第3章 第4节 蛋白质工程的原理和应用-【全频累积】2023高中生物选择性必修3知识点考点全频积累(人教版2019)

2024-02-11
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454 高中知识点考点全频累积 生物学 值化工产品的新技术。 第4节  蛋白质工程的原理和应用 知识梳理·探究笔记 解决基本知识问题 知识点1  蛋白质工程 1. 概念 (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。 (3)目的:获得满足人类的生产和生活需求的蛋白质。 2. 理论和技术条件:分子生物学、晶体学以及计算机技术的迅猛 发展。 知识点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:基因工程在原则上只能产生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。 结构决定功能 分子水平上的操作 回答下列问题: (1)研究者针对每个需要扩增的酶基因 ( 如 图 ) 设 计 一 对 , 利 用 PCR技术,在优化反应条件后扩增得到目 标酶基因。 (2)研究者构建了一种表达载体pMTL80k, 用于在梭菌中建立多基因组合表达库,经筛 选后提高丙酮的合成量。该载体包括了启动 子、终止子及抗生素抗性基因等,其中抗生 素抗性基因的作用是 ,终止子的作用是 。 (3)培养过程中发现重组梭菌大量表达上 述酶蛋白时,出现了生长迟缓的现象,推测 其原因可能是 ,此外丙酮的积累会伤害细 胞,需要进一步优化菌株和工艺才能扩大应 用规模。 (4)这种生产高附加值化工产品的新技 术,实现了 ,体现了循环经济 特点。从“碳中和”的角度看,该技术的优 势在于 ,具有广泛的应用前景和 良好的社会效益。 原理:基因重组 455 选择性必修 3 第 3 章 基因工程 知识点3  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. 方法:改造基因或合成基因。 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。 知识点4  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B链第28 位脯氨酸替换为天冬氨酸或者将它与第29位的赖氨酸交换位置,从而 有效抑制了胰岛素的聚合,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,提高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: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。 考向突破·指点迷津 解决考试能力问题 考向  蛋白质工程与基因工程的比较 【考向剖析】 项目 蛋白质工程 基因工程 区别 起点 预期蛋白质功能 目的基因 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→合成新的基因→获得所需要的蛋白质 获取目的基因→构建基因表达载体→导入 受体细胞→目的基因的检测与鉴定 实质 通过改造相应的基因达到对蛋白质进行改造的目的(任 何一种天然蛋白质都是由基因编码的,改造了基因即对 蛋白质进行了改造,而且可以遗传下去。如果对蛋白质 直接改造,即使改造成功,被改造过的蛋白质分子还是 无法遗传的) 基因重组 结果 可以创造出自然界不存在的蛋白质 生产自然界已存在的蛋白质 基因和蛋白质的关系:基因可以通过表达(包 括转录和翻译两个过程)控制蛋白质的合成 构成蛋白质的基本单位 人体内唯一降血糖的激素 一种具有干扰病毒 复制作用的糖蛋白,在 临床上广泛用于治疗病 毒感染性疾病 体液免疫中浆细胞产生的抗体能与抗原特异性结合 能将蛋白质催化分解 为多肽 影响光合速率的内部因素 逆向基因工程 456 高中知识点考点全频累积 生物学 项目 蛋白质工程 基因工程 应用及 现状 ① 主要集中在对现有蛋白质进行改造,如干扰素、天冬 氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶等 ② 对创造新的蛋白质还有许多技术难题未突破,因为蛋 白质高级结构非常复杂,人们对此知之甚少 ① 已被广泛应用,如转基因植物、动

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