《蛋白质工程的崛起》
蛋白质工程(上课)
蛋白质工程的进展与前景
蛋白质工程目前的现状:成功的例子不多, 蛋白质工程目前的现状:成功的例子不多, 主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于 正确的空间结构, 正确的空间结构,而科学家目前对大多数 蛋白质的空间结构了解很少. 蛋白质的空间结构了解很少.
作业: 作业
蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同? 蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同 蛋白质工程与基因工程相比,合成的蛋白质有何特点 合成的蛋白质有何特点? 蛋白质工程与基因工程相比 合成的蛋白质有何特点
二,蛋白质工程的基本原理
(一)目的 (二)原理 (三)过程 根据人们对蛋白质功能的特定需求, 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. 对蛋白质的结构进行分子设计. 中心法则的逆推
天然蛋白质的合成过程
蛋白质工程流程图
预期蛋白 质功能 蛋白质三 维结构
分子设计
氨基酸序列 多肽链
DNA 合 成
基因 DNA
二,蛋白质工程的基本原理
(一)目的 (二)原理 (三)过程
预期蛋白质功能 预期蛋白质功能 蛋白质 找到相应的脱氧核苷酸序列(基因) 找到相应的脱氧核苷酸序列(基因) 脱氧核苷酸序列 设计蛋白质结构 设计蛋白质结构 蛋白质 推测应有的氨基酸序列 推测应有的氨基酸序列 氨基酸
你知道酶工程吗? 你知道酶工程吗?绝大多数酶都是蛋白 酶工程与蛋白质工程有什么区别? 质,酶工程与蛋白质工程有什么区别?
酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用, 酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用,借助工程学 的手段,应用于生产,生活, 的手段,应用于生产,生活,医疗诊断和环境保护等方 面的一门科学技术.概括地说, 面的一门科学技术.概括地说,酶工程是由酶制剂的生 产和应用两方面组成的. 产和应用两方面组成的.酶工程的应用主要集中于食品 工业,轻工业以及医药工业中. 工业,轻工业以及医药工业中. 通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂, 通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂,而没有经过 由酶的功能来设计酶的分子结构, 由酶的功能来设计酶的分子结构,然后由酶的分子结构 来确定相应基因的碱基序列等步骤.因此, 来确定相应基因的碱基序列等步骤.因此,酶工程的重 点在于对已存酶的合理充分利用, 点在于对已存酶的合理充分利用,而蛋白质工程的重点 则在于对已存在的蛋白质分子的改造.当然, 则在于对已存在的蛋白质分子的改造.当然,随着蛋白 质工程的发展,其成果也会应用到酶工程中, 质工程的发展,其成果也会应用到酶工程中,使酶工程 成为蛋白质工程的一部分. 成为蛋白质工程的一部分.
高中生物 专题1 基因工程 1
专题1 基因工程 1。
5 蛋白质工程的崛起一、选择题1．蛋白质工程的实质是(）A．改造蛋白质B．改造mRNAC．改造基因D．改变氨基酸解析：蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特殊要求，对蛋白质的结构进行分子设计，由于基因决定蛋白质,因此要对蛋白质结构进行设计改造，必须从基因入手。
答案:C2．葡萄糖异构酶（GⅠ)在工业上应用广泛,为提高其热稳定性,科学家对GⅠ基因进行体外定点诱变,以脯氨酸（Prol38)替代Gly138，含突变体的重组质粒在大肠杆菌中表达,结果最适反应温度提高10～12 ℃。
这属于生物工程中的（)A．基因工程B．蛋白质工程C．发酵工程D．酶工程解析：酶工程的重点在于对已存在的酶合理充分利用（如：加酶洗衣粉、嫩肉粉等)，而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造。
通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂，而没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构，然后由酶的分子结构来确定相应基因的碱基序列等步骤。
答案:B3．下列哪项不是蛋白质工程中的蛋白质分子设计(）A．对已知结构的蛋白质进行少数氨基酸的替换B．对不同来源的蛋白质分子进行拼接组装C．从氨基酸的排列顺序开始设计全新蛋白质D．设计控制蛋白质合成的基因中的核苷酸序列解析：蛋白质工程的重要方面是蛋白质的分子设计,它可以分为三类：一是对已知蛋白质进行少数氨基酸的替换,二是对不同来源的蛋白质进行拼接组装，三是设计制造自然界中全新的蛋白质。
D项中的内容是合成基因，属于基因工程.答案：D4．下列不属于蛋白质工程成果的是(）A．改造酶的结构，提高酶的热稳定性B．生产出鼠—人嵌合抗体C．将t。
PA分子中的天冬酰胺替换为谷氨酰胺D．蛋白酶洗衣粉容易洗掉奶渍、血渍解析:A、B、C三项所述都是对现存的蛋白质分子进行改造，属于蛋白质工程的成果。
而加酶洗衣粉属于酶制剂的应用，属于酶工程的成果.答案：D5．下列关于蛋白质工程应用的叙述错误的是（）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：蛋白质工程是依据人们设计的蛋白质分子结构来改造基因，进而控制合成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。
3.4 蛋白质工程的原理和应用课件2021-2022学年高二下学期生物人教版选择性必修3
蛋白质，还需要不断地攻坚克难。随着科技的深
由计算机建立的血红 蛋白三维结构模型
入发展，蛋白质工程将会给人类带来更多的福祉
。
一
二
级
级
结
结
构
构
三
四
级
级
结
结
构
构
能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入合适的宿主 细胞中，让宿主细胞生产人类所需要的蛋白质食品呢？
理论上讲可以，但目前还没有真正成功的例子。 利用改造后的动物细胞、微生物细胞等可以生产人类 需要的蛋白质，但这些蛋白质往往都是自然界中已经 存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来的、自然界 中不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质的高级结构非 常复杂，人类对大多数蛋白质的高级结构和蛋白质在 生物体内如何行使功能了解得还不够，很难设计出一 个全新的而又具有功能的蛋白质。即使设计并获得了 一个全新的蛋白质，它的生理生化特性、用它生产的 蛋白质食品的安全性等都需要长期深入的研究。
97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，T4溶菌酶的耐热性得到了提
高。这项工作属于什么工程的范畴?在该实例中引起T4溶菌酶空间结构
发生改变的根本原因是什么?如果要将该研究成果应用到生产实践，还
需要做哪些方面的工作?
这项工作属于蛋白质工程的范畴。引起T4溶菌酶空间结构 发生改变的根本原因是基因的碱基序列发生了变化。如果要将 改造后的T4溶菌酶应用于生产实践,还有很多工作需要做。例如, 由于改造后酶的空间结构发生了变化,因此它的一些基本特性需 要重新明确,包括它能耐受的温度范围、催化反应的最适温度、 酶活力的大小等;需要建立规模化生产该酶的技术体系,评估生产 成本等。
mRNA 翻译
多肽链 折叠
3.4蛋白质工程的原理和应用教学设计-2023-2024学年高二下学期生物人教版选择性必修3
教学设计课程基本信息学科高中生物年级高二学期秋季课题蛋白质工程的原理和应用教学目标1.说出蛋白质工程崛起的缘由；2.概述蛋白质工程的基本原理；3.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。
教学内容教学重点：1.蛋白质工程的基本原理；2.依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。
教学难点：1.蛋白质工程的基本原理；2.依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。
教学过程一、教材分析本节内容分为三个部分。
首先阐述蛋白质工程崛起的缘由，教材在这部分引导学生分析了进行蛋白质工程研究的原因，并且通过实例说明了开展蛋白质工程研究的意义。
“蛋白质工程的基本原理”部分，需要学生结合在必修2课程中学过的中心法则知识，以及刚学过的基因工程知识来进行学习。
并进一步通过“思考·讨论”活动，让学生思考、分析，加深对原理的理解。
旁栏中的资料内容体现了蛋白质工程的发展除了需要基础理论的支撑，还需要多种技术的支持，其中不仅有生物技术，还有其他学科领域的技术，这可以让学生认识到多学科相互渗透、融合是现代科技发展的总趋势。
关于蛋白质工程的应用，教材首先创设了科学家改造胰岛素的情境来说明依据人类需要对蛋白质进行改造、获得目标蛋白的过程，并列举了蛋白质工程在工农业生产中应用的实例。
二、学情分析本节课是这个单元的最后一节，内容建立在重组DNA技术的基本工具、基因工程的基本操作程序、以及基因工程的应用的基础之上。
学生已经懂得如何利用重组DNA技术的基本工具，通过基因工程的基本操作程序生产所需蛋白质。
三、教学目标（1）运用结构与功能观等观点，结合中心法则有关知识，说明蛋白质工程的基本原理（生命观念）。
（2）基于蛋白质工程的实例，采用模型与建模、归纳与概括等方法，用文字图示或模型的形式表示蛋白质工程的基本思路（科学思维）。
（3）尝试通过蛋白质工程技术，根据人类需要的蛋白质结构，运用逆向思维设计或改造某一蛋白质的设计流程（科学探究）。
高考复习：人教版高中生物选修三现代生物技术专题一《基因工程》经典例题创新应用训练含答案解析
高中生物选修三现代生物技术专题全套教学案含单元检测专题一基因工程本专题包括基因工程的发展过程；DNA重组技术的基本工具；基因工程的基本操作程序；基因工程的应用；蛋白质工程的崛起等部分。
b5E2RGbCAP基因工程是一门20世纪70年代以来新兴的生物科学与工程技术相结合的科学。
也叫DNA重组技术。
它是按照人类的意愿，将某种基因有计划地转移到另一种生物中去的新技术。
现已成为生命科学中发展最快、最前沿的学科，有关生物工程的内容，己成为近几年生物高考的热点内容。
其中基因工程的操作工具和基因工程操作的基本步骤以及基因工程的成果及应用前景将是近年命题的新热点plEanqFDPw基因工程操作的三种基本工具，四项基本操作程序等内容将成为考查学生分析综合问题能力的材料；另外，针对生物工程在医药、食品、农林等高新技术产业中的应用，运用有关的生物知识指导生产和实践，对有关的生产方案、生产过程进行分析、综合评价，这也是高考的另一热点。
有关基因工程的备考，今后高考中可能涉及到本考题的热点问题，有如下几个方面：DXDiTa9E3d1•基因工程的基本步骤：目的基因的获取、基因表达运载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因表达的检测与鉴定几个步骤。
RTCrpUDGiT2•转基因技术的应用：（1）转基因动植物，如抗虫、抗病、抗逆、抗除草剂，抗倒伏的植物；产肉、产蛋量高、生长快、耐粗饲料的动物；此外，转基因动物为人类异体器官移植提供了可能。
（2）基因药物：如人造胰岛素、人造生长激素、溶血栓的尿激酶原等。
（3）基因治疗：美国对复合型免疫缺陷症的治疗；糖尿病的治疗：许多科学家希望利用基因工程手段将正常的合成胰岛素基因导入患者体内，并准确表达，以此来修复或替代失去正常功能的胰岛B细胞，从而维持机体血糖平衡。
（4）利用遗传工程培养转基因固氮绿色植物的展望。
地球上的固氮途径有三条：生物固氮、工业固氮、高能固氮。
其中，生物固氮是植物可利用氮的主要来源。
人教版高中生物选择性必修第3册 基因工程 基因工程(6)
教案1.纤维素酶的作用机理师生共同回顾选修1中所学的纤维素酶的作用机理。
我们首先回顾一下有关纤维素酶的内容。
纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称。
纤维素酶根据催化功能的不同分为内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶三类。
[3]我们来一起了解一下纤维素酶的作用机理。
图1从图1中我们可以看出，内切葡聚糖酶和外切葡聚糖酶在发挥催化功能时，切断纤维素的β-1，4糖苷键，将纤维素多糖的长链切成短链，进而产生纤维二糖、纤维糊精等产物。
之后β-葡萄糖苷酶将纤维二糖等继续水解为葡萄糖。
不同种类的生物产生的纤维素酶会有一些差别。
2.纤维素酶在实践中的应用遇到的问题教师提出问题1：从生物体中提取的纤维素酶是否可以直接用于生产呢？教师提供资料：生产中应用纤维素酶时的实际实验资料。
图2这张曲线图2，体现的是纤维二糖对纤维素水解的影响。
由此可见，在实际生产中，外切葡聚糖酶催化纤维素水解产生的产物纤维二糖会抑制酶的活性，从而减少小分子糖的生成速率。
出现这样的问题，限制了天然的纤维素酶在生产中的应用。
3.纤维素酶的改造教师提出问题2：如果要找出产物抑制酶活性的原因，你有什么思路呢？教师适当给出思考方向：纤维素酶有怎样的结构，产物和酶结构之间有怎样的相互作用？怎样去除纤维二糖等等。
图3图4图3中左侧是外切葡聚糖酶的结构图，外切葡聚糖酶是蛋白质，是由氨基酸脱水缩合形成的肽链构成的，肽链盘曲、折叠，形成有一定空间结构的蛋白质分子。
右侧是外切葡聚糖酶的结构简图。
从图中我们可以看出，外切葡聚糖酶分为催化区域、纤维素结合区域、以及二者的连接区三个主要部分。
进一步的了解一下外切葡聚糖酶的催化区域的结构。
图4中灰色的部分代表外切葡聚糖酶催化区域的肽链，黄色的结构代表酶催化区域的第248位的精氨基酸和第385位酪氨酸的侧链基团（R基），橙色分子代表产物纤维二糖。
右侧是精氨酸和酪氨酸的结构图，观察两种氨基酸的R基，如果二者的侧链基团接近，就会产生相互作用。
选修III 1.4蛋白质工程
1.4
蛋白质工程的崛起
• 二、蛋白质工程的基本原理 • 2、蛋白质工程的概念 • 蛋白质工程是指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。
理论上讲可以，但目前还没有真正成功的例子。一些 报道利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都是自然界已经 存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来而自然不存在的 蛋白质。 • 主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对蛋白 质的高级结构和在生物体内如何行使功能知之甚少，很难 设计出一个崭新而又具有生命功能作用的蛋白质，而且一 个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的。 •
1.4
蛋白质工程的崛起
• 人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃 至自然科学领域一项重大的科学命题。2001年，国际人类 蛋白质组组织宣告成立。之后，该组织正式提出启动了两 项重大国际合作行动：一项是由中国科学家牵头执行的“ 人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是以美国科学家牵头执 行的“人类血浆蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋白质 组计划的帷幕。 • “人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类组织／器 官的蛋白质组计划，由我国贺福初院士牵头，这是中国科 学家第一次领衔的重大国际科研协作计划，总部设在北京 ，目前有16个国家和地区的80多个实验室报名参加。它的 科学目标是揭示并确认肝脏的蛋白质，为重大肝病预防、 诊断、治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础。 • 人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白质工程的有力推 动和理论支持。
1.4
蛋白质工程的崛起
二、蛋白质工程的基本原理 1、通过基因对蛋白质的结构进行设计改造 ①天然蛋白质合成过程（遵循中心法则）： 基因→表达(转录和翻译)→形成氨基酸序 列的多肽链→形成具有高级结构的蛋白质→行 使生物功能 ②蛋白质工程制造蛋白质的过程： 确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结 构→蛋白质应具备的折叠状态→应有的氨基酸 序列→应有的碱基排列，可以创造自然界不存 在的蛋白质。
2019-2020年高中选修3《现代生物科技专题》生物专题1 基因工程1.4 蛋白质工程的崛起人教版习题精选七十八
2019-2020年高中选修3《现代生物科技专题》生物专题1 基因工程1.4 蛋白质工程的崛起人教版习题精选七十八第1题【单选题】下列关于蛋白质工程的叙述，错误的是A、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B、基因工程是蛋白质工程的关键技术C、蛋白质工程是对蛋白质分子的直接改造D、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【答案】：【解析】：第2题【单选题】下列有关蛋白质工程的说法错误的有( )项① 蛋白质工程无需构建基因表达载体② 通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍是天然的蛋白质③ 蛋白质工程需要用到限制酶和DNA连接酶④ 蛋白质工程是在蛋白质分子水平上改造蛋白质的A、1B、2C、3D、4【答案】：【解析】：第3题【单选题】基因工程与蛋白质工程的区别是( )A、基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程不对基因进行操作B、基因工程合成自然界已存在的蛋白质，蛋白质工程可以合成自然界不存在的蛋白质C、基因工程是分子水平操作，蛋白质工程是细胞水平（或性状水平）的操作D、基因工程完全不同于蛋白质工程【答案】：【解析】：第4题【单选题】猪的胰岛素用于人体时降血糖效果不明显，原因是猪胰岛素分子中有一个氨基酸与人的不同。
为了使猪胰岛素用于治疗人类糖尿病，用蛋白质工程的蛋白质分子设计的最佳方案是( )A、对猪胰岛素进行一个氨基酸的替换B、将猪胰岛素和人胰岛素进行拼接组成新的胰岛素C、将猪和人的胰岛素混合在一起治疗糖尿病D、根据人的胰岛素设计制造一种全新的胰岛素【答案】：【解析】：第5题【单选题】以下关于蛋白质工程的说法正确的是( )A、蛋白质工程以基因工程为基础B、蛋白质工程就是酶工程的延伸C、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造D、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质【答案】：【解析】：第6题【单选题】下列有关生物工程中相关知识的叙述，不正确的是( )A、蛋白质工程改造或制造蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成来实现B、动物细胞培养液中通常含有葡萄糖、氨基酸、无机盐、生长素和肾上腺素等C、胚胎移植中受体母畜必须处于与供体母畜同期发情的状态D、生态工程追求经济与生态的双赢，实现了能量的多级利用【答案】：【解析】：第7题【单选题】蛋白质工程与基因工程相比，其突出特点是( )A、基因工程原则上能生产任何蛋白质B、蛋白质工程能对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质C、蛋白质工程可以不通过转录和翻译来实现D、蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第三代基因工程【答案】：【解析】：第8题【单选题】蛋白质工程的基本流程正确的是( )①蛋白质分子结构设计②DNA合成③预期蛋白质功能?④据根氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列A、①②③④B、④②①③C、③①④②D、③④①②【答案】：【解析】：第9题【单选题】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的原因是A、缺乏改造蛋白质所必需的工具酶B、改造基因易于操作且改造后能遗传C、人类对大多数蛋白质的高级结构知之甚少D、蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化，操作难度大【答案】：【解析】：第10题【单选题】关于蛋白质工程的基本流程，下列叙述正确的是( )①蛋白质分子结构设计②DNA合成③预期蛋白质功能④据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列A、①→②→③→④B、④→②→①→③C、③→①→④→②D、③→④→①→②【答案】：【解析】：第11题【单选题】下列关于蛋白质工程的说法，正确的是( )A、蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作B、蛋白质工程能生产出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子C、对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的D、蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是相同的【答案】：【解析】：第12题【单选题】蛋白质工程中，直接进行操作改造的是( )A、氨基酸结构B、蛋白质的空间结构C、肽链结构D、基因结构【答案】：【解析】：第13题【单选题】蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是A、基因结构B、蛋白质空间结构C、肽链结构D、氨基酸结构【答案】：【解析】：第14题【多选题】关于现代生物技术应用的叙述，正确的是( )A、蛋白质工程可合成自然界中不存在的蛋白质B、DNA连接酶与DNA聚合酶作用的原理和条件都一样C、受精卵发育到原肠胚阶段之后才能进行胚胎移植D、植物组织培养技术要经过脱分化形成愈伤组织【答案】：【解析】：第15题【综合题】请回答有关下图的问题:图2中①-⑤所示的生物工程称为蛋白质工程.该工程是指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,通过对______的修饰或合成,对现有蛋白质进行改造,或制造出一种新的蛋白质,以满足人类生产和生活的需求.逆转录过程遵循的碱基互补配对原则不同于翻译过程的是______(请将模板链上的碱基写在前面).若预期蛋白质欲通过乳腺生物反应器生产, 则构建基因表达载体时, 图1中序号[1]代表的是______的启动子;且在图2中⑨过程之前,要对精子进行筛选,保留含性染色体______的精子.为获得较多的受精卵进行研究,图2中⑥过程一般需要对供体用______激素处理,使其超数排卵;为提高培育成功率,进行⑩过程之前,要对供、受体动物做______处理.对早期胚胎进行______ 技术,可获得同卵双胎或多胎.【答案】：【解析】：。