1.3 蛋白质工程 学案(含答案)
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1、第三节第三节 蛋白质工程蛋白质工程 学习导航 1.结合教材 P35,概述蛋白质工程的概念和基本原理。2.结合教材 P3537,说出蛋 白质工程的基本过程。3.结合教材 P3839,举例描述蛋白质工程的应用和发展。 重难点击 蛋白质工程的概念和基本原理。 方式一 人类可以改造天然蛋白质吗?答案是肯定的。例如:科学家已改造并生产了一种以 前必须从南极鱼类身体中提取的抗冻蛋白质。这一技术可用于储存大量新鲜的动植物和人类 的组织细胞,防止形成冰晶,破坏脆弱的细胞膜和细胞的内部结构。你想了解这方面的知识 吗?请跟着我一起学习:蛋白质工程。 方式二 基因工程的诞生,为克服远缘杂交的障碍问题,带来了新的希望
2、,并取得了丰硕成 果:大肠杆菌为人类生产出了胰岛素,牛的乳腺生物反应器为人类制造出了蛋白质类药物, 烟草植物体内含有了某种药物蛋白至此,人们也只是实现了自然界现有基因在转基因生 物中的表达。但一个新问题出现了,生物产生的天然蛋白质是在长期进化过程中形成的,它 的结构、性能不能完全满足人类生产和生活的需要。要对现有蛋白质进行改造,制造出目前 从天然蛋白质中找不到的蛋白质。 这样人们又开始了新一轮的探索, 蛋白质工程应运而生了。 一、蛋白质工程概述一、蛋白质工程概述 1蛋白质工程的概念 (1)基础:蛋白质的结构和功能之间的关系。 (2)手段:借助计算机辅助设计、基因定点诱变和重组 DNA 技术改造
3、基因。 (3)目的:定向改造天然蛋白质,甚至创造自然界不存在的蛋白质。 (4)关键技术:基因工程。 2蛋白质工程的流程 预期功能 蛋白质 分子设计 氨基酸序列 DNA合成 基因。 3蛋白质工程的关键技术 蛋白质工程的关键技术是基因工程。蛋白质工程又被称为第二代基因工程。 4对蛋白质改进的三种类型 改造类型 操作程序 大改 根据氨基酸的性质和特点,设计并制造出自然界中不存在的全新蛋白质, 使之具有特定的氨基酸序列、空间结构和预期功能 中改 改变蛋白质分子中某一个多肽链片段或一个特定的结构 小改 通过基因工程中的定点诱变技术, 有目的地改造蛋白质分子中某活性部位 的一个或几个氨基酸残基,以改善蛋白
4、质的性质和功能 5.两种改变蛋白质结构的技术 (1)定点诱变技术:适用于已知空间结构的蛋白质。 (2)非定点诱变技术:适用于不能预先确定诱变位点的蛋白质。 对照下面蛋白质工程的基本过程,分析回答问题: 1请写出中心法则,并说明蛋白质工程中获取目的基因的方法。 答案 (1)中心法则如下: (2)获取目的基因的方法是人工合成法。 2基因工程合成的蛋白质有哪些不足? 答案 在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。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对天然蛋白质进行改造,你认为应该直接对蛋白质分子进行操作,还是通过对基因的操作 来实现? 答案 应该通
5、过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造,主要原因如下: (1)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 的蛋白质可能会遗传下去。如果对蛋白质直接改造,即使改造成功,但被改造过的蛋白质分 子也是无法遗传的。 (2)对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作,难度要小得多。 4基因的定点诱变技术是改变蛋白质结构的核心技术之一,试从以下各项分析此技术。 项目 内容 条 件 原料 脱氧核苷酸 酶 DNA 聚合酶和 DNA 连接酶 引物 含突变位点的 DNA 分子片段 操作方法 PCR 技术 结果 后代中半数为诱变的 DNA 分子 适用范围 空间结构完全清楚的蛋白质
6、, 进行“小改” 特点 有目的性和针对性 5.非定点诱变技术的适用对象和特点是什么? 答案 (1)适用对象:对于不能预先确定诱变位点的蛋白质,可采用非定点诱变技术来进行蛋 白质的改造。 (2)特点:非定点诱变突变位点多,有时甚至会产生意想不到的改造效果。 归纳总结 有关蛋白质工程的三点提醒 (1)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。 (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。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
7、细胞。 (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。 1科学家将 干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达,使干扰素分子上的半胱氨酸变 成丝氨酸,结果大大提高了 干扰素的抗病毒活性,并且提高了储存稳定性。该生物技术为 ( ) A蛋白质工程 B基因工程 C基因突变 D细胞工程 答案 A 解析 题干中的操作涉及的基因显然不再是原来的基因,其合成的 干扰素也不是天然 干扰素,而是经过改造的,是具有人类所需优点的蛋白质,因而整个过程利用的生物技术为 蛋白质工程。 2将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米细
8、胞,可以提高玉米中的赖氨酸含量;更换赖氨 酸形成过程中的天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的个别氨基酸, 使两种酶的活性提高, 也可以提高玉米中的赖氨酸含量。以上两种技术分别属于( ) A基因工程、基因工程 B蛋白质工程、蛋白质工程 C基因工程、蛋白质工程 D蛋白质工程、基因工程 答案 C 解析 富含赖氨酸的蛋白质是自然界中已有的蛋白质,基因工程只是把该蛋白质基因转入玉 米细胞,并使之合成该蛋白质,属于基因工程;更换赖氨酸合成过程中的天冬氨酸激酶和二 氢吡啶二羧酸合成酶的个别氨基酸, 是对自然界中已有的蛋白质进行改造, 属于蛋白质工程。 一题多变 上述两种提高玉米中赖氨酸含量的技术的实质相同吗
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