《选修3《基因工程》第4节蛋白质工程的崛起.rarz》由会员分享，可在线阅读，更多相关《选修3《基因工程》第4节蛋白质工程的崛起.rarz（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、名校名 推荐第 4 节蛋白质工程的崛起【本节重难点】重点： 1. 为什么要开展蛋白质工程的研究2. 蛋白质工程的原理难点： 1. 蛋白质工程的原理【知识精讲】教材梳理知识点一蛋白质工程的概念： 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，以满足人类的生产和生活的需求。也就是说， 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，是包含多学科的综合科技工程领域。说明：对本概念的理解应从以下几个方面理解：1. 蛋白质工程的基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系2. 蛋白质工程的改造对象： 改
2、造蛋白质的结构， 本质上是改造控制该蛋白质合成的基因的结构。 3. 蛋白质工程的产物：产生新的蛋白质。知识点二蛋白质工程的原理：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。其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对应的脱氧核苷酸序列（基因）。其流程图如下：知识点三蛋白质工程的实例：. 干扰素是动物体内的一种蛋白质，可治疗病毒的感染和癌症，但在体外保存相当困难，通过蛋白质工程改造蛋白质后可在70条件下， 保存半年。 . 玉米体内赖氨酸的含量比较低，关键是玉米体内天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶浓度达到一定量时， 就会抑制
3、这两种酶的活性， 从而影响赖氨酸含量的提高， 经过蛋白质工程改造这两种酶后，分别使赖氨酸的含量提高了5 倍和 2 倍。说明：对该部分知识的学习不能局限于这两个例子，更重要的是从中学习蛋白质工程的原理和蛋白质工程的基本途径。知识点四蛋白质工程的进展和前景：蛋白质工程的进展向人们展示出诱人的前景，如：通过对胰岛素的改造， 使其成为一种速效性药品，再如：将蛋白质工程应用与微电子方面，制成电子元件，具有体积小、耗电少、效率高等优点。 但是由于蛋白质发挥功能必须依赖于它的高级结构（空间结构），这是相当复杂的，所以，目前成功的例子还不多，还需要人们的努力。总之，蛋白质工程的前景是光明的，道路是曲折的。说明
4、：学习该部分知识时要联系蛋白质的结构，特别要理解蛋白质的空间结构对其功能的影响，如：高温使蛋白质的空间结构发生变化，导致蛋白质变性；同时要根据所学知识，发挥自己的想象能力， 解决如何在蛋白质工程操作中不使蛋白质的空间结构改变，而了解能行使正常功能的蛋白质的结构？教材拓展1名校名 推荐拓展点一蛋白质工程与基因工程的主要区别：蛋白质工程主要是根据蛋白质精细结构和生物活性的作用机制之间的关系， 利用基因工程手段， 按人类需要定向改造天然的蛋白质分子，甚至创造新的自然界根本就不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。蛋白质工程与基因工程密不可分，基因工程是通过基因操作把外援基因转入适当的生物体内，并在其中进
5、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， 根据分子设计方案，通过对天然蛋白质的基因进行改造来实现对其编码的蛋白质的改造，它的产品已不再是天然的蛋白质，而是经过改造的具有人类所需优点的蛋白质。天然蛋白质是通过漫长进化过程，由自然选择而来的， 而蛋白质工程对天然蛋白质的改造好比在实验室里加快了进化过程，能更快、更有效地为人类需要服务。拓展点二蛋白质工程的内容： 蛋白质工程的内容主要有两方面：一是根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质；二是确定蛋白质的化学组成及空间结构与生物功能之间的关系。 在此基础上， 实现从氨基酸序列预测蛋白质的空间结构和生理功能，设计
6、合成具有特定生理功能的全新蛋白质， 而氨基酸排序由基因决定， 所以还需要改造控制蛋白质合成的相应基因中脱氧核苷酸序列或人工合成所需要的自然界原本不存在的基因片段，用于蛋白质工程。总结： 学法指导：学习蛋白质工程时，要结合基因控制蛋白质的合成过程、基因工程以及蛋白质的生理功能等知识， 只有在这些知识的基础上，才能学好蛋白质工程；同时， 要关注当前关于蛋白质工程的发展，以加深对蛋白质工程的理解。【典题分类精析】考点一、蛋白质工程的概念例 1. 以下关于蛋白质工程的说法正确的是（）A、蛋白质工程以基因工程为基础B、蛋白质工程就是酶工程的延伸C、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造D、蛋白质工程只能
7、生产天然的蛋白质分析：本题考查蛋白质工程的概念。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， 以满足人类的生产和生活的需求。所以，蛋白质是以基因工程为基础。蛋白质工程是以基因工程为基础， 又称为第二代基因工程。蛋白质工程不仅能生产天然蛋白质，还可以需要改造控制蛋白质合成的相应基因中脱氧核苷酸序列或人工合成所需要的自然界原本不存在的基因片段，从而合成自然界中本来不存在的蛋白质。点评：正确理解蛋白质工程的概念及与其它生物工程的关系，是解答本题的关键所在。考点二、蛋白质工程的原理例 2. 科学家将 干扰素基因
8、进行定点突变导入大肠杆菌表达，使干扰素第 17 位的半胱氨酸改变成丝氨酸， 结果大大提高了 干扰素的抗病活性， 并且提高了储存稳定性。该生物技术为A. 基因工程B. 蛋白质工程 C. 基因突变D. 细胞工程分析： 本题考查蛋白质工程的原理及产物。基因工程是通过对基因的操作，将符合人们需要的目的基因导入适宜的生物体，使其高效表达，从中提取所需蛋白质，或表现出某种性状，蛋白质产品仍然为天然存在的蛋白质。而蛋白质工程却是对控制蛋白质合成的基因进行改造，从而实现对其编码的蛋白质的改变，所得到的已不是天然蛋白质。 题目中的操作涉及到2名校名 推荐的基因显然不再是原来的基因， 其合成的 干扰素也不是天然的
9、 干扰素， 而是经过改造的，而是人类所需优点的蛋白质，因而整个过程利用的生物技术为蛋白质工程。大案 :B点评： 对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作， 难度较小， 而且改造过的蛋白质还可以遗传下去。考点三、蛋白质工程的实例例 3. 干扰素是动物体内的一种蛋白质，可以用来治疗病毒的感染和癌症，但在体外保存相当困难，如何长期保存，科学家发现干扰素中的一个半胱氨酸变成丝氨酸，可以保存半年。你来设想一下，能不能让动物生产能够长期储存的干扰素？采用什么方法？分析： 本题考查蛋白质的原理及实例。根据题意，已知干扰素蛋白质氨基酸序列，再根据科学家的发现， 把干扰素的半胱胺酸换成丝氨酸， 反推信使 RN
10、A碱基序列， 再反推 DNA碱基序列，然后进行基因改造，将改造的基因导入动物细胞就能生产长期储存的干扰素。答案： 能生产长期储存的干扰素。用氨基酸序列反推信使RNA序列，再反推DNA序列，然后进行基因改造。点评： 解答本题的思路是：蛋白质在体外保存时间短，是由于蛋白质的结构决定的，影响办法改变蛋白质的结构，这样自然想到应改变DNA的结构，即蛋白质工程的原理及过程。考点四、蛋白质工程的进展和前景27. 某种微生物合成的蛋白酶与人体消化液中的蛋白酶的结构和功能很相似，只有对热稳定性较差，进入人体后容易失效。 现要将此酶开发成一种片剂， 临床治疗食物的消化不良，最佳方案是A. 对此酶中的少数氨基酸替
11、换，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分析： 本题考查蛋白质工程的进展与前景。蛋白质的结构包括一级结构和空间结构，一级结构是指组成蛋白质的氨基酸的种类、数量、 排列顺序， 蛋白质的功能是由其一级和空间结构共同决定，特别是空间结构与蛋白质的功能关系更密切。要想使蛋白酶热稳定性有所提高，就要改变蛋白质的结构，此类问题一般是对蛋白质中的个别氨基酸进行替换。答案： A点评： 目前对蛋白质功能的改变，主要是改变蛋白质中个别氨基酸，最根本的做法是改变控制合成该蛋白质的基因的结构。考点五、蛋白质工程与基因工程的主要区别例 4
12、. 人类正常血红蛋白（HbA）链第 63 位氨基酸是组氨酸，其密码子为CAU或 CAC，当 链第 63 位组氨酸被酪氨酸（UAU或 UAC）替代后，出现异常血红蛋白质（HbM），导致一种贫血症， 链第 63 位组氨酸被精氨酸（CGU或 CGC）所替代而产生的异常血红蛋白（HbZ）将引起另一种贫血症。（ 1）写出正常血红蛋白基因中，决定 链第 63 位组氨酸密码子的碱基组成。（ 2）在决定 链第 63 位组氨酸密码子的 DNA三个碱基对中，任何一个碱基对发生变化都将产生异常的血红蛋白吗？为什么？3名校名 推荐（ 3）若将正常的基因片段导入贫血症患者骨髓造血干细胞，则可以达到治疗目的，请问：此操作
13、属于蛋白质工程吗？为什么？分析：（ 1）在基因中的碱基对的排列顺序决定的信使RNA中碱基排列顺序、信使RNA进入细胞质后与核糖体结合起来，指导蛋白质的合成， 血红蛋白异常， 归根到底是由于基因中碱基对的排列顺序改变引起的，由于蛋白质中的氨基酸主要有20 种，而决定氨基酸的密码子有 61 种，所以一种密码子决定一种氨基酸，而一种氨基酸可以由几种密码子决定。（2）在决定组氨酸密码子的DNA三个碱基对中任意一个碱基发生变化不一定都产生异常的血红蛋白， 这是因为一种密码子决定一种氨基酸，而一种氨基酸可以由几种不同的密码子来决定。（3）基因工程是将外源基因转移到受体细胞后，可以产生它本来不能产生的蛋白质，从而表现出新的性状， 实质上， 基因工程产生的只能是自然界已经存在的蛋白质，而蛋白质工程则是通过对基因进行加工修饰或进行基因合成，对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质， 而题目中只将正常的外源基因导入病人细胞中，合成的都是天然存在的正常的蛋白质
