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1、第三章基因工程第4节蛋白质工程的原理和应用（课前+课中+课后，三案一体）课前案【预习新知】一、蛋白质工程崛起的缘由二、蛋白质工程的基本原理1.蛋白质工程主要集中应用于对基因进行改造，改良生物性状。2.蛋白质工程的基本思路：从预期的蛋白质功能出发T设计预期的蛋白质结构一推测应有的氨基酸序列一找到并改变相对应的脱氧核苴酸序列（基因）或合成新的基因T获得所需要的蛋白质。三、蛋白质工程的应用1 .应用（1）研发速效胰岛素类似物天然胰岛素制剂容易形成二聚体或六聚体，皮下注射胰岛素后往往要经历一个逐渐解邕为里他的过程，科学家希望对胰岛素进行改造，从而降低它的聚耸的。（2）医药工业方面：利用蛋白质工程研发药
2、物。（3）其他工业方面蛋白质工程被广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶O（4）农业方面科学家正在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；利用蛋白质工程的思路来设计优良微生物农药，通过改造微生物蛋白质的结构,使它防治病虫害的效果增强。2 .难度大的原因蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构,而这种高级结构往往十分复杂。【预习自测】1 .蛋白质工程的流程与天然蛋白质合成的过程是相同的。（X）2 .对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的。（X）3 .为延长干扰素的保存时间，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。（X）4 .
3、根据某多肽链的一段氨基酸序列，可以很容易地确定这段肽链的脱氧核甘酸序列。（X）5 .蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要是因为人们对蛋白质复杂的高级结构没有完全认识。（）第4节蛋白质工程的原理和应用课中案【导】你见过用细菌画画吗？右图是用发出不同颜色荧光的细菌“画的美妙图案。这些细菌能够发出荧光，是因为在它们的体内导入了荧光蛋白的基因。最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋白，科学家通过改造它，获得了黄色荧光蛋白等。这些荧光蛋白在细胞内生命活动的检测、肿瘤的示踪研究等领域有着重要应用。那么，科学家是怎样对蛋白质分子进行设计和改造的呢？科学家解析了多管水母绿色荧光蛋白的晶体结构，并利用计算机进行辅助设
4、计，在此基础上再采用定点突变的技术将绿色荧光蛋白发光基团正下方的第203位的苏氨酸替换为酪氨酸，从而获得了一种新的绿色荧光蛋白的衍生物一一黄色荧光蛋白。【思】1 .蛋白质工程的基本原理是什么？2 .蛋白质工程已有哪些实际的应用？【议】1 .为什么不能直接加工蛋白质，而是要通过改造基因才能改造蛋白质？因为蛋白质的结构特别复杂，直接改造蛋白质难度太大。蛋白质是基因表达的产物，可以通过改造基因中的遗传信息来间接地改造蛋白质，并且基因可以遗传。2 .某多肽链的一段氨基酸序列是：.丙氨酸色氨酸赖氨酸苯丙氨酸.怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苜酸序列？请把相应的碱基序列写出来。查密码子表得知：丙氨酸（GCU
5、、GCC.GCA.GCG）、色氨酸（UGG）、赖氨酸（AAA、AAG）、谷氨酸（GAA、GAG）、苯丙氨酸（UUU、UUe）O推知mRNA序列为：GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）GAA（或G）UUU（或C）进一步推知脱氧核甘酸序列为：CGA（或G或T或C）ACCnT（或C）CTT（或C）AAA（或G）GCT（或C或A或G）TGGAAA（或G）GAA（或G）TTT（或C）3 .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？人工合成目的基因或从基因文库中获取目的基因。对基因的改造经常会用到基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等。4 .如何辨别一个操作是基因工程还是蛋白质工程？【
6、展】学生展示讨论结果【评】项目蛋白质工程基因工程操作对象基因基因操作起点预期蛋白质功能目的基因操作水平DNA分子水平DNA分子水平操作流程预期蛋白质功能f设计蛋白质结构f推测氨基酸序列f找到并改变对应的脱氧核甘酸序列（基因）或合成新基因f获得所需要的蛋白质目的基因的筛选与获取一构建基因表达载体一将目的基因导入受体细胞一目的基因的检测与鉴定结果可生产自然界没有的蛋白质生产自然界已有的蛋白质实质通过改造或合成基因来定向改造现有蛋白质或制造新的蛋白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联系蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程；蛋白
7、质工程离不开基因工程，其包含基因工程的基本操作。【检】引导学生总结本节课内容【练】完成课后案第4节蛋白质工程的原理和应用课后案1.蛋白质工程是基因工程的延伸。下列有关蛋白质工程的叙述，正确的是（）A.蛋白质工程是基因工程的延伸，所以不需要遵循中心法则B.蛋白质工程中可以不用构建基因表达载体C.生产的蛋白质能在自然界中找到D.需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶【答案】D【分析】蛋白质工程就是通过对蛋白质化学、蛋白质晶体学和蛋白质动力学的研究，获得有关蛋白质理化特性和分子特性的信息，在此基础上对编码蛋白质的基因进行有目的的设计和改造,通过基因工程技术获得可以表达蛋白质的转基因生物系统，这个生物系统
8、可以是转基因微生物、转基因植物、转基因动物，甚至可以是细胞系统。【详解】A、蛋白质工程最终也是基因控制蛋白质的合成，遵循中心法则，A错误；B、蛋白质工程是基因工程的延伸，需要构建表达载体，B错误；C、生产的蛋白质在自然界中找不到，因此才采用蛋白质工程进行合成，C错误；D、蛋白质工程是基因工程的延伸，需要构建表达载体，需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶，D正确。故选D。2.我国科学家刘海燕教授团队开辟了一条全新的蛋白质从头设计的路线（如图所示），实现了核心技术的原始创新，为工业酶、生物医学蛋白等功能蛋白的设计奠定了基础。下列有关蛋白质的叙述错误的是（）A.分泌蛋白合成旺盛的细胞中核仁较小B.用该
9、技术设计的工业酶可含有C、H、0、N四种元素C.设计蛋白质的结构时首先要设计蛋白质主链的氨基酸序列D.蛋白质的合成需要核酸的参与，核酸的合成也需要蛋白质的参与【答案】A【分析】蛋白质在的基本组成元素是C、H、0、N等，基本组成单位是氨基酸，氨基酸通过脱水缩合反应形成肽链，肽链盘曲折叠形成具有一定的空间结构的蛋白质，因此蛋白质是由氨基酸聚合形成的生物大分子。【详解】A、分泌蛋白合成旺盛的细胞中核仁较大，A错误；B、工业酶的本质是蛋白质，蛋白质的组成元素为C、H、0、N等，B正确；C、由图可知，设计蛋白质结构时首先给主链结构设计了氨基酸序列的ABACUS模型，C正确；D、核酸指导蛋白质的合成，蛋白
10、质的合成需要核酸的参与，核酸的合成也需要DNA聚合酶、RNA聚合酶等蛋白质的参与，D正确。故选A。3 .蛋白质工程是基因工程的延伸，下列关于蛋白质工程的叙述，错误的是（）A.通过蛋白质工程改造后的蛋白质的性状不可以遗传B.蛋白质工程和基因工程都需要构建基因表达载体C.蛋白质工程需要限制酶、DNA连接酶和载体等工具D.蛋白质工程经常要建立蛋白质高级结构的三维模型【答案】A【分析】蛋白质工程是通过对基因进行修饰改造或重新合成，从而改造蛋白质进而改造性状。【详解】A、蛋白质工程是通过对基因进行修饰改造或重新合成，从而改造蛋白质进而改造性状，其本质是通过基因控制性状，故可遗传，A错误；B、蛋白质工程是
11、通过对基因进行修饰改造或重新合成，然后进行表达，同基因工程一样，都需要构建基因表达载体，B正确；C、蛋白质工程需要限制成、DNA连接酶和载体等工具，C正确；D、蛋白质工程先要根据预期蛋白质功能设计建立蛋白质高级结构的三维模型，D正确。故选Ao4 .随着生命科学的发展，生物工程技术已广泛应用于农业、医药卫生和环境保护等多个领域。下列有关生物工程技术在生产实践中应用的叙述正确的是（）A.利用一定大小的茎尖进行植物组织培养，获得抗病毒的新品种B.利用发酵工程从微生物细胞中提取单细胞蛋白，生产微生物饲料C.传代培养时，悬浮培养的动物细胞需重新用胰蛋白酶等处理，再用离心法收集D.利用蛋白质工程能生产出自
12、然界不存在的蛋白质，满足实际需求【答案】D【分析】植物组织培养技术的应用：植物繁殖新途径（微型繁殖、作物脱毒）、作物新品种培育（单倍体育种、突变体的利用）、细胞产物的工厂化生产。【详解】A、利用一定大小的茎尖进行植物组织培养，获得脱病毒的新品种，不能获得抗病毒的新品种，A错误；B、单细胞蛋白不是从微生物细胞中提取的，而是通过发酵过程获得的大量微生物菌体即为单细胞蛋白，B错误；C、传代培养时，悬浮培养的动物细胞不需重新用胰蛋白酶等处理，可直接用离心法收集，C错误；D、蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其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
13、，以满足人类的生产和生活的需求。因此，蛋白质工程需通过基因修饰或基因合成来改造原有蛋白质，生产出自然界中不存在的新型蛋白质分子，D正确。故选Do5.作物脱毒、改善畜产品品质、抗除草剂作物、可保存的干扰素依次应用的生物技术是（）基因工程细胞工程蛋白质工程胚胎工程A.B.C.D.【答案】B【分析】1、基因工程的应用：（抗虫转基因植物、抗病转基因植物、抗逆转基因植物、转基因改良植物品质）（二）动物基因工程的成果；改善畜产品的品质；转基因动物生产药物；基因工程药物（从化学成分上分析都应该是蛋白质。2、蛋白质工程：指以蛋白质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
14、基因改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需要。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。3、细胞工程的应用：植物繁殖的新途径（微型繁殖、作物脱毒、神奇的人工种子）、作物新品种的培育（单倍体育种、突变体的利用）、细胞产物的工厂化生产；制备病毒疫苗、制备单克隆抗体、检测有毒物质、培养医学研究的各种细胞。【详解】作物脱毒是植物组织培养技术，属于细胞工程；改善畜产品的品质，将乳糖酶基因导入奶牛基因组，使得转基因奶牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低；属于基因工程；抗除草剂是DNA重组技术，属于基因工程；保存干扰素，干扰素是一种蛋白质，治疗癌症和病毒感染，很难保存，运用蛋白质工程。综上所述，依次应用的生物技术是，B正确，ACD错误。故选B0
