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1、-1- 1.4 蛋白质工程的崛起 课前篇自主预习 一二三 一、蛋白质工程崛起的缘由 课前篇自主预习 一二三 二、蛋白质工程的基本原理 课前篇自主预习 一二三 三、蛋白质工程的进展和难度 课堂篇探究学习 探究点当堂检测本课必记 蛋白质工程蛋白质工程 问题导引 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? 依据下面的流程图,探究以下问题。 课堂篇探究学习 探究点当堂检测本课必记 (1)蛋白质工程是以 为基础, 通过 或 ,对现有蛋白质进行改造,或 制造一种新的蛋白质,以满足人类的生产和生活的需求。 (2)基因工程是遵循中心法则的,即 折叠产生有一定功能的
2、蛋白质,它主要是生产自然界中 (填“存在”或“不存在”)的蛋白质。 (3)蛋白质工程操作程序的基本思路: ,它可以 创造自然界中 (填“存在”或“不存在”)的蛋白质。 课堂篇探究学习 探究点当堂检测本课必记 答案(1)蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系 基因修 饰 基因合成 (2)DNA mRNA 多肽链 存在 (3)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 不存在 课堂篇探究学习 探究点当堂检测本课必记 归纳提升 基因工程与蛋白质工程的比较 课堂篇探究学习 探究点当堂检测本课必记 特别提醒(1)蛋白质工程的最终目的是改造蛋白质,但不是直
3、接对 蛋白质分子进行操作,而是通过对基因的操作,实现对蛋白质的改造。 (2)合成或修饰的基因作为新的目的基因,通过基因工程的操作步 骤实现其表达。 课堂篇探究学习 探究点当堂检测本课必记 案例探究 类型 蛋白质工程 例题胰岛素可以用于治疗糖尿病,但是胰岛素被注射到人体后, 会堆积在皮下,要经过较长的时间才能进入血液,而进入血液的胰 岛素又容易分解,因此,治疗效果受到影响。下图是用蛋白质工程 设计的速效胰岛素的生产过程,请据图回答有关问题。 课堂篇探究学习 探究点当堂检测本课必记 (1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键,图中构建新的胰岛 素模型的主要依据是 。 (2)通过DNA合成形成的新基
4、因应与 结合后转移到 中才能得到准确表达。 (3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素,需用到的生物工程有 、 和发酵工程。 (4)图解中,从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的合成,基本思 路是什么? 课堂篇探究学习 探究点当堂检测本课必记 解析(1)蛋白质工程首先要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。因此,图中构建新的胰岛素模型的主 要依据是胰岛素的预期功能。 (2)合成的目的基因应与载体结合,构建基因表达载体后,导入受 体细胞中才能表达。 (3)利用蛋白质工程生产速效胰岛素,需合成新的胰岛素基因,改 造好的目的基因需要通过基因工程来生产基因产物,并且在生产中 要借助工程菌
5、,所以还要用到发酵工程。因此,此过程涉及蛋白质 工程、基因工程、发酵工程。 (4)由新的胰岛素模型到构建新的胰岛素基因,其基本思路是根据 新的胰岛素中氨基酸的序列,推测出其基因中的脱氧核苷酸序列, 然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因。 课堂篇探究学习 探究点当堂检测本课必记 答案(1)胰岛素的预期功能 (2)载体 大肠杆菌等受体细胞 (3)蛋白质工程 基因工程 (4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列,推测出其基因中的脱氧核苷 酸序列,然后利用DNA合成仪合成出新的胰岛素基因。 特别提醒解答基因工程与蛋白质工程的相关题目时,需要理解蛋 白质工程与基因工程的区别和联系。基因工程是蛋白质工程的基
6、 础,蛋白质工程可以看作是第二代基因工程。基因工程是基因的异 体表达,生产出的仍然是自然界中已有的蛋白质;而蛋白质工程是根 据人们对蛋白质的特定功能的需求,对相应的基因进行修饰和改造, 然后通过基因工程生产出符合要求的、自然界中不存在的蛋白质。 基因工程与蛋白质工程的判断方法: 课堂篇探究学习 探究点当堂检测本课必记 干扰素是动物体内合成的一种蛋白质,可以用于治疗病毒感染和 癌症。将人的干扰素的cDNA在大肠杆菌中进行表达,产生的干扰 素的抗病毒活性只有天然产品的十分之一,且体外保存相当困难。 研究发现若将第17位的半胱氨酸变为丝氨酸,生产出的干扰素的抗 病毒活性是原来的100倍,并且在-70
7、 的条件下可以保存半年,给 广大患者带来福音。请回答下列问题。 (1)从上述资料可知,若要改变干扰素的功能,可以考虑对干扰素 的 进行改造。 (2)对干扰素进行改造,应该直接对 (填“干扰素分 子”或“干扰素的cDNA”)进行操作来实现,原因是 。 课堂篇探究学习 探究点当堂检测本课必记 解析(1)从上述资料可知,若将第17位的半胱氨酸变为丝氨酸,生 产出的干扰素的抗病毒活性是原来的100倍,故若要改变干扰素的 功能,可以考虑对干扰素的氨基酸序列进行改造。 (2)对干扰素进行改造,应该直接对干扰素的cDNA进行操作来实 现,原因是蛋白质的结构由基因决定,蛋白质不能直接遗传,基因 可以遗传;对基
8、因的改造比对蛋白质的改造要容易。 答案(1)氨基酸序列 (2)干扰素的cDNA 蛋白质的结构由基因决定,蛋白质不能直 接遗传,基因可以遗传;对基因的改造比对蛋白质的改造要容易 课堂篇探究学习 探究点一当堂检测本课必记 1.蛋白质工程的目标是( ) A.通过对基因进行修饰,产生新的蛋白质 B.通过基因重组,合成生物体本来没有的蛋白质 C.根据人们对蛋白质功能的特定需求,改造或制造蛋白质 D.对现有蛋白质进行大量生产 解析蛋白质工程是指为满足人类生产和生活的需求,以蛋白质分子 的结构规律及其与生物功能的关系作为基础,通过基因修饰或基因 合成,对现有的蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质。对现有蛋 白
9、质大量生产属于基因工程的范畴。 答案C 课堂篇探究学习 探究点一当堂检测本课必记 2.下列有关蛋白质工程的说法错误的有几项( ) 蛋白质工程不需要构建基因表达载体 通过蛋白质工程改造 后的蛋白质有的仍是天然的蛋白质 蛋白质工程需要用到限制 酶和DNA连接酶 蛋白质工程是在蛋白质分子水平上改造蛋白 质的 A.1项B.2项 C.3项D.4项 课堂篇探究学习 探究点一当堂检测本课必记 解析蛋白质工程是指以蛋白质的结构规律及其与生物功能的关系 作为基础,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,以满足人类的生产和生活的需求,蛋白质工程 需构建基因表达载体,错误;利用蛋白质工
10、程生产的是自然界没 有的蛋白质,错误;蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来 的,蛋白质工程需要用到限制酶和DNA连接酶,正确;对蛋白质结 构的改造是通过改造基因来实现的,所以蛋白质工程是在基因水平 上改造蛋白质的,错误。 答案C 课堂篇探究学习 探究点一当堂检测本课必记 3.下列有关蛋白质工程的叙述,正确的是( ) A.蛋白质工程的直接操作对象是蛋白质分子 B.蛋白质工程不能生产自然界不存在的蛋白质 C.蛋白质工程最终是通过基因修饰或基因合成来实现的 D.蛋白质工程应先设计蛋白质的结构后再预期其功能 解析蛋白质工程的直接操作对象是基因,A项错误;蛋白质工程可以 生产自然界中不存在的蛋白质,B
11、项错误;蛋白质工程最终是通过基 因修饰或基因合成来实现的,C项正确;蛋白质工程应先预期蛋白质 功能再设计蛋白质的结构,D项错误。 答案C 课堂篇探究学习 探究点一当堂检测本课必记 4.蛋白质工程中,对蛋白质结构进行设计改造,必须通过基因修饰或 基因合成来完成,而不直接改造蛋白质的主要原因是( ) A.改造基因易于操作且改造后能够遗传 B.蛋白质的相对分子质量大 C.缺乏改造蛋白质所必需的工具酶 D.蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化,操作难度大 解析蛋白质工程中,要对蛋白质结构进行设计改造,必须通过基因 修饰或基因合成来完成,而不直接改造蛋白质,原因是改造后的基 因能够遗传,且改造基因易于操作。 答案A