第三章 第4节 蛋白质工程的原理和应用-【创新教程】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程五维课堂同步课件PPT（人教版）

该高中生物学课件聚焦蛋白质工程，系统梳理其原理、流程及应用，通过衔接基因工程基础，构建“教材知识梳理-互动探究-课时巩固-评价反馈”学习支架，帮助学生建立前后知识脉络。 其亮点在于对接课标核心素养，以生命观念认清原理，用科学思维设计改造流程，结合胰岛素改造、干扰素保存等实例，通过流程图解引导探究。教师可高效利用系统资料，学生能深化分子水平操作理解，提升科学探究能力。

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4．实例：玉米中赖氨酸含量低，将与赖氨酸合成有关的两种酶的氨基酸替换，玉米叶片和种子中游离赖氨酸分别提高5倍和2倍。 二、蛋白质工程的基本原理 1．蛋白质工程的基本原理 概 念 基础 蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系 手段 改造或合成基因来完成 目的 蛋白质工程的目标是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 原理 由预期的蛋白质找到相对应的　脱氧核苷酸序列(基因)　 流程 预期蛋白质功能→设计预期的　蛋白质结构　→推测应有的　氨基酸序列　→找到相对应的　脱氧核苷酸序列(基因)　 2.蛋白质工程的基本思路 三、蛋白质工程的应用 1．对天然蛋白质进行改造 天然蛋白质 蛋白质工程改造后的蛋白质 天然胰岛素制剂容易形成二聚体或六聚体，皮下注射胰岛素后往往要经历一个逐渐解离为单体的过程，这在一定程度上延缓了疗效。 科学家已通过改造胰岛素基因实现了对相应氨基酸序列的改造，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－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，从而导致它的治疗效果大大降低 科学家将小鼠抗体上结合抗原的区域“嫁接”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.蛋白质工程被广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶。例如利用蛋白质工程生产　枯草杆菌　蛋白酶。 3．在农业方面，科学家正在尝试改造某些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。 4．利用蛋白质工程的思路来设计优良　微生物　农药，通过改造微生物蛋白质的结构，使它防治病虫害的效果增强。 5．蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要是因为蛋白质发挥功能必须依赖于正确的　高级　结构，而这结构往往十分　复杂　。 ◆[基础诊断] (1)蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构。( × ) (2)通过蛋白质工程改造后的蛋白质仍然是天然蛋白质。( × ) (3)实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质结构和功能的关系。( √ ) (4)基因工程遵循中心法则，而蛋白质工程不遵循。( × ) 疑难点　蛋白质工程的基本原理 蛋白质工程与基因工程的比较 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 预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质 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 区别 实质 通过改造相应的基因达到对蛋白质进行改造的目的 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 区别 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、动物、药品生产等已商业化②基因治疗仅处于初期的临床试验阶段 联系 ①蛋白质工程获得目的基因后，需要通过基因工程获得预期蛋白质 ②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 ◆[互动探究] 下图为蛋白质工程的基本流程，请思考回答： 1．图中A、B分别为何过程？ 提示：A为转录，B为翻译。 2．如果知道一段蛋白质的氨基酸序列，如何推出其基因中的脱氧核苷酸序列？不同人得出的序列完全相同吗？为什么？ 提示：蛋白质的氨基酸序列→推测mRNA的密码子排序→推测双链DNA中脱氧核苷酸序列。不完全相同，因为密码子具有简并性，一种氨基酸可能对应一种或几种密码子。 3．蛋白质工程与基因工程的关系是怎样的？ 提示：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。 ◆[对点训练] 1．蛋白质工程的基本操作程序正确的是(　　 ) ①蛋白质分子结构合成　②DNA合成　③mRNA合成　④蛋白质的预期功能　⑤根据氨基酸的序列推出脱氧核苷酸的序列 A．①→②→③→④→⑤→① B．⑤→④→③→②→①→② C．④→①→⑤→②→③→① D．②→③→⑤→①→②→④ 解析：C　[蛋白质工程的操作流程为：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→找到相对应的脱氧核苷酸序列(即基因)→修改或合成的基因表达出相应的蛋白质。] 2．下列有关蛋白质工程的说法正确的是(　　 ) A．蛋白质工程无需构建基因表达载体 B．通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍是天然的蛋白质 C．蛋白质工程需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶 D．蛋白质工程是在蛋白质分子水平上改造蛋白质 解析：C　[蛋白质工程的基本流程：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，找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。这是蛋白质工程特有的途径，接下来是按照基因工程的一般步骤进行。因此，基因工程技术利用的工具(限制酶、DNA连接酶、载体)以及操作流程也适用于蛋白质工程技术中，A项错误，C项正确；蛋白质工程生产的蛋白质是改造后的蛋白质或者是新的蛋白质，B项错误；蛋白质工程的操作对象是基因，属于分子水平，D项错误。] ◆[易错警示] 蛋白质工程改造的对象是基因 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，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白质也是无法遗传下去的。 1．下列有关蛋白质工程的叙述，不正确的是(　　 ) A．收集大量的蛋白质分子结构的信息，以便分析结构与功能之间的关系 B．可以预测具有一定氨基酸序列的蛋白质的空间结构和生物功能 C．根据特定的生物功能，设计蛋白质的氨基酸序列和空间结构 D．蛋白质工程和基因工程没有任何关系 解析：D　[收集大量的蛋白质分子结构的信息，以便分析结构与功能之间的关系，从而可以根据需要设计相应的蛋白质分子的结构，A正确；蛋白质工程是以设计蛋白质分子结构为前提的，因此蛋白质工程可预测具有一定氨基酸序列的蛋白质的空间结构和生物功能，B正确；蛋白质工程能根据特定的生物功能，设计蛋白质的氨基酸序列和空间结构，进而推测相应的基因序列，而后合成相应的基因，再指导蛋白质的合成，C正确；因为蛋白质的设计最终还需要通过合成相应的基因来完成，因此，蛋白质工程被称为是延伸出来的第二代基因工程，D错误。] 2．下列围绕蛋白质工程的叙述中错误的是(　　 ) A．蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类的需要 B．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构 C．蛋白质工程能生产出自然界中不曾存在的新型蛋白质分子 D．蛋白质工程的操作起点是从预期蛋白质功能出发，设计出相应的基因，并借助基因工程实现 解析：B　[蛋白质工程操作是从预期蛋白质功能出发，设计出相应的目的基因，通过基因工程来实现，它可以定向地改造蛋白质的分子结构，使生产出的蛋白质更符合人类的需要，但这些蛋白质与天然蛋白质不同，可以是自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子，因此A、C、D三项正确。B项中蛋白质工程是对基因进行操作，而不是对蛋白质直接进行操作，故错误。] 3．下列关于蛋白质工程应用的叙述不正确的是(　　 ) A．蛋白质工程可以改造酶的结构，提高酶的热稳定性 B．通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性 C．利用蛋白质工程可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素 D．蛋白质工程可以对胰岛素进行改造和修饰，合成速效型胰岛素制剂 解析：C　[蛋白质工程是依据人们设计的蛋白质分子的结构，来改造基因，进而控制合成新的蛋白质或改变自然界中的蛋白质，而在大肠杆菌中生产人胰岛素利用基因工程技术便可达到。] 4．蛋白质工程是新崛起的一项生物工程，又称第二代基因工程。下图是蛋白质工程流程示意图，图中A、B在遗传学上依次表示(　　 ) A．转录和翻译　　　　　 B．翻译和转录 C．复制和转录 D．传递和表达 解析：A　[据图可知，A是DNA形成mRNA的过程，即转录；B是以mRNA为模板合成多肽链，即翻译，故A、B分别表示转录和翻译，A正确。] 5．下图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答下列问题： (1)代表蛋白质工程操作思路的过程是　________　，代表中心法则内容的是　________　。(填写序号) (2)写出图中各数字代表的生物学过程的名称或内容： ③　________　，④　________　，⑤　________　。 (3)蛋白质工程的目的是　__________________________　，通过　________________　实现。 (4)从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则　________　。 解析：蛋白质工程是根据具有相应功能的蛋白质结构推测氨基酸序列，进而推测出脱氧核苷酸序列，所以应为图中的④⑤过程；①②③过程代表中心法则，与蛋白质工程的基本途径相反。 答案：(1)④⑤　①②③　(2)折叠　分子设计　DNA合成　(3)获取符合人类需要的蛋白质　基因合成或修饰　(4)相反 $