高中生物蛋白质工程专题讲解

6.蛋白质工程是指人们根据对蛋白质功能的特 定需求，对蛋白质的结构进行分子设计、生产 的过程。如图是蛋白质工程的基本途径，试回 答下列有关问题：
(预期蛋白质功能)①(――→)(设计预期蛋白质结构)② (――→)(推测应有氨基酸序列)③(――→)(推测相应基 因中脱氧核苷酸序列)④(――→)(生产相应蛋白质)
产生新基因，从而产生新性状
场所 不 同 手段 点
方向
生物体外 PCR技术 定向改造
生物体内 物理化学方法
不定向性
目的基因 AATTCCGTAG GGCATCTTAA
AATT
TTAA
环化
无法接入运载体
目的基因
酶1
酶2
酶1
酶2
运载体
有效解决了环化 问题
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。
2、蛋白质工程的目的： 生产符合人类生产和生活的需要并非自然界已存在的 蛋白质 。
例如：
干扰素（半胱氨酸） 改造
体外很难保存
干扰素（丝氨酸）
体外可以保存半年
玉米中赖氨酸含量比较低
玉米中赖氨酸含量可提高数倍
天冬氨酸激酶
改造
（352位的苏氨酸）
二氢吡啶二羧酸合成酶 改造 （104位的天冬酰胺）
天冬氨酸激酶 （异亮氨酸）
二氢吡啶二羧酸合成酶 （异亮氨酸）
二、蛋白质工程的基本原理
对天然蛋白质进行改造，你认为直接对蛋白质分子 进行操作wk.baidu.com还是通过对基因的操作来实现？
1 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，以满足人类的生产和生活的需求。 2 前提： 了解蛋白质的结构和功能 原理： 改造基因（基因修饰或基因合成） 目的： 定向改造或制造蛋白质 3.蛋白质工程的实质：是对编码蛋白质的基因进行改造
➢ 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
白质的二维结构和三维晶体结构;
（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；
项目
原料 条酶 件 引物
能量 操作方法 结果 适应范围
内容 脱氧核苷酸 ＤＮＡ聚合酶和ＤＮＡ连接酶 含突变顺序的ＤＮＡ分子片段
ＡＴＰ ＰＣＲ法 后代中半数为诱变的ＤＮＡ分子 空间结构完全清楚的蛋白质
思考：基因定点诱变技术与基因突变的比较
比较 基因定点诱变 基因突变
相 发生的 同 过程 点 结果
DNA复制过程中
知识回顾 基因工程的实质是什么？ 将一种生物的 基因 转移到另一种生物体内， 后者可以产生它本来不能产生的 蛋白质，进 而表现出新的 性状 。
基因工程产生的蛋白质是否完全 符合人类生产和生活的需要？
一、蛋白质工程崛起的缘由
1、基因工程的局限性： a、在原则上只能生产自然界已存在的 蛋白质 。 b、天然蛋白质的不足
课堂练习：
2、蛋白质工程的基本流程正确的是：( D )
①设计蛋白质分子结构 ②DNA合成
③预期蛋白质功能 核苷酸序列
④据氨基酸序列推出脱氧
A. ①→②→③→④
B. ④→②→①→③
C. ③→④→①→②
D. ③→①→④→②
3．蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是
Ｄ
Ａ．氨基酸结构 B．蛋白质空间结构
C．肽链结构
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 产生的蛋白质
联系
基因型，无新基因
基因（型）
原有的
新的
蛋白质工程以基因工程为基础， 是基因工程的应用和延伸
课堂练习：
1、以下关于蛋白质工程的说法正确的是：( A)
A. 蛋白质工程以基因工程为基础 B. 蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造 C. 蛋白质工程只能生产天然的蛋白质 D. 蛋白质工程的实质是改造蛋白质
（6）分离、纯化新蛋白，功能检测 后投入实际使用。
三、蛋白质工程的进展和前景
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。 ❖ 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
❖ 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 功能必须依赖于正确的 高级结构 。
蛋白质工程流程图：
天然蛋白质的合成途径：
基因
DNA合成
分子 设计
氨基酸序列
DNA 转录 mRNA翻译 多肽链 折叠
蛋白质 三维结构
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
生物 预期 功能 功能
二、蛋白质工程的基本原理
对照P27蛋白质工程流程图，说出主要 步骤。
(2)通过③过程获得的脱氧核苷酸序列不是完整的 基因，要使这一序列能够表达、发挥作用，还必 须在序列的上、下游加上__启__动_子___和__终_止__子___ ，在这个过程中需要D_N_A__连_接___酶的参与。 (3)完成④过程需要涉及__基__因_工__程_技术。
基因定点诱变技术的示意图
基因定点诱变技术的理解(苏教版)
D．基因结构
❖ 4．下列关于蛋白质工程的说法错误的是（ Ｂ ）
❖ A．蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之 更加符合人类的需要
❖ 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
❖ 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
5、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法 不正确的是（ C ） A．科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为 速效药品 B．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 C．蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被 大力推广应用 D．蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前 成功的例子不多
6.蛋白质工程是指人们根据对蛋白质功能的特 定需求，对蛋白质的结构进行分子设计、生产 的过程。如图是蛋白质工程的基本途径，试回 答下列有关问题：
(预期蛋白质功能)①(――→)(设计预期蛋白质结构)② (――→)(推测应有氨基酸序列)③(――→)(推测相应基 因中脱氧核苷酸序列)④(――→)(生产相应蛋白质)
(1)图中③过程的主要依据是每种氨基酸都有 与其对应的_密__码__子___，后者位于_m__R_N_A___分 子上，其上的核苷酸序列与基因中的脱氧核苷 酸序列之间存在着_碱__基_互__补_配_ 对 关系。