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14 蛋白质工程的崛起,专题1 基因工程,学习导航,专题1 基因工程,一、蛋白质工程崛起的缘由 1基因工程的实质：将一种生物的基因转移到_内，后者可以产生它本身不能产生的_，进而表现出_。 2蛋白质工程的崛起 (1)理论和技术条件：_、晶体学以及计算机技术的迅猛发展。,另一种生物体,蛋白质,新的性状,分子生物学,(2)缘由： 基因工程在原则上只能生产自然界_的蛋白质。 天然蛋白质的_符合特定_的需要,却不一定完全符合_的需要。,已存在,结构和功能,物种生存,人类生产和生活,(改造后玉米叶片和种子中的游离赖氨酸分别提高5倍和2倍),丝氨酸,苏氨酸,天冬酰胺,二、蛋白质工程的基本原理 1蛋白质工程的目标 根据人们对_的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。 2对概念的理解 (1)基础:蛋白质分子的结构规律及其与_的关系。 (2)手段：基因修饰或基因合成。 (3)目的：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。,蛋白质功能,生物功能,3基本途径：从预期的蛋白质功能出发设计预期的_推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。,蛋白质结构,三、蛋白质工程的进展和前景 1蛋白质工程的进展 (1)科学家通过对_的改造，已使其成为速效型药品。 (2)生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面，用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有体积小，耗电少和效率高的特点。 2蛋白质工程的前景 蛋白质工程前景是诱人的，但难度却很大，尤其是目前科学家对大多数蛋白质的高级结构的了解还很不够。,胰岛素,判一判 (1)对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的 ( ) (2)由于蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化，空间结构千差万别，蛋白质工程操作难度很大( ) (3)蛋白质工程不能改变蛋白质的活性。( ) (4)蛋白质工程可以对胰岛素进行改造和修饰，合成速效型胰岛素制剂。( ),蛋白质工程,1.蛋白质工程崛起的缘由:基因工程只能生产出天然蛋白质,蛋白质工程是为了生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质。 2操作步骤 (1)从生物体中分离纯化目的蛋白。 (2)测定其氨基酸序列。 (3)借助核磁共振和X射线晶体衍射等手段，尽可能地了解蛋白质的二维重组和三维晶体结构。,(4)设计各种处理条件，了解蛋白质的结构变化，包括折叠与去折叠等对其活性与功能的影响。 (5)设计编码该蛋白质的基因改造方案，如定点突变。 (6)分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。,3流程图,特别提醒 (1)蛋白质工程并不是直接改造蛋白质。蛋白质是由基因控制合成的，对蛋白质的设计改造，是通过基因修饰或基因合成来实现的。即先改造控制蛋白质合成的基因，通过改造基因间接改造蛋白质，而不是直接改造蛋白质。 (2)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，被改造的蛋白质也是无法遗传下去的。,如图是利用定点突变技术获取人们所需蛋白质的过程示意图。请据图分析回答相关问题：,(1)该图示过程体现了_ (至少写出两项)等现代生物技术的综合运用。 (2)当前基因工程中扩增目的基因常用的方法是_,图中_(填写图中序号)过程即为此项应用。 (3)过程需使用的酶是_，它具有的重要特性是_。,基因工程、蛋白质工程、PCR技术,PCR技术,V,DNA聚合酶,热稳定性,(4)从理论上分析，经过过程可提供人们所需蛋白质的细胞占总数的_，理由是 _。 (5)一个基因表达载体的组成除了目的基因外，还必须有_、_以及标记基因。,1/2,目的基因导入受体细胞后，经过复制，只有一半的子代DNA分子中含有突变基因，从而控制合成人们所需的蛋白质；另一半子代DNA分子中含有正常基因,启动子,终止子,解析 (1)图示过程应用了基因工程(导入外源基因、基因表达载体的构建)、蛋白质工程(改造蛋白质)、PCR技术等现代生物技术。(2)(3)当前基因工程中扩增目的基因常用的方法是PCR技术，图中V过程即为此项应用。PCR技术包括高温解旋、引物结合、进行互补链的合成等步骤，其中过程为互补链的合成阶段，需使用具有热稳定性的DNA聚合酶。(4)目的基因导入受体细胞后，经过复制，只有一半的子代DNA分子中含有突变基因，从而控制合成人们所需的蛋白质,另一半子代DNA分子中含有正常基因，因此，从理论上分析，经过过程可提供人们所需蛋白质的细胞占总数的1/2。(5)一个基因表达载体的组成除了目的基因外,还必须有启动子、终止子以及标记基因。,结合本题分析，蛋白质工程直接改造的对象是什么？它与基因工程的关系是什么？ 提示：基因。蛋白质工程以基因工程为基础，蛋白质工程离不开基因工程。,改变蛋白质肽链中的个别氨基酸时，通常采用定点诱变技术,称“小改”如图：,还有“中改”即在蛋白质分子中替代一条肽段成一个特定的结构域,“大改”是指制造出自然界中不存在的全新蛋白质。,(2013高考广东卷)从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是( ) A合成编码目的肽的DNA片段 B构建含目的肽DNA片段的表达载体 C依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽 D筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽,C,解析:紧扣蛋白质工程的流程(基本途径)进行分析。由题可知,多肽P1为抗菌性和溶血性均较强的多肽，要设计出抗菌性强但溶血性弱的多肽，即在P1的基础上设计出自然界原本不存在的蛋白质，用蛋白质工程技术可以实现。蛋白质工程的基本途径是：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对应的脱氧核苷酸序列。故要想在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物,首先要做的是依据P1的氨基酸序列设计出多条模拟肽,然后进行改造,从而确定抗菌性强但溶血性弱的多肽的氨基酸序列。,基因工程与蛋白质工程的比较,基因,基因,DNA分子水平,DNA分子水平,目的基因的获取基因表达载体的构建将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定,确定蛋白质的功能蛋白质应有的高级结构蛋白质应具备的折叠状态蛋白质应有的氨基酸序列应有的碱基序列合成DNA表达出蛋白质,定向改造生物的遗传特性，以获得人类需要的生物类型或生物产品,定向改造或生产人类所需的蛋白质,生产人类需要的基因产物(自然界已有的蛋白质),可以生产自然界没有的、不存在的新蛋白质,蛋白质工程是以基因工程为基础的,特别提醒 蛋白质工程与基因工程的关系 (1)因为蛋白质的合成受基因控制，所以说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。 (2)蛋白质工程在改造基因时需要与基因工程有关的工具酶，需要构建基因表达载体。改造后的基因需要表达出相应的蛋白质，同样需将改造或合成的基因导入受体细胞。,(2014南京高二检测)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，蛋白质工程不需对基因进行操作 B基因工程合成的是天然存在的蛋白质，蛋白质工程合成的可以是自然界不存在的蛋白质 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)操作 D基因工程完全不同于蛋白质工程,B,解析 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。蛋白质工程是从分子水平上对蛋白质进行改造设计，通过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,以满足人类生产和生活需求；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，基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。,区分蛋白质工程和基因工程的方法：看结果是否产生自然界已存在的蛋白质，若是自然界已存在的蛋白质，归为基因工程；若不是自然界已存在的蛋白质，则定为蛋白质工程。,下列关于基因工程和蛋白质工程的说法正确的是( ) A蛋白质工程和基因工程的目的都是获得人类需要的蛋白质，所以二者没有区别 B基因工程是蛋白质工程的关键技术 C通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍然是天然的蛋白质 D利用蛋白质工程可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素,B,解析：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分子设计。其中，基因工程是关键技术，是蛋白质工程的基础，因为对蛋白质结构的改造是通过改造基因来实现的，所以蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质，改造后的蛋白质不再是天然的蛋白质。利用大肠杆菌生产人胰岛素属于基因工程。,
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