14蛋白质工程的崛起
1.4蛋白质工程的崛起
例，解答本题应突破以下几点：
①首先设计蛋白质氨基酸序列。
②找到对应的脱氧核苷酸序列。
③根据DNA(基因)脱氧核苷酸序列进行人工合成
或进行基因改造。
（1）每种氨基酸都有对应的三联密码子，只要查一 下遗传密码子表，就可以将上述氨基酸序列的编码序 列查出来。但是由于上述氨基酸序列中有几个氨基酸 是由多个三联密码子编码，因此其碱基排列组合起来 就比较复杂，至少可以排列出16种，根据学过的排列 组合知识排列一下。首先应该根据三联密码子推出 mRNA序列为GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G） AUGUUU（或C），再根据碱基互补配对规律推出脱 氧核苷酸序列：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C） TACAAA（或G）。
天冬氨酸激酶 （异亮氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶 （异亮氨酸）
二氢吡啶二羧酸合成酶 改造 （104位的天冬酰胺）
问题1：
蛋白质功能 不能满足需求
解决：改变蛋白质
的结构
-----半胱氨酸----干扰素 体外很难保存
？如何改造 ------丝氨酸------干扰素（改） 体外可以保存半年
问题2：如何对天然蛋白质的结构进行改造？ (你认为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？能否说出你的理 由？)
一、蛋白质工程崛起的缘由
阅读P26第二自然段思考：
科学家在干扰素的保存和玉米的赖氨酸 的产量上面临什么样的问题？如何解决 这些问题？
例如：
干扰素（半胱氨酸）
体外很难保存 玉米中赖氨酸含量比较低 改造
干扰素（丝氨酸）天冬氨酸激酶 （352位的苏氨酸）
改造
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
1.4蛋白质工程的崛起
练习检测
1 ．关于生物体内存在的天然蛋白质，下列 说法不正确的是
A．是生物在长期进化过程中形成的
D
B．它们的结构和功能符合特定物种生存的需要
C．构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种
D．一定完全符合人类生产和生活的需要
2．蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是 Ｄ
Ａ．氨基酸结构 B．蛋白质空间结构
Ｄ
基因定点诱变技术的示意图
4、蛋白质工程的概念
基础: 蛋白质的结构和功能
途径: 基因修饰或基因合成 目标: 改造或制造新的蛋白质，满足人类 的生产或生活的需要 蛋白质工程的实质： 是对编码蛋白质的基因进行改造
活动2：对照密码表，至少写出三种决定
“—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸— 苯丙氨酸—”的脱氧核苷酸序列。
改造
• P28 思考与探索
蛋白质工程是应怎样的需求而崛起的？
• 蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础 理论研究的需要。
• 在已研究过的几千种酶中，只有极少数可以应用于 工业生产，绝大多数酶都不能应用于工业生产，这 些酶虽然在自然状态下有活性，但在工业生产中没 有活性或活性很低。这是因为工业生产中每一步的 反应体系中常常会有酸、碱或有机溶剂存在，反应 温度较高，在这种条件下，大多数酶会很快变性失 活。提高蛋白质的稳定性是工业生产中一个非常重 要的课题。一般来说，提高蛋白质的稳定性包括： 延长酶的半衰期，提高酶的热稳定性，延长药用蛋 白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性 丧失等。
旁栏思考题
1、你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋 白质工程有什么关系？我国科学家承担了 什么任务？ （了解）
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中的一项 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，该组织正是提出启 动两项重大国际合作行为：一项是有中国科 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”。
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。
高中生物 选修3 教材 课后习题 答案【word2003,精心校对、修改版】
高中生物选修3 教材答案【精心校对、修改版】♫1.1 DNA重组技术的基本工具（一）思考与探究1.限制酶在DNA的任何部位都能将DNA切开吗？以下是四种不同限制酶切割形成的DNA 片段：(1) …CTGCA (2) …AC (3) GC…（4）…G…G …TG CG……CTTAA(5) G… (6) …GC(7) GT…(8)AATTC…ACGTC… …CG C A…G…你是否能用DNA连接酶将它们连接起来？答：2和7能连接形成…ACGT……TGCA…；4和8能连接形成…GAATTC……CTTAAG…；3和6能连接形成…GCGC……CGCG…；1和5能连接形成…CTGCAG……GACGTC…。
2.联系你已有的知识，想一想，为什么细菌中限制酶不剪切细菌本身的DNA？提示：迄今为止，基因工程中使用的限制酶绝大部分都是从细菌或霉菌中提取出来的，它们各自可以识别和切断DNA上特定的碱基序列。
细菌中限制酶之所以不切断自身DNA，是因为微生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，对于外源入侵的DNA可以降解掉。
生物在长期演化过程中，含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。
这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA的入侵（本题不要求学生回答的完全，教师可参考教师用书中的提示，根据学生的具体情况，给予指导。
上述原则也应适用于其他章节中有关问题的回答）。
3.天然的DNA分子可以直接用做基因工程载体吗？为什么？提示：基因工程中作为载体使用的DNA分子很多都是质粒（plasmid），即独立于细菌拟核DNA之外的一种可以自我复制、双链闭环的裸露的DNA分子。
是否任何质粒都可以作为基因工程载体使用呢？其实不然，作为基因工程使用的载体必需满足以下条件。
（1）载体DNA必需有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以插入到载体上去。
生物：1.4《蛋白质工程的崛起》课件(新人教版选修3)
2、天然蛋白质的不足 、
Hale Waihona Puke 天然蛋白质是生物在长期进化过程中 形成的， 形成的，它们的结构和功能符合特定 物种生存的需要， 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。 人类生产和生活的需要。
3、蛋白质工程的目的 、
生产符合人类生产和生活的 需要的蛋白质。 需要的蛋白质。
二、蛋白质工程的基本原理
练习检测
1 ．关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法 关于生物体内存在的天然蛋白质， 不正确的是（ 不正确的是（ ） A．是生物在长期进化过程中形成的 ． B．它们的结构和功能符合特定物种生存的需要 ． C．构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有 种 ．构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种 D．一定完全符合人类生产和生活的需要 ．
D
2．蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是 ． Ａ．氨基酸结构 Ａ．氨基酸结构 C．肽链结构 ． B．蛋白质空间结构 ． D．基因结构 ．
Ｄ
）
• 3．下列关于蛋白质工程的说法错误的是（ ．下列关于蛋白质工程的说法错误的是（
1.4 蛋白质工程的崛起
2.生长激素改造 生长激素通过对它特异受体的作用促进细胞和机体的生 长发育,然而它不仅可以结合生长激素受体, 长发育,然而它不仅可以结合生长激素受体,还可以结合 许多种不同类型细胞的催乳激素受体,引发其他生理过程. 许多种不同类型细胞的催乳激素受体,引发其他生理过程. 在治疗过程中为减少副作用, 在治疗过程中为减少副作用,需使人的重组生长激素只与 生长激素受体结合,尽可能减少与其他激素受体的结合. 生长激素受体结合,尽可能减少与其他激素受体的结合. 经研究发现,二者受体结合区有一部分重叠,但并不完全 经研究发现,二者受体结合区有一部分重叠, 相同,有可能通过改造加以区别. 相同,有可能通过改造加以区别.由于人的生长激素和催 乳激素受体结合需要锌离子参与作用, 乳激素受体结合需要锌离子参与作用,而它与生长激素受 体结合则无需锌离子参与, 体结合则无需锌离子参与,于是考虑取代充当锌离子配基 的氨基酸侧链,如第18和第21 His(组氨酸)和第17 18和第21位 17位 的氨基酸侧链,如第18和第21位His(组氨酸)和第17位 Glu(谷氨酸).实验结果与预先设想一致,但要开发作 Glu(谷氨酸).实验结果与预先设想一致, ).实验结果与预先设想一致 为临床用药还有大量的工作要做. 为临床用药还有大量的工作要做.
专题1 基因工程 专题1
----------------后基因工程 后基因工程
一,蛋白质工程崛起的缘由
通过基因工程能够大规模生产生物体内微 量存在的活性物质,并借助转基因而改变动植 量存在的活性物质, 物性状, 物性状,得以在人类医疗保健中进行基因诊断 和基因治疗. 和基因治疗.然而在广泛利用自然界各种蛋白 质的过程中就发现, 质的过程中就发现,这些蛋白质只是适应生物 自身的需要, 自身的需要,而对它们进行产业化开发往往不 合意,需要加以改造.1983年Ulmer首先提出 合意,需要加以改造.1983年Ulmer首先提出 蛋白质工程,它是指按照特定的需要, 蛋白质工程,它是指按照特定的需要,对蛋白 质进行分子设计和改造的工程.自此以后, 质进行分子设计和改造的工程.自此以后,蛋 白质工程迅速发展, 白质工程迅速发展,已成为生物工程的重要组 成部分. 成部分.
蛋白质工程的原理和应用-高二生物同步精品课堂(人教版2019选择性必修3)
一 蛋白质工程崛起的缘由
蛋白质工程
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，通过改造 或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人 类生产和生活的需求
操作对象：改造或合成基因 结果： 改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质 与基因工程的关系：在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程 理论和技术： 分子生物学、晶体学和计算机技术
基因！
二 蛋白质工程的原理
1.蛋白质工程的目标：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构 进行设计改造。 2.蛋白质工程的实质：通过改造或合成基因，来定向改造现有蛋白质或制造 新的蛋白质。 3.天然蛋白质合成的过程：天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的。 基因→表达（转录和翻译）→形成具有特定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。
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。
学而时习之ຫໍສະໝຸດ 1.视频里面有一副发光的树，科 学家利用了什么技术让细菌能发 出荧光？
基因工程技术使细菌表达了荧光蛋白。
2.绿色荧光蛋白来源于一种发光水母，科学家通过改造绿色荧光 蛋白，获得了能发出其他颜色荧光蛋白，才“画”出了色彩斑斓的图 案。科学家如何对天然的绿色荧光蛋白进行改造？
最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋白，科学家通过改造它， 获得了黄色荧光蛋白等。这些荧光蛋白在细胞内生命活动的检 测、肿瘤的示踪研究等领域有着重要应用。
蛋白质工程的研究进展及前景展望
蛋白质工程的研究进展及前景展望１蛋白质工程的由来和目标蛋白质工程是在基因工程冲击下应运而生的。
基因工程的研究与开发是以遗传基因，即脱氧核糖核酸为内容的。
这种生物大分子的研究与开发诱发了另一个生物大分子蛋白质的研究与开发。
这就是蛋白质工程的由来。
它是以蛋白质的结构及其功能为基础，通过基因修饰和基因合成对现存蛋白质加以改造，组建成新型蛋白质的现代生物技术。
这种新型蛋白质必须是更符合人类的需要。
因此，有学者称，蛋白质工程是第二代基因工程。
其基本实施目标是运用基因工程的ＤＮＡ重组技术，将克隆后的基因编码加以改造，或者人工组装成新的基因，再将上述基因通过载体引入挑选的宿主系统内进行表达，从而产生符合人类设计需要的“突变型”蛋白质分子。
这种蛋白质分子只有表达了人类需要的性状，才算是实现了蛋白质工程的目标。
２蛋白质工程原理和基本操作２．１分子设计由于基因工程的发展，人们已经可以运用基因重组等理论和方法去设计并制造出预想的各种性能的蛋白质。
这种改变蛋白质的操作可以在蛋白质水平上，也可以在基因水平上。
如基因水平的改变，是在功能基因开发的基础上，对编码蛋白质的基因进行改造，小到可改变一个核苷酸，大到可以加入或消除某一结构的编码序列。
蛋白质水平的改变则主要是对制造出的蛋白质进行加工、修饰，如磷酸化、糖基化等。
蛋白质的化学修饰条件剧烈，无专一性，而基因操作则比较方便，在实施基因操作时，必须预先知道是哪个氨基酸或哪几个氨基酸影响着蛋白质的性状。
就现代生物技术发展水平看，大量新蛋白质通过检测，来确定改变的蛋白质是否具有预期的性状，技术上已是可行的。
２．２定点突变技术目前，在蛋白质工程中最常采用的技术是定点诱变技术，即在特定的位点改变基因上核苷酸的种类，从而达到改变蛋白质性状的目的。
蛋白质工程发展至当代，利用专一改变基因中某个或某些特定核苷酸的技术，可以产生具有工业上和医药上所需性状的蛋白质。
一般来讲对蛋白质所作的改造包括增强酶蛋白的催化能力、稳定性、专一性以及改善酶蛋白质的反应条件等几个方面，已为其大规模的应用创造了条件。
1.3、1.4基因工程的应用蛋白质工程的崛起
1．(2010年黄冈模拟)科学家已能运用基因工程技术，让羊合成并由乳腺分泌抗体，相关叙述中正确的是()①该技术将导致定向变异②DNA连接酶把目的基因与载体黏性末端的碱基对连接起来③蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供资料④受精卵是理想的受体A．①②③④B．①③④C．②③④D．①②④【答案】 B2．如下图是将人的生长激素基因导入细菌B细胞内制造“工程菌”的示意图。
已知细菌B细胞内不含质粒A，也不含质粒A上的基因。
判断下列说法正确的是()A．将重组质粒导入细菌B常用的方法是显微注射法B．将完成导入过程后的细菌涂布在含有氨苄青霉素的培养基上，能生长的只是导入了重组质粒的细菌C．将完成导入过程后的细菌涂布在含有四环素的培养基上，能生长的就是导入了质粒A的细菌D．目的基因成功表达的标志是受体细胞能在含有氨苄青霉素的培养基上生长【答案】 C3．基因污染是指在天然物种的DNA中嵌入了人工重组基因，这些外来基因可随被污染生物的繁殖、传播而发生扩散。
下列叙述错误的是()A．基因工程间接导致了基因污染B．基因工程破坏了生物原有的基因组成C．基因工程是通过染色体的重组发生基因交换，从而获得了生物的新性状D．人类在发展基因工程作物时，没有充分考虑生物和环境之间的相互影响【答案】 C4．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，或制造出一种新的蛋白质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】 B5．(2010年南京模拟)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．蛋白质工程能产生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【解析】蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及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。
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。