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第三章 基因工程
第三节 蛋白质工程
学习目标 学科核心素养
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.生命观念——结合图示简述蛋白质工程的原理。
2.科学思维——结合蛋白质工程的实例，理解蛋白
质工程和基因工程的比较。
教材预习·必备知识全过关
一、蛋白质工程是基因工程的延伸
1. 蛋白质工程的一般过程
（1） 概念：蛋白质工程是指以蛋白质分子的______规律及其与生物______的关系为
基础，对编码该蛋白的基因进行有目的的设计改造，以______现有蛋白质或制造____
的蛋白质。
结构
功能
改造
新
（2） 蛋白质工程的一般过程
转录
翻译
分子设计
折叠
（3） 基因工程的不足
① 原则上只能生产自然界中已经______的蛋白质。
② 生产的蛋白质不一定符合人们生产和生活的______。
存在
需要
（4） 蛋白质工程的优势
① 能更______地利用自然界中存在的蛋白质。
② 能在分子水平上对蛋白质进行再____________，进而创造出自然界中________的蛋白质。
充分
设计和改造
不存在
提高
2. 蛋白质工程首先要获取基因和蛋白质的结构数据
序列条目
排列顺序
蛋白质
基因图谱
结构
3. 通过基因改造生产目标蛋白质
（1） 基因的体外定向突变
① 适用对象：掌握了基本__________的蛋白质。
结构信息
② 类型
目的 方法
大面积的定向突变 ____________
单一或少数几个突变位点的基因定向突变 ________________
基因全合成
引物定点引入法
③ 定点诱变法的过程示意图
引物
突变
受体细胞
突变
（2） 非定点诱变技术
适用对象 不能预先确定__________的蛋白质
缺点 目的性和________不够强
优点 突变位点____，有时会产生意想不到的改造效果
诱变位点
针对性
多
二、蛋白质工程的设计思路与应用
目的 思路 原理 实例
提高蛋白
质（酶）
的稳定性 引入
________ 二硫键是稳定蛋白质分子
__________最关键的一种共
价键，在蛋白质分子中引入
二硫键能显著提高其
________ 向 溶菌酶引入二硫键提高了
溶菌酶的热稳定性
二硫键
空间结构
稳定性
目的 思路 原理 实例
提高蛋白
质（酶）
的稳定性 转换氨基
酸残基 在高温下，蛋白质分子中天
冬酰胺和谷氨酰胺的侧链上
的酰胺基会发生
__________，损害其_______
_____；将天冬酰胺和谷氨酰
胺残基转换为其他合适的氨
基酸残基，可提高蛋白质的
热稳定性 酵母菌的丙糖磷酸异构酶的两个
亚基中各含有两个天冬酰胺残
基，分别用________和异亮氨酸
残基替代，大幅度提高了酶的热
稳定性
脱氨反应
结构和功能
苏氨酸
续表
目的 思路 原理 实例
改善酶的
催化活性 转换____
________ 大量酶蛋白的 射线晶体衍
射结果显示，酶的催化活性
中心附近有少数关键性氨基
酸残基，决定了酶的______
活性 将嗜热芽孢杆菌酪氨酰 合
成酶分子中的一个苏氨酸残基改
变为丙氨酸或脯氨酸残基时，酶
的______大幅提高
消除酶的
被抑制特
性 转换氨基
酸残基 转换氨基酸残基可以消除酶
的________特性 将枯草芽孢杆菌蛋白酶分子中第
222位的甲硫氨酸残基转换成半
胱氨酸残基或丙氨酸残基，酶的
活性将不再受________的抑制
氨基酸残基
催化
活性
被抑制
漂白剂
续表
核心要点·能力素养全提升
要点 蛋白质工程与基因工程的比较
1.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 预期的蛋白质功能 目的基因
过程 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 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
项目 蛋白质工程 基因工程
区别 实质 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
结果 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
续表
项目 蛋白质工程 基因工程
区别 应用及现
状 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，因为蛋白质的高级结构非常复
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；
②基因治疗仅处于初期的
临床试验阶段
联系 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
续表
2.用“二看法”判断基因工程和蛋白质工程
典例 [2023江苏南通海安高级中学高三调研]下列有关基因工程和蛋白质工程的叙述，
正确的是( )
A
对点演练1 与基因工程相比，蛋白质工程的突出特点是( )
B
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
[解析] 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。也就是说，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，所以B项正确，A、C、D项错误。
B
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