1、14蛋白質(zhì)工程的崛起,學(xué)習(xí)導(dǎo)航 1.舉例說出蛋白質(zhì)工程崛起的緣由。 2.理解蛋白質(zhì)工程的原理。 重點(diǎn) 3.了解蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用。 難點(diǎn),一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由 1.基因工程的實(shí)質(zhì)：將一種生物的_轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，后者可以產(chǎn)生它本不能產(chǎn)生的_，進(jìn)而表現(xiàn)出新的性狀。 2.基因工程的不足：原則上只能生產(chǎn)_的蛋白質(zhì)。,基因,蛋白質(zhì),自然界已存在,二、蛋白質(zhì)工程的基本原理 1.蛋白質(zhì)工程的目標(biāo) 根據(jù)人們對_的特定需求，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計。 2.對概念的理解 (1)基礎(chǔ)：蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與_的關(guān)系。,蛋白質(zhì)功能,生物功能,(2)手段：_。 (3)目的：對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種

2、新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。 3.基本途徑：從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設(shè)計預(yù)期的_推測應(yīng)有的氨基酸序列找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列。,基因修飾或基因合成,蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),想一想 對天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，是直接對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作來實(shí)現(xiàn)的嗎？ 【提示】不是，由于基因決定蛋白質(zhì)，因此要對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計改造，最終必須通過基因改造來完成。,三、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景 1.進(jìn)展：如科學(xué)家通過對胰島素的改造，已使其成為速效型藥品。 2.前景：生物和材料科學(xué)家正積極探索將蛋白質(zhì)工程應(yīng)用于微電子方面。制成的電子元件具有_的特點(diǎn)。 3.面臨困難：對蛋白質(zhì)發(fā)揮功能必須依賴的_了解不夠。,體積小、耗電少和效

3、率高,高級結(jié)構(gòu),要點(diǎn)一蛋白質(zhì)工程的基本原理和途徑 1.原理：根據(jù)中心法則逆向推理。圖示如下：,2.設(shè)計中的困難：如何推測非編碼區(qū)以及內(nèi)含子的脫氧核苷酸序列。 3.蛋白質(zhì)工程的步驟 4.結(jié)果：生產(chǎn)出自然界從來沒有的蛋白質(zhì)。,胰島素可以用于治療糖尿病，但是胰島素被注射到人體后，會堆積在皮下，要經(jīng)過較長的時間才能進(jìn)入血液，而進(jìn)入血液的胰島素又容易分解，因此，治療效果受到影響。如圖是用蛋白質(zhì)工程設(shè)計速效胰島素的生產(chǎn)過程，請據(jù)圖回答有關(guān)問題：,(1)構(gòu)建新的蛋白質(zhì)模型是蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵,圖中構(gòu)建新的胰島素模型的主要依據(jù)是_。 (2)通過DNA合成形成的新基因應(yīng)與_結(jié)合后轉(zhuǎn)移到_中才能得到準(zhǔn)確表達(dá)。,(3

4、)若要利用大腸桿菌生產(chǎn)速效胰島素，需用到的生物工程有_、_和發(fā)酵工程。 (4)圖解中從新的胰島素模型到新的胰島素基因的合成的基本思路是什么？,【解析】(1)蛋白質(zhì)工程首先要根據(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(jìn)行分子設(shè)計，因此，圖中構(gòu)建新的胰島素模型的主要依據(jù)是預(yù)期胰島素的功能，即速效胰島素。 (2)合成的目的基因應(yīng)與載體結(jié)合，構(gòu)建基因表達(dá)載體后導(dǎo)入受體細(xì)胞中才能表達(dá)。,(3)利用蛋白質(zhì)工程生產(chǎn)速效胰島素，需合成新的胰島素基因，改造好的目的基因需要通過基因工程來生產(chǎn)基因產(chǎn)物，并在生產(chǎn)中要借助工程菌，所以還需要發(fā)酵過程，因此，此過程涉及蛋白質(zhì)工程、基因工程、發(fā)酵工程。,(4)由新的胰島

5、素模型到構(gòu)建新的胰島素基因，其基本思路是根據(jù)新的胰島素中氨基酸的序列，推測出其基因中的脫氧核苷酸序列，然后利用DNA合成儀來合成出新的胰島素基因。,【答案】(1)胰島素的預(yù)期功能 (2)載體大腸桿菌等受體細(xì)胞 (3)蛋白質(zhì)工程基因工程 (4)根據(jù)新的胰島素中氨基酸的序列，推測出其基因中的脫氧核苷酸序列，然后利用DNA合成儀合成出新的胰島素基因。,互動探究 (1)結(jié)合本題分析：蛋白質(zhì)工程直接操作的對象是什么？ (2)比較分析：本題構(gòu)建形成的胰島素基因與人體內(nèi)的胰島素基因相同嗎？ 【提示】(1)基因。 (2)不同，由于遺傳密碼的簡并性(一個氨基酸可有多個密碼子對應(yīng))，因此經(jīng)反轉(zhuǎn)錄形成的DNA不再是

6、原來的DNA。,要點(diǎn)二基因工程和蛋白質(zhì)工程的比較,特別提醒(1)蛋白質(zhì)工程最終還是回到基因工程上來，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)的合成由基因控制，所以說蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延伸出來的第二代基因工程。(2)基因工程中的目的基因一般為自然存在的基因，而蛋白質(zhì)工程中的目的基因不是自然存在的。,完成下列一組填空。 (1)蛋白質(zhì)工程是以_ _ 為基礎(chǔ)，通過_或_，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。,(2)基因工程是遵循中心法則的,即_ _折疊產(chǎn)生有一定功能的蛋白質(zhì),它主要是生產(chǎn)自然界中_(填“存在”或“不存在”)的蛋白質(zhì)。 (3)蛋白質(zhì)工程操作程序的基本思路是：_,它可以

7、創(chuàng)造自然界中_ (填“存在”或“不存在”)的蛋白質(zhì)。,(4)假如預(yù)期到某種酶的功能，要設(shè)計相應(yīng)的基因。 上述圖示中，是_，是_。,【解析】本題考查對基礎(chǔ)知識的理解和應(yīng)用,天然蛋白質(zhì)的合成，遵循中心法則進(jìn)行：基因表達(dá)形成具有一定氨基酸序列的多肽鏈產(chǎn)生具有高級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)行使生物功能，而蛋白質(zhì)工程正好與之相反。,【答案】(1)蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系基因修飾基因合成 (2)DNAmRNA多肽鏈存在 (3)預(yù)期蛋白質(zhì)功能設(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相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列不存在 (4)分子設(shè)計氨基酸序列(多肽鏈),變式訓(xùn)練 (2012江蘇啟東中學(xué)高二檢測)下列關(guān)于基因工程和蛋白質(zhì)工程的說法正確的是() A蛋白質(zhì)工程和基因工程的目的都是獲得人類需要的蛋白質(zhì)，所以二者沒有區(qū)別 B基因工程是蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵技術(shù) C通過蛋白質(zhì)工程改造后的蛋白質(zhì)有的仍然是天然的蛋白質(zhì) D蛋白質(zhì)工程是在蛋白質(zhì)分子水平上直接改造蛋白質(zhì)的,解析：選B。本題考查基因工程與蛋白質(zhì)工程的區(qū)別與聯(lián)系。蛋白質(zhì)工程