人教版 (新课标)选修3《现代生物科技专题》1.4 蛋白质工程的崛起学案

这是一份人教版 (新课标)选修3《现代生物科技专题》1.4 蛋白质工程的崛起学案，共2页。

1.蛋白质工程与基因工程的区别
蛋白质工程首先是对蛋白质结构进行设计改造，然后推测应有的氨基酸序列，再找到对应的脱氧核苷酸序列，即基因的结构，最终还是回到基因工程上来解决蛋白质的合成。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。
蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构与功能之间的关系，利用基因工程手段，按照人类自身需求，定向改造天然蛋白质，甚至创造新的、自然界本不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。蛋白质工程自诞生起就与基因工程密不可分。基因工程是通过基因操作把外源基因转入适当的生物体内，并在其中进行表达，它的产品还是该基因编码的天然存在的蛋白质。蛋白质工程则更进一步，它可以根据对分子预先设计的方案，通过对天然蛋白质的基因进行改造，来实现对它编码的蛋白质进行改造。因此它的产品已不再是天然的蛋白质，而是经过改造的、具有了人类所需优点的蛋白质。
2.蛋白质工程的概念及途径
学习过程中应结合必修课本中的中心法则深入理解，中心法则中遗传信息的传递过程是基因→mRNA→决定氨基酸种类、排序→蛋白质的性质和功能，而蛋白质工程途径与之相反。既然蛋白质的功能是由DNA决定的，那么要制造新的蛋白质，就要改造DNA，所以蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。蛋白质是由基本单位氨基酸按特定的顺序构成特定结构的生物大分子，参与生命体系的几乎所有过程，在生理条件下，由于肽链内部相邻氨基酸残基之间的相互作用，使肽链总在空间上倾向于达到最稳定的存在形式，这种特定的空间结构与蛋白质功能密切相关，因而可以通过改造蛋白质中氨基酸组成及排序来改变其原有的空间结构，进而影响其功能。
蛋白质工程的内容主要有两方面：一是根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质；二是确定蛋白质的化学组成及空间结构与生物功能之间的关系。在此基础上，实现从氨基酸序列预测蛋白质的空间结构和生理功能，设计合成具有特定生理功能的全新蛋白质，而氨基酸的排列顺序由基因决定，所以还需要改造控制蛋白质合成的相应基因中的脱氧核苷酸序列或人工合成所需要的自然界原本不存在的基因片段，用于蛋白质工程。
活学巧用
【例1】 科学家将β干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达，使干扰素第十七位的半胱氨酸，改变成丝氨酸，结果大大提高了β干扰素的抗病活性，并且提高了储存稳定性。该生物技术为（ ）
A.基因工程
B.蛋白质工程
C.基因突变
D.细胞工程
解题提示：基因工程是通过对基因的操作，将符合人们需要的目的基因导入适宜的生物体，使其高效表达，从中提取所需的基因控制合成的蛋白质，或表现某种性状，蛋白质产品仍然为天然存在的蛋白质，而蛋白质工程却是对控制蛋白质合成的基因进行改造，从而实现对其编码的蛋白质的改变，所得到的已不是天然的蛋白质。题目中的操作涉及的基因显然不再是原来的基因，其合成的β干扰素也不是天然β干扰素，而是经过改造的，是人类所需优点的蛋白质，因而整个过程利用的生物技术应为蛋白质工程。
答案：B
【例2】 某多肽链的一段氨基酸序列是：…—甲硫氨酸—色氨酸—苯丙氨酸—色氨酸—…
（1）怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。
（2）确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因（DNA）？
解题提示：蛋白质工程是首先设计蛋白质氨基酸序列，然后找到对应的脱氧核苷酸序列，根据DNA（基因）脱氧核苷酸序列进行人工合成或进行基因改造。由氨基酸序列知，翻译该蛋白质的mRNA上碱基序列为…—AUGUGGUUCUCG—…或…—AUGUGGUUUUGG—…。由mRNA上碱基序列知，转录产生mRNA的DNA分子碱基序列为：或 
答案：（1）根据氨基酸序列反推mRNA密码子序列，再反推DNA上脱氧核苷酸序列。其DNA碱基序列为： 
（2）根据DNA的碱基对序列或改造后的DNA序列，利用四种脱氧核苷酸进行人工合成。