第3章 第4节 蛋白质工程的原理和应用(教用Word)-【优学精讲】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程（人教版）

第4节　蛋白质工程的原理和应用

学习目标

知识点一　蛋白质工程崛起的缘由及基本原理

1.蛋白质工程的概念

2.蛋白质工程崛起的缘由

（1）基因工程的实质和不足

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。

（2）蛋白质工程的崛起

①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。

②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：提高玉米赖氨酸含量

结果：改造后玉米叶片和种子中游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍。

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　进行分子设计。

（2）手段：通过　基因修饰或基因合成　，进而指导合成所需蛋白质。

（3）途径：　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）或合成新的基因→获得所需要的蛋白质　。

（4）原理：从预期的蛋白质功能出发，到找到相对应的基因，即　中心法则　的逆推。

（5）最终结果：生产出自然界从来没有过的蛋白质。

（教材P94“学科交叉”）学科交叉中涉及到的改造基因的方法是什么？

提示：基因定点突变技术。

（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。（　×　）

提示：蛋白质工程中直接改造的是基因，不是蛋白质。

（2）蛋白质工程能产生自然界中不存在的新型蛋白质分子。（　√　）

（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。（　×　）

提示：蛋白质工程的基本思路是按照中心法则相反的过程进行的，即中心法则的逆推。

（5）根据某多肽链的一段氨基酸序列，可以很容易地确定控制该肽链合成的基因的脱氧核苷酸序列。（　×　）

提示：由于密码子的简并，根据某多肽链的一段氨基酸序列，不能确定基因的脱氧核苷酸序列。

探究｜基因工程和蛋白质工程的比较

　基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。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。回答有关问题：

（1）对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？原因是什么？

提示：应该通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造。主要原因是①蛋白质具有十分复杂的空间结构，基因的结构相对简单，容易改造；②改造后的基因可以遗传给下一代，被改造的蛋白质无法遗传。

（2）蛋白质工程和基因工程的操作对象以及得到的蛋白质相同吗？分别体现在哪些方面？

提示：不同。体现：①操作对象不同：蛋白质工程的操作对象是天然基因改造后的基因；基因工程的操作对象是天然基因。②得到的蛋白质不同：蛋白质工程可以得到自然界没有的新的蛋白质；基因工程得到的是自然界原有的蛋白质。

1.蛋白质工程的基本思路

2.基因工程和蛋白质工程的联系：两种工程都是在分子水平上对基因进行操作，目的都是合成相应的蛋白质，蛋白质工程是以基因工程为基础的。

3.蛋白质的改造方法

①“大改”：制造出自然界中不存在的全新蛋白质。

②“中改”：在蛋白质分子中替代一个肽段或一个特定的结构域。

③“小改”：改造蛋白质分子中的几个氨基酸残基。

1.下图为蛋白质工程操作的基本思路，下列相关叙述正确的是（　　 ）

A.图中⑤⑥过程分别是转录、翻译