第三节 蛋白质工程
1．理解蛋白质工程的概念和原理。(重、难点) 2．掌握基因工程和蛋白质工程的区别和联系。(重点) 3．了解蛋白质工程的应用和发展。
蛋白质工程的概念和原理
1．概念
(1)基础：蛋白质的结构和功能的关系。
(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。 2．原理 (1)结构分析
①前提条件：了解蛋白质的结构和功能的关系。 X射线晶体衍射法??
②了解蛋白质结构的方法?核磁共振法
??DNA和蛋白质测序技术(2)结构预测与设计：构建蛋白质空间结构模型。
(3)基因工程：对基因进行改造，是蛋白质工程的关键技术。 改造类型 大改 中改 小改 操作程序 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 在蛋白质分子中替代某一个多肽链片段或一个特定的结构 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，以改善蛋白质的性质和功能 (4)蛋白质纯化：纯化蛋白质，测定和分析其结构和功能。 (5)功能分析：分析蛋白质的生物学和化学特性。
[合作探讨]
科学家将β-干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌中表达，使干扰素第十七位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高了β-干扰素的抗病活性，并且提高了储存稳定性。
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探讨1：上述材料中的技术属于什么工程？ 提示：蛋白质工程。
探讨2：蛋白质工程为什么需要直接改造基因，而不直接改造蛋白质？
提示：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。 探讨3：蛋白质工程操作的基本思路是什么？
提示：蛋白质工程是按照以下思路进行的：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(基因)，可以创造出自然界不存在的蛋白质。
[思维升华] 1．对概念的理解
(1)首先了解蛋白质的结构和功能。 (2)其次是设计蛋白质。 (3)实质是改造基因。
(4)最后合成出自然界不存在的蛋白质。 2．基本原理
3．了解蛋白质结构的方法
实施蛋白质工程的前提条件是通过物理化学与生物化学等技术手段了解蛋白质结构与功能的关系，所以首先要了解蛋白质的结构。
(1)三维结构：X射线晶体衍射法。 (2)构象：核磁共振法。
(3)一级结构(氨基酸序列)：DNA和蛋白质测序技术。 4．核心技术——定点诱变技术和非定点诱变技术
(1)定点诱变技术：基因的定点诱变技术是改变蛋白质结构的核心技术之一。
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项目 原料 条件 酶 引物 操作方法 结果 适用范围 特点 (2)非定点诱变技术 内容 脱氧核苷酸 DNA多聚酶(聚合酶)和DNA连接酶 含突变位点的DNA分子片段 PCR技术 后代中半数为诱变的DNA分子 空间结构完全清楚的蛋白质，进行“小改” 定点诱变有目的性和针对性 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。 特别提醒]
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．蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时，主要包括哪几种( )
①进行少数氨基酸的替换 ②对不同来源的蛋白质的拼接 ③从氨基酸的排列顺序出发设计全新的蛋白质 ④直接改变蛋白质的空间结构
A．①② B．①②③ C．②③④ D．①②④
【解析】 蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时，不能直接改变蛋白质的空间结构。但是能进行少数氨基酸的替换，能对不同来源的蛋白质进行拼接，能够从氨基酸的排列顺序出发设计全新的蛋白质。
【答案】 B
2．(2016·临沂期中)下列有关蛋白质工程的叙述，不正确的是( ) A．收集大量的蛋白质分子结构的信息，以便分析结构与功能之间的关系 B．可以预测具有一定氨基酸序列的蛋白质的空间结构和生物功能
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2017年高中生物第1章基因工程第3节蛋白质工程学案苏教版3.
