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1、第4节 蛋白质工程的崛起,1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。 2.简述蛋白质工程的原理和基本途径。 3.尝试运用逆向思维分析和解决问题。,一,二,一、蛋白质工程概述 1.蛋白质工程的概念:蛋白质工程是指根据蛋白质的精细结构与生物活性以及结构与功能之间的相互关系,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,甚至创造新的、自然界不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。 2.蛋白质改造和设计的办法 (1)多肽合成法,即利用多肽合成仪,从组成蛋白质的第一个 氨基酸合成起,合成一种全新的蛋白质。 (2)采用基因工程手段,对负责编码某种蛋白质的基因进行设计,合成出更符合人们要求的蛋白质。,
2、一,二,3.蛋白质工程的研究主要包括以下几个方面:通过基因工程技术分析蛋白质的DNA编码序列,对蛋白质进行分离纯化,测定蛋白质的序列并对其结构与功能进行分析,通过计算机辅助设计突变区,对编码蛋白质的DNA进行定点突变改造等。,一,二,二、蛋白质工程的应用 蛋白质工程在工业、农业、医药业和环境保护等领域已经得到了初步的应用。有些天然生物酶的应用,有很大的局限性。因此,人们运用蛋白质工程技术来改造天然生物酶,使其能适应特殊的工业过程;或者设计制造全新的人工酶或人工蛋白,以生产全新的医用药品、农业药物等,如加酶洗衣粉。 1.农业生产中,提高光合作用效率是农业增产的关键。通过对一些酶的改造,使固定二氧
3、化碳的作用加强,光呼吸作用减弱,就能提高光合作用的效率。 2.在环境保护中,对一些基因进行改造,并将其连接到表达载体上,转移到微生物或植物体内,使含有这一新基因的微生物或植物都具有很强的吸附重金属的能力,保护了生态环境。,1.蛋白质工程 (1)概念理解 基础:蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。 操作:基因修饰或基因合成。 结果:改造了现有蛋白质或创造出新的蛋白质。 目的:满足人类的生产和生活的需求。 (2)操作过程,(3)有关蛋白质工程的理解 对蛋白质分子进行改造,其本质是改变其基因组成。如果对蛋白质直接改造,即使改造成功,被改造的蛋白质分子还是无法遗传。 蛋白质工程的实质是根据蛋白质
4、的结构,创造新基因或者改造老基因,是基因工程的发展与延续。 蛋白质工程与DNA分子重组技术是分不开的,常用到基因工程的工具酶,如限制性内切酶和DNA连接酶。,2.蛋白质工程与基因工程的比较,题型一,题型二,题型三,蛋白质工程的概念 【典例1】 下列关于蛋白质工程的说法,错误的是( ) A.蛋白质工程能定向改造蛋白质的分子结构,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,定向改变分子结构 C.蛋白质工程能生产自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子 D.蛋白质工程又称为第二代基因工程 解析:蛋白质工程是在分子水平上对基因直接进行操作,定向改变天然蛋白质的分子结构或创造
5、自然界不存在的新蛋白质。 答案:B,题型一,题型二,题型三,反思领悟(1)蛋白质工程的最终目的是改造蛋白质,但不是直接对蛋白质分子进行操作,而是通过对基因的操作,实现对蛋白质的改造。 (2)合成或修饰的基因,作为新的目的基因通过基因工程操作步骤实现其表达。,题型一,题型二,题型三,蛋白质工程与基因工程的比较 【典例2】 下列有关基因工程和蛋白质工程的叙述,正确的是( ) A.基因工程需对基因进行操作,蛋白质工程需对蛋白质进行操作 B.基因工程合成天然存在的基因,蛋白质工程合成天然存在的蛋白质 C.基因工程是分子水平操作,蛋白质工程是细胞水平(或性状水平)操作 D.蛋白质工程是在基因工程基础上延
6、伸出的第二代基因工程 解析:基因工程和蛋白质工程都是对基因进行分子水平操作,基因工程合成的是自然界中存在的蛋白质,蛋白质工程可以合成自然界不存在的蛋白质。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。 答案:D,题型一,题型二,题型三,反思领悟只能生产出自然界中已存在的蛋白质是基因工程的缺点,能够生产出自然界中不存在的蛋白质是蛋白质工程的优点。,题型一,题型二,题型三,蛋白质工程的研究与应用 【典例3】 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,只是对热稳定性较差,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
7、少数氨基酸替换,提高其热稳定性 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,创造一种全新的蛋白酶 D.减少此酶在片剂中的含量 解析:要想使蛋白酶热稳定性有所提高,就要改变蛋白质的结构,可以通过对蛋白质中的个别氨基酸进行替换来提高蛋白酶的热稳定性。 答案:A,题型一,题型二,题型三,反思领悟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。,1,2,3,4,1.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.蛋白质工程只能生
8、产天然的蛋白质 解析:蛋白质工程是指根据蛋白质的精细结构与生物活性以及结构与功能之间的相互关系,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,甚至创造新的、自然界不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。所以,蛋白质工程是以基因工程为基础的,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,还可以根据需要,改造控制蛋白质合成的相应基因中的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。 答案:A,1,2,3,4,2.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
9、改造,或创造一种新的蛋白质 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 解析:蛋白质工程可通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造,或创造一种新的蛋白质,以满足人类生产和生活的需求。 答案:B,1,2,3,4,3.当前医学上,蛋白质工程药物正逐步取代第一代基因工程的蛋白质类替代治疗剂,基因工程药物与蛋白质工程药物的区别是( ) A.都与天然蛋白质完全相同 B.都与天然蛋白质不相同 C.基因工程药物与天然蛋白质完全相同,蛋白质工程药物与天然蛋白质不完全相同 D.基因工程药物与天然蛋白质不相同,蛋白质工程药物与天然蛋白质完全相同 解析
10、:蛋白质工程的目标之一是对不符合人类需求的天然蛋白质进行改造,使之更符合人类的需求,如蛋白质药物。蛋白质工程的产物与天然蛋白质不完全相同。 答案:C,1,2,3,4,4.下列有关基因工程和蛋白质工程的叙述,正确的是( ) A.用同种限制性内切酶切割运载体与目的基因可获得相同的黏性末端 B.以蛋白质的氨基酸序列为依据合成的目的基因与原基因的碱基序列相同 C.检测到受体细胞含有目的基因就标志着基因工程操作的成功 D.用含抗生素抗性基因的质粒作为运载体是因为其抗性基因便于与外源基因连接,1,2,3,4,解析:一种氨基酸可以由多种密码子控制,且真核生物的基因含有内含子,其不编码氨基酸,因此以蛋白质的氨基酸序列为依据合成的目的基因与原基因的脱氧核苷酸序列可能不同。只有目的基因表达,使受体表现出目标性状或获得目标产物才标志着基因工程操作的成功。抗生素抗性基因作为报告基因,用于检测目的基因是否导入受体细胞。 答案:A,
