生物 第一章 基因工程 第5課時 蛋白質(zhì)工程 蘇教版選修3

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1、第一章 基因工程學習目標1.簡述蛋白質(zhì)工程的概念和基本原理。2.舉例說出蛋白質(zhì)工程的基本過程。3.舉例說出蛋白質(zhì)工程的應用和發(fā)展。基礎知識導學重點難點探究隨堂達標檢測欄目索引基礎知識導學答案一、蛋白質(zhì)工程概述1.基因工程的基本操作程序主要包括哪幾個步驟？答案包括四個步驟：獲取目的基因、構(gòu)建基因表達載體、將目的基因?qū)胧荏w細胞、目的基因的檢測和鑒定。2.獲取目的基因的常用方法有哪些？答案(1)從基因文庫中獲取；(2)利用PCR技術(shù)擴增目的基因；(3)人工合成法。3.請寫出中心法則，并判斷蛋白質(zhì)工程中獲取目的基因的方法。答案(1)中心法則如下：答案(2)獲取目的基因的方法是人工合成法。4.基因工程

2、合成的蛋白質(zhì)有哪些不足？答案在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。天然蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要，卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。5.對天然蛋白質(zhì)進行改造，你認為應該直接對蛋白質(zhì)分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現(xiàn)？答案應該通過對基因的操作來實現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)的改造，主要原因如下：(1)任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質(zhì)進行了改造，而且改造過的蛋白質(zhì)可以遺傳下去。如果對蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，但被改造過的蛋白質(zhì)分子也是無法遺傳的。(2)對基因進行改造比對蛋白質(zhì)直接改造要容易操作，難度要小得多。答案6.根據(jù)蛋白質(zhì)被改造部位的多少，可將蛋白質(zhì)改造分

3、為大改、中改和小改三種，試區(qū)別這三種改造的異同。答案大改是指根據(jù)氨基酸的性質(zhì)和特點，設計并制造出自然界中不存在的全新蛋白質(zhì)。中改是指改變蛋白質(zhì)分子中某一個多肽鏈片段或一個特定的結(jié)構(gòu)。小改是指通過基因工程中的定點誘變技術(shù)，有目的地改造蛋白質(zhì)分子中某活性部位的一個或幾個氨基酸殘基。7.如何利用PCR技術(shù)進行基因定點誘變？答案一般先通過PCR技術(shù)擴增獲得定點突變的基因，再通過基因工程的方法，將突變基因?qū)胧荏w細胞，經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯就可合成所需的蛋白質(zhì)。答案8.對空間結(jié)構(gòu)不清楚的蛋白質(zhì)的改造，可采用 來進行改造。9.由以上知識總結(jié)蛋白質(zhì)工程的概念。答案蛋白質(zhì)工程是指通過物理化學與生物化學等技術(shù)了解蛋白質(zhì)

4、的結(jié)構(gòu)與功能，并借助計算機輔助設計、基因定點誘變和重組DNA技術(shù)改造基因，以定向改造天然蛋白質(zhì)，甚至創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)的技術(shù)。答案非定點誘變技術(shù)二、蛋白質(zhì)工程的應用1.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)為什么具有多樣性？答案蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性是由構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸種類、數(shù)目、排列順序和空間結(jié)構(gòu)來決定的，其結(jié)構(gòu)多樣性的根本原因則是控制蛋白質(zhì)合成的基因具有多樣性。2.利用蛋白質(zhì)工程可以將酶中的 和 轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌被幔行岣呙傅臒岱€(wěn)定性。此外，在蛋白質(zhì)分子中引入 也可以顯著提高蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性。答案天冬酰胺谷氨酰胺二硫鍵答案返回3.在生物工程制藥領域，可通過蛋白質(zhì)工程 或 抗體，使之對某些腫瘤細胞具有特異的識別能力

5、和殺傷力。4.目前，蛋白質(zhì)工程成功的例子不多，原因是什么？答案結(jié)構(gòu)決定功能，蛋白質(zhì)發(fā)揮功能必須依賴于正確的高級結(jié)構(gòu)，這種高級結(jié)構(gòu)十分復雜。而且目前科學家對大多數(shù)蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)的了解還很不夠。人工合成改造重點難點探究一、蛋白質(zhì)工程的流程下圖為蛋白質(zhì)工程操作的基本思路，請據(jù)圖回答下列問題：答案(1)寫出圖中各數(shù)字代表的生物學過程的名稱或內(nèi)容：_；_；_；_；_。(2)代表蛋白質(zhì)工程操作思路的過程是_；代表中心法則內(nèi)容的是_(填寫數(shù)字)。轉(zhuǎn)錄翻譯折疊分子設計DNA合成答案(3)蛋白質(zhì)工程的前提條件是了解蛋白質(zhì)的_的關系，其關鍵技術(shù)是_。(4)蛋白質(zhì)工程的目的是_，通過_實現(xiàn)。(5)從圖中可以看出蛋

6、白質(zhì)工程的基本途徑與中心法則是_的。結(jié)構(gòu)和功能基因工程對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進行分子設計或改造基因合成相反(6)在蛋白質(zhì)工程中構(gòu)建基因表達載體與基因工程完全相同嗎？_。不一定完全相同。蛋白質(zhì)工程中的目的基因是人工合成的，不含有非編碼區(qū)以及內(nèi)含子的脫氧核苷酸序列。在構(gòu)建基因表達載體時，需要添加啟動子、終止子等必要部分解析答案(7)蛋白質(zhì)工程與基因工程的結(jié)果有何不同？它們之間有什么關系？_。蛋白質(zhì)工程生產(chǎn)出自然界從來沒有過的蛋白質(zhì)，而基因工程只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程就是通過基因重組技術(shù)改變或設計合成具有特定生物功能的蛋白質(zhì)；基因工程技術(shù)是蛋白質(zhì)工程技術(shù)的基礎，因此蛋白質(zhì)工程也叫第二代基因工

7、程解析天然蛋白質(zhì)合成的過程是按照中心法則進行的，而蛋白質(zhì)工程的基本途徑與之相反，即從預期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設計預期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測應有的氨基酸序列找到相對應的脫氧核苷酸序列(基因)。解答此題需要理解中心法則和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的知識。二、蛋白質(zhì)工程的應用科學家通過對抗體和胰島素的改造，使其效果更良好，結(jié)合下列材料，完成后面問題：材料一鼠人嵌合抗體形成過程答案(1)分析材料一，并填空。改造鼠源雜交瘤抗體，生產(chǎn)鼠人嵌合抗體，屬于_(生物工程)的范疇。圖示過程是根據(jù)預期的_，設計_，最終必須對_進行操作，此操作中改變的是_。經(jīng)改造的鼠人嵌合抗體，與鼠源雜交瘤抗體相比較，突出的優(yōu)點是_(從免疫角度考慮)。上述過

8、程中對科學家來說難度最大的是_。蛋白質(zhì)工程嵌合抗體功能嵌合抗體結(jié)構(gòu)基因堿基對對人體的不良反應減少設計嵌合抗體的空間結(jié)構(gòu)答案材料二如圖是用蛋白質(zhì)工程設計速效胰島素的生產(chǎn)過程。(2)分析材料二，并填空。構(gòu)建新的蛋白質(zhì)模型是蛋白質(zhì)工程的關鍵，圖中構(gòu)建新的胰島素模型的主要依據(jù)是_。通過人工合成DNA形成的新基因應與_結(jié)合后轉(zhuǎn)移到_中才能得到準確表達。蛋白質(zhì)的預期功能大腸桿菌等載體受體細胞若要利用大腸桿菌生產(chǎn)速效胰島素，需用到的生物工程有_、_和發(fā)酵工程。圖解中從新的胰島素模型到新的胰島素基因的基本思路是_。根據(jù)新的胰島素模型中氨基酸的序列，推測出其基因中的脫氧核苷酸序列，然后利用DNA合成儀來合成出新

9、的胰島素基因蛋白質(zhì)工程基因工程答案返回1.某種微生物合成的蛋白酶與人體消化液中的蛋白酶的結(jié)構(gòu)和功能很相似，只是熱穩(wěn)定性較差，進入人體后容易失效?，F(xiàn)要將此酶開發(fā)成一種片劑，臨床治療消化不良，最佳方案是()A.將此酶中的少數(shù)氨基酸替換，以改善其功能B.將此酶與人蛋白酶進行拼接，形成新的蛋白酶C.重新設計與創(chuàng)造一種全新的蛋白酶D.減少此酶在片劑中的含量解析要想使蛋白酶熱穩(wěn)定性有所提高，就要改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，此類問題一般是對蛋白質(zhì)中的個別氨基酸進行替換。隨堂達標檢測A解析答案2.蛋白質(zhì)工程中，要對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進行設計改造，必須通過基因修飾或基因合成來完成，而不直接改造蛋白質(zhì)的主要原因是()A.缺乏改造蛋

10、白質(zhì)所必需的工具酶B.改造基因易于操作且改造后能夠遺傳C.人類對大多數(shù)蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)知之甚少D.蛋白質(zhì)中氨基酸的排列順序千變?nèi)f化，操作難度大解析蛋白質(zhì)工程是通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。蛋白質(zhì)工程的直接操作對象是基因，并且改造后能夠遺傳；若直接改造蛋白質(zhì)，其性狀不能遺傳。解析答案B3.蛋白質(zhì)工程的基本流程是()蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)設計DNA合成預期蛋白質(zhì)功能據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列A.B.C.D.C答案4.科學家為提高玉米中賴氨酸含量，計劃將天冬氨酸激酶的第352位的蘇氨酸變成異亮氨酸，將二氫吡啶二羧酸合成酶中第104 位的氨

11、基酸由天冬氨酸變成異亮氨酸，就可以使玉米葉片和種子中的游離賴氨酸含量分別提高5倍和2倍。下列對蛋白質(zhì)的改造，操作正確的是()A.直接通過分子水平改造蛋白質(zhì)B.直接改造相應的mRNAC.對相應的基因進行操作D.重新合成新的基因解析答案解析蛋白質(zhì)工程的目的是對蛋白質(zhì)進行改造，從而使蛋白質(zhì)功能可以滿足人們需求。而蛋白質(zhì)功能與其高級結(jié)構(gòu)密切相關，蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)又非常復雜，所以直接對蛋白質(zhì)改造非常困難，而蛋白質(zhì)是由基因控制合成的，對基因進行操作就容易得多。另外，改造后的基因可以遺傳，如對蛋白質(zhì)直接改造，即使成功也不能遺傳。答案C5.基因工程與蛋白質(zhì)工程的區(qū)別是()A.基因工程需對基因進行分子水平操作，蛋白質(zhì)工程不對基因進行操作B.基因工程合成的是天然存在的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)工程合成的可以不是天然存在的蛋白質(zhì)C.基因工程是分子水平操作，蛋白質(zhì)工程是細胞水平(或性狀水平)的操作D.基因工程完全不同于蛋白質(zhì)工程解析答案返回解析蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎上，延伸出來的第二代基因工程，是從分子水平對蛋白質(zhì)進行改造設計，直接對相應的基因進行修飾加工甚至人工進行基因合成，從而對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類生產(chǎn)和生活需求，而基因工程只是將外源基因?qū)肓硪簧矬w內(nèi)，并使之表達，體現(xiàn)人類所需的性狀，或者獲取所需的產(chǎn)品，因此，基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界中已存在的蛋白質(zhì)。答案B返回