生物 第一章 基因工程 第5課時(shí) 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(xué)習(xí)目標(biāo)1.簡(jiǎn)述蛋白質(zhì)工程的概念和基本原理。2.舉例說(shuō)出蛋白質(zhì)工程的基本過(guò)程。3.舉例說(shuō)出蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用和發(fā)展?；A(chǔ)知識(shí)導(dǎo)學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)探究隨堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)欄目索引基礎(chǔ)知識(shí)導(dǎo)學(xué)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(gè)步驟？答案包括四個(gè)步驟：獲取目的基因、構(gòu)建基因表達(dá)載體、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、目的基因的檢測(cè)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(kù)中獲取；(2)利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因；(3)人工合成法。3.請(qǐng)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(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)？答案應(yīng)該通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且改造過(guò)的蛋白質(zhì)可以遺傳下去。如果對(duì)蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，但被改造過(guò)的蛋白質(zhì)分子也是無(wú)法遺傳的。(2)對(duì)基因進(jìn)行改造比對(duì)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(diǎn)，設(shè)計(jì)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(gè)多肽鏈片段或一個(gè)特定的結(jié)構(gòu)。小改是指通過(guò)基因工程中的定點(diǎn)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(gè)或幾個(gè)氨基酸殘基。7.如何利用PCR技術(shù)進(jìn)行基因定點(diǎn)誘變？答案一般先通過(guò)PCR技術(shù)擴(kuò)增獲得定點(diǎn)突變的基因，再通過(guò)基因工程的方法，將突變基因?qū)胧荏w細(xì)胞，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯就可合成所需的蛋白質(zhì)。答案8.對(duì)空間結(jié)構(gòu)不清楚的蛋白質(zhì)的改造，可采用 來(lái)進(jìn)行改造。9.由以上知識(shí)總結(jié)蛋白質(zhì)工程的概念。答案蛋白質(zhì)工程是指通過(guò)物理化學(xué)與生物化學(xué)等技術(shù)了解蛋白質(zhì)

4、的結(jié)構(gòu)與功能，并借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、基因定點(diǎn)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(diǎn)誘變技術(shù)二、蛋白質(zhì)工程的應(yīng)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(lái)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(lǐng)域，可通過(guò)蛋白質(zhì)工程 或 抗體，使之對(duì)某些腫瘤細(xì)胞具有特異的識(shí)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(jí)結(jié)構(gòu)，這種高級(jí)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。而且目前科學(xué)家對(duì)大多數(shù)蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)的了解還很不夠。人工合成改造重點(diǎn)難點(diǎn)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(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題：答案(1)寫出圖中各數(shù)字代表的生物學(xué)過(guò)程的名稱或內(nèi)容：_；_；_；_；_。(2)代表蛋白質(zhì)工程操作思路的過(guò)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(shè)計(jì)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(guān)系，其關(guān)鍵技術(shù)是_。(4)蛋白質(zhì)工程的目的是_，通過(guò)_實(shí)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(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)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(dá)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(dá)載體時(shí)，需要添加啟動(dòng)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(guān)系？_。蛋白質(zhì)工程生產(chǎn)出自然界從來(lái)沒(méi)有過(guò)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(guò)基因重組技術(shù)改變或設(shè)計(jì)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(chǔ)，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(guò)程是按照中心法則進(jìn)行的，而蛋白質(zhì)工程的基本途徑與之相反，即從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列找到相對(duì)應(yīng)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(shí)。二、蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用科學(xué)家通過(guò)對(duì)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(wèn)題：材料一鼠人嵌合抗體形成過(guò)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(guò)程是根據(jù)預(yù)期的_，設(shè)計(jì)_，最終必須對(duì)_進(jìn)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(diǎn)是_(從免疫角度考慮)。上述過(guò)

8、程中對(duì)科學(xué)家來(lái)說(shuō)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(duì)對(duì)人體的不良反應(yīng)減少設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)速效胰島素的生產(chǎn)過(guò)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(guān)鍵，圖中構(gòu)建新的胰島素模型的主要依據(jù)是_。通過(guò)人工合成DNA形成的新基因應(yīng)與_結(jié)合后轉(zhuǎn)移到_中才能得到準(zhǔn)確表達(dá)。蛋白質(zhì)的預(yù)期功能大腸桿菌等載體受體細(xì)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(cè)出其基因中的脫氧核苷酸序列，然后利用DNA合成儀來(lái)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(jìn)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(jìn)行拼接，形成新的蛋白酶C.重新設(shè)計(jì)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(wèn)題一般是對(duì)蛋白質(zhì)中的個(gè)別氨基酸進(jìn)行替換。隨堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)A解析答案2.蛋白質(zhì)工程中，要對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，必須通過(guò)基因修飾或基因合成來(lái)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(duì)大多數(shù)蛋白質(zhì)高級(jí)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(guò)基因修飾或基因合成，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)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(duì)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(shè)計(jì)DNA合成預(yù)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(xué)家為提高玉米中賴氨酸含量，計(jì)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(duì)蛋白質(zhì)的改造，操作正確的是()A.直接通過(guò)分子水平改造蛋白質(zhì)B.直接改造相應(yīng)的mRNAC.對(duì)相應(yīng)的基因進(jìn)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(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)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(jí)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)又非常復(fù)雜，所以直接對(duì)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(duì)基因進(jìn)行操作就容易得多。另外，改造后的基因可以遺傳，如對(duì)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(duì)基因進(jìn)行分子水平操作，蛋白質(zhì)工程不對(duì)基因進(jìn)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(xì)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(chǔ)上，延伸出來(lái)的第二代基因工程，是從分子水平對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，直接對(duì)相應(yīng)的基因進(jìn)行修飾加工甚至人工進(jìn)行基因合成，從而對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)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(dá)，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