欢迎走进生物课堂 探索生命奥秘 江苏省上冈高级中学 陈以红

讨论： 1、怎样使一种生物的性状在另一种生物体中体现呢？ 基因工程在原则上只能生产自然界已经存在的蛋白质。 2、基因工程生产的蛋白质的结构和性能能否完全满足人类生产和生活的需要？

难以保存的干扰素 干扰素是动物体内的一种蛋白质，可以用于治疗病毒的感染和癌症，但在体外保存相当困难。如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，那在-70℃的条件下，可以保存半年,且抗病毒活性有所提高。 玉米的营养缺陷 玉米中的赖氨酸含量比较低，原因是赖氨酸合成过程中的两个关键酶——天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性，受细胞内赖氨酸浓度的影响较大，当赖氨酸浓度达到一定量时，就会抑制这两种酶的活性，赖氨酸含量很难提高。 如果将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中104位的天冬酰胺变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸提高5倍和2倍。

蛋白质工程的崛起

归纳：蛋白质工程崛起的缘由 基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，这些天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。 蛋白质工程就是为了生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质，甚至是自然界不存在的蛋白质。

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？为什么？ 蛋白质由基因编码，改造了基因即对蛋白质进行了改造。 改造基因可遗传，直接改造蛋白质不可遗传。 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。

二、蛋白质工程的基本原理 DNA合成 基因 DNA 氨基酸序列 多肽链 蛋白质 三维结构 预期功能 生物功能 mRNA 折叠等 转录 翻译 分子设计 基因 DNA 氨基酸序列 多肽链 蛋白质 三维结构 预期功能 生物功能 mRNA 折叠等 转录 翻译

讨论： 某多肽链的一段氨基酸序列是：…—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸 （1） 怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。（丙氨酸GCU、色氨酸UGG、赖氨酸AAA、甲硫氨酸AUG、苯丙氨酸UUU） 化学方法，以目前的技术，通过化学方法能合成特定碱基序列的DNA。 （2） 确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因（DNA）？

蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。 （基础、原理、目的）

1、进展： 2、前景： 3、目前成功的例子不多的原因： 自学导引：（阅读28页一、二段） 三、蛋白质工程的进展和前景 1、进展： 2、前景： 3、目前成功的例子不多的原因： 速效型胰岛素等 应用于微电子方面等 蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，这种高级结构十分复杂，而目前科学家多大多数蛋白质的高级结构的了解还不够

胰岛素改造 天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚体，延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓了其降血糖作用，这是胰岛素B23-B28氨基酸残基结构所致。利用蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚合作用，使胰岛素快速起作用。该速效胰岛素已通过临床实验。

血红蛋白的空间结构

异想天开：能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入合适的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋白质食品呢？ 理论上讲可以，但目前还没有真正成功的例子。一些报道利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都是自然界已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来而自然界不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对蛋白质的高级结构和在生物体内如何行使功能知之甚少,很难设计出一个崭新而又具有生命功能的蛋白质，而且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的。

思考：蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？ 基因工程是遵循中心法则，从DNA mRNA 蛋白质 折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。 蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能 蛋白质应有的高级结构 蛋白质应具备的折叠状态 应有的氨基酸序列 应有的碱基排列，可以创造自然界不存在的蛋白质 。

探究：你知道酶工程吗？绝大多数酶都是蛋白质，酶工程与蛋白质工程有什么区别？ 酶工程是由酶制剂的生产和应用两方面组成的，往往由工程菌生产酶制剂，应用如加酶洗衣粉，嫩肉粉等，重点在于对已存在酶的合理充分利用。 蛋白质工程重点在于对已存在的蛋白质分子的改造。随着蛋白质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中，使酶工程成为蛋白质工程的一部分。

国际人类蛋白质组计划 人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科学领域一项重大的科学命题。2001年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。2003年，该组织正式启动了两项重大国际合作行动：一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是以美国科学家牵头执行的“人类血浆蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。

“人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类组织器官的蛋白质组计划，由我国贺福初院士牵头，这是中国科学家第一次领衔的重大国际科研协作计划，总部设在北京，目前有16个国家和地区的80多个实验室报名参加。它的科学目标是揭示并确认肝脏的蛋白质，为重大肝病预防、诊断、治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础。 人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白质工程的有力推动和理论支持。

课堂练习： 1、下列各项中，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 B

D 2、关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法不正确的是（ ） A．是生物在长期进化过程中形成的 B．它们的结构和功能符合特定物种生存的需要 2、关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法不正确的是（ ） A．是生物在长期进化过程中形成的 B．它们的结构和功能符合特定物种生存的需要 C．构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种 D．一定完全符合人类生产和生活的需要 D

c 3、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法不正确的是（ ） A．科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效药品 3、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法不正确的是（ ） A．科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效药品 B．生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面 C．蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被大力推广应用 D．蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多 c

C ①蛋白质分子结构设计 ②DNA合成 ③预期蛋白质功能 ④据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列 A.①②③④ B.④②①③ 4、蛋白质工程的基本流程是（ ） ①蛋白质分子结构设计 ②DNA合成 ③预期蛋白质功能 ④据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列 A.①②③④ B.④②①③ C.③①④② D.③④①②

c 5、下列说法错误的是（ ） A．蛋白质工程中产生了自然界中没有的蛋白质 B．蛋白质工程中产生了自然界中没有的基因 5、下列说法错误的是（ ） A．蛋白质工程中产生了自然界中没有的蛋白质 B．蛋白质工程中产生了自然界中没有的基因 C．基因工程中产生了自然界中没有的基因 D．蛋白质工程以基因工程为基础

简答题： 6、我国在转基因鱼方面的研究上处于领先地位，如转入生长激素基因的鱼生长速度快， 鱼的生态安全性问题很是值得研究，如转基因鱼对生态系统的压力及外源基因的扩散问题。所以，我国科学家只是将三倍体的转基因鱼投入自然生态系统，请根据上述内容，回答下列问题： （1）转基因鱼成功的物质基础是： 遗传物质都是DNA，而且DNA都是双螺旋结构，共用一套遗传密码

（2）已知人的生长激素是一种含有191个氨基酸的蛋白质，若将人的生长激素转入鱼体内，则转基因鱼增加的脱氧核苷酸数至少是 个。 （2）已知人的生长激素是一种含有191个氨基酸的蛋白质，若将人的生长激素转入鱼体内，则转基因鱼增加的脱氧核苷酸数至少是 个。 （3）转基因鱼通过较高的能量转化效率获得较高的生长速率，以致其生长高于非转基因鱼，蛋白质转换效率也显著高于非转基因鱼。其原因可能是 1146 合成了大量的生长激素，生长激素能促进蛋白质的合成和骨的生长。

（4）鱼类易于逃逸和扩散，因此转基因鱼的生态安全性问题的研究是很重要的，试分析可能引起生态安全性问题的原因。 （5）多倍体鱼类对控制过度繁殖是有效的，我国科学家培育成功了三倍体“湘云鲫”，试从保障生态安全性问题分析只投放三倍体鱼的原因。 转基因鱼扩散进入自然生态系统，与同种的野生鱼杂交后，使野生鱼也含有转基因，生长快，捕食量大，被捕食者大量减少，引起生态危机。 三倍体“湘云鲫”与三倍体无子西瓜同样不能繁殖，可控制转基因的扩散引起的生态危机。

本节课小结 1、蛋白质工程崛起的缘由 2、蛋白质工程的基本原理 3、蛋白质工程的进展和前景

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