第4节 蛋白质工程的原理和应用 必备知识·素养奠基 一、蛋白质工程的概念 1.基础:蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。 2.操作方法:改造或合成基因。 3.结果:改造现有的蛋白质或制造一种新的蛋白质。 4.目的:满足人类生产和生活的需求。 5.与基因工程的关系:在基因工程的基础上,延伸出来的第二代基因工程。 二、蛋白质工程崛起的缘由 1.基因工程的实质和不足: (1)实质:将一种生物的基因转移到另一种生物体内,后者可以产生它本不能产生的蛋白质,进而表现出新的性状。 (2)基因工程存在的不足:原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。 2.蛋白质工程的崛起: (1)理论和技术条件:分子生物学、晶体学以及计算机技术的迅猛发展。 (2)天然蛋白质存在不足:天然蛋白质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。 (3)实例: 蛋白质缺陷 改造措施 改造后效果 玉米中赖氨酸含量低 赖氨酸合成中两种酶的氨基酸被替换 玉米叶片和种子中游离赖氨酸分别提高5倍和2倍 三、蛋白质工程的基本原理 1.目标: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改造。 2.方法:改造或合成基因。 3.基本思路: 填一填:基于蛋白质的合成过程和蛋白质工程的基本思路,完成下列填空。 ①蛋白质 ②多肽链 ③mRNA ④目的基因 A推测应有的氨基酸序列 B找到并改变基因或合成新的基因 C转录 D翻译 如果已经推测出多肽中的氨基酸序列,那么推测出的基因中的碱基序列是否唯一呢?说明你的理由。 提示:不唯一,因为一个氨基酸是由一个或多个密码子决定,因此获得的基因总的碱基序列有多种。 四、蛋白质工程的应用 1.医药工业方面: (1)速效胰岛素类似物:改变氨基酸序列,抑制胰岛素的聚合。 (2)干扰素:一个半胱氨酸替换为丝氨酸,延长保存时间。 (3)单克隆抗体:将小鼠抗体上结合抗原的区域“嫁接”到人的抗体上,降低诱发免疫反应的强度。 2.其他工业方面:广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶。如枯草杆菌蛋白酶。 3.农业方面: (1)改造某些参与调控光合作用的酶,提高植物光合作用的效率。 (2)改造微生物蛋白质的结构,增强防治病虫害的效果。 关键能力·素养形成 知识点 基因工程与蛋白质工程的比较 比较项目 基因工程 蛋白质工程 原理 基因重组 中心法则的逆转 区别 过程 获取目的基因→构建表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定 预期蛋白质功能→设计预期蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质 实质 定向改造生物的遗传特性,以获得人类所需要的生物类型或生物产品 改造或制造人类所需要的蛋白质 结果 生产自然界中已经有的蛋白质 生产自然界中没有的蛋白质 联系 ①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,对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质必须通过基因修饰或基因合成来实现,蛋白质工程离不开基因工程②基因工程中所用的某些酶也需要通过蛋白质工程进行修饰或改造,以提高其功能 【特别提醒】 有关蛋白质工程的两点提醒 (1)改造对象是基因: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。 (2)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。 下列关于蛋白质工程和基因工程的比较,不合理的是 ( ) A.蛋白质工程的操作起点是从预期的蛋白质功能出发,设计出相应的基因,并借助基因工程实现 B.蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的,蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成 C.当得到可以在-70 ℃条件下保存半年的干扰素后,在相关酶、氨基酸和适宜的温度、pH条件下,干扰素可以大量自 ... ...
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