第4節(jié)蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用第3章基因工程熒光蛋白你見過用細菌畫畫嗎？右圖是用發(fā)出不同顏色熒光的細菌“畫”的美妙圖案。這些細菌能夠發(fā)出熒光，是因為在它們的體內(nèi)導(dǎo)入了熒光蛋白的基因。最早被發(fā)現(xiàn)的熒光蛋白是綠色熒光蛋白，科學(xué)家通過改造它，獲得了黃色熒光蛋白等。這些熒光蛋白在細胞內(nèi)生命活動的檢測、腫瘤的示蹤研究等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用那么，科學(xué)家是怎樣對蛋白質(zhì)分子進行設(shè)計和改造的呢？蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過改造或合成基因，來改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類生產(chǎn)和生活的需求。它是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代基因工程，是包含多學(xué)科的綜合科技工程。一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，后者可以產(chǎn)生本蛋白質(zhì)，進而表現(xiàn)出新的性狀，這就是基因工程的實質(zhì)。基因工程的不足：基因工程原則上只能生產(chǎn)自然界中已存在時蛋自質(zhì)。天然蛋白質(zhì)的不足：它們的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要，卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。實例：玉米中賴氨酸的含量比較低，賴氨酸合成中兩種酶的氨基酸被替換，就可以使玉米葉片和種子中游離賴氨酸分別提高5倍和2倍。二、蛋白質(zhì)工程的基本原理蛋白質(zhì)工程的目標：根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計改造。蛋白質(zhì)工程的手段：通過基因改造或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)。天然蛋白質(zhì)合成的過程是按照中心法則進行的：基因→表達（轉(zhuǎn)錄和翻譯）→形成具有特定氨基酸序列的多肽鏈→形成具有高級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)→行使生物功能。蛋白質(zhì)工程的基本思路是：從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到并改變相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程流程圖預(yù)期功能生物功能設(shè)計推測改造或合成行使折疊翻譯轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)（三級結(jié)構(gòu)）多肽鏈mRNA目的基因三、蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用改造抗體研發(fā)速效胰島素類似物改造酶（工業(yè)、農(nóng)業(yè)）提高干擾素的保存期速效胰島素類似物為什么蛋白質(zhì)工程不是直接改造蛋白質(zhì)而是通過基因改造和基因合成來完成？①任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質(zhì)進行了改造，而且改造過的蛋白質(zhì)可以遺傳下去。如果對蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白質(zhì)也是無法遺傳下去的。②對基因進行改造比對蛋白質(zhì)進行直接改造容易操作，難度小得多蛋白質(zhì)工程的操作程序的基本思路與基因工程有什么不同？基因工程操作程序的基本思路遵守中心法則，從DNA→mRNA→多肽→折疊產(chǎn)生蛋白質(zhì)，基本上是生產(chǎn)出自然界中已有的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程是按照相反的思路進行的，確定蛋白質(zhì)的功能→蛋白質(zhì)應(yīng)用的高級結(jié)構(gòu)→蛋白質(zhì)具備的折疊狀態(tài)→應(yīng)有的氨基酸序列→基因中的堿基序列，可以創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)。比較項目基因工程蛋白質(zhì)工程操作對象基因基因操作水平DNA分子水平DNA分子水平基本過程目的基因的獲取→基因表達載體的構(gòu)建→將目的基因?qū)胧荏w細胞→目的基因的檢測與鑒定確定蛋白質(zhì)的功能→蛋白質(zhì)應(yīng)有的高級結(jié)構(gòu)→蛋白質(zhì)應(yīng)具備的折疊狀態(tài)→蛋白質(zhì)應(yīng)有的氨基酸序列→應(yīng)有的堿基序列→合成DNA→表達出蛋白質(zhì)實質(zhì)定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類需要的生物類型或生物產(chǎn)品定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì)結(jié)果生產(chǎn)人類需要的基因產(chǎn)物(自然界已有的蛋白質(zhì))可以生產(chǎn)自然界沒有的、不存在的新蛋白質(zhì)聯(lián)系蛋白質(zhì)工程是以基因工程為基礎(chǔ)的練一練1.將富含賴氨酸的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胗衩准毎?，可以提高玉米中的賴氨酸含量；更換賴氨酸形成過程中的天冬氨酸激酶和二氫吡啶二羧酸合成酶的個別氨基酸，使兩種酶的活性提高，也可以提高玉米中的賴氨酸含量。以上兩種技術(shù)分別屬于()A.基因工程、基因工程 B.蛋白質(zhì)工程、蛋白質(zhì)工程C.基因工程、蛋白質(zhì)工程 D.蛋白質(zhì)工程、基因工程C2.蛋白質(zhì)工程中，直接需要進行操作的對象是()A.氨基酸

B.肽鍵 C.蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu) D.基因D3.關(guān)于蛋白質(zhì)工程的基本流程，下列敘述正確的是()①設(shè)計預(yù)期蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)②推測氨基酸序列③預(yù)期蛋白質(zhì)功能④找出相應(yīng)脫氧核苷酸序列A.③→①→②→④B.④→②→①→③C.①→②→③→④D.③→④→①→②A4.有關(guān)蛋白質(zhì)工程的說法，正確的是(

)A.必須從預(yù)期蛋白質(zhì)的功能出發(fā)

B.在分子水平上直接改造蛋白質(zhì)C.可以不涉及轉(zhuǎn)錄和翻譯過程

D.不需要借助基因工程的相關(guān)技術(shù)A5.蛋白質(zhì)工程與基因工程相比，其突出特點是