新教材高中生物选择性必修3课件：3 4 蛋白质工程的原理和应用人教版

第4节蛋白质工程的原理和应用蛋白质工程的概念及崛起的缘由自主梳理1.蛋白质工程的概念结构规律生物功能改造或合成基因改造新的蛋白质基因工程2.蛋白质工程崛起的缘由已存在(1)蛋白质工程是指通过直接改造现有蛋白质而产生出符合人类需求的新的蛋白质的工程技术。()提示：蛋白质工程直接改造的是基因，而非蛋白质。(2)基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质，而这种蛋白质不一定完全符合人们生产和生活的需要。()(3)通过改造相关基因，使天冬氨酸激酶上352位的苏氨酸变为异亮氨酸，可以大幅度提高玉米种赖氨酸的含量。()×√√[典型例题]

(2020·黑龙江哈尔滨市第六中学校高二期末)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17位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高β­-干扰素的抗病性活性，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.细胞工程解析基因工程是将符合人们要求的目的基因导入适宜的生物体内，使其高效表达，从中提取人们所需的蛋白质，或表现出某种性状，得到的蛋白质产品仍然是天然存在的蛋白质，A与题意不相符；蛋白质工程是对控制蛋白质合成的基因进行改造，从而实现对相应蛋白质的改变，所得到的蛋白质已不是天然存在的蛋白质。B与题意相符；基因突变是指DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，而引起的基因结构的改变，C与题意不相符；细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程，D不符合题意。答案

B[变式训练]

(2020·黑龙江哈尔滨三中高二期末)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.基因结构

C.蛋白质空间结构 D.肽链结构

解析蛋白质工程的一般操作程序是：根据预期蛋白质的功能预测蛋白质的空间结构，进而推测多肽链中的氨基酸序列，在此基础上，对已有的基因进行基因修饰或基因合成，对现有的蛋白质进行改造，B正确。

答案

B联想质疑蛋白质工程可以通过对基因进行修饰、加工、对现有蛋白质进行改造，或制造新的蛋白质。

蛋白质工程为什么不直接改造蛋白质？提示：改造基因易于操作，且改造后可遗传。

蛋白质工程的基本原理自主梳理功能1.蛋白质工程的目标和基本思路结构改造合成2.蛋白质工程与基因工程的比较(1)蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行设计和改造。()(2)蛋白质工程只能生产自然界已有的蛋白质。()提示：基因工程只能生产自然界已有的蛋白质，蛋白质工程可以生产自然界没有的蛋白质。(3)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，最终还必须通过改造或合成基因来完成。()√×√[典型例题]

(2020·四川邻水实验学校高三月考)蛋白质工程就是通过对蛋白质化学、蛋白质晶体学和蛋白质动力学的研究，获得有关蛋白质理化特性和分子特性的信息，在此基础上对编码蛋白质的基因进行有目的的设计和改造，通过基因工程技术获得可以表达蛋白质的转基因生物，中华鲟是一种濒危野生动物。研究者试图通过蛋白质工程改造中华鲟体内的某些蛋白质，使其更加适应现在的水域环境。下列有关说法错误的是(

) A.蛋白质工程可定向改变蛋白质分子的结构 B.改造蛋白质可通过改变基因结构实现 C.改造后的中华鲟和现有中华鲟仍是同一物种 D.改造后的中华鲟的后代不具有改造的蛋白质解析蛋白质工程可以通过改造基因来定向改变蛋白质分子的结构，A、B正确；改造后的中华鲟具有新的性状，但其和现有中华鲟仍是同一物种，C正确；蛋白质工程改造的是基因，可以遗传给子代，因此改造后的中华鲟的后代也具有改造的蛋白质，D错误。答案

D[变式训练]

(2020·江苏高二期末)下列关于基因工程与蛋白质工程的叙述，错误的是(

) A.通过基因工程育种可以定向改变生物的性状 B.常用PCR等技术检测目的基因是否插入受体细胞的DNA分子中 C.蛋白质工程通过直接改造蛋白质的结构来创造新的蛋白质 D.蛋白质工程中，蛋白质的合成仍然遵循中心法则解析基因工程育种可以定向地改变生物的性状，A正确；常用PCR等技术检测目的基因是否成功地插入受体细胞的DNA分子中，B正确；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，是在分子水平上对基因分子直接进行操作，C错误；蛋白质工程中，蛋白质的合成仍然是通过转录和翻译完成的，所以蛋白质的合成仍遵循中心法则，D正确。答案

C联想质疑★由计算机建立的血红蛋白三维结构模型基因工程和蛋白质工程的操作水平是分子水平，细胞工程的操作水平是细胞或细胞器水平。

蛋白质工程的应用自主梳理天冬氨酸丝氨酸结合抗原微生物蛋白质(1)改造某些参与调控光合作用的酶，可以提高光合作用效率，进而增加粮食产量。()(2)将人抗体上结合抗原的区域“嫁接”到小鼠抗体上，可降低小鼠单克隆抗体诱发人体免疫反应的强度，从而提升治疗效果。()提示：将小鼠抗体上结合抗原的区域“嫁接”到人抗体上，可降低小鼠单克隆抗体诱发人体免疫反应的强度，从而提升治疗效果。(3)将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，使其在－70℃的条件下可保存半年，解决了干扰素在体外难以保存的困难。()√×√[典型例题]

(2020·天津等级考，16)Ⅰ型糖尿病是因免疫系统将自身胰岛素作为抗原识别而引起的自身免疫病。小肠黏膜长期少量吸收胰岛素抗原，能诱导免疫系统识别该抗原后应答减弱，从而缓解症状。科研人员利用Ⅰ型糖尿病模型小鼠进行动物实验，使乳酸菌在小鼠肠道内持续产生人胰岛素抗原，为此构建重组表达载体，技术路线如下。据图回答：(1)为使人胰岛素在乳酸菌中高效表达，需改造其编码序列。下图是改造前后人胰岛素B链编码序列的起始30个核苷酸序列。据图分析，转录形成的mRNA中，该段序列所对应的片段内存在碱基替换的密码子数有________个。(2)在人胰岛素A、B肽链编码序列间引入一段短肽编码序列，确保等比例表达A、B肽链。下列有关分析正确的是________(多选)。A.引入短肽编码序列不能含终止子序列B.引入短肽编码序列不能含终止密码子编码序列C.引入短肽不能改变A链氨基酸序列D.引入短肽不能改变原人胰岛素抗原性(3)在重组表达载体中，Sac

Ⅰ和Xba

Ⅰ限制酶仅有图示的酶切位点。用这两种酶充分酶切重组表达载体，可形成________种DNA片段。(4)检测转化的乳酸菌发现，信号肽－重组人胰岛素分布在细胞壁上。由此推测，信号肽的合成和运输所经历的细胞结构依次是___________________________________________________________________________________________________________。(5)用转化的乳酸菌饲喂Ⅰ型糖尿病模型小鼠一段时间后，小鼠体内出现人胰岛素抗原，能够特异性识别它的免疫细胞有________(多选)。A.B细胞 B.T细胞C.吞噬细胞 D.浆细胞解析

(1)密码子为mRNA上三个相邻的碱基，对应DNA编码序列上三个相邻的碱基；由图可以看出，与改造前的单链相比，改造后的单链第6、15、16、18、21、24、30位(从左往右数)碱基发生了改变，相应发生碱基替换的密码子分别为第2、5、6、7、8、10位(从左往右数，其中第6位密码子改变了两个碱基)，共6个。(2)要确保等比例表达A、B肽链，控制合成两条肽链的DNA只有一个终止子序列，且转录形成的mRNA只能有一个终止密码子。为了保证生成的人胰岛素的正常功能，引入的短肽不能改变A链氨基酸序列，不能改变原人胰岛素抗原性。(3)由图可以看出，重组表达载体中有两个Sac

Ⅰ识别序列、一个Xba

Ⅰ识别序列；Sac

Ⅰ和Xba

Ⅰ在该环状DNA上有三个酶切位点，用这两种酶充分酶切后可得到3种DNA片段。(4)乳酸菌为原核生物，细胞内无内质网和高尔基体；结合题意推测，信号肽在核糖体上合成后，经过细胞质基质到达细胞膜，出细胞膜后分布在细胞壁上。(5)B细胞和T细胞可以特异性识别抗原；吞噬细胞可以识别抗原，但不具有特异性；浆细胞不能识别抗原。答案(1)6

(2)ABCD

(3)3

(4)核糖体、细胞质基质、细胞膜、细胞壁(5)AB[变式训练]

(2020·河南省实验中学高二期中)T4溶菌酶在高温时易失去活性。研究人员对编码T4溶菌酶的基因进行改造，使T4溶菌酶第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸，该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成一个二硫键，提高了酶的耐热性。下列相关叙述正确的是(

) A.T4溶菌酶耐热性提高的原因是组成该酶的氨基酸种类和数量发生了改变 B.T4溶菌酶的改造属于蛋白质工程，自然界中的酶都可通过蛋白质工程进行改造 C.蛋白质工程与中心法则的流动方向一致，即DNA→mRNA→蛋白质 D.若高温使蛋白质分子的空间结构发生改变，蛋白质的功能也会受到影响解析由题意可知，T4溶菌酶耐热性提高的原因是组成该酶的氨基酸种类及空间结构均发生了改变，但是氨基酸的数量没有改变，A错误；T4溶菌酶的改造属于蛋白质工程，酶大多是蛋白质，少数是RNA，蛋白质工程只能用于改造蛋白质类，B错误；蛋白质工程与中心法则的流动方向相反，C错误；若高温使蛋白质分子的空间结构发生改变，蛋白质的功能也会受到影响，D正确。答案

D联想质疑★利用蛋白质工程改造干扰素★利用蛋白质工程产生的人——鼠嵌合体抗体蛋白质工程在应用中的最大难点在哪里？提示：复杂的蛋白质结构与功能之间的关系。思维导图晨读必背1.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，通过改造或合成基因，来改