2017-2018学年高中生物人教版选修3（课件+教师用书）1.4　蛋白质工程的崛起 （2份打包）

1.4　蛋白质工程的崛起 1．举例说出蛋白质工程崛起的缘由。 2．理解蛋白质工程的原理。(重、难点) 3．了解蛋白质工程的应用。 4．掌握蛋白质工程的操作过程。(难点) 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．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)基因工程存在不足：原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。 (3)天然蛋白质存在不足：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。 (4)实例。 ①延长干扰素保存时间： 体外很难保存体外可以保存半年 ②提高玉米赖氨酸含量：改造后玉米叶片和种子中的游离赖氨酸分别提高5倍和2倍。 探讨：蛋白质工程为什么需直接改造基因，而不直接改造蛋白质？ 提示：①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，被改造的蛋白质也是无法遗传的。 ②对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小得多。 探讨：蛋白质工程操作的基本思路是什么？ 提示：蛋白质工程是按照以下思路进行的：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)，可以创造出自然界不存在的蛋白质。 1．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。 2．对蛋白质工程内容的理解 (1)改造对象：改造蛋白质的结构，本质上是改造控制该蛋白质合成的基因的结构。 (2)产物：产生新的蛋白质。 (3)原理：基因改造。由于基因决定蛋白质，要对蛋白质的结构进行改造，最终还必须通过改造基因来完成。 (4)蛋白质工程中经过处理得到的新基因与基因突变得到的新基因有较大差别，基因突变的新基因中含有不编码蛋白质的序列，而蛋白质工程中的新基因则没有。 (5)蛋白质工程的内容主要有两方面：一是根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质；二是确定蛋白质的化学组成及空间结构与生物功能之间的关系，在此基础上，实现从氨基酸序列预测蛋白质的空间结构和生理功能，设计合成具有特定生理功能的全新蛋白质，而氨基酸的排序由基因决定，所以还需要改造控制蛋白质合成的相应基因中的脱氧核苷酸序列，或人工合成所需要的自然界原本不存在的基因片段，用于蛋白质工程。 (6)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—个肽段或—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。 (7)蛋白质工程的流程图如下： 　　　　　　　　 1．下列哪项不是蛋白质工程的研究内容(　　) A．分析蛋白质分子的精细结构 B．对蛋白质进行有目的的改造 C．分析氨基酸的化学组成 D．按照人的意愿将天然蛋白质改造成新的蛋白质 【解析】　本题考查蛋白质工程的原理。蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构和生物活性之间的关系，按照人的意愿改造蛋白质分子，形成自然界不存在的蛋白质分子。为了改造某种蛋白质分子，必须对其精细结构进行分析，但不包括对组成蛋白质的氨基酸的化学成分的分析。 【答案】　C 2．科学家为提高玉米中赖氨酸含量，计划将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的氨基酸由天冬酰胺变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸的含量分别提高5倍和2倍。下列对蛋白质的改造，操作正确的是(　　) 【导学号：72240013】 A．直接通过分子水平改造蛋白质 B．直接改造相应的mRNA C．对相应的基因进行操作 D．重新合成新的基因 【解析】　蛋白质工程的目的是对蛋白质进行改造，从而使蛋白质功能可以满足人们的需求。蛋白质行使功能与其高级结构密切相关，而蛋白质高级结构又非常复杂，所以直接对蛋白质进行改造非常困难，而蛋白质是由基因控制合成的，对基因进行操作却容易得多。另外，通过改造基因而改造蛋白质可以遗传，而对蛋白质直接改造，即使成功也不能遗传。 【答案】　C 蛋 白 质 工 程 的 基 本 原 理 以 及 进 展 和 前 景 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 通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质 目的 获得满足人类生产和生活需求的蛋白质 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.蛋白质工程的进