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1．4蛋白质工程的崛起学习导航1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。2.理解蛋白质工程的原理。[重点]3.了解蛋白质工程的应用。[难点]新知初探思维启动一、蛋白质工程崛起的缘由1..基因工程的实质：将一种生物的_____转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的_________，进而表现出新的性状。2.基因工程的不足：原则上只能生产________________的蛋白质。基因蛋白质自然界已存在二、蛋白质工程的基本原理1..蛋白质工程的目标根据人们对_____________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___________的关系。蛋白质功能生物功能(2)手段：______________________。(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.基本途径：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的____________→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列。基因修饰或基因合成蛋白质结构想一想对天然蛋白质进行改造，是直接对蛋白质分子进行操作来实现的吗？【提示】不是，由于基因决定蛋白质，因此要对蛋白质的结构进行设计改造，最终必须通过基因改造来完成。三、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________________________的特点。3.面临困难：对蛋白质发挥功能必须依赖的___________了解不够。体积小、耗电少和效率高高级结构要点突破讲练互动要点一蛋白质工程的基本原理和途径1.原理：根据中心法则逆向推理。图示如下：2.设计中的困难：如何推测非编码区以及内含子的脱氧核苷酸序列。3.蛋白质工程的步骤4.结果：生产出自然界从来没有的蛋白质。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。如图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：例1(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DNA合成形成的新基因应与________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合成的基本思路是什么？【解析】(1)蛋白质工程首先要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，因此，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是预期胰岛素的功能，即速效胰岛素。(2)合成的目的基因应与载体结合，构建基因表达载体后导入受体细胞中才能表达。(3)利用蛋白质工程生产速效胰岛素，需合成新的胰岛素基因，改造好的目的基因需要通过基因工程来生产基因产物，并在生产中要借助工程菌，所以还需要发酵过程，因此，此过程涉及蛋白质工程、基因工程、发酵工程。(4)由新的胰岛素模型到构建新的胰岛素基因，其基本思路是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。【答案】(1)胰岛素的预期功能(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合成仪合成出新的胰岛素基因。互动探究(1)结合本题分析：蛋白质工程直接操作的对象是什么？(2)比较分析：本题构建形成的胰岛素基因与人体内的胰岛素基因相同吗？【提示】(1)基因。(2)不同，由于遗传密码的简并性(一个氨基酸可有多个密码子对应)，因此经反转录形成的DNA不再是原来的DNA。要点二基因工程和蛋白质工程的比较基因工程蛋白质工程操作环境(场所)生物体外生物体外操作起点目的基因预期的蛋白质功能基本过程剪切→拼接→导入→表达确定蛋白质功能→应有的高级结构→应具备的折叠状态→应有氨基酸序列→应有的碱基序列→改造的蛋白质实质定向改造或生产人类所需的蛋白质定向改造生物的遗传特性,以获得人类所需的生物类型或生物产品(基因的异体表达)结果生产自然界已存在的蛋白质可以创造出自然界不存在的蛋白质特别提醒(1)蛋白质工程最终还是回到基因工程上来，因为蛋白质的合成由基因控制，所以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。(2)基因工程中的目的基因一般为自然存在的基因，而蛋白质工程中的目的基因不是自然存在的。完成下列一组填空。(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。例2(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。上述图示中，①是________，②是________。【解析】本题考查对基础知识的理解和应用,天然蛋白质的合成，遵循中心法则进行：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，而蛋白质工程正好与之相反。【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氨基酸序列(多肽链)变式训练(2012·江苏启东中学高二检测)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解析：选B。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。