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第三章
基因工程
3.4 蛋白质工程的原理和应用
“颜料”竟然是含不同颜色的荧光蛋白的细菌
从社会中来
你见过用细菌画画吗？右图是用发出不同颜色荧光的细菌“画”的美妙图案。这些细菌能够发出荧光，是因为在它们的体内导入了荧光蛋白的基因。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。 那么，科学家是怎样对蛋白质分子进行设计和改造的呢？
科学家解析了多管水母绿色荧光蛋白的晶体结构，并利用计算机进行辅助设计，在此基础上再采用定点突变的技术将绿色荧光蛋白发光基团正下方的第203位的苏氨酸替换为酪氨酸，从而获得了一种新的绿色荧光蛋白的衍生物——黄色荧光蛋白。
成功分离绿色荧光蛋白
2008年诺贝尔化学奖获得者
钱永健
成功改造了绿色荧光蛋白
下村修
蛋白质工程
蛋白质工程的概念：
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，以满足人类的生产和生活的需求。
基础：
了解蛋白质的结构和功能
途径：
目的：
改造或制造新蛋白质，满足人类的生产或生活的需要
改造或合成基因
基因
结果：
产生自然界原本不存在的蛋白质
直接操作对象：
蛋白质工程---第二代基因工程
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重大的国际合作科研项目。2001年，国际人类蛋白质组组织宣布成立。2003年，该组织正式提出启动两项重大国际合作项目：一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是由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重大国际科研协作计划。它的目标是通过对肝脏蛋白质高通量、规模化的研究，解析肝脏蛋白质在生理、病理过程中的功能意义，为重大肝病的预防、诊断、治疗和新药的研发提供重要的科学依据。2010年，该计划“两谱、两图、三库”的目标初步实现。我国科学家完成了人类肝脏蛋白质组表达谱和修饰谱，绘制了蛋白质相互作用连锁图和定位图。“三库”则是建立符合国际标准的肝脏标本库、发展规模化抗体制备技术并建立肝脏蛋白质抗体库和建立完整的肝脏蛋白质组数据库。人类蛋白质组计划取得的成果有力推动了蛋白质工程的发展，为它提供了重要的理论支持。2014年6月，中国人类蛋白质组计划启动。
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？
一、蛋白质工程崛起的缘由
1.基因工程的实质及缺陷
①实质：
基因工程是将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使后者可以产生它原本不能产生的蛋白质，进而表现出新性状。
②缺陷：
基因工程原则上只能生产自然界中已经存在的蛋白质。
2.蛋白质工程崛起的缘由
②天然蛋白质的不足：天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们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。
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。
一、蛋白质工程崛起的缘由
达到一定浓度
352位的苏氨酸变成异亮氨酸
赖氨酸合成
调控
二氢吡啶二羧酸合成酶
天冬氨酸激酶
+
104位的天冬酰胺变成异亮氨酸
两种酶的活性
抑制
提高
提高
赖氨酸含量
限制
提高
②天然蛋白质的不足：
玉米中赖氨酸含量比较低
提高玉米中赖氨酸的含量
如何？
一、蛋白质工程崛起的缘由
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。
（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。
蛋白质工程是怎么样进行的呢？
一、蛋白质工程崛起的缘由
③对蛋白质的改造要从基因着手的原因
1、下列有关蛋白质工程与基因工程的叙述,正确的是
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
2、下列关于基因工程药物与蛋白质工程药物的说法正确的是
A.都与天然产物完全相同
B.都与天然产物完全不相同
C.基因工程药物与天然产物一般相同,蛋白质工程药物与天然产物可不相同
D.基因工程药物与天然产物不相同,蛋白质工程药物与天然产物完全相同
练习
B
C
3、下列关于蛋白质工程的说法，错误的是
A.蛋白质工程能定向改造蛋白质的分子结构，使之更加符合人类的需要。
B.蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子结构。
C.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。
D.蛋白质工程与基因工程密不可分，又称为第二代基因工程。
B
练习
1.蛋白质工程的目标
根据人们对蛋白质_____的特定需求，因此要对蛋白质的_____进行设计改造。
2.蛋白质工程的实质
_______________________________________________________
3.天然蛋白质合成过程
天然蛋白质合成的过程是按照________进行的：
功能
结构
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）
中心法则
基因
表达
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
转录、翻译
二、蛋白质工程的基本原理
4.蛋白质工程的基本思路
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。
蛋白质工程与天然蛋白质合成的过程_相反_：
二、蛋白质工程的基本原理
资料---蛋白质工程的主要步骤通常包括：
（1）从生物体中分离纯化目的蛋白；
（2）测定其氨基酸序列；
（3）借助核磁共振和X射线晶体衍射等手段，尽可能地
了解蛋白质的二维结构和三维晶体结构;
（4）设计各种处理条件，了解蛋白质的结构变化，包括折叠与去折叠
等对其活性与功能的影响；
（5）设计编码该蛋白的基因改造方案，如定点突变；
（6）分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。
二、蛋白质工程的基本原理
学科交叉
蛋白质工程经常要借助计算机来建立蛋白质的三维结构模型；要制备蛋白质晶体，然后通过X射线衍射技术，分析晶体结构；用到基因的定点突变技术来进行碱基的替换。
某多肽链的一段氨基酸序列是：
1.怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列 请把相应的碱基序列写出来。
提示：丙氨酸（GCU、GCC、GCA、GCG)、色氨酸(UGG)、赖氨酸(AAA、AAG）、
谷氨酸（GAA、GAG）、苯丙氨酸（UUU、UUC）。
2.确定目的基因的碱基序列后，怎样合成或改造目的基因？
mRNA序列为：GCU（或C或A或G）UGG AAA（或G）GAA（或G）UUU（或C）
DNA序列为：CGA（或G或T或C）ACC TTT（或C）CTT（或C）AAA（或G）
GCT（或C或A或G）TGG AAA（或G）GAA（或G）TTT（或C）
确定目的基因的碱基序列后，可以人工合成目的基因或从基因文库中获取目的基因。对基因的改造经常会用到基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等。
思考·讨论
？
蛋白质工程基本思路的应用
二、蛋白质工程的基本原理
第一个碱基 第二个碱基 第三个碱基
U C A G U 苯丙氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 亮氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 酪氨酸 酪氨酸 终止 终止 半胱氨酸 半胱氨酸 终止、硒代半胱氨酸 色氨酸 U
C
A
G
C 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 组氨酸 组氨酸 谷氨酰胺 谷氨酰胺 精氨酸 精氨酸 精氨酸 精氨酸 U
C
A
G
A 异亮氨酸 异亮氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸(起始) 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 赖氨酸 赖氨酸 丝氨酸 丝氨酸 精氨酸 精氨酸 U
C
A
G
G 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸、甲硫氨酸(起始) 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 天冬氨酸 谷氨酸 谷氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 U
C
A
G
二、蛋白质工程的基本原理
4、目前科学家通过蛋白质工程制造出了蓝色荧光蛋白、黄色荧光蛋白等,采用蛋白质工程技术制造出蓝色荧光蛋白过程的正确顺序是
①推测蓝色荧光蛋白的氨基酸序列和基因的核苷酸序列
②蓝色荧光蛋白的功能分析和结构设计序列
③蓝色荧光蛋白基因的合成
④表达出蓝色荧光蛋白
A.①②③④　 　B.②①③④ C.②③①④ D.④②①③
5、某种微生物合成的蛋白酶与人体消化液中的某蛋白酶的结构和功能很相似,但其热稳定性较差,进入人体后容易失效。现要将此酶开发成一种片剂,用于治疗消化不良,最佳方案是
A.对此酶中的少数氨基酸进行替换,以改善其功能
B.将此酶与人蛋白酶进行拼接,形成新的蛋白酶
C.重新设计与创造一种全新的蛋白酶
D.减少此酶在片剂中的含量
练习
B
A
6、蛋白质工程在设计蛋白质结构时依据的是
A.基因功能 B.蛋白质功能
C.氨基酸序列 D.mRNA密码子序列
B
练习
7、蛋白质工程就是通过对蛋白质化学、蛋白质晶体学和蛋白质动力学的研究，获得有关蛋白质理化特性和分子特性的信息，在此基础上对编码蛋白质的基因进行有目的地设计和改造，通过基因工程技术获得可以表达蛋白质的转基因生物，中华鲟是一种濒危野生动物。研究者试图通过蛋白质工程改造中华鲟体内的某些蛋白质，使其更加适应现在的水域环境。下列有关说法错误的是
A.蛋白质工程可定向改变蛋白质分子的结构
B.改造蛋白质可通过改变基因结构实现
C.改造后的中华鲟和现有中华鲟仍是同一物种
D.改造后的中华鲟的后代不具有改造后的蛋白质
D
8、下图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答下列问题：
（1）代表蛋白质工程操作思路的过程是_____；代表中心法则内容的是________。(填写数字)
（2）写出图中各数字代表的生物学过程的名称或内容： ①______；②______；③______；④______；⑤__________。
（3）蛋白质工程的目的是_______________________________________ _____________________，通过___________________实现。
（4）从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则是______的。
④⑤
①②③
转录
翻译
折叠
推测
改造合成
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
基因改造或基因合成
相反
练习
1.蛋白质工程的类型
依据氨基酸的性质和特点，制造全新蛋白质。
改变蛋白质分子中某一个多肽链片段或一个特定的结构。
利用基因工程中的定点诱变技术，改造蛋白质分子某活性部位的一个或几个氨基酸残基。
2.根据基因工程的原理进行蛋白质的设计和改造
（1）对蛋白质的结构进行设计和改造，最终是通过改造基因来实现的。
（2）改造基因的方法：定点突（诱）变、基因融合和基因拼接。
三、蛋白质工程的应用
补充：基因定点突变技术和基因突变的比较
比较 基因定点诱变 基因突变
相同点 发生的过程 结果 不同点 场所
手段
方向
DNA复制过程中
产生新基因，从而产生新性状
生物体外
生物体内
定向改造
不定向性
PCR技术
物理化学方法
三、蛋白质工程的应用
速效胰岛素
1.研发速效胰岛素类似物
天然胰岛素易形成二聚体或六聚体
预期结构
改造
B28位脯氨酸替换为天冬氨酸或将它与B29位的赖氨酸交换位置
新胰岛素基因
转录
mRNA
折叠
预期功能
行使功能
降低胰岛素的聚合作用
设计结构
改变B链第20-29位氨基酸组成
推测序列
翻译
多肽链
有效抑制胰岛素的聚合
医药工业方面
定点突（诱）变
三、蛋白质工程的应用
2.延长干扰素体外保存时间
天然干扰素不易保存
预期结构
改造
一个半胱氨酸变成丝氨酸
新干扰素基因
转录
mRNA
折叠
预期功能
行使功能
延长保存时间
设计结构
氨基酸替换
推测序列
翻译
多肽链
在一定条件下可以延长保存时间
β-干扰素氨基酸序列
医药工业方面
定点突（诱）变
三、蛋白质工程的应用
3.降低人对小鼠单抗隆抗体的免疫反应
通过改造基因，将小鼠抗体上结合抗原的区域（即可变区）“嫁接”到人的抗体（即恒定区）上，经过这样改造的抗体诱发免疫反应的强度就会减低很多。
基因融合
鼠—人嵌合抗体
三、蛋白质工程的应用
医药工业方面
（4）治癌酶的改造：疱疹病毒（HSV）胸腺嘧啶激酶（TK）可以催化胸腺嘧啶和其它结构类似物磷酸化而使一些碱基3’-OH缺乏,从而阻断DNA的合成，杀死癌细胞。HSV—TK催化能力可以通过基因突变来提高。从大量的随机突变中进行筛选出一种酶,在酶活性部位附近有6个氨基酸被替换，催化能力提高20倍以上。
4、其他工业方面，用于改进酶的性能或开发新的工业用酶
（1）枯草杆菌蛋白酶常被用于洗涤剂工业、丝绸工业等。利用蛋白质工程获得的该酶突变体已有上百种，从中筛选出优良突变体用于生产提高其使用价值。
（2）改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的速率，增加粮食的产量。
三、蛋白质工程的应用
（3）利用蛋白质工程思路来设计微生物农药，通过改造微生物蛋白质结构增强防治害虫效果。
异想天开
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。
蛋白质食品的工厂化生产想象图
三、蛋白质工程的应用
蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要是因为蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，而这种高级结构往往十分复杂。要设计出更加符合人类需要的蛋白质，还需要不断地攻坚克难。随着科技的深入发展，蛋白质工程将会给人类带来更多的福祉。
由计算机建立的血红蛋白三维结构模型
三
级
结
构
一
级
结
构
四
级
结
构
二
级
结
构
蛋白质工程——难度大
三、蛋白质工程的应用
蛋白质的二级结构
---多肽链的盘曲或折叠
三、蛋白质工程的应用
胰岛素的三级结构
——多肽链既盘曲又折叠
三、蛋白质工程的应用
血红蛋白的四级结构
——四条多肽链的盘曲和折叠
三、蛋白质工程的应用
思考：
为什么蛋白质工程改造基因而不是直接改造蛋白质？
①蛋白质的高级结构十分复杂，直接改造难度大；
②蛋白质是由基因编码的，改造了基因可以间接改造蛋白质；
③基因可以遗传，蛋白质无法遗传；
三、蛋白质工程的应用
蛋白质工程与基因工程的比较
项目 蛋白质工程 基因工程
区别 起点
过程
实质
结果
应用及现状
联系 预期蛋白质功能
目的基因
预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质
获取目的基因→构建基因表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
通过改造相应的基因达到对蛋白质进行改造的目的
基因重组
可以创造出自然界不存在的蛋白质
生产自然界已存在的蛋白质
①主要集中在对现有蛋白质进行改造，②对创造新的蛋白质还有许多技术难题未突破，因为蛋白质高级结构非常复杂，人们对此知之甚少
①已被广泛应用，如转基因植物、动物、药品生产等已商业化
①蛋白质工程获得目的基因后，需要通过基因工程获得预期蛋白质
②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
基因工程与蛋白质工程的比较
小结：
思考：如何辨别一个操作是基因工程还是蛋白质工程？
是否合成新的基因
蛋白质工程
是否对原有基因进行改造
是
否
是
否
蛋白质工程
基因工程
看蛋白质
看基因
是否为天然蛋白质
是
否
蛋白质工程
基因工程
三、蛋白质工程的应用
到社会中去
酶制剂在食品工业、医药工业等方面都有广泛的应用。现在，酶制剂的生产已经形成一个市场可观的新兴产业。蛋白质工程的应用又为酶制剂产业的发展提供了强大助力。请查阅资料，了解我国酶制剂产业发展的现状和趋势，分析蛋白质工程在酶制剂产业中的作用。
酶用作工业催化剂，比无机催化剂具有更大的优越性，主要体现在以下几个方面。由于酶促反应能在常温、常压和中性pH条件下进行，因此可以节省大量的能源和设备投资；生产过程中不会造成严重的污染，符合环境保护的要求；生产过程简单、效率高，产品质量好，生产成本低。因此，酶制剂在工业领域得到了广泛的应用。近年来，通过引进国外先进设备、优良菌种以及开发新型酶制剂，我国酶制剂产业保持了较快的增长态势，品种越来越丰富，产品的市场竞争力也在不断提升。2016年，我国工业酶制剂年产量达120万吨，年增长率保持在10%左右。在全球范围内，我国酶制剂的市场份额已占到了30%左右，我国进入酶制剂生产大国的行列。在酶制剂产业中，蛋白质工程被广泛用于开发酶的新品种或改进酶的性能，如提高酶的热稳定性，增加某些被用作去污剂的酶的去污效率等。
9、下列关于蛋白质工程的说法，错误的是
A.蛋白质工程的崛起符合工业生产和基础理论研究的需要
B.蛋白质工程可对酶的催化活性、抗氧化性等加以改变
C.理论上对关键氨基酸的置换与增删是进行蛋白质工程的唯一方法
D.蛋白质工程能将人抗体的某些区段替代鼠单克隆抗体的区段，降低鼠单克隆抗体诱发免疫反应的强度
10、科学家为提高玉米中赖氨酸的含量，计划将天冬氨酸激酶中第352位的苏氨酸变为异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺变为异亮氨酸。为此，下列操作正确的是
A.直接改造这两种酶的空间结构
B.对指导这两种酶合成的mRNA进行改造
C.利用诱变育种技术促使控制这两种酶合成的基因突变
D.利用基因工程技术，对控制这两种酶合成的基因进行改造
C
D
练习
11、已知生物体内有一种蛋白质(P),该蛋白质是一种转运蛋白,由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸,240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸,改变后的蛋白质(P1)不但保留了P的功能,而且具有了酶的催化活性。回答下列问题。
(1)从上述资料可知,若要改变蛋白质的功能,可以考虑对蛋白质
的　　　　 　　 进行改造。
氨基酸序列(或结构)
(2)以P基因序列为基础,获得P1基因的途径有修饰　　基因或合成　_　　　基因,所获得的基因表达时遵循中心法则,中心法则的全部内容包括________　　的复制,以及遗传信息在不同分子之间的流动,
即 。
(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程,其基本途径是从预期的蛋白质功能出发,通过　 　　　和　 　　　,进而确定相对应的脱氧核苷酸序列,据此获得基因,再经表达、纯化获得蛋白质,之后还需要对蛋白质的生物　　　　进行鉴定。
P1
P
DNA和RNA
DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质
设计蛋白质结构
推测氨基酸序列
功能
练习
12、镰刀型细胞贫血症是一种单基因遗传病，患者的血红蛋白分子β 肽链第6位氨基酸谷氨酸被缬氨酸代替，导致功能异常。回答下列问题：
(1)异常血红蛋白的氨基酸序列改变的根本原因是编码血红蛋白基因的_______序列发生改变。
(2)将正常的血红蛋白基因导入患者的骨髓造血干细胞中，可以合成正常的血红蛋白达到治疗的目的。此操作_______(填“属于”或“不属于”)蛋白质工程，理由是该操作___________________________________________。
(3)用基因工程方法制备血红蛋白时，可先提取早期红细胞中的______，以其作为模板，在________酶的作用下反转录合成cDNA。cDNA与载体需在限制酶和__________酶的作用下，构建基因表达载体，导入受体菌后进行表达。
(4)检测受体菌是否已合成血红蛋白，可从受体菌中提取________，用相应的抗体进行______________杂交，若出现杂交带，则表明该受体菌已合成血红蛋白。
碱基
不属于
没有对现有蛋白质进行改造
mRNA
逆转录
DNA连接
蛋白质
抗原-抗体
练习
课堂小结
蛋白质工程可以说是基因工程的延伸。判断下列相关表述是否正确。
（1）基因工程需要在分子水平对基因进行操作，蛋白质工程不需要对基因进行操作。
（2）蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列。
（3）蛋白质工程可以改造酶，提高酶的热稳定性。
×
√
×
概念检测
2.蛋白质工程是在深入了解蛋白质分子的结构与功能关系的基础上进行的，它最终要达到的目的是
A.分析蛋白质的三维结构
B.研究蛋白质的氨基酸组成
C.获取编码蛋白质的基因序列信息
D.改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，满足人类的需求
3.水蛭素是一种蛋白质，可用于预防和治疗血栓。研究人员发现，用赖氨酸替换水蛭素第47位的天冬酰胺可以提高它的抗凝血活性。在这项替换研究中，目前可行的直接操作对象是
A.基因 B.氨基酸
C.多肽链 D.蛋白质
D
A
概念检测
T4溶菌酶是一种重要的工业用酶，但是它在温度较高时容易失去活性。为了提高T4溶菌酶的耐热性，科学家首先对影响T4溶菌酶耐热性的一些重要结构进行了研究。然后以此为依据对相关基因进行改造，使T4溶菌酶的第3位异亮氨酸变为半胱氨酸。于是，在该半胱氢酸与第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。
拓展应用
1.某动物体内含有研究者感兴趣的目的基因，研究者欲将该基因导入大肠杆菌的质粒中保存。该质粒含有氨苄青霉素抗性基因 (AmpR)、LacZ 基因及一些酶切位点,其结构和简单的操作步骤如下图所示。
④将连接产物导入大肠杆菌
复习提高
请根据以上信息回答下列问题。
（1）在第②步中,应怎样选择限制酶？
（2）在第③步中，为了使质粒DNA与目的基因能连接，还需要在混合物中加入哪种物质？
（1）应选择用相同的限制酶或切割能产生相同末端的限制酶切割质粒和含有目的基因的DNA 片段，并且注意限制酶的切割位点不能位于目的基因的内部，以防破坏目的基因，限制酶也不能破坏质粒的启动子、终止子、标记基因、复制原点等结构。
（2）加入DNA连接酶
复习提高
请根据以上信息回答下列问题。
（3）选用含有 AmpR 和 LacZ 基因的质粒进行实验有哪些优势？
（4）含有重组质粒的大肠杆菌菌落将呈现什么颜色？为什么？
（3）该质粒便于进行双重筛选。标记基因 AmpR 基因可用于检测质粒是否导入了大肠杆菌，一般只有导入了质粒的大肠杆菌才能在添加了青霉素的培养基上生长。而由于 LacZ 基因的效应，这些生长的菌落可能出现两种颜色：含有空质粒(没有连接目的基因的质粒)的大肠杆菌菌落呈蓝色；含有重组质粒的大肠杆菌菌落呈白色。
（4）含有重组质粒的大肠杆菌菌落呈白色。
因为目的基因的插入破坏了 LacZ基因的结构，使其不能正常表达，形成 B-半乳糖苷酶，底物 X-gal也就不会被分解。
复习提高
2.科学家将 Or3/4 、 Sox2、 c-Myc 和 KIf4 基因通过逆转录病毒转入小鼠成纤维细胞中，然后在培养ES细胞的培养基上培养这些细胞。2-3周后,这些细胞显示出ES细胞的形态、具有活跃的分裂能力，它们就是iPS细胞。请回答下列问题。
（1）在这个实验过程中，逆转录病毒的作用是什么？
逆转录病毒是载体，能将外源基因 Oct3/4、 Sox2、c-Myc 和 Klf4 送入小鼠成纤维细胞。
（2）如何证明iPs细胞的产生不是由于培养基的作用？
可以设置对照组。将转入外源基因和没有转入外源基因的细胞分别培养在相同的培养基中，并确保其他培养条件相同。
如果只有转入外源基因的细胞转化成了 iPS 细胞，就可以证明 iPS 细胞的产生不是由于培养基的作用。
复习提高
2.科学家将 Or3/4 、 Sox2、 c-Myc 和 KIf4 基因通过逆转录病毒转入小鼠成纤维细胞中，然后在培养ES细胞的培养基上培养这些细胞。2-3周后,这些细胞显示出ES细胞的形态、具有活跃的分裂能力，它们就是iPS细胞。请回答下列问题。
（3）如果要了解 Or3/4 、 Sox2、 c-Myc 和 KIf4 基因在诱导iPs细胞时，每个基因作用的相对大小，该如何进行实验？请你给出实验设计的思路。
可以依次去掉1个基因，将其他3个基因转入小鼠成纤维细胞中，然后通过与转入4个基因的小鼠成纤维细胞的诱导情况进行比较，来推测缺失的那个基因对诱导 iPS 细胞的影响，进而判断每个基因作用的相对大小。(其他合理答案均可)
复习提高
2.科学家将 Or3/4 、 Sox2、 c-Myc 和 KIf4 基因通过逆转录病毒转入小鼠成纤维细胞中，然后在培养ES细胞的培养基上培养这些细胞。2-3周后,这些细胞显示出ES细胞的形态、具有活跃的分裂能力，它们就是iPS细胞。请回答下列问题。
（4）若将病人的皮肤成纤维细胞诱导成iPs细胞，再使它转化为需要的细胞，用这些细胞给该病人治病，这是否会引起免疫排斥反应 为什么？ iPS细胞具有分裂活性，用它进行治疗时可能存在什么风险？
不会引起免疫排斥反应，因为在诱导转化的过程中细胞的遗传物质没有发生变化，理论上产生的还是“自休”细胞。 iPS 细胞拥有分化为各种细胞的潜能，因此存在分化成肿瘤细胞的风险。
复习提高
3.水稻根部一般没有根瘤菌，在种植时常需要施加氮肥。科学家想利用基因工程技术来减少施用氮肥的生产成本及可能造成的环境污染，他们提出了以下两种方案。
方案一 把根瘤菌的固氮相关基因导入水稻根系微生物中，使微生物能在根系处固氮，从而减少氨肥的施用量。
方案二 直接将固氮相关基因导入水稻细胞中，建立水稻的“小型化肥厂”，让水稻直接固氮，这样就可以免施氮肥了。
（1）请评估这两种方案哪种更容易实现。
（2）如果两个方案都实现的话，你认为哪种更值得推广？请说出你的理由。
（1）：从亲缘关系的远近来看，固氮相关基因可能更容易在水稻根系微生物中稳定存在和表达，进而使其具有固氮的能力。
（2）：此题不要求有唯一的答案，学生可便捷性、安全性、经济性等角度进行分析，之成理即可。例如，从便捷性角度认为能固氮的水稻新品种更值得推广；或从转基因全性角度认为能固氮的水稻根系微生物更值得推广等。
复习提高
谢谢观看！

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