需直接改造基因，而不直接改造蛋白质的原因有：(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。
2024年高中生物新教材同步选择性必修第三册 第3章 第4节 蛋白质工程的原理和应用含答案
2024年高中生物新教材同步选择性必修第三册 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：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。
(2)手段：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。
(3)目的：获得满足人类生产和生活需求的蛋白质。
(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，进而表现出新的性状。
②基因工程的不足：基因工程在原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。
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。
(2)实例：提高玉米赖氨酸含量―→改造 天冬氨酸激酶(第352位为异亮氨酸)―→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：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。
(2)方法：改造或合成基因。
(3)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科学家通过对胰岛素基因的改造，研发出速效胰岛素类似物产品。
改造②干扰素(半胱氨酸)――↓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。
(2)其他工业方面用于改进酶的性能或开发新的工业用酶，如利用蛋白质工程获得枯草杆菌蛋白酶的突变体，筛选出符合工业化生产需求的突变体，提高该酶的使用价值。
(3)农业方面①科学家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。
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
2019-2020年人教版高中选修3《现代生物科技专题》生物专题1 基因工程1.4 蛋白质工程的崛起练习题第五十八篇
2019-2020年人教版高中选修3《现代生物科技专题》生物专题1 基因工程1.4蛋白质工程的崛起练习题第五十八篇第1题【单选题】下列有关生物工程的说法错误的是( )A、基因工程能打破物种界限,定向地改造生物性状B、蛋自质工程是利用己有的蛋自质组装成新的蛋白质C、利用植物体细胞杂交技术可培育出“番茄一马铃薯”D、单克隆抗体制备用到了动物细胞培养技术【答案】：【解析】：第2题【单选题】下列关于蛋白质工程说法不正确的是( )A、蛋白质工程能将人抗体某些区段替代鼠单克隆抗体的区段，降低鼠单克隆抗体免疫原性B、蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性等加以改变C、理论上通过对关键氨基酸的置换与增删是进行蛋白质工程的唯一方法D、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【答案】：【解析】：第3题【单选题】关于蛋白质工程的基本流程，下列叙述正确的是( )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】：【解析】：第4题【单选题】人们发现蛛丝蛋白比蚕丝蛋白更细，但强度却更大，于是有人试图通过破解蛛丝蛋白的结构从而推出其基因结构，以指导对蚕丝蛋白基因的修改，从而让蚕也吐出像蛛丝蛋白一样坚韧的丝，此过程的名称和依据的原理分别是( )A、基因突变：DNA→RNA→蛋白质B、基因工程：RNA→RNA→蛋白质C、基因工程：DNA→RNA→蛋白质D、蛋白质工程：蛋白质→RNA→DNA→RNA→蛋白质【答案】：【解析】：第5题【单选题】如图表示蛋白质工程的操作过程，下列说法不正确的是( )A、蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作B、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C、a、b过程分别是转录、翻译D、蛋白质工程中可能构建出一种全新的基因【答案】：【解析】：第6题【单选题】作物脱毒、改善畜产品的品质、抗除草剂作物、可保存的干扰素、检测有毒物质依次是下列哪项生物技术的应用( )①基因工程②细胞工程③蛋白质工程A、①②②③②B、②①①③②C、②①②③②D、②①③③②【答案】：【解析】：第7题【单选题】图示意蛋白质工程流程，图中A，B在遗传学上依次表示( )A、转录和翻译B、翻译和转录C、复制和转录D、传递和表达【答案】：【解析】：第8题【单选题】要合成自然界中不存在的蛋白质首先应设计( )A、基因结构B、mRNA结构C、氨基酸序列D、蛋白质结构【答案】：【解析】：第9题【单选题】蛋白质工程与基因工程相比，其突出特点是( )A、基因工程原则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，或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基础上，延伸出来的第三代基因工程【答案】：【解析】：第10题【单选题】蛋白质工程的基本途径是( )A、中心法则的简单逆转B、确定目的基因的碱基序列，并通过人工合成的方法合成或从基因库中获取，再通过改造目的基因，实现合成新的符合人类需求的蛋白质C、只是依据中心法则逆推，其过程不需要中心法则D、只是对蛋白质分子结构进行分子设计和改造【答案】：【解析】：第11题【单选题】蛋白质工程的实质是( )A、改变氨基酸结构B、改造蛋白质结构C、改变肽链结构D、改造基因结构【答案】：【解析】：第12题【单选题】A、蛋白质工程和基因工程的目的是获得人类需要的蛋白质，所以二者没有区别B、通过蛋白质工程改造后的蛋白质仍然是天然的蛋白质C、蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质D、蛋白质工程是在蛋白质分子水平上改造蛋白质的【答案】：【解析】：第13题【单选题】关于现代生物技术的应用叙述，不正确的是( )A、植物组织培养技术可用于转基因植物的培育B、动物细胞培养技术可以克隆出动物个体C、单克隆抗体技术可用于制备“生物导弹”D、蛋白质工程可以改造自然界现有的蛋白质【答案】：【解析】：第14题【单选题】A、实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质结构和功能的关系B、基因工程是蛋白质工程的关键技术C、蛋白质工程是对蛋白质分子的直接改造D、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【答案】：【解析】：第15题【综合题】如图是某单基因遗传病的家系图．有误为研究其发病机理，通常采用______获得大量致病基因，该技术成功的关键是要有______酶．为诊断2号个体是否携带致病基因，通常采用的分子生物学检测方法是______．该病会导致病人免疫能力下降，被病毒感染后的治疗需要大量的抗体．临床使用的小鼠免疫后制备的鼠源性单抗，具有______的优点，但存在一些弊端，其中之一是会引起人体抗鼠源抗体反应．5号个体在连续隔周注射某种鼠源性单抗治疗一种病毒感染性疾病，开始病毒量明显减少，一段时间后，这种病毒量又开始上升，排除病毒变异的因素，上升原因还可能是人体产生了______，使鼠源抗体不能发挥抗病毒的作用．目前，研究人员可应用______技术，改造鼠源性抗体分子的结构，降低鼠源性抗体的人体反应．【答案】：无【解析】：。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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-……
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
讨论回答下列问题：
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
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。
蛋白质工程与基因工程的比较
蛋白质工程 基因工程
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 遵循中心法则 生产出自然界已有的蛋白 质
原理
蛋白质的一级结构
蛋白质的二级结构
蛋白质的三级结构——胰岛素
胰 岛 素 的 三 级 结 构
蛋白质的四级结构——血红蛋白
血红蛋白分子就 是由二个由141 个氨基酸残基组 成的α亚基和二 个由146个氨基 酸残基组成的β 亚基按特定的接 触和排列组成的 一个球状蛋白质 分子，每个亚基 中各有一个含亚 铁离子的血红素 辅基。
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。
根据对蛋白质分子预先 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
ห้องสมุดไป่ตู้
程序 中心法则的逆向推导 产品 可以创造自然界不存在
的蛋白质
联系
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。蛋白质工程是在基因工程 基础上，延伸出的第二代基因工程。
蛋白质工程的进展和前景
成或改造目的基因（DNA）？
丙氨酸-色氨酸-赖氨酸-甲硫氨酸-苯丙氨酸
氨基酸 mRNA
单链DNA
丙氨酸 GCU C A G CGA G T C
色氨酸 UGG
赖氨酸 AAA G TTT C
甲硫氨酸
苯丙氨酸
AUG
UUU C AAA G
ACC
TAC
双链DNA
（一种）
C G A A C C T T T T A C A A A G C T T G G A A A A T G T T T
蛋白质工程 的基本原理
DNA
逆转录 转录
mRNA
合成 翻译
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，对现有白质进行 改造一种新的蛋白质， 以满足人类的生产和 生活的需求。（第二 代基因工程）
多 肽 链
分子设计
中 心 法 则
盘曲 折叠
具有空间结构的蛋白质 预期功能 生物功能
2.你知道酶工程吗?绝大多数酶都是蛋白质，酶 工程和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。（如加酶洗衣粉） 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，酶工程的重点在于对已存酶的合理充分利 用，而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分 子的改造。当然，随着蛋白质工程的发展，其成果也 会应用到酶工程中，使酶工程成为蛋白质工程的一部 分。
蛋白质工程的崛起
杨五明
山西省高平市第一中学校
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？
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。2003 年，该组织正式提出启动了两项重大国际合作行 动：一项是由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”，由此拉开了人 类蛋白质组计划的帷幕。 人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白质工 程的有力推动和理论支持。
赖氨酸提高5倍
赖氨酸提高2倍
对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接 对蛋白质分子进行操作，还是对基因操作来实 现？
对基因操作来实现。
（1）任何一种天然蛋白质的都是由基因 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 白质进行改造，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进行改造 要容易操作。
蛋白质工程崛起的缘由
项目 作用 缺点 改进 结果
-70℃条件下保 存半年
干扰 治疗病 在体外 ……半光氨酸…… 毒感染 不易保 ……丝氨酸…… 素
和癌症 存
玉米 人体必 含量低，天冬氨酸激酶（352位） 的赖 需氨基 一定浓 ……苏氨酸…… 酸 度能抑 ……异亮氨酸…… 氨酸 制相关
合成酶 二氢吡啶二羧酸合成酸 的活性 （104位） ……天冬酰胺…… ……异亮氨酸……
基因工程是指按照人们的愿望，进行严格 的设计，并通过体外DNA重组和转基因技术， 赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合 人们需要的新的生物类型和生物产品。 基因工程在原则上只能生产自然界已存在 的蛋白质。这些天然蛋白质是生物在长期过程 中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生 存的需要，却不一定符合人类生存和生活的需 要。
蛋白质工程取得的进展向人们展示出诱人的前景，科 学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效型药品。生物 和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于电子方面。 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，因此有极为广阔的发展前景。
1.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？