搜索
专题1基因工程1.4蛋白质工程的崛起课前·新知导学课堂·考点突破课后·提能达标课前·新知导学一、蛋白质工程崛起的缘由1．基因工程的实质：将一种生物的1___________转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的2___________，进而表现出3___________。基因蛋白质新的性状2．基因工程的不足：基因工程在原则上只能产生自然界4___________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5___________生存的需要，却不一定完全符合6_______________的需要。已存在特定物种人类生产和生活二、蛋白质工程的基本原理1．概念(1)基础：蛋白质分子的7___________及其与8___________的关系。(2)手段：通过9___________或10___________，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。(3)目的：获得满足人类的生产和生活需求的11___________。结构规律生物功能基因修饰基因合成蛋白质2．流程预期蛋白质功能→设计预期的12___________→推测应有的13___________序列→找到相对应的14___________序列(基因)。蛋白质结构氨基酸脱氧核苷酸三、蛋白质工程的进展和前景1．进展：科学家通过对15___________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，用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有16___________________________的特点。3．面临的困难：对蛋白质发挥功能必须依赖的17___________了解不够。高级结构胰岛素体积小、耗电少和效率高[正误辨析]1．蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质。()2．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构。()3．蛋白质工程是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础的。()4．基因工程一般只能产生自然界已存在的蛋白质。()√×√√[易错易混]基因工程与蛋白质工程的关系1．二者在操作上的基本思路(1)基因工程是遵循中心法则，从DNA→mRNA→蛋白质→折叠产生功能。基本上是生产出自然界已有的蛋白质。(2)蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→应有的氨基酸序列→相对应的碱基序列。可以创造天然不存在的蛋白质。2．二者的区别与联系比较项目蛋白质工程基因工程操作起点预期的蛋白质功能目的基因区别过程预期蛋白质功能→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(基因)获取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定比较项目蛋白质工程基因工程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区别结果可生产天然没有的蛋白质只能生产自然界已有的蛋白质联系①都在生物体外对基因进行操作；②蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程课堂·考点突破考点一蛋白质工程的基本原理和操作1．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。如图表示的是蛋白质工程的流程，图中甲、乙在遗传学上依次表示()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：选A蛋白质工程首先从预期的蛋白质功能出发，然后预测蛋白质的结构，再推测控制新蛋白质合成的基因的碱基序列，最后再人工合成DNA。合成后的DNA通过转录得到mRNA，经过翻译得到多肽链。2．已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题：(1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的________________进行改造。(2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰________基因或合成________基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括__________________的复制，以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：_______________________________________________________________。(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过______________和__________________，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物________进行鉴定。解析：(1)蛋白质的功能由蛋白质的三维结构决定，而蛋白质的三维结构与氨基酸序列有关，因此，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的氨基酸序列进行改造。(2)P基因与P1基因的根本区别是碱基序列不同，因此可以通过对P基因进行修饰获得P1基因，也可以直接合成P1基因。中心法则的内容可以通过下图体现：(3)蛋白质工程的基本途径：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(基因)。答案：(1)氨基酸序列(或结构)(其他合理答案也可)(2)PP1DNA和RNA(或遗传物质)DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录、翻译)(3)设计蛋白质的结构推测氨基酸序列功能[拓展提升]蛋白质工程通过对基因的操作实现对天然蛋白质进行改造的原因(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。考点二基因工程与蛋白质工程的关系1．基因工程与蛋白质工程的区别是()A．基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程不需对基因进行操作B．基因工程合成的是天然存在的蛋白质，蛋白质工程合成的可以是天然不存在的蛋白质C．基因工程是分子水平操作，蛋白质工程是细胞水平(或性状水平)操作D．基因工程完全不同于蛋白质工程解析：选B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。蛋白质工程是从分子水平上对蛋白质进行改造设计，通过对相应的基因进行修饰、加工，甚至人工进行基因合成，从而对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活需求；而基因工程只是将外源基因导入另一生物体内，并使之表达，产生人类所需的性状，或者获取所需的产品，基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。2．镰刀型细胞贫血症是一种单基因遗传病，患者的血红蛋白分子β肽链N端第6位氨基酸谷氨酸被缬氨酸代替，导致功能异常。回答下列问题：(1)异常血红蛋白的氨基酸序列改变的根本原因是编码血红蛋白基因的______________序列发生改变。(2)将正常的血红蛋白基因导入患者的骨髓造血干细胞中，可以合成正常的血红蛋白达到治疗的目的。此操作____________(填“属于”或“不属于”)蛋白质工程，理由是该操作________________________。(3)用基因工程方法制备血红蛋白时，可先提取早期红细胞中的________，以其作为模板，在________酶的作用下反转录合成cDNA。cDNA与载体需在限制酶和________酶的作用下，构建基因表达载体，导入受体菌后进行表达。(4)检测受体菌是否已合成血红蛋白，可从受体菌中提取________，用相应的抗体进行______________杂交，若出现杂交带，则表明该受体菌已合成血红蛋白。解析：(1)编码血红蛋白的基因中碱基对的替换导致编码的氨基酸种类改变。(2)蛋白质工程通过基因修饰或基因合成，实现对现有蛋白质的改造或制造新蛋白质。(3)因血红蛋白基因只在早期红细胞中表达，所以可从其中提取mRNA，以mRNA为模板，在逆转录酶的作用下，反转录合成cDNA。构建基因表达载体需要限制酶和DNA连接酶。(4)目的基因是否表达可以通过从受体菌中提取蛋白质，进行抗原—抗体杂交实验加以判断。答案：(1)碱基对(或脱氧核苷酸)(2)不属于没有对现有的蛋白质进行改造(或没有对基因进行修饰)(3)mRNA(或RNA)逆转录DNA连接(4)蛋白质抗原—抗体[方法规律]“三看法”判断基因工程和蛋白质工程(1)一看对基因的操作方法如果仅将基因用限制酶从DNA片段中切割下来，没有经过对编码蛋白序列进行修饰、加工，或仅对其调控序列进行加工，则属于基因工程；如果将目的基因经过了一些实质性的改造，如对编码蛋白序列进行了碱基替换或增添或缺失某几个碱基，则属于蛋白质工程。(2)二看目的基因的合成方式基因工程和蛋白质工程中都可以通过反转录合成目的基因，或根据蛋白质的氨基酸序列先合成mRNA，再合成基因。如果合成时mRNA或氨基酸序列没有经过改造，则为基因工程；如果mRNA或氨基酸序列经过了改造，或mRNA或氨基酸序列是根据蛋白质预期的功能人工设计的，则为蛋白质工程。(3)三看合成的蛋白质种类如果合成的蛋白质是天然蛋白质，则是基因工程；如果合成的蛋白质和天然蛋白质有差异，甚至是自然界中所没有的，则为蛋白质工程。