第5课时 蛋白质工程
[学习目标] 1.简述蛋白质工程的概念和基本原理。2.举例说出蛋白质工程的基本过程。3.举例说出蛋白质工程的应用和发展。
一、蛋白质工程概述
1．基因工程的基本操作程序主要包括哪几个步骤？
答案 包括四个步骤：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、目的基因的检测和鉴定。
2．获取目的基因的常用方法有哪些？
答案 (1)从基因文库中获取；(2)利用PCR技术扩增目的基因；(3)人工合成法。 3．请写出中心法则，并判断蛋白质工程中获取目的基因的方法。 答案 (1)中心法则如下：
(2)获取目的基因的方法是人工合成法。 4．基因工程合成的蛋白质有哪些不足？
答案 在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。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。
5．对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？
答案 应该通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造，主要原因如下：
(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，但被改造过的蛋白质分子也是无法遗传的。
(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。
6．根据蛋白质被改造部位的多少，可将蛋白质改造分为大改、中改和小改三种，试区别这三种改造的异同。
答案 大改是指根据氨基酸的性质和特点，设计并制造出自然界中不存在的全新蛋白质。中改是指改变蛋白质分子中某一个多肽链片段或一个特定的结构。小改是指通过基因工程中的定点诱变技术，有目的地改造蛋白质分子中某活性部位的一个或几个氨基酸残基。 7．如何利用PCR技术进行基因定点诱变？
答案 一般先通过PCR技术扩增获得定点突变的基因，再通过基因工程的方法，将突变基因导入受体细胞，经过转录和翻译就可合成所需的蛋白质。
8．对空间结构不清楚的蛋白质的改造，可采用非定点诱变技术来进行改造。 9．由以上知识总结蛋白质工程的概念。
答案 蛋白质工程是指通过物理化学与生物化学等技术了解蛋白质的结构与功能，并借助计算机辅助设计、基因定点诱变和重组DNA技术改造基因，以定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋白质的技术。 二、蛋白质工程的应用
1．蛋白质结构为什么具有多样性？
答案 蛋白质结构的多样性是由构成蛋白质的氨基酸种类、数目、排列顺序和空间结构来决定的，其结构多样性的根本原因则是控制蛋白质合成的基因具有多样性。
2．利用蛋白质工程可以将酶中的天冬酰胺和谷氨酰胺转变为其他氨基酸，有效提高酶的热稳定性。此外，在蛋白质分子中引入二硫键也可以显著提高蛋白质的热稳定性。
3．在生物工程制药领域，可通过蛋白质工程人工合成或改造抗体，使之对某些肿瘤细胞具有特异的识别能力和杀伤力。
4．目前，蛋白质工程成功的例子不多，原因是什么？
答案 结构决定功能，蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，这种高级结构十分复杂。而且目前科学家对大多数蛋白质的高级结构的了解还很不够。
一、蛋白质工程的流程
下图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答下列问题：
(1)写出图中各数字代表的生物学过程的名称或内容：
①______________；②____________；③____________；④____________；⑤____________。 (2)代表蛋白质工程操作思路的过程是__________；代表中心法则内容的是________(填写数字)。
(3)蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质的__________的关系，其关键技术是_____________。 (4)蛋白质工程的目的是________________________________________，通过_________实现。 (5)从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则是__________________的。 (6)在蛋白质工程中构建基因表达载体与基因工程完全相同吗？
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (7)蛋白质工程与基因工程的结果有何不同？它们之间有什么关系？
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 (1)转录 翻译 折叠 分子设计 DNA合成 (2)④⑤ ①②③ (3)结构和功能 基因工程 (4)对蛋白质的结构进行分子设计 基因合成或改造 (5)相反 (6)不一定完全相同。蛋白质工程中的目的基因是人工合成的，不含有非编码区以及内含子的脱氧核苷酸序列。在构建基因表达载体时，需要添加启动子、终止子等必要部分 (7)蛋白质工程生产出自然界从来没有过的蛋白质，而基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质。蛋白质工程就是通过基因重组技术改变或设计合成具有特定生物功能的蛋白质；基因工程技术是蛋白质工程技术的基础，因此蛋白质工程也叫第二代基因工程
解析 天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的，而蛋白质工程的基本途径与之相反，即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)。解答此题需要理解中心法则和蛋白质结构的知识。 二、蛋白质工程的应用
科学家通过对抗体和胰岛素的改造，使其效果更良好，结合下列材料，完成后面问题： 材料一 鼠—人嵌合抗体形成过程
材料二 如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程。
(1)分析材料一，并填空。
①改造鼠源杂交瘤抗体，生产鼠—人嵌合抗体，属于________(生物工程)的范畴。 ②图示过程是根据预期的________________，设计__________________，最终必须对________进行操作，此操作中改变的是________。
③经改造的鼠—人嵌合抗体，与鼠源杂交瘤抗体相比较，突出的优点是__________________(从免疫角度考虑)。
④上述过程中对科学家来说难度最大的是________。 (2)分析材料二，并填空。
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____________________________ ________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 答案 (1)①蛋白质工程 ②嵌合抗体功能 嵌合抗体结构 基因 碱基对 ③对人体的不良反应减少 ④设计嵌合抗体的空间结构 (2)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根据新的胰岛素模型中氨基酸的序列，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
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