人教版高中生物选修三教学课件 蛋白质工程
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脱氧核苷酸 序列(基因)。 ____________ 4 ．蛋白质工程的进展：前景广阔，但目前成功 的例子不多。
核心要点突破
对蛋白质工程的理解 1 ．蛋白质工程崛起的缘由：基因工程只能生产
出天然蛋白质，蛋白质工程是为了生产出符合人
类生产和生活需要的蛋白质。
2．基本原理和途径
它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构，又称为
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
瘤抗体进行改造，生产出效果更好的鼠－人嵌合
抗体，用于癌症治疗。下图表示形成鼠－人嵌合
抗体的过程，据图回答：
(1)改造鼠源杂交瘤抗体，生产鼠－人嵌合抗体， 属于________________(生物工程)的范畴。 (2)图示过程是根据预期的__________，设计 _________________________________， 最终必须对________进行操作，此操作中改变的 是________________。 (3)经过改造的鼠－人嵌合抗体，与鼠源杂交瘤抗 体相比较，突出的优点是 _________________________________ (从免疫角度考虑)。 (4)上述过程中对科学家来说难度最大的是 ________________________。
基因为什么有多种？
【提示】
一种氨基酸可以由一种或几种不同的
密码子决定，这样推导出的基因也就有多种。
【易误警示】
(1)尽管蛋白质工程是从预期蛋白质
功能入手改造蛋白质结构，但不能直接改造蛋白质,
而应从改造基因入手，所以其本质和基础应为基因
工程。
(2)判断蛋白质工程方法的关键是：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
【提示】
对基因的操作。
二、蛋白质工程的原理与进展 蛋白质功能 的特定需求 1 ．目标：根据人们对 _____________ 蛋白质的结构 进行分子设计。 对______________ 中心法则的逆推 。 2．原理：_________________
3 ．过程：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质 氨基酸 序列→找到对应的 结构→推测应有的 _________
第二代基因工程。其原理是：根据中心法则逆向推
理。图示如下：
3 ．设计中的困难：如何推测非编码区以及内含 子的脱氧核苷酸序列。 4．蛋白质工程的步骤
例1
某多肽链的一段氨基酸序列是：„— 甲硫氨
酸 — 色氨酸 — 苯丙氨酸 — 色氨酸 —„( 氨基酸及对
应的密码子为：甲硫氨酸 Aห้องสมุดไป่ตู้G ，色氨酸 UGG ，苯
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( )
A．基因工程
C．蛋白质工程
B．细胞工程
D．胚胎工程
答案：C
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 转移 1 ．基因工程的实质：将一种生物的 ______ 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_______
3 ．实例： 天冬氨酸激酶 ______________ 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？
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
丙氨酸UUU、UUC)
(1)怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请
把相应的碱基序列写出来。 (2)确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改 造目的基因(DNA)?
【思路点拨】
本题考查蛋白质工程的原理及实
例，解答本题应突破以下几点：
①首先设计蛋白质氨基酸序列。
②找到对应的脱氧核苷酸序列。
③根据 DNA( 基因 ) 脱氧核苷酸序列进行人工合成
或进行基因改造。
【尝试解答】 (1)根据氨基酸序列反推mRNA上密 码 子 序 列 ， 再 反 推 DNA 上 脱 氧 核 苷 酸 序 列 。 其 DNA碱基序列为：
(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。
【互动探究】
由上述氨基酸序列推导出的目的
【尝试解答】
(1)蛋白质工程
嵌合抗体的结构 基因
(2) 嵌合抗体功能
碱基对
(3)对人体的不良反应减少
(4)设计嵌合抗体的空间结构
【解析】 (1)通过图示可知鼠－人嵌合抗体是通过 人工设计而形成的特定功能蛋白质，其生产过程应 属于蛋白质工程的范畴。 (2)蛋白质工程的流程：预期蛋白质的功能→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 )→通过基因工程操作 生产预期的蛋白质。 (3)从免疫的角度考虑，对人体来说鼠源抗体为抗原, 若利用人的抗体与之嵌合，则排斥作用会减轻，对 人体的负作用会减少。 (4)由于蛋白质空间结构比较复杂，不易确定，所以 成为蛋白质工程中最大的障碍。
【探规寻律】
(1) 蛋白质工程最终还是回到基因
工程上来，因为蛋白质的合成由基因控制，所以
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。
(2)基因工程中的目的基因一般为自然存在的基因 ,
而蛋白质工程中的目的基因不是自然存在的。
跟踪训练
(2011 年姜堰高二检测 ) 运用某生物工程
技术将毒性肽融合进入抗体分子，制造出“导弹药
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
1．4 蛋白质工程的崛起
课标领航 1．举例说出蛋白质工程崛起的缘由。 2．理解蛋白质工程的原理。 3．了解蛋白质工程的应用。 【重点】 【难点】 蛋白质工程的原理。 蛋白质工程的应用。
情景导航
快速起效的胰岛素
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
核心要点突破
对蛋白质工程的理解 1 ．蛋白质工程崛起的缘由：基因工程只能生产
出天然蛋白质，蛋白质工程是为了生产出符合人
类生产和生活需要的蛋白质。
2．基本原理和途径
它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构，又称为
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
瘤抗体进行改造，生产出效果更好的鼠－人嵌合
抗体，用于癌症治疗。下图表示形成鼠－人嵌合
抗体的过程，据图回答：
(1)改造鼠源杂交瘤抗体，生产鼠－人嵌合抗体， 属于________________(生物工程)的范畴。 (2)图示过程是根据预期的__________，设计 _________________________________， 最终必须对________进行操作，此操作中改变的 是________________。 (3)经过改造的鼠－人嵌合抗体，与鼠源杂交瘤抗 体相比较，突出的优点是 _________________________________ (从免疫角度考虑)。 (4)上述过程中对科学家来说难度最大的是 ________________________。
基因为什么有多种？
【提示】
一种氨基酸可以由一种或几种不同的
密码子决定，这样推导出的基因也就有多种。
【易误警示】
(1)尽管蛋白质工程是从预期蛋白质
功能入手改造蛋白质结构，但不能直接改造蛋白质,
而应从改造基因入手，所以其本质和基础应为基因
工程。
(2)判断蛋白质工程方法的关键是：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
【提示】
对基因的操作。
二、蛋白质工程的原理与进展 蛋白质功能 的特定需求 1 ．目标：根据人们对 _____________ 蛋白质的结构 进行分子设计。 对______________ 中心法则的逆推 。 2．原理：_________________
3 ．过程：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质 氨基酸 序列→找到对应的 结构→推测应有的 _________
第二代基因工程。其原理是：根据中心法则逆向推
理。图示如下：
3 ．设计中的困难：如何推测非编码区以及内含 子的脱氧核苷酸序列。 4．蛋白质工程的步骤
例1
某多肽链的一段氨基酸序列是：„— 甲硫氨
酸 — 色氨酸 — 苯丙氨酸 — 色氨酸 —„( 氨基酸及对
应的密码子为：甲硫氨酸 Aห้องสมุดไป่ตู้G ，色氨酸 UGG ，苯
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( )
A．基因工程
C．蛋白质工程
B．细胞工程
D．胚胎工程
答案：C
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 转移 1 ．基因工程的实质：将一种生物的 ______ 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_______
3 ．实例： 天冬氨酸激酶 ______________ 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？
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
丙氨酸UUU、UUC)
(1)怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请
把相应的碱基序列写出来。 (2)确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改 造目的基因(DNA)?
【思路点拨】
本题考查蛋白质工程的原理及实
例，解答本题应突破以下几点：
①首先设计蛋白质氨基酸序列。
②找到对应的脱氧核苷酸序列。
③根据 DNA( 基因 ) 脱氧核苷酸序列进行人工合成
或进行基因改造。
【尝试解答】 (1)根据氨基酸序列反推mRNA上密 码 子 序 列 ， 再 反 推 DNA 上 脱 氧 核 苷 酸 序 列 。 其 DNA碱基序列为：
(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。
【互动探究】
由上述氨基酸序列推导出的目的
【尝试解答】
(1)蛋白质工程
嵌合抗体的结构 基因
(2) 嵌合抗体功能
碱基对
(3)对人体的不良反应减少
(4)设计嵌合抗体的空间结构
【解析】 (1)通过图示可知鼠－人嵌合抗体是通过 人工设计而形成的特定功能蛋白质，其生产过程应 属于蛋白质工程的范畴。 (2)蛋白质工程的流程：预期蛋白质的功能→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 )→通过基因工程操作 生产预期的蛋白质。 (3)从免疫的角度考虑，对人体来说鼠源抗体为抗原, 若利用人的抗体与之嵌合，则排斥作用会减轻，对 人体的负作用会减少。 (4)由于蛋白质空间结构比较复杂，不易确定，所以 成为蛋白质工程中最大的障碍。
【探规寻律】
(1) 蛋白质工程最终还是回到基因
工程上来，因为蛋白质的合成由基因控制，所以
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。
(2)基因工程中的目的基因一般为自然存在的基因 ,
而蛋白质工程中的目的基因不是自然存在的。
跟踪训练
(2011 年姜堰高二检测 ) 运用某生物工程
技术将毒性肽融合进入抗体分子，制造出“导弹药
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
1．4 蛋白质工程的崛起
课标领航 1．举例说出蛋白质工程崛起的缘由。 2．理解蛋白质工程的原理。 3．了解蛋白质工程的应用。 【重点】 【难点】 蛋白质工程的原理。 蛋白质工程的应用。
情景导航
快速起效的胰岛素
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