第3章 第4节 蛋白质工程的原理和应用(Word教参)-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程（人教版2019 SHJL版）

开卷预习一刻钟 (一)蛋白质工程 1．蛋白质工程的概念 2．蛋白质工程崛起的缘由 (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。 3．实例——改造天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶 蛋白质 缺陷 这两种酶是玉米细胞中合成赖氨酸的关键酶，其活性受细胞内赖氨酸浓度的影响较大。赖氨酸达到一定浓度就会抑制这两种酶的活性，所以玉米中赖氨酸含量很难提高 改造 措施 将天冬氨酸激酶中第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸 改造后 效果 玉米叶片和种子中游离赖氨酸的含量分别提高5倍和2倍 (二)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．改造方法及原因 基因决定蛋白质，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。 3．蛋白质工程的基本思路 (三)蛋白质工程的应用 1．在医药工业方面的应用 (1)研发速效胰岛素类似物：科学家通过改造胰岛素基因使B28位脯氨酸替换为天冬氨酸或者将它与B29位的赖氨酸交换位置，从而有效抑制了胰岛素的聚合，由此研发出速效胰岛素类似物。 (2)提高干扰素的保存期：将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，延长了干扰素的保存时间。 (3)改造抗体：将小鼠单克隆抗体上结合抗原的区域“嫁接”到人的抗体上，降低了诱发人体免疫反应的强度。 2．在其他工业和农业方面的应用 (1)改进酶的性能或开发新的工业用酶：利用蛋白质工程获得蛋白酶的多种突变体。 (2)改造某些重要的酶：科学家尝试利用蛋白质工程改造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。 (3)设计优良微生物农药：通过改造微生物蛋白质的结构，来增强其防治病虫害的效果。 　(教材第94页图3­17变式训练)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.改造或合成；C.转录；D.翻译。 (2)上图字母中属于中心法则的过程有C、D，属于蛋白质工程的过程有A、B。 1．(教材第93页“旁栏思考”)什么是人类蛋白质组计划？它与蛋白质工程有什么关系？ 提示：人类蛋白质组计划的主要目的是研究组成人体蛋白质的种类、结构和功能，为重大疾病预防、诊疗和药物研发提供科学依据。人类蛋白质组计划取得的成果有力推动了蛋白质工程的发展，并提供了重要理论支持。 2. (教材第94页“学科交叉”思维训练)蛋白质工程要对控制蛋白质合成的基因进行改造，通常采用的技术手段是什么？ 提示：基因的定点突变技术进行碱基的替换。 掩卷归拢5分钟 1．基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。 2．蛋白质工程并不是直接改造蛋白质分子的结构，而是通过基因操作来实现对天然蛋白质的改造。 3．蛋白质工程的基本思路：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。 提能点(一)　蛋白质工程崛起的缘由及基本原理 [发展认知] 1．蛋白质工程与基因工程的区别和联系 分类 蛋白质工程 基因工程 过程 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 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 实质 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，以获得人类所需的生物类型和生物产品 结果 可生产自然界没有的蛋白质 只能生产自然界已有的蛋白质 联系 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，通过改造或合成基因对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质 2．“三看法”判断基因工程和蛋白质工程 一看对基因的操作方法 如果仅将基因用限制酶从DNA片段中切割下来，没有经过对编码蛋白序列进行修饰、加工，或仅对其调控序列进行加工，则属于基因工程；如果将目的基因经过了一些实质性的改造，如对编码蛋白序列进行了碱基替换或增添或缺失某几个碱基，则属于蛋白质工程 二看目的基因的合成方式 基因工程和蛋白质工程中都可以通过逆转录合成目的基因，或根据蛋白质的氨基酸序列先合成mRNA，再合成基因。如果合成时mRNA或氨基酸序列没有经过改造，则为基因工程技术