3.4 蛋白质工程的原理和应用（讲义）-【金典生物】2023-2024学年高二生物下学期同步精讲系列（2019人教版选择性必修3）

3.4 蛋白质工程的原理和应用 1. 通过归纳概括改造蛋白质及生产新蛋白的方法，形成蛋白质工程的基本思路，概述蛋白质工程的基本原理。 2. 通过对蛋白质工程的实例分析，对蛋白质工程与基因工程进行比较，认识到蛋白质工程是根据人类需要生产目标蛋白质，是基因工程的延伸技术。 3. 能说出蛋白质工程的应用和崛起原因，认同蛋白质工程是一项难度很大的工程。 知识点1：蛋白质工程  考法1 蛋白质工程的概念、崛起和基本原理  考法2 蛋白质工程与基因工程的比较 知识点2：蛋白质工程的应用  考法1 蛋白质工程的应用 知识点1：蛋白质工程 ★★☆ 1. 概念 （1） 基础：蛋白质分子的 及其与 的关系 （2） 手段：通过 或 基因，来改造现有蛋白质或制造一种新的蛋白质 （3） 目的：满足人类生产和生活的需求 2. 理论和技术条件： 、 以及 的迅猛发展。 3. 崛起的缘由： （1） 基因工程的实质：将一种生物的 转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的 ，进而表现出 。 （2） 基因工程的不足：基因工程在原则上只能产生自然界中 的蛋白质。 （3） 天然蛋白质的不足：天然蛋白质是生物 过程中形成的，天然蛋白质的结构和功能符合 生存的需要，却不一定完全符合 的需要。 （4） 实例：玉米中赖氨酸的含量比较低，赖氨酸合成中两种酶的 被替换，就可以使玉米叶片和种子中游离赖氨酸分别提高5倍和2倍。 4. 基本原理 （1） 蛋白质工程的目标：根据人们对 功能的特定需求，对蛋白质的 进行设计改造。 （2） 天然蛋白质合成的过程 ①原理：按照 进行。 ②过程：基因→表达→形成具有特定氨基酸序列的多肽链→形成具有高级结构的蛋白质→形式生物功能 （3） 蛋白质工程的基本思路 从 出发→设计 →推测应有的 →找到并改变相对应的 （基因）或 →获得所需要的蛋白质 【微点拨】 · 蛋白质分子的空间结构 · 蛋白质工程经常要借助计算机来建立蛋白质的三维结构模型；要利用晶体学技术来获得蛋白质的结晶体，然后通过X射线衍射技术，分析晶体的结构；要用到基因的定点突变技术来进行碱基的替换。 · 确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因？ 确定目的基因的碱基序列后，可以人工合成目的基因，或应用基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等进而改造基因。 5. 蛋白质工程与基因工程的对比 项目 蛋白质工程 基因工程 相同点 操作对象 基因 . 操作水平 DNA分子水平 DNA分子水平 区别 操作起点 预期蛋白质功能 . 操作流程 预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→找到并改变对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新基因→获得所需要的蛋白质 目的基因的筛选与获取→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 实质 改造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 改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品 结果 可以生产自然界 的蛋白质 只能生产自然界 的蛋白质 联系 ①蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出的 基因工程； ②蛋白质工程离不开基因工程，其包含基因工程基本操作。 1. 定点突变技术是一种在体外特异性地替换、插入或缺失DNA序列中任何一个特定碱基的技术。 2. 方法1——重叠PCR （1）该过程需要4种引物； （2）PCR1的产物AB是引物a和引物b扩增的结果； （3）PCR2的产物CD是引物c和引物d扩增的结果； （4）产物AD的形成需要引物吗？不需要，需要耐高温的DNA聚合酶。 （5）需要改变的碱基位于引物b和引物c上。 （6）引物b和引物c之间有什么关系？引物b和引物c应有部分碱基互补。 （7）PCR3中突变产物AD的扩增需要引物a和引物d。 （8）PCR1中至少第3次才能获得产物AB； （9）PCR2中至少第3次才能获得产物CD； （10）过程①的条件为：先加热至90-95℃再冷却至55-60℃。 （11）AB下链和CD上