3.4 蛋白质工程的原理和应用（教学讲义）-2023-2024学年高二生物下学期同步教学讲义（2019人教版选择性必修3）

第3章 基因工程 第4节 蛋白质工程的原理和应用 学习目标 必备知识 一、蛋白质工程崛起的缘由 二、蛋白质工程的基本原理 三、蛋白质工程的应用 拓展延伸 高考链接 模拟演练 1. 举例说出蛋白质工程崛起的缘由 2.简述蛋白质工程的基本原理。 一、蛋白质工程崛起的缘由 1．蛋白质工程的概念 (1)基础：蛋白质分子的 及其与 的关系。 (2)手段：通过 或 ，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 。 (4)困难：蛋白质发挥功能必须依赖正确的 ，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蛋白质，进而表现出 。 ②基因工程的不足：基因工程在原则上只能生产自然界中 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 生存的需要，却不一定完全符合 的需要。 二、蛋白质工程的基本原理 1.目标：根据人们对蛋白质 的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。 2.方法：改造或合成 。【第二代基因工程】 3.蛋白质工程改造基因的原因： ①蛋白质的 十分复杂，直接改造难度大； ②蛋白质是由基因编码的，改造了 可以间接改造蛋白质； ③基因可以遗传，蛋白质 ； 4.基本思路：【中心法则的逆过程】 从预期的蛋白质功能出发→设计预期的 →推测应有的 序列→找到并改变相对应的 序列(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。 三、蛋白质工程的应用 1.医药工业方面 ①科学家通过对 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 ，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 ，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 ，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。 1.根据改造蛋白质的部位的多少，对蛋白质的改造可分为三类： （1）大改：设计并制造出自然界中不存在的全新蛋白质 （2）中改：在蛋白质分子中替换某一个肽段或某一个特定的结构域。 （3）小改：改造蛋白质分子中的几个氨基酸残基 2.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 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 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 【例1】（2022·重庆·统考高考真题）将人胰岛素A链上1个天冬氨酸替换为甘氨酸，B链末端增加2个精氨酸，可制备出一种人工长效胰岛素。下列关于该胰岛素的叙述，错误的是（    ） A．进入人体后需经高尔基体加工 B．比人胰岛素多了2个肽键 C．与人胰岛素有相同的靶细胞 D．可通过基因工程方法生产 【变式1-1】（2021·辽宁·统考高考真题）腈水合酶（N0）广泛应用于环境保护和医药原料生产等领域，但不耐高温。利用蛋白质工程技术在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽，可获得热稳定的融合型腈水合酶（N1）。下列有关叙述错误的是（　　） A．N1与N0氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一 B．加入连接肽需要通过改造基因实现 C．获得N1的过程需要进行转录和翻译 D．检测N1的活性时先将N1与底物充分混合，再置于高温环境 【变式1-2】（2023·辽宁·统考高考真题）天然β淀粉酶大多耐热性差，不利于工业化应用。我国学者借助PCR改造β-淀粉酶基因，并将改造的基因与pLN23质粒重组后导入大肠杆菌，最终获得耐高温的β-淀粉酶。回答下列问题： (1)上述过程属于 工程。 (2)PCR中使用的聚合酶属