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蛋白质工程的崛起栏目导航课前预习要点探究课堂训练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.基因工程的不足:原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。3.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。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,对蛋白质的结构进行分子设计。2.对概念的理解(1)基础:蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。(2)手段:基因修饰或基因合成。(3)目的: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。3.流程:预期蛋白质的功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。〚试做〛蛋白质工程制造的蛋白质是(C)A.天然蛋白质B.稀有蛋白质C.自然界中不存在的蛋白质D.肌肉蛋白蛋白质工程的进展和前景1.进展:如,科学家通过对胰岛素的改造,已使其成为速效型药品。2.前景:生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面。制成的电子元件具有体积小、耗电少和效率高的特点。3.面临困难:对蛋白质发挥功能必须依赖的高级结构了解不够。蛋白质工程的操作问题引领:1.天然蛋白质的合成遵循中心法则,那么蛋白质工程遵循中心法则吗?2.蛋白质工程的流程是怎样的?3.我们可以制造出自然界中没有的蛋白质吗?1.原理:通过对基因修饰或基因合成来完成对蛋白质结构的设计改造。2.蛋白质工程流程图3.蛋白质工程的研究内容(1)通过改变蛋白质的活性部位,提高生物功效。(2)通过改变蛋白质的组成和空间结构,提高其在极端条件下的稳定性。(3)通过改变蛋白质的遗传信息,提高其独立工作能力,不再需要辅助因子。(4)通过改变蛋白质的特性,使其便于分离纯化。(5)通过改变蛋白质的调控位点,使其与抑制剂脱离,解除反馈抑制作用等。【典例研习1】根据所学的蛋白质工程,解决下列问题。(1)蛋白质工程是以为基础,通过或,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。(2)基因工程是遵循中心法则的,即→→→折叠产生有一定功能的蛋白质,它主要是生产自然界中(填“存在”或“不存在”)的蛋白质。(3)蛋白质工程操作程序的基本思路是:→→→,它可以创造自然界中(填“存在”或“不存在”)的蛋白质。(4)假如预期到某种酶的功能,要设计相应的基因。预期功能→蛋白质三维结构②基因DNA上述图示中,①是,②是。〚思维导引〛解答本题时,需从以下几方面入手:解析:天然蛋白质的合成,遵循中心法则:生物体内的基因→表达→形成具有一定氨基酸序列的多肽链→产生具有高级结构的蛋白质→行使生物功能,所以是某生物产生的天然蛋白质。而蛋白质工程的过程正好与之相反,而合成的基因自然界不存在,所以控制形成的蛋白质是自然界不存在的。答案:(1)蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系基因修饰基因合成(2)DNAmRNA多肽链存在(3)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相对应的脱氧核苷酸序列不存在(4)①分子设计②具有一定氨基酸序列的多肽链蛋白质工程与基因工程的比较问题引领:1.蛋白质工程与基因工程能划等号吗?2.如果它们不同,区别在哪里?有没有联系?见附表蛋白质工程中通过对基因操作来实现对天然蛋白质改造的理由:①任何一种天然蛋白质都是由基因编码的,改造了基因即对蛋白质进行了改造,而且改造过的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造,即使改造成功,被改造的蛋白质还是无法遗传的。②对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作,难度要小得多。【典例研习2】下列关于基因工程和蛋白质工程的说法正确的是()A.蛋白质工程和基因工程的目的都是获得人类需要的蛋白质,所以二者没有区别B.基因工程是蛋白质工程的关键技术C.通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍然是天然的蛋白质D.蛋白质工程是在蛋白质分子水平上直接改造蛋白质的〚思维导引〛解析:本题考查基因工程与蛋白质工程的区别与联系。蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质的结构进行分子设计。其中,基因工程是关键技术,是蛋白质工程的基础,因为对蛋白质结构的改造是通过改造基因来实现的,所以蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质,改造后的蛋白质不再是天然的蛋白质。答案:B〚变式训练21〛关于基因工程和蛋白质工程的说法正确的是(A)A.都是分子水平上的操作B.基因工程就是改造基因的分子结构C.蛋白质工程就是改造蛋白质的分子结构D.基因工程能产生自然界根本不存在的基因,蛋白质工程也能产生自然界根本不存在的蛋白质解析:基因工程又称DNA重组技术,基因工程合成的是自然界的生物体内存在的蛋白质;蛋白质工程是研究蛋白质的结构及结构与功能的关系,然后人为地设计一种新蛋白质,并按这种设计的蛋白质结构去改变其基因结构,从而产生新的蛋白质,其最终目的是相同的,蛋白质工程又称为第二代基因工程,蛋白质工程是根据人们需求的预期功能,设计蛋白质的结构,然后人工合成目的基因,利用基因工程合成预期蛋白质,这种蛋白质是自然界不存在的,其目的是满足人们对各类蛋白质产品的需求。1.基因工程的不足是只能产生自然界已存在的蛋白质。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,其目的是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。测控导航表知识点题号1.蛋白质工程的基本原理及过程1,3,42.蛋白质工程与基因工程的区别与联系23.蛋白质工程的应用和前景51.下列对物质的改造不属于蛋白质工程范畴的是(D)A.胰岛素改造B.抗体改造C.酶的改造D.性激素改造解析:蛋白质工程是通过改造基因来改造蛋白质,生产自然界原不存在的蛋白质,性激素不是蛋白质。2.蛋白质工程中需要直接进行操作的对象是(D)A.氨基酸结构B.蛋白质空间结构C.肽链结构D.基因结构解析:由于基因决定蛋白质,因此蛋白质工程中对蛋白质进行改造,最终还是通过对基因进行操作来完成。3.蛋白质工程是新崛起的一项生物工程,又称第二代基因工程。下图示意蛋白质工程流程,图中A、B在遗传学上依次表示(A)A.转录和翻译B.翻译和转录C.复制和转录D.传递和表达解析:中心法则是指遗传信息从DNA传递给RNA,再从RNA传递给蛋白质,即完成遗传信息的转录和翻译的过程。也可以从DNA传递给DNA,即完成DNA的复制过程。这是所有细胞结构的生物所遵循的法则。4.蛋白质工程的基本操作程序正确的是(C)①蛋白质分子结构合成②DNA合成③mRNA合成④蛋白质的预期功能⑤根据氨基酸的序列推出脱氧核苷酸的序列A.①→②→③→④→⑤→①B.⑤→④→③→②→①→②C.④→①→⑤→②→③→①D.②→③→⑤→①→②→④解析:本题考查蛋白质工程的操作流程。蛋白质工程的操作流程为: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→找到相对应的脱氧核苷酸序列。5.胰岛素可以用于治疗糖尿病,但是胰岛素被注射到人体后,会堆积在皮下,要经过较长的时间才能进入血液,而进入血液的胰岛素又容易分解,因此,治疗效果受到影响。下面是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程,请据图回答有关问题:(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键,图中构建新的胰岛素模型的主要依据是:。(2)通过人工合成DNA形成的新基因应与结合后转移到中才能得到准确表达。(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素,需用到的生物工程有、和发酵工程。(4)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么?解析:本题主要考查蛋白质工程的知识。(1)蛋白质工程的目的是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,因此,图中构建新的胰岛素模型的依据是胰岛素的预期功能,即速效胰岛素。(2)合成的目的基因应与载体形成重组DNA分子后导入受体细胞中才能表达。(3)利用蛋白质工程生产自然界原本不存在的蛋白质,需对原有的蛋白质进行改造。根据新的胰岛素中氨基酸序列推测出其基因中的脱氧核苷酸序列,人工合成新的胰岛素基因,形成目的基因,改造好的目的基因需通过基因工程来生产基因产物,并且在生产过程中要借助工程菌,所以还需要进行发酵,因此该过程涉及蛋白质工程、基因工程和发酵工程。(4)由新的蛋白质模型到构建新的基因,其基本设计思路是根据新的蛋白质中氨基酸的序列,推测出基因中的脱氧核苷酸序列。然后用DNA合成仪直接合成出新的基因。答案:(1)蛋白质的预期功能(2)载体大肠杆菌等受体细胞(3)蛋白质工程基因工程(4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列,推测出其基因中的脱氧核苷酸序列,然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因。点击进入课后作业