蛋白质工程(最终)
基因工程和蛋白质工程
（2）用噬菌体或质粒直接从宿主细胞中将目 的基因携出
（3）使用相应的mRNA分离基因
二、基因载体
1.质粒——染色体以外的遗传单元
2.噬菌体——感染细菌的病毒
1.质粒——染色体以外的遗传单元
质粒是一种环状双链的DNA分子。自身在 细菌细胞中能不断复制繁殖。研究比较深入 的质粒有大肠杆菌的性因子（F因子）、大肠 杆菌素因子和抗药因子等
+
连接
质粒载体
重组DNA分子 经转化或病毒感染 导入宿主细胞
宿主染色体
对含有重组DNA 分子的选择 无性繁殖（克隆）
重组DNA分子合成和克隆过程
2.筛选——从大量受体细胞选出带有重组体 的细胞
（1）插入失活法 （2）放射性探针检测法 （3）R-环检测法 （4）免疫测定法
（1）插入失活法
在现在的基因工程操作中，所使用的载体 通常是经过加工改造的衍生物，它们要么带 有一个或几个可供选择的遗传标记，要么具 有被选择的遗传功能，这就使带有目的基因 与不带目的基因的细菌有明显区别，便于筛 选。
一、蛋白质工程的概念
蛋白质工程(protein engineering)：通过改造与 蛋白质相应的基因中的碱基顺序，或设计合成 新的基因，将它克隆至受体细胞中，通过基因 表达而获得具有新的特性的蛋白质技术
1、基因定点突变——定做新蛋白质 2、蛋白质设计——对天然蛋白质的修饰
蛋白质工程 举例：
定点突变技术：
如果外源DNA 插入，氨卞青霉素 抗性基因失活
如果外源DNA插 入，四环素抗性基 因失活
pBR322质粒结构
（2）放射性探针检测法
利用mRNA可与相应的DNA段落杂交，来检 测有外源DNA插入的重组体，是一种快速而 灵敏的方法。
蛋白质工程部分期末习题
蛋白质工程期末复习题一、名词解释（每题4分，共20分）1、蛋白质的分子设计：从分子、电子水平上，通过数据库等大量实验数据，结合现代量子化学方法，通过计算机图形学技术等设计新的蛋白质分子。
2、蛋白质的化学修饰：通过各种方法使蛋白质分子的结构发生某些改变，从而改变蛋白质的某些特性和功能的技术过程称为蛋白质的化学修饰。
3、亲和标记：试剂对蛋白质分子中被修饰部位的专一性修饰，为亲和标记或专一性的不可逆抑制作用。
4、折叠病：蛋白质分子的氨基酸序列没有改变，只是其结构或者说构象有所改变引起的疾病。
如老年性痴呆症、帕金森氏症以及某些肿瘤。
5、透析：利用蛋白质等大分子不能通过半透膜的性质，使蛋白质和其它小分子物质如无机盐单糖等分开。
二、单项选择题（每题2分，共30分）1、不属于蛋白质空间结构的基本组件的是（D）A α螺旋B β层C 环肽链D 结构域2、分子遗传学发展了以（B）为中心的基因操作技术，为通过基因修饰改造蛋白质提供了工具。
A PCR技术B 定点诱变C 分子克隆D 盒式突变3、下列不属于蛋白质结构测定的技术是（D）A X射线晶体衍射技术B 核磁共振波谱技术C 生物信息学预测蛋白质结构D缺失突变技术4、蛋白编码基因的定向诱变属于第（B ）代基因工程A 一B二C三D四5、通过增加内氢键数目可以改善蛋白质设计的哪项目标（A ）A 热稳定性B对氧化的稳定性C对重金属的稳定性 D pH稳定性6、蛋白质分子设计的关键是（B）A 建立所研究蛋白质的结构模型B 找出对所要求的性质有重要影响的位置C 预测突变体的结构D 定性或定量计算优化所得到的突变体结构是否具有所要求的性质7、蛋白质工程的最终目的是( C )A 开发新产品B 创造新理论C 制造具有新性能的新蛋白质结构D 研究蛋白质的氨基酸组成8、蛋白质分子的完全从头设计属于（C）A 小改B 中改C 大改D 没改9、TNBS（2，4，6-三硝基苯磺酸）是（B ）的化学修饰常用试剂。
蛋白质工程复习试题
蛋白质工程复习题一、名词解释结构域：基因突变：融合蛋白：蛋白的表达模式:蛋白质的分子设计：构型：构象：α氨基酸：原核表达：蛋白质的二级结构：蛋白质的三级结构：蛋白质分子的四级结构：蛋白质的分子设计：分子伴侣：启动子：增强子：乳糖操纵子：二、单选题1.下列不属于蛋白质结构测定的技术是（）A X射线晶体衍射技术B 核磁共振波谱技术C 生物信息学预测蛋白质结构D 缺失突变技术2. 下列不属于蛋白质结晶技术的是（）A 悬滴法B 坐滴法C 微量扩散小室法D 插入突变法3. 增加蛋白质分子的热稳定性的常用方法是（）A 提高脯氨酸的含量B 在蛋白质分子中引入二硫键C 增加蛋白质分子的α螺旋D 增加β折叠4. 蛋白质工程的最终目的是( )A 开发新产品B 创造新理论C 制造具有新性能的新蛋白质结构D 研究蛋白质的氨基酸组成5. 抗体属于（）A 基因B 蛋白质C DNAD RNA6、不属于蛋白质空间结构的基本组件的是（）A α螺旋B β层C 环肽链D 结构域7、不属于强烈倾向于形成α螺旋的氨基酸（）A AlaB GluC ProD Met8、蛋白质分子的完全从头设计属于（）A 小改B 中改C 大改D 没改9. 蛋白质工程的基本原理是（）A 中心法则B 热力学第二定律C 中心法则的逆推D 模型对比三、填空题1. 维持蛋白质一级结构的作用力是（）和（）。
2.目的蛋白的表达模式检测的方法有（）和（）3.蛋白质分子设计的目的是（）和（）4．常用的蛋白表达系统有（）、（）和（）。
5. 蛋白质工程的基本原理是（）6．常用的蛋白表达系统有（）、（）和（）。
四、简答题1.简述蛋白质工程研究的基本途径。
2.欲使目的蛋白在大肠杆菌中表达，则表达载体的一般特点是什么？3、简述X射线晶体衍射技术测定蛋白质晶体结构的具体步骤。
4、简述目的蛋白原核表达的基本步骤。
5、简述蛋白质在生物体内的形成的过程.6、蛋白质分子设计的步骤是什么？7. 一个蛋白质由300个氨基酸组成，请简述用搭桥PCR的方法在该蛋白的150个氨基酸处插入GAATCT这6 个碱基的基本步骤。
高中生物(选择性必修第三册 人教版)教案讲义：蛋白质工程的原理和应用含答案
蛋白质工程的原理和应用[学习目标] 1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。
2.简述蛋白质工程的基本原理。
1．蛋白质工程(1)基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。
(2)手段：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。
(3)目的：获得满足人类生产和生活需求的蛋白质。
(4)困难：蛋白质发挥功能必须依赖正确的高级结构，而蛋白质的高级结构十分复杂。
2．蛋白质工程崛起的缘由(1)崛起缘由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基因工程的不足：基因工程在原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。
③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)实例：提高玉米赖氨酸含量天冬氨酸激酶(第352位为苏氨酸)――→改造天冬氨酸激酶(第352位为异亮氨酸)二氢吡啶二羧酸合成酶(第104位为天冬酰胺)――→改造二氢吡啶二羧酸合成酶(第104位为异亮氨酸)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设计改造。
(2)方法：改造或合成基因。
(3)基本思路：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→找到并改变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．蛋白质工程的应用(1)医药工业方面①科学家通过对胰岛素基因的改造，研发出速效胰岛素类似物产品。
改造干扰素(丝氨酸)②干扰素(半胱氨酸)――→↓在一定条件下，可以延长保存时间③人－鼠嵌合抗体：降低免疫反应强度。
(2)其他工业方面用于改进酶的性能或开发新的工业用酶，如利用蛋白质工程获得枯草杆菌蛋白酶的突变体，筛选出符合工业化生产需求的突变体，提高该酶的使用价值。
(3)农业方面①科学家尝试改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，增加粮食的产量。
2022学年下学期高二暑假生物新教材巩固练习及答案专题9生物技术与工程
2022学年下学期高二暑假生物新教材巩固练习及答案专题9生物技术与工程例1．用DNA重组技术可以赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人类需要的生物产品。
在此过程中需要使用多种工具酶，其中4种限制性核酸内切酶的切割位点如图所示。
回答下列问题：（1）常用的DNA连接酶有E.coli DNA连接酶和T4DNA连接酶。
上图中__________酶切割后的DNA片段可以用E.coli DNA连接酶连接。
上图中___________酶切割后的DNA片段可以用T4DNA连接酶连接。
（2）DNA连接酶催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成的化学键是____________。
（3）DNA重组技术中所用的质粒载体具有一些特征，如质粒DNA分子上有复制原点，可以保证质粒在受体细胞中能___________；质粒DNA分子上有______________，便于外源DNA插入；质粒DNA分子上有标记基因（如某种抗生素抗性基因），利用抗生素可筛选出含质粒载体的宿主细胞，方法是______________。
（4）表达载体含有启动子，启动子是指__________________。
一、选择题1．在葡萄酒的自然发酵过程中，发酵容器的变化及对其的处理，正确的是（）A．加葡萄汁入容器应该加满，有利于酵母进行酒精发酵B．发酵过程有气体产生，应定期松盖或者设置排气口C．发酵后期，发酵液pH下降，应及时加入食用碱性物质进行调整D．发酵液逐渐变红色，应及时加热杀死酵母菌，停止发酵2．为了更好地解决油废水的污染问题，我校生物创新实验室同学从油脂厂附近采集样品，筛选分离得到一株产量高的产脂肪酶菌株。
结合下图，你认为在此研究中他可能的操作是（）A．将土壤稀释液灭菌后接种在固体培养基中B．在固体培养基中添加橄榄油，通过透明圈的大小初筛产量高的产脂肪酶菌株C．划线法接种土壤稀释液于固体培养基中，并统计菌落数D．利用固体培养基进一步扩大培养高产脂肪酶菌株3．紫草宁是从紫草细胞中提取的一种色素，具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性。
蛋白质工程教学计划
蛋白质工程教学计划一、教学目标本课程的教学目标是通过系统的理论教学和实践操作，使学生掌握蛋白质工程的基本原理、方法和技术，具备独立设计和构建蛋白质工程相关项目的能力，为学生将来从事相关科研和实际应用工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 蛋白质结构与功能- 蛋白质的结构、功能和生物学意义- 蛋白质结构的研究方法- 蛋白质与其他生物分子的相互作用2. 蛋白质工程基础- 基因工程与蛋白质工程的关系- 蛋白质表达和纯化技术- 蛋白质修饰和功能改造技术3. 蛋白质设计与构建- 蛋白质结构预测与模拟- 蛋白质工程方法和技术- 蛋白质工程的应用领域4. 实验操作与项目设计- 蛋白质表达系统的构建- 蛋白质纯化和鉴定技术- 蛋白质功能改造和应用研究三、教学方法1. 理论教学采用课堂讲授、案例分析和讨论等多种方法，使学生掌握蛋白质工程的基本理论知识。
2. 实践操作实验室操作是蛋白质工程课程的重要组成部分，通过实验操作，使学生掌握蛋白质表达、纯化和功能改造的基本技术。
3. 项目设计鼓励学生在课程学习的基础上，进行小型的蛋白质工程项目设计，培养学生的科研和实践能力。
四、教学手段1. 教学设备- 实验室设备：包括PCR仪、电泳仪、分光光度计、离心机等。
- 计算机及软件：用于蛋白质结构预测与模拟，以及数据分析和图表制作。
2. 教学资料- 教材：选用蛋白质工程相关的专业教材。
- 课件：制作蛋白质工程相关的PPT课件，便于课堂教学和学生学习。
3. 实验材料- 实验材料：包括蛋白质表达载体、蛋白质纯化试剂盒、蛋白质功能改造试剂等。
五、教学过程1. 开设理论课程本课程会分为多个模块进行理论课教学，包括蛋白质结构与功能、蛋白质工程基础、蛋白质设计与构建等内容。
2. 安排实验操作在理论教学的基础上，安排相关的实验操作课程，包括蛋白质表达和纯化实验、蛋白质功能改造实验等，使学生能够将理论知识应用到实际操作中。
3. 项目设计鼓励学生进行小型的蛋白质工程项目设计，可以是文献综述、实验设计或者理论模拟等，培养学生的科研能力和创新思维。
蛋白质与酶工程题目
蛋白质与酶工程试题---生工2班1.名词说明（每题3分，共30分）1.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为基础，通过有操纵的修饰和合成，对现有蛋白质加以定向改造，设计、构建并最终生产出性能比自然界存在的蛋白质加倍优良、加倍符合人类社会需要的新型蛋白质。
Engineering（酶工程）：工业上有目的地设计必然的反映器和反映条件，利用酶的催化功能，在常温常压下催化化学反映，生产人类需要的产品或效劳于其它目的地一门应用技术。
3.固定化酶：固定化酶（immobilized enzyme），是用物理或化学方式处置水溶性的酶使之变成不溶于水或固定于固相载体的但仍具有酶活性的酶衍生物。
4.分子伴娘：是一类彼此之间有关系的蛋白，它们的功能是帮忙其他含多肽结构的物质在体内进行正确的非共价的组装，而且不是组装完成的结构在发挥其正常的生物功能是的组成部份。
5.凝胶过滤：又叫分子排阻层析，分子筛层析，在层析柱中填充分子筛，加入待纯化样品再用适当缓冲液淋洗，样品中的分子通过必然距离的层析柱后，按分子大小前后顺序流出的，彼此分开的层析方式。
6.离子互换层析：利用离子互换剂作为载体这些载体在必然条件下带有必然的电荷，当带相反电荷的分子通过时，由于静电引力就会被载体吸附，这种分离方式叫离子互换层析。
7.酶的分子修饰：通过各类方式使酶分子的结构发生某些改变，从而改变酶的某些特性和功能的技术进程称为酶分子修饰。
即：在体外将酶分子通过人工的方式与一些化学基团（物质），专门是具有生物相容性的物质，进行共价连接，从而改变酶的结构和性质。
8.半抗原：具有抗原性，但只有与载体结合才能引发机体产生免疫反映的抗原物质。
9.易错 PCR(error-prone PCR)：通过改变PCR反映条件，使扩增的基因显现少量碱基错配，从而致使目的基因的随机突变。
10.酶反映器：是利用生物化学原理使酶完成催化作用的装置，他为酶促反映提供适合的场所和最正确的反映条件，使底物最大限度的转化为物。
蛋白质工程
蛋白质工程一、名词解释：1.蛋白质工程:是研究蛋白质结构和定点改造蛋白质结构的一门学科。
它运用基因工程手段，通过有控制的基因修饰和基因合成，对现有蛋白质进行定向改造，以期获得性能更加优良、更符合人类社会需要的蛋白质分子。
2. 抗体:指机体的免疫系统在抗原刺激下产生的可与相应抗原发生特异性结合的免疫球蛋白。
3. 人-鼠嵌合抗体：用鼠可变区和人恒定区融合形成的抗体。
4.人源化抗体：将鼠杂交瘤抗体的超变区嫁接到人抗体上形成的抗体。
5. 一级结构：是多肽链中氨基酸残基从N-末端到C-末端的排列顺序及二硫键的位置。
6.二级结构：是指多肽链主链借助氢键排列成特有的规则的反复构象。
7.超二级结构（结构模体）：一级顺序上相邻的二级结构在三维折叠中，彼此靠近、按特定的几何排布形成排列规则的、在空间结构上可以辨认的、可以同一结构模式出现在不同蛋白质中的二级结构组合体，称为结构模体。
8.发夹式β模体（或ββ组合单位）：两段相邻的反平行β链被一环链连接在一起构成的组合单位，其形貌与发夹相似，称为发夹式β模体。
9.希腊钥匙模体：四段紧邻的反平行β链以特定的方式来回往复组合，其形貌类似于古希腊钥匙上特有的回形装饰纹，故称为希腊钥匙型模体。
11.结构域：二级结构和结构模体以特定的方式组织连接，在蛋白质分子中形成两个或多个在空间上可以明显区分的三级折叠实体，称为结构域。
12.三级结构：在二级结构、结构模体的基础上，进一步盘曲、折叠形成的，涉及主链、侧链在内的所有原子和基团的空间排布。
13.四级结构：是指在多条肽链组成的一个蛋白质分子中，各亚单位在寡聚蛋白质中的空间排布及亚单位间的互相作用。
14.优势构象：任何氨基酸侧链中的组成基团都可以绕着其间的C-C单键旋转，从而产生各种不同的构象。
AA分子的各种构象异构体并不是平均分布的, 总是以其最稳定的构象为重要的存在形式即为优势构象。
15.交错构象：是能量上最有利的排布，在这种构象中，一个碳原子的取代基正好处在另一个碳原子的两个取代基之间。
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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）
体外可以保存半年 玉米中赖氨酸含量可提高数倍
天冬氨酸激酶 （352位的苏氨酸）
改造
答：毫无疑问应该从对基因的操作来实现对 天然蛋白质改造，主要原因如下： （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，而且改 造过的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质 直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白 质分子还是无法遗传的。 （基因改造—可遗传； 蛋白质改造—不可遗传） （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。
某多肽链的一段氨基酸序列是： ……-丙氨酸-色氨酸-赖氨酸-甲硫氨酸-苯丙氨酸-……
丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG 赖氨酸：AAA、AAG 甲硫氨酸：AUG 色氨酸：UGG 苯丙氨酸：UUU、UUC
讨论： 1、请写出决定这一段肽链的mRNA片段和基因片段 的核苷酸序列。 2、确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改 造目的基因（DNA）？
回顾： 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，后者产生它本不 能产的 蛋白质 ，进而表现 出 新的性状 。
基因工程 的成果
基因工程的局限性：
基因工程在原则上只能生产 自然界已存在的蛋白质。 这些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。
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
找到相应的脱氧核苷酸序列 (合成基因)
分子设计
DNA合成 基因 DNA 氨基酸序列 多肽链 mRNA 转录 翻译
蛋白质 三维结构 折叠
预期功能 生物功能
2、目标P26：
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。
3、实质： 基因改造
3、关于基因工程和蛋白质工程的说法正确的 是（ A） A．都是分子水平上的操作 B．基因工程就是改造基因的分子结构 C．蛋白质工程就是改造蛋白质的分子结构 D．基因工程能产生自然界根本不存在的基 因，蛋白质工程能产生自然界已存在的蛋 白质
4、关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法 不正确的是（ D ） 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20种 D．一定完全符合人类生产和生活的需要
5、基因工程与蛋白质工程的区别
基因工程 蛋白质工程 将目的基因从供体 通过改造基因，以 实质 转移到受体细胞，并 定向改造天然蛋白 在受体细胞中表达 质，甚至创造自然 界不存在的蛋白质 重组
创新
结果
只能生产自然界 已存在的蛋白质
能生产自然界 不存在的蛋白质
联系 蛋白质工程是在基因工程基础上，延
伸出的第二代基因工程
（1）mRNA序列为：
GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C） 脱氧核苷酸序列：
CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G） （2）确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人 类的需要改造它，通过人工合成的方法或从基因
库中获取。
二、蛋白质工程的基本原理P27
1、蛋白质工程的途径 ------中心法则的逆推
练习检测
1．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 C．肽链结构 B．蛋白质空间结构 D．基因结构
2、蛋白质工程的基本流程正确的是（ C） 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→④ B.④→②→①→③ C.③→①→④→② D.③→④→①→②
三、蛋白质工程的进展和前景
1、进展P28： （1）对胰岛素的改造，使其成为速效型药品。
天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和 六聚体，延缓胰岛素从注射部位进入血液，从 而延缓了其降血糖作用，也增加了抗原性，这 是胰岛素B23-B28氨基酸残基结构所致。利用 蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚 合作用，使胰岛素快速起作用。该速效胰岛素 已通过临床实验。
5、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法 不正确的是（ C ） A．科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为 速效药品 B．生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工 程应用于微电子方面 C．蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被 大力推广应用 D．蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前 成功的例子不多
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？)
2、前景诱人：
探索将蛋白质工程应用于微电子方面。 用蛋白质工程制造的电子元件具有体积小、 耗电少和效率高的特点。
3、难度很大：
主要是目前科学家对大多数蛋白质的高级 结构的了解还很不够。
小结
1、蛋白质工程崛起的缘由 2、蛋白质工程的原理： 中心法则的逆推
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 找到相应的脱氧核苷酸序列 3、蛋白质工程的进展和前景