第3章 第4节 蛋白质工程的原理和应用-【高考领航】2021-2022学年新教材高中生物选择性必修3 生物技术与工程同步核心辅导与测评教师用书（人教版）

第4节　蛋白质工程的原理和应用 [目标领航]　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？ 蛋白质工程的概念及分析 1．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，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产或生活的需求。 2．概念分析 (1)基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。 (2)手段：通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质进行，或制造一种新的蛋白质。 (3)目的：获得满足人类生产和生活的需求。 蛋白质工程崛起的缘由 1．基因工程及不足 (1)实质：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，进而表现出新性状。 (2)不足：在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。 2．天然蛋白质的不足 天然蛋白质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。 蛋白质工程的基本原理 1．目标：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。 2．原理：由预期的蛋白质找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。 3．流程：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→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。 蛋白质工程的应用 1．前景诱人：在医药工业方面通过对胰岛素的改造，使其成为速效型药品；在其他如干扰素、单克隆抗体、工业用酶等方面并不少见。 2．难度很大：蛋白质发挥功能必须依赖高级结构，高级结构十分复杂。 (正确的打“√”，错误的打“×”) 1．基因工程能生产自然界中不存在的蛋白质。(×) 2．蛋白质工程的主要目的是对现有蛋白质进行改造或生产新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需要。(√) 3．蛋白质工程可以直接改造蛋白质，也可以制造出新的蛋白质。(×) 4．为延长干扰素保存时间，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。(×) 5．蛋白质工程制造的是天然蛋白质。(×) 6．对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的。(×) 7．由于蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化，空间结构千差万别，蛋白质工程操作难度很大。(√) 8．蛋白质工程不能改变蛋白质的活性。(×) 知识点　蛋白质工程 1．蛋白质工程的崛起 (1)基因工程的实质和不足 ①实质：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。 ②不足：基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。 (2)蛋白质工程崛起的缘由 ①基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。 ②天然蛋白质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。 (3)蛋白质工程的实例 ①延长干扰素保存时间 体外很难保存　　　　－70 ℃条件下可以保存半年 ②提高玉米赖氨酸含量 (改造后玉米叶片和种子中的游离赖氨酸分别提高5倍和2倍) ③还有许多工业用酶也是在改变天然酶的特性后，才使之适应生产和使用需要的。 2．蛋白质工程的原理 (1)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，通过基因改造或基因合成，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。对蛋白质工程的概念可从以下几个方面理解。 基础 蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系 手段 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 目的 获得满足人类生产和生活需求的蛋白质 (2)蛋白质工程的原理 由预期的蛋白质功能出发，找到相对应的基因，即基因表达的逆推。 (3)蛋白质工程的内容 (4)蛋白质工程的操作流程 ①根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质。 ②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。 (5)实例：蛋白质工程设计速效型胰岛素的生产过程。 ①构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，主要依据是蛋白质的预期功能。 ②图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是根据新的胰岛素模型中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成新的胰岛素基因。 ③通过人工合成DNA形成的新基因应与载体结合后转移到大肠杆菌等受体细胞中才能得到准确表达。 3．蛋白质工程和基因工程的比较 项目 蛋白质工程 基因工程 区 别 操作对象 基因 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→设计蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→合成(修饰)基因→基因表达→目的蛋白质 获取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定 结果 可生产自然界没有的蛋白质