导学案-蛋白质工程概述

《蛋白质工程概述》导学案第四课时【目标导航】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。【知识清单】一、蛋白质工程的概念和原理1．蛋白质工程概念：是通过物理化学与生物化学等技术了解蛋白质的____________，并借助计算机辅助设计、________________和________________改造基因，以定向改造____________、甚至创造出________________的蛋白质的技术。2．蛋白质工程的关键技术：____________。3．蛋白质工程的前提条件：了解蛋白质____________的关系。4．蛋白质改造的方法（1）对已知空间结构的蛋白质的改造①大改：即制造出____________________蛋白质。②中改：即在蛋白质分子中替代_____________________________________。③小改：即改造蛋白质分子中的__________________的残基。核心技术是基因工程中的______________，其中____________是常用的方法之一。（2）对空间结构不清楚的蛋白质的改造：采用____________来进行改造。【对点训练】知识点一：蛋白质工程的概念和原理1．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．蛋白质工程与基因工程密不可分，又称为第二代基因工程2．下图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答下列问题：eq\x(\a\al(基因,DNA))eq\x(\a\al(氨基酸序列,多肽链))eq\x(\a\al(蛋白质,三维结构))eq\b\lc\\rc\(\a\vs4\al\co1(预期功能,→生物功能))（1）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）（2）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________。（3）蛋白质工程的目的是____________________，通过____________实现。（4）从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则是____________的。【课后作业】基础落实1．蛋白质工程的基本流程正确的是（）①蛋白质分子结构设计②DNA合成③预期蛋白质功能④根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列A．①→②→③→④ B．④→②→①→③C．③→①→④→② D．③→④→①→②2．关于蛋白质工程的说法，正确的是（）A．蛋白质工程的核心问题是对蛋白质分子进行直接改造B．蛋白质工程是与基因工程并列的两大生物工程技术C．蛋白质工程中不涉及基因结构问题D．蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多3．下列关于由我国牵头的“人类肝脏蛋白组计划”的叙述中，不正确的是（）A．揭示并确认肝脏合成的蛋白质B．为重大肝病预防、诊断、治疗和新药研发提供科学基础C．用蛋白质工程实现肝脏合成人类需要的蛋白质D．是对蛋白质工程的有力推动和理论支持4．人们发现蛛丝蛋白比蚕丝蛋白更细，但强度却更大，于是有人试图通过破解蛛丝蛋白的结构从而推出其基因结构，以指导对蚕丝蛋白基因的修改，从而让蚕也吐出像蛛丝蛋白一样坚韧的丝，此过程的名称和依据的原理分别是（）A．基因突变：DNA→RNA→蛋白质B．基因工程：RNA→RNA→蛋白质C．基因工程：DNA→RNA→蛋白质D．蛋白质工程：蛋白质→RNA→DNA→RNA→蛋白质5．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，其结果产生的蛋白质是（）A．氨基酸种类增多B．氨基酸种类减少C．仍为天然存在蛋白质D．可合成天然不存在蛋白质【能力提升】6．某种微生物合成的蛋白酶与人体消化液中的蛋白酶的结构和功能很相似，只是热稳定性较差，进入人体后容易失效。现要将此酶开发成一种片剂，临床治疗食物的消化不良，最佳方案是（）A．将此酶中的少数氨基酸替换，以改善其功能B．将此酶与人蛋白酶进行拼接，形成新的蛋白酶C．重新设计与创造一种全新的蛋白酶D．减少此酶在片剂中的含量7．基因工程与蛋白质工程的区别是（）A．基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程不对基因进行操作B．基因工程生产的是天然存在的蛋白质，蛋白质工程可以生产不是天然存在的蛋白质C．基因工程是分子水平操作，蛋白质工程是细胞水平（或性状水平）的操作D．基因工程完全不同于蛋白质工程8．蛋白质工程的研究将对生命科学产生重大影响。下列关于蛋白质工程的叙述，不正确的是（）A．实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质结构和功能的关系B．基因工程是蛋白质工程的关键技术C．蛋白质工程是对蛋白质分子的直接改造D．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9．猪的胰岛素用于人体时降血糖效果不明显，原因是猪胰岛素分子中有一个氨基酸与人的不同。为了使猪胰岛素用于治疗人类糖尿病，用蛋白质工程的蛋白质分子设计的最佳方案是（）A．对猪胰岛素进行一个氨基酸的替换B．将猪胰岛素和人胰岛素进行拼接组成新的胰岛素C．将猪和人的胰岛素混合在一起治疗糖尿病D．根据人的胰岛素设计制造一种全新的胰岛素【综合拓展】10．蛋白质工程是指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、生产的过程。下图是蛋白质工程的基本途径，试回答下列有关问题：eq\x(\a\al(预期,蛋白,质功,能))eq\x(\a\al(设计预,期蛋白,质结构))eq\x(\a\al(推测应,有氨基,酸序列))eq\x(\a\al(推测相应,基因中脱,氧核苷酸,序列))eq\x(\a\al(生产,相应,蛋白,质))（1）图中③过程的主要依据是每种氨基酸都有其对应的________，后者位于__________分子上，其上的核苷酸序列与基因中的脱氧核苷酸序列之间存在着____________关系。（2）通过③过程获得的脱氧核苷酸序列不是完整的基因，要使这一序列能够表达、发挥作用，还必须在序列的上、下游加上________和________，在这个过程中需要________酶的参与。（3）完成④过程需要涉及________技术。【参考答案】【知识清单】一、1.结构与功能基因定点诱变重组DNA技术天然蛋白质自然界不存在2.基因工程3．结构和功能4.（1）①自然界不存在的全新②一个肽段或一个特定的结构域③1个或几个氨基酸定点诱变技术PCR技术（2）非定点诱变【对点训练】1．B[蛋白质工程首先是对基因进行改造，因此是对基因的操作。]思路导引理解蛋白质工程的含义→逐一对照选项分析→正确选择。知识链接对蛋白质工程内容的理解（1）氨基酸的排列顺序由基因决定，所以蛋白质工程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中原本不存在的基因片段。（2）直接决定蛋白质结构和功能的因素①氨基酸的种类、数量、排列顺序。②蛋白质空间结构，因对空间结构了解很少，使蛋白质分子的设计相当艰巨。（3）蛋白质工程中经过处理得到的新基因与基因突变得到的新基因有较大差别，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。2．（1）④⑤①②③（2）转录翻译折叠分子设计DNA合成（3）对蛋白质的结构进行分子设计基因合成或改造（4）相反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。归纳提升蛋白质工程的设计思路可做如下归纳：由图可见，蛋白质工程的设计思路是中心法则的逆推。课后作业1．C[蛋白质工程的流程是逆基因表达的顺序进行的，首先预期蛋白质功能，然后再分析出蛋白质的分子结构从而得出氨基酸的序列，再推出基因中脱氧核苷酸序列，最后进行人工DNA合成。]2．D[用排除法可以选出正确的答案。A、B、C三项说法均有明显错误。A项不能对蛋白质分子进行直接改造，而是对基因进行改造；B项二者不并列，基因工程是基础；C项蛋白质工程对基因进行改造，故涉及基因结构的问题。]3．C[“人类肝脏蛋白质组计划”将揭示肝脏合成蛋白质的奥秘，这有利于人类改造蛋白质，是对蛋白质工程的有力推动和理论支持，并不是用蛋白质工程实现肝脏合成人类需要的蛋白质。]4．D[通过修改已知蚕丝蛋白的基因，从而创造出全新蛋白质的过程叫蛋白质工程。其依据的原理是中心法则的逆推，即蛋白质→RNA→DNA→RNA→蛋白质。]5．D[蛋白质工程是获取人类所需要的蛋白质，可以是天然蛋白质的改造，也可以是天然不存在的蛋白质，但在获取时要对基因进行相应改造，所以又被称为第二代基因工程。]6．A[蛋白质的结构包括一级结构和空间结构，一级结构是指组成蛋白质的氨基酸的种类、数量、排列顺序，蛋白质的功能是由其一级结构和空间结构共同决定，特别是空间结构与蛋白质的功能关系更密切。要想使蛋白酶热稳定性有所提高，就要改变蛋白质的结构，此类问题一般是对蛋白质中的个别氨基酸进行替换。]7．B[蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出来的第二代基因工程，是从分子水平对蛋白质进行改造设计，然后直接对相应的基因进行修饰加工甚至人工进行基因合成，从而对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需要。而基因工程只是将外源基因导入另一生物体内，并使之表达，体现人类所需的性状，或者获取所需的产品，因此，基因工程在原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。]8．C[蛋白质工程通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造。]9．A[最佳的方案应为对猪胰岛素进行一个氨基酸的替换变成人的胰岛素。]10．（1）密码子信使RNA碱