第三节 蛋白质工程

学习目标：

1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由；

2.简述蛋白质工程的原理；

课前导学：

一、蛋白质工程的概念

1．蛋白质工程是指通过物理化学、生物化学等技术了解蛋白质的结构与功能，并借助计算机辅助技术、基因定点诱变和重组DNA技术改造 ，以 改造天然蛋白质，甚至创造 的蛋白质的技术。

2.蛋白质工程的关键技术是 ，因此又被称为 基因工程。

二、蛋白质工程的原理

（一）基本流程

1. ：获得蛋白质分子的结构信息，确定蛋白质的结构。

2. ：利用已知的蛋白质结构信息，构建蛋白质的空间结构模型。

3. ：包括基因的分离、诱变、克隆、表达等，它们是蛋白质工程的关键技术。

4. ：纯化蛋白质，对蛋白质的结构和功能进行测定和分析。

5. ：分析蛋白质的生物学和化学特性，为进一步预测和设计奠定基础。

6.将蛋白质序列----结构----功能三者的对应关系反馈到第一步并进行下一轮操作，指导构建出所期望的工程蛋白质。

（二）前提条件

1.实施蛋白质工程的前提条件是 。

2.了解蛋白质的空间结构主要用两类方法，分别是 ，

。

（三）对蛋白质改造的类型

1. 类型

(1)_________改：根据氨基酸性质和特点，设计并制造出自然界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。

(2)_________改：是指蛋白质分子中替代某一个肽段或一个特定的结构域。

(3)_________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1个或几个氨基酸残基，以改善蛋白质的性质和功能。

_______________________技术是改变蛋白质结构的核心技术之一。

2. 基因定点诱变技术

天门冬氨酸 GAC

丙氨酸 GCC

（1）操作步骤：基因定点诱变技术最常用的技术是 。具体的操作步骤是：先合成带有突变位点的 ，通过PCR扩增而获得 的基因，再通过 的方法，将突变基因导入受体细胞，经过 和 就可合成所需的蛋白质。

（2）特点： 和 。

三、蛋白质工程的应用

1.提高酶的 稳定性:主要是通过改造 的结构来提高酶的热稳定性。方法是①通过 酶的几种氨基酸；②在蛋白质分子中引入 。

2.在生物工程制药领域：

①利用鼠源杂交瘤抗体处理癌细胞；

②鼠—人嵌合抗体：在基因水平上对抗体进行重组，产生 和 嵌合抗体，对人体的不良反应 。

③将纤维蛋白溶解酶原激活因子(t—PA)中的天门冬酰胺替换成谷氨酰胺后，t—PA在血液循环中的停留时间就会大大延长。

质疑讨论：

1．对天然蛋白质进行改造，是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？

2．基因定点诱变技术属于人工诱变吗?

3．列表比较蛋白质工程和基因工程的异同。

例题精讲：

1.蛋白质工程的实质是 （ ）

A.改变氨基酸结构 B.改造蛋白质结构 C.改变肽链结构 D.改造基因结构

2.关于蛋白质工程的说法错误的是 （ ）

A.蛋白质工程能定向改造蛋白质的分子结构，使之更加符合人类的需要

B.蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子结构

C.蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子

D.要改造蛋白质，必须先了解蛋白质的结构和功能

反馈矫正：

1.蛋白质工程制造的蛋白质是 （ ）

A.天然蛋白质 B.稀有蛋白质

C.可以是自然界中不存在的蛋白质 D.血红蛋白质

2.下列关于蛋白质工程的叙述中，错误的是 （ ）

A.蛋白质工程的实现需要多学科技术的参与 B.蛋白质工程创造出了新的基因

C.蛋白质工程又称为第二代基因工程 D.定点诱变技术用于蛋白质的“中改”

3.下列属于蛋白质工程应用实例的是 （ ）

A.巨型小鼠 B.鼠-人嵌合抗体 C.多利羊 D.结晶牛胰岛素

4.下图是某种动物蛋白工程的示意图，请分析回答：

⑴目前蛋白质工程中难度最大的是图中编号___________所示的过程，实现③过程的依据有

______________________________、____________________________________________。

⑵若相关蛋白质的核酸片段是从细胞质中获取的，则④过程包括______________、______________。

⑶⑤过程中对核苷酸序列有严格要求的工具酶是__________________，进行⑤过程的目的是______________________________________________________________________________、______________________________________________________________________________。

迁移创新：

1.科学家将β干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达，使干扰素第17位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高β-干扰素的抗病性活性，并且提高了储存稳定性，该生物技术为

A．基因工程 B.蛋白质工程 C.基因突变 D.细胞工程

2.天然蛋白质合成遵循的法则是 （ ）

A.中心法则 B.转录 C.翻译  D.复制

3.（多选题）下列叙述正确的是 （ ）

A.蛋白质工程以基因工程为基础，两者本质上没有区别

B.定点诱变技术是改变蛋白质结构的核心技术之一

C.在蛋白质的肽链之间引入二硫键有利于蛋白质的稳定

D.通过蛋白质工程可以获得符合人类需要的蛋白质

4.下图是利用定点突变技术获取人们所需蛋白质的过程示意图。请据图分析回答相关问题：

（1）该图示过程体现了 （至少写出两项）等现代生物技术的综合运用。

（2）当前基因工程中扩增目的基因常用的方法是 ，图中 （填写图中序号）过程即为此项应用 。

（3）Ⅳ过程需使用的酶是 ，它具有的重要特性是 ；Ⅴ过程的最终完成必须依赖于 酶的作用。

（4）从理论上分析，经过Ⅶ过程可提供人们所需蛋白质的细胞占总数的 ，理由是 。

第三节 蛋白质工程

课前导学：

一、1．基因 定向 自然界不存在 2. 基因工程 第二代

二、蛋白质工程的原理

（一）基本流程1.结构分析 2.结构预测与设计 3.基因工程 4.蛋白质纯化 5.功能分析

（二）1.了解蛋白质的结构和功能的关系 2.X射线晶体衍射法 核磁共振法

（三）对蛋白质改造的类型

1. 类型(1)大 (2)中 (3)小 基因定点诱变技术

2. 基因定点诱变技术

（1）PCR技术 引物 定点突变 基因工程 转录 翻译（2）目的性 针对性

三、蛋白质工程的应用

1.热 酶 替换 二硫键 2.②人恒定区 鼠可变区 减少

质疑讨论：

1．通过对基因的操作来实现

2．属于

3．

例题精讲：

1.D 2.B

反馈矫正：

1.C 2.D 3.B

4. ⑴① 氨基酸对应的密码子、mRNA与DNA间的碱基配对原则（2分）

⑵反转录 诱导突变(定点诱变)

⑶限制性核酸内切酶 使目的基因在受体细胞中稳定存在并遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用

迁移创新：

1.B 2.A 3.CD

4. （1）基因工程、蛋白质工程、细胞工程、PCR技术

（2）PCR技术 Ⅱ→Ⅴ

（3）DNA聚合酶 热稳定性 DNA连接酶

（4）1/2 目的基因导入受体细胞后，经过复制。只有一半的子代DNA分子中含有突变基因，从而控制合成人们所需的蛋白质；另一半子代DNA分子中含有正常基因。