1、 活动活动1:阅读阅读P26. 回答回答:为什么要进行蛋白质工程为什么要进行蛋白质工程? 一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由 1、基因工程的应用、基因工程的应用 （1）基因工程的实质：将一种生物的）基因工程的实质：将一种生物的 转移到另转移到另 一种生物体内，使后者产生本不能产生的一种生物体内，使后者产生本不能产生的 ， 进而表现出新的进而表现出新的 。 （2）基因工程的不足：在原则上只能生产自然界已存）基因工程的不足：在原则上只能生产自然界已存 在的在的 。 2、天然蛋白质的不足、天然蛋白质的不足 天然蛋白质是生物在长期天然蛋白质是生物在长期 过程中形成的，过程中形成的， 它们
2、的它们的 符合特定物种符合特定物种 的需要，却不的需要，却不 一定完全符合人类生产和生活的需要。一定完全符合人类生产和生活的需要。 3、蛋白质工程的目的、蛋白质工程的目的 生产符合人类生产和生活的需要的生产符合人类生产和生活的需要的 。 基因基因 蛋白质蛋白质 性状性状 蛋白质蛋白质 进化进化 结构和功能结构和功能 生存生存 蛋白质蛋白质 例如：例如： 改造改造 干扰素（半胱氨酸）干扰素（半胱氨酸） 体外很难保体外很难保 存存 干扰素（丝氨酸）干扰素（丝氨酸） 体外可以保存半年体外可以保存半年 玉米中赖氨酸含量比较低玉米中赖氨酸含量比较低 天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶 （352位的苏氨酸）位的苏氨
3、酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶 （104位的天冬酰胺）位的天冬酰胺） 改造改造 改造改造 天冬氨酸激酶（异亮氨酸）天冬氨酸激酶（异亮氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶 （异亮氨酸）（异亮氨酸） 玉米中赖氨酸含量可提高数倍玉米中赖氨酸含量可提高数倍 一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由 蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的 需要。需要。 在已研究过的几千种酶中，只有极少数可以应用于在已研究过的几千种酶中，只有极少数可以应用于 工业生产，绝大多数酶都不能应用于工业生产，工业生产，绝大多数酶都不能应用于
4、工业生产，这些这些 酶虽然在自然状态下有活性，但在工业生产中没有活酶虽然在自然状态下有活性，但在工业生产中没有活 性或活性很低。这是因为工业生产中每一步的反应体性或活性很低。这是因为工业生产中每一步的反应体 系中常常会有酸、碱或有机溶剂存在，反应温度较高，系中常常会有酸、碱或有机溶剂存在，反应温度较高， 大多数酶会很快变性失活。大多数酶会很快变性失活。 许多工业用酶也是在改变天然酶的特性后，才使之许多工业用酶也是在改变天然酶的特性后，才使之 适应生产和使用需要的。适应生产和使用需要的。 对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质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
5、通过对基因的操作来实现？分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？ 答：毫无疑问应该从对答：毫无疑问应该从对基因的操作基因的操作来实现对天然蛋白质改来实现对天然蛋白质改 造，主要原因如下：造，主要原因如下： （1）任何一种天然蛋白质都是由）任何一种天然蛋白质都是由基因编码基因编码的，改造了基因的，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，被改造过的去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的 蛋白质分子还是无法遗传的。蛋白质分子还是无法遗传的。 （2）对基因进行改造比对蛋白质直
6、接改造要）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作容易操作，难，难 度要小得多。度要小得多。 旁栏思考题旁栏思考题 二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理 目标：目标：根据人们对根据人们对 功能的特定需求，对功能的特定需求，对 蛋白质的蛋白质的 进行分子设计。进行分子设计。 蛋白质蛋白质 结构结构 天然蛋白质的合成过程天然蛋白质的合成过程 蛋白质工程的流程蛋白质工程的流程 基因基因 DNA 氨基酸序列氨基酸序列 多肽链多肽链 蛋白质蛋白质 三维结构三维结构 预期功能预期功能 生物功能生物功能 mRNA 转录转录 翻译翻译 折叠折叠 DNA合成合成 分子设计分子设计 蛋白质工程原理蛋
7、白质工程原理 天然蛋白质的合成途径：天然蛋白质的合成途径： 基因基因 表达（转录和翻译）表达（转录和翻译） 形成氨基酸序列的多肽形成氨基酸序列的多肽 链链 形成具有形成具有高级结构高级结构的蛋白质的蛋白质 行使生物功能行使生物功能 预期的蛋白质功能出发预期的蛋白质功能出发 设计预期的蛋白质结构设计预期的蛋白质结构 推测推测 应有的氨基酸序列应有的氨基酸序列 找到相应的脱氧核苷酸序列酸找到相应的脱氧核苷酸序列酸 蛋白质工程的途径：蛋白质工程的途径： 某多肽链的一段氨基酸序列是“某多肽链的一段氨基酸序列是“丙氨酸丙氨酸色色 氨酸氨酸赖氨酸赖氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸” 怎样得出决定这一段
8、肽链的脱氧核苷酸序列？怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？ 讨论讨论 （1 1）mRNAmRNA序列为：序列为： GCUGCU（或（或C C或或A A或或G G）UGGAAAUGGAAA（或（或G G）AUGUUUAUGUUU（或（或C C） 脱氧核苷酸序列：脱氧核苷酸序列： CGACGA（或（或G G或或T T或或C C）ACCTTTACCTTT（或（或C C）TACAAATACAAA（或（或G G） （2 2）确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人）确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人 类的需要改造它，通过人工合成的方法或从基因类的需要改造它，通过人工合成的方法或从基因 库中获取。库
9、中获取。 蛋白质工程的概念：蛋白质工程的概念： 是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关 系作为基础，通过系作为基础，通过基因修饰基因修饰或或基因合成基因合成，对现有蛋白质，对现有蛋白质 进行改造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的进行改造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的 需求。需求。 蛋白质工程是在基因工程的基础蛋白质工程是在基因工程的基础 上，延伸出来的上，延伸出来的第二代基因工程第二代基因工程。 蛋白质工程的概念蛋白质工程的概念 基础基础: 蛋白质工程的实质：蛋白质工程的实质： 途径途径: 目标目标: 蛋白质的结构和功能蛋白质的
10、结构和功能 基因修饰或基因合成基因修饰或基因合成 改造或制造新的蛋白质，满足人类的改造或制造新的蛋白质，满足人类的 生产或生活的需要生产或生活的需要 是对编码蛋白质的基因进行改造是对编码蛋白质的基因进行改造 三三.蛋白质工程的进展与前景蛋白质工程的进展与前景 蛋白质工程目前的现状：成功的例子不多，蛋白质工程目前的现状：成功的例子不多， 主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的正确的 空间结构空间结构，而科学家目前对大多数蛋白质的空间，而科学家目前对大多数蛋白质的空间 结构了解很少。结构了解很少。 项目项目 基因工程基因工程 蛋白质工程蛋白质工程 操作起点操
11、作起点 操作核心操作核心 过程过程 目标目标 结果结果 联系联系 目的基因目的基因 预期的蛋白质功能预期的蛋白质功能 基因表达载体基因表达载体 基因基因 获取目的基因获取目的基因 构建表达载体构建表达载体 导入受体细胞导入受体细胞 目的基因的检测与表达目的基因的检测与表达 预期蛋白质功能预期蛋白质功能 设计蛋白质结构设计蛋白质结构 推测氨基酸序列推测氨基酸序列 推测核苷酸序列推测核苷酸序列 合成合成DNA 表达出蛋白质表达出蛋白质 定向改造生物的遗传特定向改造生物的遗传特 性，获得人类所需的生性，获得人类所需的生 物类型或生物产品物类型或生物产品 定向定向改造或生产改造或生产人类所人类所 需的
12、蛋白质需的蛋白质 生产自然界中已有的蛋生产自然界中已有的蛋 白质白质 蛋白质工程是在基因工程的基础上蛋白质工程是在基因工程的基础上,延伸出来的第延伸出来的第 二代基因工程二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造。因为对现有蛋白质的改造或制造 新的蛋白质，必须通过基因的修饰或基因的合成。新的蛋白质，必须通过基因的修饰或基因的合成。 生产自然界没有的蛋生产自然界没有的蛋 白质白质 1 关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法 不正确的是（不正确的是（ ） A是生物在长期进化过程中形成的是生物在长期进化过程中形成的 B它们的结构和功能符合特定物种生存的需要它们的
13、结构和功能符合特定物种生存的需要 C构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种种 D一定完全符合人类生产和生活的需要一定完全符合人类生产和生活的需要 练习检测练习检测 D 2蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是（ ） 氨基酸结构氨基酸结构 B蛋白质空间结构蛋白质空间结构 C肽链结构肽链结构 D基因结构基因结构 3下列关于蛋白质工程的说法错误的是下列关于蛋白质工程的说法错误的是（ ） A蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更使之更 加符合人类的需要加符合人类的需要 B蛋白质工程是在分子水
14、平上对蛋白质分子直接进行蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行 操作操作，定向改变分子的结构定向改变分子的结构 C蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋 白质分子白质分子 D蛋白质工程与基因工程密不可分蛋白质工程与基因工程密不可分，又被称为第二代又被称为第二代 基因工程基因工程 4 4、以下关于蛋白质工程的说法正确的是以下关于蛋白质工程的说法正确的是 （ ） A A、蛋白质工程以基因工程为基础蛋白质工程以基因工程为基础 B B、蛋白质工程就是酶工程的延伸蛋白质工程就是酶工程的延伸 C C、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改蛋白质工程就是
15、用蛋白酶对蛋白质进行改 造造 D D、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质 5 5、蛋白质工程的基本流程正确的是蛋白质工程的基本流程正确的是（ ） 蛋白质分子结构设计蛋白质分子结构设计DNA合成合成预期蛋白预期蛋白 质功能质功能根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列 A B C D 6 6、蛋白质工程是在基因工程基础上蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出延伸出 来的第二代基因工程来的第二代基因工程，其结果产生的蛋白质其结果产生的蛋白质 是是（ ） A氨基酸种类增多氨基酸种类增多 B氨基酸种类减少氨基酸种类减少 C仍为天然存在蛋白质仍为天然存在
16、蛋白质 D可合成天然不存在蛋白质可合成天然不存在蛋白质 7、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法 不正确的是（不正确的是（ ） A科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为 速效药品速效药品 B生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工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程应用于微电子方面 C蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被 大力推广应用大力推广应用 D蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前 成功的例子不多成功的例子不多 C 8、能够使植物
17、体表达动物蛋白的育种方法是（、能够使植物体表达动物蛋白的育种方法是（ ） A、单倍体育种、单倍体育种 B、杂交育种、杂交育种 C、基因工程育种、基因工程育种 D、多倍体育种、多倍体育种 9、科学家通过基因工程的方法，能使马铃薯块茎含、科学家通过基因工程的方法，能使马铃薯块茎含 有人奶主要蛋白，以下有关该基因工程的叙述，错有人奶主要蛋白，以下有关该基因工程的叙述，错 误的是（误的是（ ） A、采用反转录的方法得到的目的基因有内含子、采用反转录的方法得到的目的基因有内含子 B、基因非编码区对于目的基因在块茎中的表达、基因非编码区对于目的基因在块茎中的表达 是不可缺少的是不可缺少的 C、马铃薯的叶肉
18、细胞可作为受体细胞、马铃薯的叶肉细胞可作为受体细胞 D、用同一种限制酶，分别处理质粒和含目的基因、用同一种限制酶，分别处理质粒和含目的基因 的的DNA，可产生黏性末端而形成重组，可产生黏性末端而形成重组DNA分子分子 C A 10、科学家在基因工程技术中常采用细菌、酵母菌等微生物、科学家在基因工程技术中常采用细菌、酵母菌等微生物 作为受体细胞，主要原因是（作为受体细胞，主要原因是（ ） A、繁殖速度快、繁殖速度快 B、结构简单、操作方便、结构简单、操作方便 C、遗传物质含量少、遗传物质含量少 D、性状稳定、变异少、性状稳定、变异少 11、运用现代生物技术的育种方法，将抗菜青虫的、运用现代生物技
19、术的育种方法，将抗菜青虫的Bt基因基因 转移到优质油菜中，培育出转基因抗虫的油菜品种，这一转移到优质油菜中，培育出转基因抗虫的油菜品种，这一 品种在生长过程中能产生特异的杀虫蛋白，对菜青虫有显品种在生长过程中能产生特异的杀虫蛋白，对菜青虫有显 著抗性，能大大减轻菜青虫对油菜的危害，提高油菜产量，著抗性，能大大减轻菜青虫对油菜的危害，提高油菜产量， 减少农药使用，保护农业生态环境。根据以上信息，下列减少农药使用，保护农业生态环境。根据以上信息，下列 叙述正确的是（叙述正确的是（ ） A、Bt基因的化学成分是蛋白质基因的化学成分是蛋白质 B、Bt基因中有菜青虫的遗传物质基因中有菜青虫的遗传物质 C、转基因抗虫油菜能产生杀虫蛋白是由于具有、转基因抗虫油菜能产生杀虫蛋白是由于具有Bt基因基因 D、转基因抗虫油菜产生的杀虫蛋白是无机物、转基因抗虫油菜产生的杀虫蛋白是无机物 C A
