3.4 蛋白质工程的原理和应用-【帮课堂】2022-2023学年高二生物同步精品讲义（人教版2019选择性必修3）

学利网 学科网原到，让学司更会品！ JP.ZXXK.COM 学科网精品频道全力推荐 《第3章 基因工程》 第4节蛋白质工程的原理和应用 必会知识考点梳理·拓展延伸·易错警示 必会知识一 蛋白质工程崛起的缘由 1.基因工程的实质及缺陷 ()实顾：基因工程是将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使后者可以产生它原本不能产生的蛋 白质，进而表现出新性状。 (②)缺陷：原则上，基因工程只能生产自然界中已经存在的蛋白质。 2.蛋白质工程崛起的缘由：蛋白质工程的崛起主要是由于工业生产和基础理论研究的需要。 ()天然蛋白质的缺陷：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。 (2)蛋白质工程的目的：生产符合人类生产和生活需要的非天然蛋白质。 3.蛋白质工程的成果 (1)干扰素的体外保存：干扰素是动物体内的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染性疾病和癌症，但在 体外保存相当困难，通过蛋白质工程对其进行改造，可以在一70℃条件下保存半年。 (②)富含赖氨酸的玉米新品种的培育：玉米中赖氨酸的含量比较低，原因是赖氨酸合成过程中的两种关 键酶一天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性，受细胞内赖氨酸浓度的影响较大。当赖氨酸浓度达 到一定量时，就会排制这两种酶的活性，从而影响赖氨酸含量的提高。通过蛋白质工程改造这两种酶后， 玉米叶片和种子中的游离赖氨酸含量分别提高了5倍和2倍。 天冬氨酸泼酶改通天冬氨酸激荫 (第352位的苏氨酸) 《异亮氨酸) 干扰素（半胱氨酸） 改造 干扰素（丝氨酸）】 二氢吐院二搜酸 二氢吐啶■ 体外很准保存 体外-70℃下 合成酶第I0叫 改， 羧酸合成刷 可以保存半年 位的天冬酰威划 (异亮氨酸) 必会知识二蛋白质工程的基本原理 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，以满足人类生产和生活的需求。可以说，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。 2.蛋白质工程的目标 根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的分子结构进行设计改造，生产符合人们需求的、自然界中 不存在的蛋白质。 3.蛋白质工程的实质 由于基因决定蛋白质，因此要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造或合成基因来完成。 4.蛋白质工程的基本途径 1 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 令学利科购 李科网原创，让学司更名易！ JP.ZXXK.COM 学科网精品频道全力推荐 ()蛋白质工程的内容：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，实现从氨基酸序列推测蛋白质的空间结构和 生理功能，设计合成具有特定生理功能的全新蛋白质，而氨基酸的排列顺序由基因决定，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，用于 蛋白质工程。 (2)蛋白质工程的流程（下图）：从预期的蛋白质功能出发一设计预期的蛋白质结构一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。 设计 推测 改造或合成么 预期功能 IKXN 目的基因 生物功能 行使 折预 翻译 转录 蛋白质 多肽链 InRNA (三雏结构】 实施蛋白质工程的前提是了解蛋白质的结构和功能之间的关系。利用X射线衙射技术，可测定蛋白质 分子的三维空间结构：利用核磁共振法，可了解蛋白质的溶液构象。 必会知识三蛋白质工程的应用 1,在医药方面的应用 天然蛋白质的缺陷 蛋白质工程的改造成果 天然胰岛素制剂容易形成二聚体或六聚体， 科学家已通过改造胰岛素基因实现了对相应 皮下注射胰岛素后往往要经历一个逐流解 氨基酸序列的改造，使B28位脯氨酸替换为 离为单体的过程，这在一定程度上延缓了疗 天冬氨酸或者将它与B29位的赖氨酸交换位 效 置，从而有效抑制了胰岛素的聚合，由此研 发出的速效胰岛素类似物产品已经在临床上 广泛应用 干扰素在体外保存相当困难 如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝 氨酸，那么在一70℃的条件下，干扰素可以 保存半年 小鼠单克隆抗体会使人产生免疫反应，从而 科学家将小鼠抗体上结合抗原的区域“嫁接” 导致它的治疗效果大大降低 到人的抗体上，经过这样改造的抗体诱发免 疫反应的强度就会降低很多 2.在工业方面的应用 (①)改进酶的特性，从而提高其使用价值。如利用蛋白质工程获得枯草杆菌蛋白酶的突变体，从中筛选 出符合工业化生产需求的突变体，从而提高这种酶的使用价值。 (2)开发新的工业用酶。 2 原创精品资源学