第3章 第4节 蛋白质工程的原理和应用-2022-2023学年新教材高中生物选择性必修3【精讲精练】人教版（教师用书word）

第4节　蛋白质工程的原理和应用 学习目标 1.运用结构与功能观等观念，说明蛋白质工程设计的原理。 生命观念 2.基于蛋白质工程的实例，采用模型与建模、归纳与概括等方法，用文字、图示或模型的形式表示蛋白质工程的基本思路。 科学思维 一、蛋白质工程崛起的缘由 1．蛋白质工程 (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，或制造一种新的蛋白质。 (3)目的：获得满足人类生产和生活需求的__蛋白质__。 (4)困难：蛋白质发挥功能必须依赖正确的高级结构，而蛋白质的高级结构十分复杂。 2．蛋白质工程崛起的缘由 (1)崛起缘由 ①基因工程的实质：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基因工程的不足：基因工程在原则上只能生产自然界中__已存在__的蛋白质。 ③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。 (2)实例：提高玉米赖氨酸含量 改造后玉米叶片和种子中游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍。 3．蛋白质工程的基本原理 二、蛋白质工程的应用 1．医药工业方面 (1)科学家通过对__胰岛素__基因的改造，研发出速效胰岛素类似物产品。 (2) (3)“人—鼠”嵌合抗体：降低免疫反应强度。 2．其他工业方面 用于改进酶的性能或开发新的工业用酶，如利用蛋白质工程获得枯草杆菌蛋白酶的__突变体__，筛选出符合工业化生产需求的突变体，提高该酶的使用价值。 3．农业方面 (1)科学家尝试改造某些__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。 (2)科学家利用蛋白质工程的思路设计优良__微生物农药__，通过改造微生物蛋白质的结构，增强微生物防治病虫害的效果。 判断正误 1．蛋白质工程能产生自然界中不存在的新型蛋白质分子。(√) 2．基因工程遵循中心法则，而蛋白质工程不遵循。(×) 3．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。(×) 4．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，也需要利用基因工程的基本工具，需要经历基因工程的操作流程。(√) 5．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。(×) 探究点一　蛋白质工程崛起的缘由及基本原理 [问题情境] 基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，这些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。蛋白质工程的目标是生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质，甚至是自然界不存在的蛋白质。结合图示回答有关问题： (1)写出流程图中字母代表的含义： A．__预期功能__；B.__氨基酸序列__；C.__改造或合成__；D.__转录__；E.__翻译__。 (2)上图字母中属于中心法则的过程有__D、E__，属于蛋白质工程的过程有__A、C__。 (3)对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？原因是什么？ 提示：应该通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造。主要原因：①蛋白质具有十分复杂的空间结构，基因的结构相对简单，容易改造；②改造后的基因可以遗传给下一代，被改造的蛋白质无法遗传。 (4)蛋白质工程和基因工程的操作对象以及得到的蛋白质相同吗？分别体现在哪些方面？ 提示：不同。体现：①操作对象不同：蛋白质工程的操作对象是天然基因改造后的基因；基因工程的操作对象是天然基因。②得到的蛋白质不同：蛋白质工程可以得到自然界没有的新的蛋白质；基因工程得到的是自然界原有的蛋白质。 [归纳总结] 蛋白质工程与基因工程的区别与联系 比较项目 蛋白质工程 基因工程 区别 起点 预期的蛋白质功能 目的基因 过程 预期蛋白质功能→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 目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定 目标 定向改造或生产人类所需的蛋白质 定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需要的新的生物类型和生物产品 结果 生产非天然的蛋白质 生产自然界已存在的蛋白质 联系 ①都在生物体外对基因进行操作；②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 [典题示例] 1．科学家为提高玉米中赖氨酸的含量，计划将天冬氨酸激酶中第352位的苏氨酸变为异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位