20212022学年人教版生物选修3学案专题114蛋白质工程的崛起

1.4蛋白质工程的崛起 ＜学习目标＞ 素养目标＞ 1. 举例说出蛋质工程崛起的缘由。 2. 简述蛋11质工程的基本原理。 3. 尝试运用逆向思维分析和解决问题。 1 科学思维尝试通过蛋||质工程技术.根据人类需要的蛋||质结构， 设计或改造某一蛋Il质的设计流程。 概念认知自主学习 、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二种鲤蛆内,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. 蛋白质工程崛起的缘由 1基因工程存在不足在原则上只能生产自然界已荏荏的蛋白质。 ⑵天然蛋白质存在不足天然蛋白质的结舰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。 3.蛋白质工程的实例 蛋白质缺陷 改造措施 改造后效果 干扰素体外 保存时间短 半胱氨酸 替换为丝氨酸 保存时间延长至半年 玉米中赖氨 酸含量低 赖氨酸合成中两种 酶的氨基酸被替换 玉米叶片和种子中游离赖氨酸 分别提局5倍和2倍 二、蛋白质工程的基本原理 1. 蛋白质工程的解释 ⑴基础蛋白质分子的箭规建及其与生物防熊的关系。 ⑵手段通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一 种新的蛋白质。 ⑶目的获得满足人类生产和生活需求的蛋白质。 2. 原理由预期的蛋白质找到相对应的基因，即中心法则的逆推。 3. 流程预期蛋白质功能今设计预期的重睡箜今推测应有的氨基 酸序列3找到相对应的脱氧核苜酸序列基因9合成DNA9表达出蛋 白质。 4. 结果现有蛋白质得以改造，或制造出的重自质。 5. 与基因工程的关系是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因 工程。 三、蛋白质工程的进展和前景 1. 前景诱人用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有俺陞、耗电少 和效率高的特点。 2. 难度很大主要是因为目前科学家对大多数蛋白质的宣级鲤的了 解还很不够。 易错辨析 1. 蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质。V 2. 基因工程遵循中心法则，而蛋白质工程不遵循。x 【分析】蛋白质工程修饰或合成的基因在复制和表达时仍然遵循中心 法则。 3. 为延长干扰素保存时间，需要替换氨基酸;为提高玉米中赖氨酸含量, 需要在蛋白质中加入赖氨酸。x 【分析】前半句正确。为提高玉米中赖氨酸含量需要改变赖氨酸合成 过程中的两种关键酶，分别将其中的一个氨基酸替换。 4. 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，也 需要利用基因工程的基本工具,需要经历基因工程的操作流程。V 5. 根据某多肽链的一段氨基酸序列，可以很容易地确定决定这段肽链 的脱氧核苜酸序列。x 【分析】由于密码子的简并性，根据氨基酸序列确定脱氧核苜酸序列 并不容易。 6. 蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要是因为人们对蛋白质复杂 的高级结构没有完全认识。V 7. 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。x 【分析】蛋白质工程是通过基因修饰或基因合成对现有蛋白质定向改 造，以满足人类的生产和生活的需求，蛋白质工程直接操作的对象是基 因。 能力形成,合作探究小 蛋白质工程与基因工程的比较 项目 蛋白质工程 基因工程 区 别 操作 对象 基因 过 程 预期蛋白质功能今设计 蛋白质结构.推测氨基 酸序列推测脱氧核苜 酸序列9合成DNA9表 达出蛋白质 获取目的基因9构建基因表达 载体今导入受体细胞9目的基 因的检测与鉴定 实 质 通过改造相应的基因达 到对蛋白质进行改造的 目的 基因重组 结 果 可以创造出自然界不存 在的蛋白质 生产自然界已存在的蛋白质 联 系 ① 蛋白质工程获得目的基因后，需要通过基因工程获得预 期蛋白质 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 【易错提醒】 有关蛋白质工程的两点提醒 ⑴改造对象是基因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，被改造的蛋白质也是无法遗传下去的。 ⑵基因突变的新基因中含有不编码蛋白质的序列，而蛋白质工程中的 新基因则没有。 【选修对接必修】对接必修1蛋白质与核酸 1蛋白质是生命活动的主要承担者，基本组成单位是氨基酸。 ⑵核酸是遗传信息的携带者，基本组成单位是垓宜酸。 ⑶蛋白质多样性的直接原因和根本原因是什么 提示直接原因是氨基酸的种类、数量、排列顺序及肽链的空间结构 不同，根本原因是基因的多样性及其选择性表达。 0素养案例 近30年来，我国患糖尿病的人数的增长极为迅速，这不仅与人们不 健康的生活方式有关，也与患者体内胰岛素的缺乏有关。生产速效胰 岛素以及利用转基因技术实现胰岛素的批量生产就成为了目前糖尿 病治疗的新思路，请回答下列相关问题 ⑴速效胰岛素是科学家将胰岛素B链的第28个和第29个氨基酸调 换顺序后获得的。该过程中,需要对填“胰岛素”“胰岛素基 因”或“胰岛细胞”进行定向改造。 ⑵利用基因工程技术实现胰岛素的批量生产的过程中,关键操作环节 是，该环节需用到的工具酶有 O ⑶对于胰岛素基因的获取,一是通过提取 细胞中的胰岛素 m RN A,经过过程合成，之后通过技术大量扩增； 二是通过分析胰岛素的 序列，进行人工合成。 4为了将改造后的分子顺利导入大肠杆菌体内，一般需要用 处理大肠杆菌，使之成为 细胞。 1将胰岛素B链的第28和29个氨基酸调换顺序后可获得速效胰岛 素。因此，要生产速效胰岛素，可采用蛋白质工程技术，这就需要对胰岛 素基因进行定向改造。⑵基因工程的关键环节是基因表达载体的构建, 该过程需要用到的工具酶是限制酶和DNA连接酶。⑶对于胰岛素基 因的获取，一是通过提取胰岛B细胞的胰岛素mRNA,经过逆转录过程 合成，之后通过PCR技术大量扩增;二是通过分析胰岛素的氨基酸序列, 进行人工合成。⑷为了将改造后的分子顺利导入大肠杆菌体内，一般 需要用CaC*处理大肠杆菌，使之成为感受态细胞。 答案⑴胰岛素基因⑵基因表达载体的构建限制酶、DNA连接酶 ⑶胰岛B逆转录PCR氨基酸 ⑷CaCk感受态 【误区警示】 1不能准确理解蛋白质工程的实质蛋白质工程生产的产品不是天然 的蛋白质，而是经过改造了的具有人类所需要优点的蛋白质。 ⑵不能正确认识基因工程中的工具和工具酶载体属于工具，但不属于 工具酶。 跟踪小练 干扰素是动物体内合成的一种蛋白质,可以用于治疗病毒感染和癌 症。人的干扰素基因在大肠杆菌细胞中进行表达,产生的干扰素，其抗 病毒活性只有天然产品的十分之一，且体外保存相当困难。研究发现， 若将第17位的半胱氨酸改变为丝氨酸，生产出的干扰素的抗病毒活性 是原来的100倍,并且在-70 C的条件下，可以保存半年,给广大患者带 来福音。回答下列问题 ⑴从上述资料可知，若要改变干扰素的功能,可以考虑对