14蛋白质工程的崛起课件

1选修3现代生物科技专题

专题1基因工程（4）11选修3现代生物科技专题

专题1基因工程（4）11.4蛋白质工程的崛起资料一干扰素是动物体内的一种蛋白质，可用于治疗病毒感染和癌症，通过基因工程制造的工程菌可以生产。但是在体外保存相当困难。如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，那么在-70度的条件下可保存半年。21.4蛋白质工程的崛起资料一2资料二玉米赖氨酸含量较低，其原因是赖氨酸合成过程中的两个关键酶的活性受赖氨酸浓度影响较大，当赖氨酸浓度达到一定量时，就会抑制其活性。如果将两个酶肽链上某部位的氨基酸种类作调整，就可以使玉米叶片和种子中游离的赖氨酸分别提高5倍和2倍。3资料二31.4蛋白质工程的崛起一、蛋白质工程崛起的缘由通过基因工程合成出的蛋白质是天然蛋白质，这些蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们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。因此，需要研究蛋白质的结构和功能，对天然蛋白质进行改造或制造出对人类更有力的新的蛋白质，以满足人类的生产生活需要。41.4蛋白质工程的崛起一、蛋白质工程崛起的缘由二、蛋白质工程的基本原理问题1.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？为什么？由于基因决定蛋白质，因此，要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过基因来完成。

（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，被改造过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接改造要容易操作，难度要小得多。5二、蛋白质工程的基本原理问题1.对天然蛋白质进行改造，你认为基因DNA氨基酸序列多肽链蛋白质三维结构预期功能生物功能mRNA转录翻译折叠DNA合成分子设计逆转录翻译转录mRNA肽链折叠等具有空间结构的蛋白质表达生物特有的功能或性状复制DNA（基因）中心法则（一）基本途径：6基因氨基酸序列蛋白质预期功能生物功能mRNA转录翻译折叠DN问题2.请利用蛋白质工程原理解决课本27页讨论题。—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—

丙氨酸色氨酸赖氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸

↓mRNA：GCU(或C或A或G)UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）

↓DNA：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）模板链⑴首先应根据密码子推出mRNA序列，再根据碱基互补配对规律推出脱氧核苷酸序列。⑵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库中获取。7问题2.请利用蛋白质工程原理解决课本27页讨论题。—丙氨酸—问题3：根据氨基酸序列推知的核苷酸序列与天然基因相同吗？为什么？不相同。因为一个氨基酸可能有多个密码子；无法推知真核基因编码区的内含子的碱基序列；无法推知真核基因非编码区的碱基序列。8问题3：根据氨基酸序列推知的核苷酸序列与天然基因相同吗？为什根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计，通过基因修饰或基因合成改造现有的蛋白质，或者制造一种新的蛋白质，满足人类生产和生活的要求。2、蛋白质工程的概念9根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分3、蛋白质工程与基因工程的关系1、区别：基因工程可以生产天然蛋白质，蛋白质工程是对天然蛋白质进行定向改造，可以生产出新的蛋白质。2、联系：通过蛋白质工程对蛋白质进行分子设计，利用基因工程的手段来生产符合人类需要的自然界不存在的蛋白质。蛋白质工程离不开基因工程。103、蛋白质工程与基因工程的关系1、区别：10三、蛋白质工程的进展和前景例如：胰岛素改造天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚体，延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓了其降血糖作用，也增加了抗原性，这是胰岛素B23-B28氨基酸残基结构所致。

利用蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚合作用，使胰岛素快速起作用。该速效胰岛素已通过临床实验。11三、蛋白质工程的进展和前景例如：胰岛素改造112.治癌酶的改造

癌症的基因治疗分二个方面：药物作用于癌细胞，特异性地抑制或杀死癌细胞；药物保护正常细胞免受化学药物的侵害，可以提高化学治疗的剂量。疱疹病毒（HSV）胸腺嘧啶激酶（TK）可以催化胸腺嘧啶和其它结构类似物磷酸化而使这些碱基3’-OH缺乏,从而阻断DNA的合成，杀死癌细胞。HSV—TK催化能力可以通过基因突变来提高。

从大量的随机突变中进行筛选出一种酶,在酶活性部位附近有6个氨基酸被替换，催化能力20倍以上。122.治癌酶的改造123.水蛭素改造水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制剂，它有多种变异体，由65或66个氨基酸残基组成。水蛭素在临床上可作为抗栓药物用于治疗血栓疾病。

为提高水蛭素活性，在综合各变异体结构特点的基础上提出改造水蛭素主要变异体HV2的设计方案，将47位的Asn（天冬酰胺）变成Lys（赖氨酸），使其与分子内第4或第5位Thr（苏氨酸）间形成氢键来帮助水蛭素N端肽段的正确取向，从而提高抗凝血效率，试管试验活性提高了4倍，在动物模型上检验抗血栓形成的效果，提高20倍。133.水蛭素改造134.生长激素改造生长激素通过对它特异受体的作用促进细胞和机体的生长发育，然而它不仅可以结合生长激素受体，还可以结合许多种不同类型细胞的催乳激素受体，引发其他生理过程。在治疗过程中为减少副作用，需使人的重组生长激素只与生长激素受体结合，尽可能减少与其他激素受体的结合。

经研究发现，二者受体结合区有一部分重叠，但并不完全相同，有可能通过改造加以区别。由于人的生长激素和催乳激素受体结合需要锌离子参与作用，而它与生长激素受体结合则无需锌离子参与，于是考虑取代充当锌离子配基的氨基酸侧链，如第18和第21位His（组氨酸）和第17位Glu（谷氨酸）。实验结果与预先设想一致，但要开发作为临床用药还有大量的工作要做。144.生长激素改造14蛋白质工程与基因工程的关系简单地讲，蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构和生物活力的作用机制之间的关系，利用基因工程的手段，按照人类自身的需要，定向地改造天然的蛋白质，甚至于创造新的、自然界本不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。蛋白质工程在诞生之日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根据分子设计的方案，通过对天然蛋白质的基因进行改造，来实现对其所编码的蛋白质的改造，它的产品已不再是天然的蛋白质，而是经过改造的，具有了人类所需要的优点的蛋白质。天然蛋白质都是通过漫长的进化过程自然选择而来的，而蛋白质工程对天然蛋白质的改造，好比是在实验室里加快了的进化过程，期望能更快、更有效地为人类的需要服务。15蛋白质工程与基因工程的关系简单地讲，蛋白质工程就是根三个终止密码：UAA、UAG、UGA64种密码子，61种与相应氨基酸对应一种氨基酸可以和多个密码子相对应16三个终止密码：64种密码子，161、基因工程技术也称为DNA重组技术，其实施必须具备的四个必要条件是 ()A．目的基因限制酶运载体受体细胞B．重组DNARNA聚合酶限制酶连接酶C．工具酶目的基因运载体受体细胞D．模板DNAmRNA质粒受体细胞C171、基因工程技术也称为DNA重组技术，其实施必须具备的四个必2、在DNA测序工作中，需要将某些限制性核酸内切酶的限制位点在DNA上定位，使其成为DNA分子中的物理参照点，这项工作叫做“限制酶图谱的构建”。假设有以下一项实验：用限制酶HindⅢ、BamHI和二者的混合物分别降解一个4kb(1kb即1千个碱基对)大小的线性DNA分子，降解产物分别进行凝胶电泳，在电场的作用下，降解产物分开，如下图所示。据此分析，这两种限制性核酸内切酶在该DNA分子上的限制位点数目是 A．HindⅢ1个，BamHI2个B．HindⅢ2个，BamHI3个C．HindⅢ2个，BamHI1个D．HindⅢ和BamHI各有2个A182、在DNA测序工作中，需要将某些限制性核酸内切酶的限制位点3、已知某种限制性内切酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点，如图中箭头所指，如果该线性DNA分子在3个酶切位点上都被该酶切断，则会产生a、b、c、d四种不同长度的DNA片段。现有多个上述线性DNA分子，若在每个DNA分子上至少有一个酶切位点被该酶切断，则理论上讲，经该酶切后，这些线性DNA分子最多能产生长度不同的DNA片段种类数是()

A、3B、4C、9D、12C3个酶切点：a\b\c\d

1个酶切点：a\b+c+d

a+b\c+d

a+b+c\d2个酶切点：a\b\c+da\b+c\da+b\c\da\b\c\d\

b+c+d

a+b\c+d

a+b+c

b+c193、已知某种限制性内切酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点，4、水母发光蛋白由236个氨基酸构成，其中Asp、Gly、Ser构成发光环，现已将这种蛋白质的基因作为生物转基因的标记，在转基因技术中，这种蛋白质的作用是()A、促使目的基因导入宿主细胞中B、使目的基因容易被检测出来C、促使目的基因在宿主细胞中复制D、使目的基因容易成功表达B204、水母发光蛋白由236个氨基酸构成，其中Asp、Gly、S5、碱基互补配对发生在下列哪些生理过程或生物技术中()①种子的萌发②病毒的增殖过程③细菌的二分裂过程④目的基因与运载体的结合⑤DNA探针的使用⑥分泌蛋白的加工和运输A．①②③④⑤B．①②③④⑤⑥C．②④⑤D．②③⑤⑥6、人的糖蛋白必须经内质网和高尔基体进一步加工合成，通过转基因技术，可以使人的糖蛋白基因得以表达的受体细胞是 ()A、大肠杆菌B、T4噬菌体C、酵母菌D、质粒DNAAC215、碱基互补配对发生在下列哪些生理过程或生物技术中7、下列有关基因工程技术的正确叙述是 ()A．重组DNA技术所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体B．所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列C．选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌繁殖快D．只要目的基因进入了受体细胞就能成功实现表达C227、下列有关基因工程技术的正确叙述是 ()C28、下列各项与蛋白质结构多样性无关的是()A、氨基酸的种类、数目、排列顺序B、构成蛋白质的多肽链的数目C、构成蛋白质的肽链的空间结构D、氨基酸至少含一个氨基和一个羧基9、在已知序列信息的情况下，获取目的基因的最方便方法是 ()A、化学合成法

B、基因组文库法C、cDNA文库法

D、聚合酶链反应DD238、下列各项与蛋白质结构多样性无关的是()DD2310、有关基因工程的叙述正确的是 ()A.限制性内切酶只在获得目的基因时才用B.重组质粒的形成在细胞内完成C.质粒都可作运载体D.蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料11、基因工程常用的受体细胞有 ()①大肠杆菌②枯草杆菌③支原体④动植物细胞A．①②③④ B．①②③C．②③④ D．①②④DD2410、有关基因工程的叙述正确的是 ()11、基因12、构建基因组DNA文库时，首先要分离细胞的A、染色体DNA

B、线粒体DNA

C、总mRNA

D、tRNA

13、就分子结构而论，质粒是()A、环状双链DNA分子

B、环状单链DNA分子C、环状单链RNA分子

D、线状双链DNA分子14、若利用基因工程技术培育能固氮的水稻新品种，其在环保上的重要意义是()A．减少氮肥的使用量，降低生产成本B．减少氮肥的使用量，节约能源C．避免氮肥过多引起环境污染D．改良土壤结构AAC2512、构建基因组DNA文库时，首先要分离细胞的AAC2515、治疗白化病、苯丙酮尿症等人类遗传病的根本途径是 A．口服化学药物B．注射化学药物C．采用基因疗法替换致病基因D．利用辐射或药物诱发致病基因突变16．在基因诊断技术中，所用的探针DNA分子中必须存在一定量的放射性同位素，后者的作用是A．为形成杂交的DNA分子提供能量B．引起探针DNA产生不定向的基因突变

C．作为探针DNA的示踪元素D．增加探针DNA的分子量CC2615、治疗白化病、苯丙酮尿症等人类遗传病的根本途径是 CC17．基因工程生产胰岛素的主要原因是()A．工艺简单，容易操作B．生产量大，价格较低C．所生产的胰岛素可以用于口服D．所生产的胰岛素疗效大大提高18．用于鉴定转化干细胞是否含重组

DNA的最常用方法是 ()A．抗药性选择

B．分子杂交选择C．RNA反转录

D．免疫学方法BB2717．基因工程生产胰岛素的主要原因是()BB2719、蛋白质工程的基本操作程序正确是()①蛋白质分子结构合成②DNA合成③mRNA合成④蛋白质的预期功能⑤根据氨基酸的序列推出脱氧核苷酸的序列A、①→②→③→④→⑤→①B、⑤→④→③→②→①→②C、④→①→⑤→②→③→①D、②→③→⑤→①→②→④C2819、蛋白质工程的基本操作程序正确是()C2820、当前医学上，蛋白质工程药物正逐步取代第一代基因工程多肽蛋白质类替代治疗剂，则基因工程药物与蛋白质工程药物的区别是 ()A、都与天然产物完全相同B、都与天然产物不相同C、基因工程药物与天然产物完全相同，蛋白质工程药物与天然产物不相同D、基因工程药物与天然产物不相同，蛋白质工程药物与天然产物完全相同C2920、当前医学上，蛋白质工程药物正逐步取代第一代基因工程多肽21．一个基因表达载体的构建应包括() A．目的基因B．启动子C．终止子D．标记基因22．抗病转基因植物所采用的基因，使用最多的是A、病毒外壳蛋白基因B、几丁质酶基因C、抗毒素合成基因D、病毒的复制酶基因ABCDAD3021．一个基因表达载体的构建应包括() ABCDA23、关于蛋白质工程的说法正确的是 A、蛋白质工程能定向改造蛋白质的分子结构，使之更加符合人类的需要B、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白质分子D、蛋白质工程又称为第二代基因工程ACD3123、关于蛋白质工程的说法正确的是 ACD3124、不同生物之间能进行转基因并能获得基因产物，其理论依据有 ()A、组成这些生物的DNA分子的空间结构和化学成分一致B、组成这些生物的DNA分子都遵循碱基互补配对原则C、这些生物在基因表达时共用一套遗传密码子D、这些生物的基因结构都是相同的ABC3224、不同生物之间能进行转基因并能获得基因产物，其理论依据有25、用现代生物技术培育生物新品种，其优越性在于 A.克隆技术可以快速繁殖优良形状的家畜B.现代转基因生物技术可以迅速改变生物的基因组成C.现代生物技术可以迅速使新品种形成群落D.现代生物技术可以克服远源杂交不亲和的障碍ABD3325、用现代生物技术培育生物新品种，其优越性在于 26、试设计实验用DNA探针测定目的基因中的核苷酸序列。实验原理：利用DNA分子杂交技术，使已知DNA分子链与未知DNA分子链杂交，根据碱基互补配对原则确定DNA的碱基序列。实验步骤：(1)用__

___切取要测定的目的基因。(2)用_____使______扩增。(3)用不同的DNA的探针与_______杂交，记录杂交区段的DNA碱基序列，最后分析出_______的碱基序列。限制酶PCR技术

目的基因目的基因目的基因3426、试设计实验用DNA探针测定目的基因中的核苷酸序列。限制(4)逆转录酶也常被用于基因工程，其存在于______(填生物)中,催化以_____为模板合成DNA的过程。(5)预测分析：若DNA探针上DNA碱基序列为—A—T—T—A—G—G—C—A—，则检测出的目的基因碱基序列为:RNA病毒mRNA35(4)逆转录酶也常被用于基因工程，其存在RNA病毒mRNA327、利用基因工程生产蛋白质药物，经历了三个发展阶段。第一阶段，将人的基因转入细菌细胞；第二阶段，将人的基因转入小鼠等动物的细胞。前两个阶段都是进行细胞培养，提取药物。第三阶段，将人的基因转入活的动物体，饲养这些动物，从乳汁或尿液中提取药物。（1）将人的基因转入异种生物的细胞或个体内，能够产生药物蛋白的原理是基因能控制

。蛋白质的合成3627、利用基因工程生产蛋白质药物，经历了三个发展阶段。第一阶（2）人的基因能和异种生物的基因拼接在一起，是因为它们的分子都具有双螺旋结构，都是由四种脱氧核苷酸构成，基因中碱基配对的规律都是

。（3）人的基因在异种生物细胞中表达成蛋白质时，需要经过

和

两个步骤。在翻译中需要的模板是

，原料是

，直接能源是

，搬运工兼装配工是

，将氨基酸通过肽键连接成蛋白质的场所是

，“翻译”可理解为将由

个“字母”组成的核酸“语言”翻译成由

个“字母”组成的蛋白质“语言”，从整体来看

在翻译中充任着“译员”。A—T，G—C转录翻译信使RNA氨基酸ATP转运RNA核糖体420转运RNA37（2）人的基因能和异种生物的基因拼接在一起，是因为它们的分子(4)利用转基因牛、羊乳汁提取药物工艺简单，甚至可直接饮用治病。如果将药物蛋白基因移到动物如牛、羊的膀胱上皮细胞中，利用转基因牛羊尿液生产提取药物比乳汁提取药物的更大优越性在于：处于不同发育时期的

动物都可生产药物。雌、雄38(4)利用转基因牛、羊乳汁提取药物工艺简单，甚至可直接饮用治28、农业科技工作者在烟草中找到了一抗病基因，现拟采用基因工程技术将该基因转入棉花，培育抗病棉花品系。请回答下列问题。(1)为了能把该抗病基因转入到棉花细胞中，常用的载体是

。(2)要使载体与该抗病基因连接，首先应使用

进行切割。假如载体被切割后，得到的分子末端序列为，则能与该载体连接的抗病基因分子末端是()(3)切割完成后，采用

酶将载体与该抗病基因连接，连接后得到的DNA分子称为

。(4)再将连接得到的DNA分子导入农杆菌，当值物体受到损伤时，伤口处的细胞会分泌大量________物质，吸引农杆菌移向这些细胞，最终使抗病基因整合到受体细胞的__________上，是目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。Ti质粒

限制酶

A

DNA连接重组DNA酚类染色体DNA3928、农业科技工作者在烟草中找到了一抗病基因，现拟采用基因工（4）将目的基因导入植物细胞除了上述方法外，还有__________________________________________.（5）检测目的基因是否插入的方法是________________。检测目的基因是否发挥作用的第一步是检测目的基因是否__________,检测方法是__________________。（6）目前可用于转基因植物的抗虫基因有_________________（举二例）基因枪转化法花粉管通道转化法DNA分子杂交技术转录成mRNADNA与RNA分子杂交技术Bt毒蛋白基因蛋白酶抑制剂基因淀粉酶抑制剂基因植物凝集素基因40（4）将目的基因导入植物细胞除了上述方法外，还有______29、下图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，请据图作答。（1）能否利用人的皮肤细胞来完成①过程？

，为什么？

。（2）过程②必需的酶是

酶，过程③必需的酶是

酶。不能皮肤细胞中的胰岛素基因未表达，不能形成胰岛素mRNA逆转录解旋4129、下图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，请（3）与人体细胞中胰岛素基因相比，通过②过程获得的目的基因不含有非编码区和

。（4）若A中共有a个碱基对，其中鸟嘌呤有b个，则③④⑤过程连续进行4次，至少需要提供胸腺嘧啶

个。（5）图中B应该符合的条件为____________________、___________________________________、_________________.图中的D是基因工程中的___________细胞。（6）为使过程⑧更易进行，可用

（药剂）处理D。CaCl2内含子15（a－b）能在受体细胞中进行自我复制有多个限制酶的切点便于目的基因插入有标记基因受体42（3）与人体细胞中胰岛素基因相比，通过②过程获得的目的基因不30、为了解基因结构，通常选取一特定长度的线性DNA分子，先用一种限制酶切割，通过电泳技术将单酶水解片段分离，计算相对大小;然后再用另一种酶对单酶水解片段进行降解，分析片段大小。下表是某小组进行的相关实验已知一线性DNA序列共有5000bp（bp为碱基对）第一步水解产物（单位bp）第二步水解产物（单位bp）A酶切割2100将第一步水解产物分离后，分别用B酶切割1900200140080060010001000500500B酶切割2500将第一步水解产物分离后，分别用A酶切割1900600130080050012001000200经A酶和B酶同时切割190010008006005002004330、为了解基因结构，通常选取一特定长度的线性DNA分子，先该实验设计主要体现了__________________原则。由实验可知，在这段已知序列上，A酶与B酶的识别序列分别为______个和_____个。根据表中数据，请在下图中标出相应限制性酶的酶切位点并注明相关片断的大小。已知BamHⅠ与BglⅡ的识别序列及切割位点如右图所示，用这两种酶和DNA连接酶对一段含有数个BamHⅠ和BglⅡ识别序列的DNA分子进行反复的切割、连接操作，若干循环后“AGATCC//TCTAGG”和_____________________序列明显增多，该过程中DNA连接酶催化_______________________键的形成。GGATCT//CCTAGA磷酸二酯键2对照（单一变量）344该实验设计主要体现了__________________原则31、单基因遗传病可以通过核酸杂交技术进行早期诊断。镰刀型细胞贫血症是一种在地中海地区发病率较高的单基因遗传病。已知红细胞正常个体的基因型为BB、Bb，镰刀型细胞贫血症患者的基因型为bb。有一对夫妇被检测出均为该致病基因的携带者，为了能生下健康的孩子，每次妊娠早期都进行产前诊断。下图为其产前核酸分子杂交诊断和结果示意图。4531、单基因遗传病可以通过核酸杂交技术进行早期诊断。镰刀型细(1)从图中可见，该基因突变是由于____________引起的。巧合的是，这个位点的突变使得原来正常基因的限制酶切割位点丢失。正常基因该区域上有3个酶切位点，突变基因上只有2个酶切位点，经限制酶切割后，凝胶电泳分离酶切片段，与探针杂交后可显示出不同的带谱，正常基因显示___条，突变基因显示____条。

(2)DNA或RNA分子探针要用______________等标记。利用核酸分子杂交原理，根据图中突变基因的核苷酸序列(…ACGTGTT…)，写出作为探针的核糖核苷酸序列_____________。

(3)根据凝胶电泳带谱分析可以确定胎儿是否会患有镰刀型细胞贫血症。这对夫妇4次妊娠的胎儿Ⅱ-l～II-4中基因型BB的个体是____________，Bb的个体是___________________，bb的个体是_____________。碱基对改变21放射性同位素（荧光分子）Ⅱ-1、Ⅱ-4Ⅱ-3、Ⅰ-1Ⅰ-2Ⅱ-246(1)从图中可见，该基因突变是由于____________引47选修3现代生物科技专题

专题1基因工程（4）471选修3现代生物科技专题

专题1基因工程（4）11.4蛋白质工程的崛起资料一干扰素是动物体内的一种蛋白质，可用于治疗病毒感染和癌症，通过基因工程制造的工程菌可以生产。但是在体外保存相当困难。如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，那么在-70度的条件下可保存半年。481.4蛋白质工程的崛起资料一2资料二玉米赖氨酸含量较低，其原因是赖氨酸合成过程中的两个关键酶的活性受赖氨酸浓度影响较大，当赖氨酸浓度达到一定量时，就会抑制其活性。如果将两个酶肽链上某部位的氨基酸种类作调整，就可以使玉米叶片和种子中游离的赖氨酸分别提高5倍和2倍。49资料二31.4蛋白质工程的崛起一、蛋白质工程崛起的缘由通过基因工程合成出的蛋白质是天然蛋白质，这些蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们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。因此，需要研究蛋白质的结构和功能，对天然蛋白质进行改造或制造出对人类更有力的新的蛋白质，以满足人类的生产生活需要。501.4蛋白质工程的崛起一、蛋白质工程崛起的缘由二、蛋白质工程的基本原理问题1.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？为什么？由于基因决定蛋白质，因此，要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过基因来完成。

（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，被改造过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接改造要容易操作，难度要小得多。51二、蛋白质工程的基本原理问题1.对天然蛋白质进行改造，你认为基因DNA氨基酸序列多肽链蛋白质三维结构预期功能生物功能mRNA转录翻译折叠DNA合成分子设计逆转录翻译转录mRNA肽链折叠等具有空间结构的蛋白质表达生物特有的功能或性状复制DNA（基因）中心法则（一）基本途径：52基因氨基酸序列蛋白质预期功能生物功能mRNA转录翻译折叠DN问题2.请利用蛋白质工程原理解决课本27页讨论题。—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—

丙氨酸色氨酸赖氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸

↓mRNA：GCU(或C或A或G)UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）

↓DNA：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）模板链⑴首先应根据密码子推出mRNA序列，再根据碱基互补配对规律推出脱氧核苷酸序列。⑵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库中获取。53问题2.请利用蛋白质工程原理解决课本27页讨论题。—丙氨酸—问题3：根据氨基酸序列推知的核苷酸序列与天然基因相同吗？为什么？不相同。因为一个氨基酸可能有多个密码子；无法推知真核基因编码区的内含子的碱基序列；无法推知真核基因非编码区的碱基序列。54问题3：根据氨基酸序列推知的核苷酸序列与天然基因相同吗？为什根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计，通过基因修饰或基因合成改造现有的蛋白质，或者制造一种新的蛋白质，满足人类生产和生活的要求。2、蛋白质工程的概念55根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分3、蛋白质工程与基因工程的关系1、区别：基因工程可以生产天然蛋白质，蛋白质工程是对天然蛋白质进行定向改造，可以生产出新的蛋白质。2、联系：通过蛋白质工程对蛋白质进行分子设计，利用基因工程的手段来生产符合人类需要的自然界不存在的蛋白质。蛋白质工程离不开基因工程。563、蛋白质工程与基因工程的关系1、区别：10三、蛋白质工程的进展和前景例如：胰岛素改造天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚体，延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓了其降血糖作用，也增加了抗原性，这是胰岛素B23-B28氨基酸残基结构所致。

利用蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚合作用，使胰岛素快速起作用。该速效胰岛素已通过临床实验。57三、蛋白质工程的进展和前景例如：胰岛素改造112.治癌酶的改造

癌症的基因治疗分二个方面：药物作用于癌细胞，特异性地抑制或杀死癌细胞；药物保护正常细胞免受化学药物的侵害，可以提高化学治疗的剂量。疱疹病毒（HSV）胸腺嘧啶激酶（TK）可以催化胸腺嘧啶和其它结构类似物磷酸化而使这些碱基3’-OH缺乏,从而阻断DNA的合成，杀死癌细胞。HSV—TK催化能力可以通过基因突变来提高。

从大量的随机突变中进行筛选出一种酶,在酶活性部位附近有6个氨基酸被替换，催化能力20倍以上。582.治癌酶的改造123.水蛭素改造水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制剂，它有多种变异体，由65或66个氨基酸残基组成。水蛭素在临床上可作为抗栓药物用于治疗血栓疾病。

为提高水蛭素活性，在综合各变异体结构特点的基础上提出改造水蛭素主要变异体HV2的设计方案，将47位的Asn（天冬酰胺）变成Lys（赖氨酸），使其与分子内第4或第5位Thr（苏氨酸）间形成氢键来帮助水蛭素N端肽段的正确取向，从而提高抗凝血效率，试管试验活性提高了4倍，在动物模型上检验抗血栓形成的效果，提高20倍。593.水蛭素改造134.生长激素改造生长激素通过对它特异受体的作用促进细胞和机体的生长发育，然而它不仅可以结合生长激素受体，还可以结合许多种不同类型细胞的催乳激素受体，引发其他生理过程。在治疗过程中为减少副作用，需使人的重组生长激素只与生长激素受体结合，尽可能减少与其他激素受体的结合。

经研究发现，二者受体结合区有一部分重叠，但并不完全相同，有可能通过改造加以区别。由于人的生长激素和催乳激素受体结合需要锌离子参与作用，而它与生长激素受体结合则无需锌离子参与，于是考虑取代充当锌离子配基的氨基酸侧链，如第18和第21位His（组氨酸）和第17位Glu（谷氨酸）。实验结果与预先设想一致，但要开发作为临床用药还有大量的工作要做。604.生长激素改造14蛋白质工程与基因工程的关系简单地讲，蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构和生物活力的作用机制之间的关系，利用基因工程的手段，按照人类自身的需要，定向地改造天然的蛋白质，甚至于创造新的、自然界本不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。蛋白质工程在诞生之日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根据分子设计的方案，通过对天然蛋白质的基因进行改造，来实现对其所编码的蛋白质的改造，它的产品已不再是天然的蛋白质，而是经过改造的，具有了人类所需要的优点的蛋白质。天然蛋白质都是通过漫长的进化过程自然选择而来的，而蛋白质工程对天然蛋白质的改造，好比是在实验室里加快了的进化过程，期望能更快、更有效地为人类的需要服务。61蛋白质工程与基因工程的关系简单地讲，蛋白质工程就是根三个终止密码：UAA、UAG、UGA64种密码子，61种与相应氨基酸对应一种氨基酸可以和多个密码子相对应62三个终止密码：64种密码子，161、基因工程技术也称为DNA重组技术，其实施必须具备的四个必要条件是 ()A．目的基因限制酶运载体受体细胞B．重组DNARNA聚合酶限制酶连接酶C．工具酶目的基因运载体受体细胞D．模板DNAmRNA质粒受体细胞C631、基因工程技术也称为DNA重组技术，其实施必须具备的四个必2、在DNA测序工作中，需要将某些限制性核酸内切酶的限制位点在DNA上定位，使其成为DNA分子中的物理参照点，这项工作叫做“限制酶图谱的构建”。假设有以下一项实验：用限制酶HindⅢ、BamHI和二者的混合物分别降解一个4kb(1kb即1千个碱基对)大小的线性DNA分子，降解产物分别进行凝胶电泳，在电场的作用下，降解产物分开，如下图所示。据此分析，这两种限制性核酸内切酶在该DNA分子上的限制位点数目是 A．HindⅢ1个，BamHI2个B．HindⅢ2个，BamHI3个C．HindⅢ2个，BamHI1个D．HindⅢ和BamHI各有2个A642、在DNA测序工作中，需要将某些限制性核酸内切酶的限制位点3、已知某种限制性内切酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点，如图中箭头所指，如果该线性DNA分子在3个酶切位点上都被该酶切断，则会产生a、b、c、d四种不同长度的DNA片段。现有多个上述线性DNA分子，若在每个DNA分子上至少有一个酶切位点被该酶切断，则理论上讲，经该酶切后，这些线性DNA分子最多能产生长度不同的DNA片段种类数是()

A、3B、4C、9D、12C3个酶切点：a\b\c\d

1个酶切点：a\b+c+d

a+b\c+d

a+b+c\d2个酶切点：a\b\c+da\b+c\da+b\c\da\b\c\d\

b+c+d

a+b\c+d

a+b+c

b+c653、已知某种限制性内切酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点，4、水母发光蛋白由236个氨基酸构成，其中Asp、Gly、Ser构成发光环，现已将这种蛋白质的基因作为生物转基因的标记，在转基因技术中，这种蛋白质的作用是()A、促使目的基因导入宿主细胞中B、使目的基因容易被检测出来C、促使目的基因在宿主细胞中复制D、使目的基因容易成功表达B664、水母发光蛋白由236个氨基酸构成，其中Asp、Gly、S5、碱基互补配对发生在下列哪些生理过程或生物技术中()①种子的萌发②病毒的增殖过程③细菌的二分裂过程④目的基因与运载体的结合⑤DNA探针的使用⑥分泌蛋白的加工和运输A．①②③④⑤B．①②③④⑤⑥C．②④⑤D．②③⑤⑥6、人的糖蛋白必须经内质网和高尔基体进一步加工合成，通过转基因技术，可以使人的糖蛋白基因得以表达的受体细胞是 ()A、大肠杆菌B、T4噬菌体C、酵母菌D、质粒DNAAC675、碱基互补配对发生在下列哪些生理过程或生物技术中7、下列有关基因工程技术的正确叙述是 ()A．重组DNA技术所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体B．所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列C．选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌繁殖快D．只要目的基因进入了受体细胞就能成功实现表达C687、下列有关基因工程技术的正确叙述是 ()C28、下列各项与蛋白质结构多样性无关的是()A、氨基酸的种类、数目、排列顺序B、构成蛋白质的多肽链的数目C、构成蛋白质的肽链的空间结构D、氨基酸至少含一个氨基和一个羧基9、在已知序列信息的情况下，获取目的基因的最方便方法是 ()A、化学合成法

B、基因组文库法C、cDNA文库法

D、聚合酶链反应DD698、下列各项与蛋白质结构多样性无关的是()DD2310、有关基因工程的叙述正确的是 ()A.限制性内切酶只在获得目的基因时才用B.重组质粒的形成在细胞内完成C.质粒都可作运载体D.蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料11、基因工程常用的受体细胞有 ()①大肠杆菌②枯草杆菌③支原体④动植物细胞A．①②③④ B．①②③C．②③④ D．①②④DD7010、有关基因工程的叙述正确的是 ()11、基因12、构建基因组DNA文库时，首先要分离细胞的A、染色体DNA

B、线粒体DNA

C、总mRNA

D、tRNA

13、就分子结构而论，质粒是()A、环状双链DNA分子

B、环状单链DNA分子C、环状单链RNA分子

D、线状双链DNA分子14、若利用基因工程技术培育能固氮的水稻新品种，其在环保上的重要意义是()A．减少氮肥的使用量，降低生产成本B．减少氮肥的使用量，节约能源C．避免氮肥过多引起环境污染D．改良土壤结构AAC7112、构建基因组DNA文库时，首先要分离细胞的AAC2515、治疗白化病、苯丙酮尿症等人类遗传病的根本途径是 A．口服化学药物B．注射化学药物C．采用基因疗法替换致病基因D．利用辐射或药物诱发致病基因突变16．在基因诊断技术中，所用的探针DNA分子中必须存在一定量的放射性同位素，后者的作用是A．为形成杂交的DNA分子提供能量B．引起探针DNA产生不定向的基因突变

C．作为探针DNA的示踪元素D．增加探针DNA的分子量CC7215、治疗白化病、苯丙酮尿症等人类遗传病的根本途径是 CC17．基因工程生产胰岛素的主要原因是()A．工艺简单，容易操作B．生产量大，价格较低C．所生产的胰岛素可以用于口服D．所生产的胰岛素疗效大大提高18．用于鉴定转化干细胞是否含重组

DNA的最常用方法是 ()A．抗药性选择

B．分子杂交选择C．RNA反转录

D．免疫学方法BB7317．基因工程生产胰岛素的主要原因是()BB2719、蛋白质工程的基本操作程序正确是()①蛋白质分子结构合成②DNA合成③mRNA合成④蛋白质的预期功能⑤根据氨基酸的序列推出脱氧核苷酸的序列A、①→②→③→④→⑤→①B、⑤→④→③→②→①→②C、④→①→⑤→②→③→①D、②→③→⑤→①→②→④C7419、蛋白质工程的基本操作程序正确是()C2820、当前医学上，蛋白质工程药物正逐步取代第一代基因工程多肽蛋白质类替代治疗剂，则基因工程药物与蛋白质工程药物的区别是 ()A、都与天然产物完全相同B、都与天然产物不相同C、基因工程药物与天然产物完全相同，蛋白质工程药物与天然产物不相同D、基因工程药物与天然产物不相同，蛋白质工程药物与天然产物完全相同C7520、当前医学上，蛋白质工程药物正逐步取代第一代基因工程多肽21．一个基因表达载体的构建应包括() A．目的基因B．启动子C．终止子D．标记基因22．抗病转基因植物所采用的基因，使用最多的是A、病毒外壳蛋白基因B、几丁质酶基因C、抗毒素合成基因D、病毒的复制酶基因ABCDAD7621．一个基因表达载体的构建应包括() ABCDA23、关于蛋白质工程的说法正确的是 A、蛋白质工程能定向改造蛋白质的分子结构，使之更加符合人类的需要B、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白质分子D、蛋白质工程又称为第二代基因工程ACD7723、关于蛋白质工程的说法正确的是 ACD3124、不同生物之间能进行转基因并能获得基因产物，其理论依据有 ()A、组成这些生物的DNA分子的空间结构和化学成分一致B、组成这些生物的DNA分子都遵循碱基互补配对原则C、这些生物在基因表达时共用一套遗传密码子D、这些生物的基因结构都是相同的ABC7824、不同生物之间能进行转基因并能获得基因产物，其理论依据有25、用现代生物技术培育生物新品种，其优越性在于 A.克隆技术可以快速繁殖优良形状的家畜B.现代转基因生物技术可以迅速改变生物的基因组成C.现代生物技术可以迅速使新品种形成群落D.现代生物技术可以克服远源杂交不亲和的障碍ABD7925、用现代生物技术培育生物新品种，其优越性在于 26、试设计实验用DNA探针测定目的基因中的核苷酸序列。实验原理：利用DNA分子杂交技术，使已知DNA分子链与未知DNA分子链杂交，根据碱基互补配对原则确定DNA的碱基序列。实验步骤：(1)用__

___切取要测定的目的基因。(2)用_____使______扩增。(3)用不同的DNA的探针与_______杂交，记录杂交区段的DNA碱基序列，最后分析出_______的碱基序列。限制酶PCR技术

目的基因目的基因目的基因8026、试设计实验用DNA探针测定目的基因中的核苷酸序列。限制(4)逆转录酶也常被用于基因工程，其存在于______(填生物)中,催化以_____为模板合成DNA的过程。(5)预测分析：若DNA探针上DNA碱基序列为—A—T—T—A—G—G—C—A—，则检测出的目的基因碱基序列为:RNA病毒mRNA81(4)逆转录酶也常被用于基因工程，其存在RNA病毒mRNA327、利用基因工程生产蛋白质药物，经历了三个发展阶段。第一阶段，将人的基因转入细菌细胞；第二阶段，将人的基因转入小鼠等动物的细胞。前两个阶段都是进行细胞培养，提取药物。第三阶段，将人的基因转入活的动物体，饲养这些动物，从乳汁或尿液中提取药物。（1）将人的基因转入异种生物的细胞或个体内，能够产生药物蛋白的原理是基因能控制

。蛋白质的合成8227、利用基因工程生产蛋白质药物，经历了三个发展阶段。第一阶（2）人的基因能和异种生物的基因拼接在一起，是因为它们的分子都具有双螺旋结构，都是由四种脱氧核苷酸构成，基因中碱基配对的规律都是

。（3）人的基因在异种生物细胞中表达成蛋白质时，需要经过

和

两个步骤。在翻译中需要的模板是

，原料是

，直接能源是

，搬运工兼装配工是

，将氨基酸通过肽键连接成蛋白质的场所是

，“翻译”可理解为将由

个“字母”组成的核酸“语言”翻译成由

个“字母”组成的蛋白质“语言”，从整体来看

在翻译中充任着“译员”。A—T，G—C转录翻译信使RNA氨基酸ATP转运RNA核糖体420转运RNA83（2）人的基因能和异种生物的基因拼接在一起，是因为它们的分子(4)利用转基因牛、羊乳汁提取药物工艺简单，甚至可直接饮用治病。如果将药物蛋白基因移到动物如牛、羊的膀胱上皮细胞中，利用转基因牛羊尿液生产提取药物比乳汁提取药物的更大优越性在于：处于不同发育时期的

动物都可生产药物。雌、雄84(4)利用转基因牛、羊乳汁提取药物工艺简单，甚至可直接饮用治28、农业科技工作者在烟草中找到了一抗病基因，现拟采用基因工程技术将该基因转入棉花，培育抗病棉花品系。请回答下列问题。(1)为了能把该抗病基因转入到棉花细胞中，常用的载体是

。(2)要使载体与该抗病基因连接，首先应使用

进行切割。假如载体被切割后，得到的分子末端序列为，则能与该载体连接的抗病基因分子末端是()(3)切割完成后，采用

酶将载体与该抗病基因连接，连接后得到的DNA分子称为

。(4)再将连接得到的DNA分子导入农杆菌，当值物体受到损伤时，伤口处的细胞会分泌大量________物质，吸引农杆菌移向这些细胞，最终使抗病基因整合到受体细胞的__________上，是目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。Ti质粒

限制酶

A

DNA连接重组DNA酚类染色体DNA8528、农业科技工作者在烟草中找到了一抗病基因，现拟采用基因工（4）将目的基因导入植物细胞除了上述方法外，还有______________________________________