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选择性必修三 第3章 基因工程的延伸——蛋白质工程
一、你从教材上找到的关键性语句：
（一）、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。
1.概念理解
（1）基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。
（2）操作：　基因修饰　或基因合成。
（3）结果：　改造了　现有蛋白质或制造出　新的蛋白质　。
（4）目的：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对　蛋白质结构　进行分子设计。
2.操作过程
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。
（二）、蛋白质工程崛起的缘由
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.基因工程的局限性：__只能生产自然界中已存在的蛋白质____
3.蛋白质工程崛起的缘由：
（1）基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质 。
（2）天然蛋白质是生物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。
（三）、蛋白质工程的基本原理
1.蛋白质工程的目标：根据人们对蛋白质__功能__的特定需求，因此要对蛋白质的__结构_进行设计改造。
2.蛋白质工程的实质：__改造或合成基因 （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 →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→形式生物功能
4.蛋白质工程思路
蛋白质工程与天然蛋白质合成的过程_相反_，而从__预期的蛋白质功能_出发→设计_预期的蛋白质结_→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_或__合成新基因_→获得所需要的蛋白质。
（四）、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。
（2）
　体外很难保存，但在体外－70 ℃下可以保存半年
（3）人－鼠嵌合抗体：降低免疫反应强度。
2. 其他工业方面
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。
农业方面
①科学家尝试改造某些参与调控光合作用的，以提高植物光合作用的效率，增加粮食的产量。
②科学家利用蛋白质工程的思路设计优良微生物农药，通过改造微生物蛋白质的结构，增强微生物防治病虫害的效果。
4.其他
（1）改进酶的性能 或开发新的工业用酶。
（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 。
（3）改造微生物蛋白质的结构，使它 防治病虫害 的效果增强。
5.蛋白质工程现状
蛋白质工程是一项难度很大的工程；主要原因是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。
二、判断训练：
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(　　)
对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的(　　)
蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是相同的(　　)
蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质( )
蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构( )
蛋白质工程是在基因工程的基础上产生的( )
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。(　　)
蛋白质工程是通过改造或合成基因来实现对蛋白质的改造。(　　)
由某多肽链中的氨基酸排列顺序推出的基因的碱基顺序是唯一的。(　　)
将小鼠抗体上结合抗原的区域“嫁接”到人的抗体上，这种改造会降低免疫反应的强度。(　　)
三、边练边讲
练习1：蛋白质工程
1．下列有关蛋白质工程的叙述，错误的是(　　)
A．蛋白质工程是在分子水平上通过改造或合成基因来完成的
B．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
C．蛋白质工程的思路是从预期蛋白质结构开始，进行氨基酸的增减或替换
D．蛋白质工程的最终目的是改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，以满足人类的需求
2．目前科学家们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
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
3．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过程是________。(填序号)
(2)写出图中序号代表的生物学过程的名称或内容：①________；②________；③________；④________；⑤______________。
(3)从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则________。
(4)蛋白质的功能是由其结构决定的，直接决定蛋白质多样性的因素有_____________________________________。从根本上说，蛋白质的结构是由_____________决定的。
(5)根据蛋白质的氨基酸序列推测的mRNA中的碱基序列是否唯一？________。为什么？____________________________。
(6)将氨基酸合成多肽链的场所是________。
(7)蛋白质工程中，最终必须通过____________基因来完成。
4．从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是(　　)
A．合成编码目的肽的DNA片段 B．构建含目的肽DNA片段的表达载体
C．依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽 D．筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽
5．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位的谷氨酸变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保留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。
(2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有改造________基因或合成________基因，所获得的基因表达时是遵循中心法则的，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。
讲解1：蛋白质工程
1．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．对蛋白质工程内容的理解
(1)原理：中心法则的逆推。
(2)操作对象：基因，即通过对基因的操作来实现对蛋白质的设计改造。因为对基因改造或合成比对蛋白质的设计改造要容易，且基因可以遗传给后代。
(3)基本途径：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)改造方式：根据改造蛋白质的部位的多少，对蛋白质的改造方式有：
“大改”：制造出自然界中不存在的全新蛋白质。
“中改”：在蛋白质分子中替换某一个肽段或一个特定的结构域。
“小改”：改造蛋白质分子中的几个氨基酸残基。
3．鼠和人的抗体嫁接
(1)如图表示抗体的结构，V区能特异性识别抗原。
(2)从人体中获取编码抗体C区序列的基因，然后从杂交瘤细胞中提取编码小鼠单克隆抗体V区序列的基因，对两种基因进行改造、拼接，利用载体将重组基因导入骨髓瘤细胞，并进行培养，获取人鼠嵌合抗体，可降低抗体诱发免疫反应的强度。
4．蛋白质工程和基因工程的区别与联系
项目 蛋白质工程 基因工程
区别 过程 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 目的基因的筛选与获取→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
目的 定向改造或生产人类所需要的蛋白质 定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需要的生物类型或生物产品
结果 生产自然界没有的蛋白质 生产自然界中已有的蛋白质
联系 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，因为对现有蛋白质的改造或生产新的蛋白质，必须通过改造或合成基因实现

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