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第4节 蛋白质工程的崛
起
[目标导读] 1.阅读教材P91～92内容，了解蛋白质工程的诞生。2.分析教材P92内容，阐述蛋白质工程的研究与应用。
[重难点击] 1.蛋白质工程的诞生。2.蛋白质工程的研究与应用。
方式一 人类可以创造出自然界不存在的蛋白质吗？答案是肯定的。例如：科学家已生产出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：蛋白质工程的崛起。
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，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、性能符合特定物种生存的需要，却不一定能完全满足人类生产和生活的需要。 于是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、蛋白质工程的诞生
1．概念：蛋白质工程是根据蛋白质的精细结构与生物活性以及结构与功能之间的相互关系，
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利用基因工程的手段，按照人类自身的需要，定向地改造天然的蛋白质，甚至创造新的、自然界不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。 2．方法
(1)多肽合成法：利用多肽合成仪，直接合成一种全新的蛋白质。
(2)基因改造法：利用基因工程手段对负责编码某种蛋白质的基因进行改造设计，合成出更符合人们要求的蛋白质。
天然的干扰素很难在体外保存，如果能把其中的一个半胱氨酸替换成丝氨酸，在体外－70 ℃下可以保存半年，据此分析：
改造干扰素?半胱氨酸?――→干扰素?丝氨酸?
1．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 应该从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)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。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。 (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。 2．为什么改变一个氨基酸就可以改变蛋白质的稳定性甚至某种蛋白酶的活性？
答案 蛋白质的结构是由其氨基酸组成决定的，个别氨基酸的改变就会导致其结构的改变，从而影响到其性质和功能。
3．蛋白质工程是否需要限制性内切酶和DNA连接酶等工具？
答案 需要。蛋白质工程要改造DNA、构建基因表达载体，即按照基因工程的操作，最后获得所需要的目的蛋白质，因此该过程中需要限制性内切酶和DNA连接酶等工具。
1．蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是( ) A．氨基酸结构 C．肽链结构 答案 D
2．下列哪项不是蛋白质工程的研究内容( ) A．分析蛋白质分子的精细结构 B．对蛋白质进行有目的的改造 C．分析氨基酸的化学组成 教育精品学习资源
B．蛋白质空间结构 D．基因结构
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D．按照人的意愿将天然蛋白质改造成新的蛋白质 答案 C
解析 蛋白质工程就是指根据蛋白质的精细结构与生物活性以及结构与功能之间的关系，利用基因工程的手段，按照人的意愿改造蛋白质分子，形成自然界中不存在的蛋白质分子，对蛋白质的改造包括氨基酸的种类、数量和排列顺序，但不包括氨基酸的化学组成。
二、蛋白质工程的研究与应用
1．研究内容
通过基因工程技术分析蛋白质的DNA编码序列，对蛋白质进行分离纯化，测定蛋白质的序列并对其结构与功能进行分析，通过计算机辅助设计突变区，对编码蛋白质的DNA进行定点突变改造等。 2．应用举例 (1)工业
改造天然生物酶或者设计制造出全新的人工酶或人工蛋白，使其适应特殊的工业过程。 (2)农业
改造RuBP羧化酶，使其固定CO2能力提高，光呼吸作用减弱，就能提高光合作用的效率。 (3)环保
改造金属硫蛋白，转移到微生物或植物中，加强吸附重金属的能力，保护生态环境。 知识拓展 基因的定点诱变技术
基因定点诱变技术的具体操作方法较多，其中PCR法是目前常用的方法之一。PCR法利用人工合成带有突变位点的诱变引物，通过PCR扩增而获得定点突变的基因，再通过基因工程的方法将突变基因导入受体细胞，经过转录和翻译就可以合成所需的蛋白质。
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【小初高学习]2017-2024学年高中生物 第4章 基因工程 第4节 蛋白质工程的崛起同步备课教学
