生物学案：课堂互动蛋白质工程的崛起

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精课堂互动三点剖析一、蛋白质工程的概念及途径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→蛋白质性质功能，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,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排序形成特定结构的生物大分子，参与生命体系几乎所有过程，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，而氨基酸排序由基因决定,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。二、蛋白质工程与基因工程的区别与联系蛋白质工程主要是根据蛋白质精细结构和生物活性的作用机制之间的关系，利用基因工程手段，按人类需要定向改造天然的蛋白质分子,甚至创造自然界根本就不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。蛋白质工程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方案，通过对天然蛋白质的基因进行改造来实现对其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人类所需优点的蛋白质。天然蛋白质是通过漫长进化过程,由自然选择而来的，而蛋白质工程对天然蛋白质的改造好比在实验室里加快了进化过程,能更快、更有效地为人类需要服务。三、酶工程和蛋白质工程的区别与联系酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的手段,应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。概括地说,酶工程是由酶制剂的生产和应用两方面组成的。酶工程的应用主要集中于食品工业、轻工业以及医药工业中。通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂,而没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构，然后由酶的分子结构来确定相应基因的碱基序列等步骤。因此，酶工程的重点在于对已存酶的合理充分利用，而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造。当然，随着蛋白质工程的发展，其成果也会应用于酶工程中,使酶工程成为蛋白质工程的一部分。学以致用【例1】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→蛋白质解析：通过修改已知丝蛋白的基因，从而创造出全新蛋白质的过程叫蛋白质工程，其原理是蛋白质→RNA→DNA→RNA→蛋白质。答案：D【例2】蛋白质工程的目标是（)A.通过对基因进行诱变，产生新的蛋白质B.通过基因重组，合成生物体本来没有的蛋白质C.根据人们对蛋白质功能的特定需求，改造或制造蛋白质D。生产大量的蛋白质解析：蛋白质工程是指为了满足人类的生产和生活的需要，以蛋白质分子的结构规律和生物功能为基础，通过对基因修饰或合成新的基因，对现有的蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质。答案：C【例3】蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是（）A.氨基酸结构B.蛋白质空间结构C.肽链结构D。基因结构解析：蛋白质工程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,以满足人类的生产和生活的需求。其目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质结构进行分子设计,但因为基因决定蛋白质，因此对蛋白质的结构进行设计改造，归根到底，还需对相应的基因进行操作，按要求进行修饰、加工、改造，使之能控制合成人类需要的蛋白质。答案：D【例4】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，只是对热稳定性较差，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.对此酶中的少数氨基酸替换，以改善其功能B.将此酶与人