1、第三節(jié)蛋白質(zhì)工程學(xué)科1.簡(jiǎn)述蛋白質(zhì)工程。蛋白質(zhì)的分子設(shè)計(jì)。(困難)蛋白質(zhì)工程學(xué)科應(yīng)用。(重點(diǎn))蛋白質(zhì)的分子設(shè)計(jì)1.蛋白質(zhì)工程學(xué)科(1)根據(jù)：蛋白質(zhì)的精細(xì)結(jié)構(gòu)和生物活性之間的關(guān)系。(2)改造對(duì)象：利用生物技術(shù)手段，直接或有意改造蛋白質(zhì)的DNA編碼序列。(3)產(chǎn)物：產(chǎn)生自然界中不存在的優(yōu)良特性的蛋白質(zhì)分子，即新的蛋白質(zhì)。(。(4)本質(zhì)：改造控制牙齒蛋白合成的基因結(jié)構(gòu)。2.蛋白質(zhì)的分子設(shè)計(jì)(1)小型轉(zhuǎn)換用少數(shù)氨基酸替換已知結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。(2)蛋白質(zhì)接合組裝徐璐結(jié)合其他來(lái)源的蛋白質(zhì)進(jìn)行組裝。(3)蛋白質(zhì)從頭開(kāi)始設(shè)計(jì)根據(jù)氨基酸的排列順序，設(shè)計(jì)和制造自然界中不存在的新蛋白質(zhì)。3.蛋白質(zhì)工程基礎(chǔ)蛋白質(zhì)工程的

2、基礎(chǔ)是基因工程。所以蛋白質(zhì)工程也稱(chēng)為第二代基因工程。蛋白質(zhì)分子的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜而困難的工程，其基本過(guò)程可以用下圖表示。討論：構(gòu)建新的蛋白質(zhì)模型是分子設(shè)計(jì)的核心部分，你認(rèn)為構(gòu)建蛋白質(zhì)模型的依據(jù)是什么？提示：構(gòu)建蛋白質(zhì)模型的依據(jù)是控制牙齒蛋白質(zhì)合成的基因和蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)。討論：通過(guò)合成DNA而形成的新基因怎樣得到正確的表達(dá)？提示：通過(guò)遺傳工程技術(shù)向大腸桿菌等受體細(xì)胞引入新的基因，新的基因指導(dǎo)受體細(xì)胞中新蛋白質(zhì)的合成。討論：一些學(xué)者認(rèn)為蛋白質(zhì)工程學(xué)科本身也是研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的有力工具。你覺(jué)得怎么樣？提示：這些學(xué)者很清楚蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)直接影響功能活動(dòng)。為了研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系，蛋白質(zhì)工程是強(qiáng)大

3、的工具。利用牙齒工具，可以改變蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，探討功能的變化，得出相應(yīng)的科學(xué)結(jié)論。1.蛋白質(zhì)工程的概念蛋白質(zhì)工程是指基于蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系，通過(guò)基因修飾或基因合成改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)，或制造新蛋白質(zhì)以滿足人類(lèi)生產(chǎn)和生活的需要。2.蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求，對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的分子設(shè)計(jì)。因?yàn)榛驔Q定蛋白質(zhì)，所以要設(shè)計(jì)和改造蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，最終需要改造基因來(lái)完成。蛋白質(zhì)工程的基本方法從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能開(kāi)始預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)預(yù)期的氨基酸序列相應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)。1.以下關(guān)于蛋白質(zhì)工程的基本課程中正確的是()蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)DNA合成根據(jù)預(yù)期的蛋白質(zhì)功能氨基

4、酸序列引入脫氧核苷酸序列A.b .C.d .蛋白質(zhì)工程需要根據(jù)人們的需要首先期待其功能，然后設(shè)計(jì)空間結(jié)構(gòu)，目前的牙齒階段是科學(xué)家還沒(méi)有完全掌握，根據(jù)相應(yīng)的氨基酸推斷基因的序列，然后使用人工合成法合成該目的的基因?；卮?c2.胰島素可以用于治療糖尿病，但胰島素注入人體后，堆積在皮下，進(jìn)入血液需要很長(zhǎng)時(shí)間，進(jìn)入血液的胰島素容易分解，因此受到治療效果的影響。用蛋白質(zhì)工程設(shè)計(jì)速效胰島素的生產(chǎn)過(guò)程，請(qǐng)根據(jù)圖片回答相關(guān)問(wèn)題。(1)構(gòu)建新的蛋白質(zhì)模型是蛋白質(zhì)工程的核心，在圖中構(gòu)建新的胰島素模型的主要依據(jù)是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(2)

5、通過(guò)DNA合成形成的新基因是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _的(3)利用大腸桿菌生產(chǎn)速效胰島素所需的生物工程是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _，_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _4)從圖中的新胰島素模型到合成新胰島素基因的基本想法是什么？(？_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

6、 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _分析 (1)蛋白質(zhì)工程首先需要根據(jù)對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求分子設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，因此在標(biāo)題圖中構(gòu)建新的胰島素模型的主要依據(jù)是期待胰島素的功能，即速效胰島素。(2)合成的目的基因必須與載體結(jié)合，構(gòu)建基因表達(dá)載體，然后引入受體細(xì)胞，才能表達(dá)。(3)利用蛋白質(zhì)工程生產(chǎn)速效胰島素需要合成新的胰島素基因，改造后的目的基因需要通過(guò)基因工程生產(chǎn)基因產(chǎn)物，生產(chǎn)中利用工程菌，因此發(fā)酵過(guò)程也是必要的。因此，牙齒過(guò)程包括蛋白質(zhì)工程學(xué)科、基因工程和發(fā)酵工程。(4)從新的胰島素模型到構(gòu)建新的胰島素基因，其基本想法是根據(jù)新胰島素中氨基酸的序列估計(jì)該基因的脫氧核糖核酸序列，然后

7、利用DNA合成器合成新的胰島素基因?；卮?(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)工程學(xué)科遺傳工程學(xué)科(4)根據(jù)新胰島素中氨基酸的序列，推斷基因中的脫氧核苷酸序列，然后利用DNA合成器合成新的胰島素基因。(。蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用及其與基因的關(guān)系工程的比較蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用1.提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性例如：將T4溶菌酶第3位的異亮氨酸轉(zhuǎn)換為胱氨酸，提高了耐熱性。2.改變蛋白質(zhì)的活性例：利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)改造組織纖溶酶原激活劑(tPA)，可以提高其溶栓療效。合成嵌合抗體嵌合抗體是指保留大鼠單克隆抗體的可變區(qū)域，其特征是以人抗體的恒定區(qū)域取代大鼠單克隆抗體的恒定區(qū)域，嵌合抗體的抗原性明顯下

8、降?？贵w的特異性識(shí)別功能沒(méi)有丟失?；仡櫍贺i的胰島素用于降低人體血糖濃度的效果不明顯。因?yàn)樨i胰島素分子中的氨基酸與人不同。為了將豬胰島素用于臨床治療，在蛋白質(zhì)工程中設(shè)計(jì)成蛋白質(zhì)分子的最佳方案是什么？提示：對(duì)豬胰島素替換不同的氨基酸。討論：天然蛋白質(zhì)的改造是通過(guò)直接操縱蛋白質(zhì)分子實(shí)現(xiàn)的嗎？提示：不。因?yàn)榛驔Q定蛋白質(zhì)，所以要設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，最終必須通過(guò)基因改造完成。討論：蛋白質(zhì)工程是新興的生物工程，又稱(chēng)第二代基因工程。上圖是蛋白質(zhì)工程學(xué)科流程圖，圖中A，B在遺傳學(xué)上依次說(shuō)明了什么過(guò)程？提示：戰(zhàn)士和翻譯。蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較比較項(xiàng)目基因工程蛋白質(zhì)工程學(xué)科操控物件基因基因操作級(jí)別DNA分子水平

9、DNA分子水平操作過(guò)程目的基因獲得構(gòu)建基因表達(dá)載體將目的基因引入受體細(xì)胞目的基因的檢測(cè)和鑒定決定蛋白質(zhì)的功能蛋白質(zhì)應(yīng)具有的高級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)應(yīng)具有的折疊狀態(tài)蛋白質(zhì)應(yīng)具有的氨基酸序列應(yīng)具有的核酸序列合成DNA 蛋白質(zhì)表達(dá)實(shí)質(zhì)性為獲取人類(lèi)所需的生物類(lèi)型或生物產(chǎn)品，確定生物的遺傳特性。確定或生產(chǎn)人類(lèi)所需的蛋白質(zhì)。結(jié)果生產(chǎn)人類(lèi)需要的基因產(chǎn)物(自然界已有的蛋白質(zhì))能產(chǎn)生自然界中不存在的新蛋白質(zhì)聯(lián)系蛋白質(zhì)工程是以基因工程為基礎(chǔ)的1.科學(xué)家們逐漸將干擾素基因引入大腸桿菌表達(dá)，將干擾素第17位的胱氨酸轉(zhuǎn)化為絲氨酸，大大提高了干擾素的抗病活性，提高了儲(chǔ)存穩(wěn)定性。生物技術(shù)()A.遺傳工程學(xué)科b .蛋白質(zhì)工程學(xué)科C.基

10、因突變d .細(xì)胞工程學(xué)科分析蛋白質(zhì)工程和基因工程之間的關(guān)系不明確，可能會(huì)選錯(cuò)A?；蚬こ掏ㄟ^(guò)基因操作，將符合人們需要的目的基因引入到適當(dāng)?shù)纳矬w中，高效地表達(dá)，提取必要的蛋白質(zhì)，或表現(xiàn)出某種特性，蛋白質(zhì)產(chǎn)品仍然是天然存在的蛋白質(zhì)。(阿爾伯特愛(ài)因斯坦，基因名言) (莎士比亞，Northern Exposure(美國(guó)電視劇)，基因工程通過(guò)改造控制蛋白質(zhì)合成的基因，實(shí)現(xiàn)編碼蛋白質(zhì)的變化，已不再是天然蛋白質(zhì)了)。威廉莎士比亞、蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì))主題的操縱相關(guān)基因，不再是原來(lái)的基因，合成的-干擾素也不是天然的-干擾素，而是經(jīng)過(guò)改造的人

11、類(lèi)需要的蛋白質(zhì)，因此整個(gè)過(guò)程中運(yùn)用的生命工程是蛋白質(zhì)工程。(阿爾伯特愛(ài)因斯坦，美國(guó)電視電視劇)回答 b2.干擾素是在動(dòng)物體內(nèi)合成的蛋白質(zhì)，可用于治療病毒感染和癌癥，但體外保存相當(dāng)困難。把分子的一個(gè)半胱氨酸換成沙林，可以在-70條件下保存半年，給很多患者帶來(lái)福音。(1)蛋白質(zhì)的合成受基因控制，因此獲得能控制合成“可保存干擾素”的基因是生產(chǎn)的關(guān)鍵。根據(jù)蛋白質(zhì)工程學(xué)科原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，使動(dòng)物能生產(chǎn)“可保存干擾素”。(2)遺傳工程和蛋白質(zhì)工程比較，基因工程原則上是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

12、_ _ _32(3)蛋白質(zhì)具有非常復(fù)雜的_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _結(jié)構(gòu)，因此很難實(shí)施蛋白質(zhì)工程。(。4)要改造天然蛋白質(zhì)，就得直接操縱蛋白質(zhì)分子，還是通過(guò)基因改造呢？(？原因是什么？_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _蛋白質(zhì)工程的工作過(guò)程是確定預(yù)期蛋白質(zhì)的功能預(yù)期蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)估計(jì)氨基酸序列相應(yīng)的脫氧核糖核酸序列?；蚬こ讨荒苌a(chǎn)自然界中已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)，而蛋

13、白質(zhì)工程卻能生產(chǎn)自然界中不存在的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程直接操作的對(duì)象是基因。答案 (1)脫氧核苷酸序列(基因)，對(duì)應(yīng)于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)功能的氨基酸序列(2)自然界已經(jīng)存在人類(lèi)生產(chǎn)和生活遺傳轉(zhuǎn)化基因合成改造(3)空間(或高級(jí))(4)要通過(guò)基因操作對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造。第一，所有天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，并改造基因。也就是說(shuō)，我們改造了蛋白質(zhì)，改造后的蛋白質(zhì)可以通過(guò)改造后的基因遺傳。如果直接改造蛋白質(zhì)，即使改造成功，改造后的蛋白質(zhì)分子也不能遺傳。第二，改造基因比直接改造蛋白質(zhì)容易操作，難度小得多。1.以下哪一項(xiàng)不是蛋白質(zhì)工程學(xué)科研究的內(nèi)容()A.蛋白質(zhì)分子的超微結(jié)構(gòu)分析B.蛋白質(zhì)的故意變形C.

14、氨基酸的化學(xué)成分分析D.按照人類(lèi)的意愿，將天然蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化成新的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)工程是指根據(jù)蛋白質(zhì)的微妙結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系，按照人的意思改造蛋白質(zhì)分子，形成自然界中不存在的蛋白質(zhì)分子。蛋白質(zhì)的改造包括氨基酸的種類(lèi)、數(shù)量和排列順序，但不包括氨基酸的化學(xué)組成?；卮?c2.在蛋白質(zhì)工程中設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)分子時(shí)，主要包括什么代替少數(shù)氨基酸蛋白質(zhì)連接的不同來(lái)源從氨基酸的排列順序設(shè)計(jì)新的蛋白質(zhì)直接改變蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)A. B. 931 C. D. 931931 在蛋白質(zhì)工程中設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)分子時(shí)，不能直接改變蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)。但是可以替換幾個(gè)茄子氨基酸，徐璐連接其他來(lái)源的蛋白質(zhì)，在氨基酸的排序順序中設(shè)計(jì)新的蛋白質(zhì)?；卮?/p>

15、 b3.蛋白質(zhì)工程被稱(chēng)為第二代遺傳工程，目前已成為研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的重要手段。請(qǐng)回答以下問(wèn)題，如蛋白質(zhì)工程的流程圖(從右到左)。(1)與基因工程相比，蛋白質(zhì)工程學(xué)科產(chǎn)物是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(2)圖中的步驟和分別是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _，分子設(shè)計(jì)。(3)如果已知mRNA的堿基序列是-A-U-C-C-A-G-G-U-C，合成相應(yīng)DNA所需的原料就有四種。合成DNA的相應(yīng)堿基對(duì)順序?yàn)開(kāi) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

16、_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _4)圖中顯示，要改造蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，最終要通過(guò)基因改造來(lái)完成。(。請(qǐng)說(shuō)明原因：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。(5)以上流程圖顯示，蛋白質(zhì)工程是_ _ _ _ _ _ _分析 (1)蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生自然界原本不存在的新蛋白質(zhì)。(2)階段1是從氨基酸序列推斷脫氧核苷酸序列的DNA合成過(guò)程。(3)DNA合成的原料是4種離解的脫氧核苷酸，在mRNA中合成DNA是逆轉(zhuǎn)錄所需的逆轉(zhuǎn)錄酶。合成的DNA是雙鏈。根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則-a-

17、t-c-c-a-g-g-t-c-t-a-g-g-t-c-c-a-g-(4)轉(zhuǎn)基因操作比直接改造蛋白質(zhì)容易，改造基因后可以遺傳，改造蛋白質(zhì)后需要新合成的再改造。(。(5)蛋白質(zhì)工程是基于基因工程的擴(kuò)展，也稱(chēng)為第二代基因工程?；卮?(1)能產(chǎn)生自然界中不存在的蛋白質(zhì)(2)DNA合成(3)脫氧(核糖)核苷酸站(站)逆轉(zhuǎn)錄酶-a-t-c-c-a-g-g-t-c-t-a-g-g-t-c-c-a-g-(4)轉(zhuǎn)基因操作更容易，改造后可以遺傳(5)遺傳工程學(xué)科4.已知的生物有蛋白質(zhì)(P)牙齒，這種蛋白質(zhì)是由305個(gè)氨基酸組成的運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)。如果將P分子中第158位的絲氨酸換成亮氨酸，將第240位的谷氨酰胺換成苯丙氨酸，則改變后的蛋白質(zhì)(P1)不僅維持了P的功能，還具有酶