1.4 蛋白质工程的崛起

学习 目标 1.举例说明蛋白质工程崛起的理由。 2.理解蛋白质工程的原理和流程。 3.简述蛋白质工程的应用。

一、蛋白质工程崛起的缘由 1.基因工程的实质：将一种生物的基因转移到_____________ ___，后者可以产生它本不能产生的_______，进而表现出 _________。 另一种生物体 内 蛋白质 新的性状

2.蛋白质工程的崛起： (1)理论和技术条件：___________、晶体学以及计算机技术 的迅猛发展。 (2)基因工程存在不足：原则上只能生产自然界_______的蛋 白质。 (3)天然蛋白质存在不足：天然蛋白质的___________符合特 定物种生存的需要，却不一定完全符合_______________的 需要。 分子生物学 已存在 结构和功能 人类生产和生活

②提高玉米赖氨酸含量：改造后玉米叶片和种子中的游离赖 氨酸分别提高_________。 半年 (4)实例。 ①延长干扰素保存时间： 体外很难保存 体外可以保存_____ ②提高玉米赖氨酸含量：改造后玉米叶片和种子中的游离赖 氨酸分别提高_________。 改造 半年 5倍和2倍

二、蛋白质工程的基本原理 概念 基础 蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的 关系 手段 通过_________或基因合成，对___________ 进行改造，或制造一种___________ 目的 获得满足人类生产和生活需求的蛋白质 原理 由预期的蛋白质找到相对应的___________ ___________ 流程 预期蛋白质功能→设计预期的___________ →推测应有的___________→找到相对应的 _____________________ 基因修饰 现有蛋白质 新的蛋白质 脱氧核苷酸 序列(基因) 蛋白质结构 氨基酸序列 脱氧核苷酸序列(基因)

三、蛋白质工程的进展和前景 1.前景诱人： 用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有_______、_______ 和_______的特点。 2.难度很大： 主要是因为目前科学家对大多数蛋白质的_________的了解还 很不够。 体积小 耗电少 效率高 高级结构

【微点拨】 1.“催生”了蛋白质工程的原因是什么？ 提示：天然蛋白质不能满足人类生产和生活的需要。 2.为什么说基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质？ 提示：基因工程中转移的基因是自然界已有的基因，其只能控制合成自然界已有的蛋白质。 3.蛋白质工程的直接操作对象是什么？操作手段有哪些？ 提示：基因。基因修饰和基因合成。

4.为什么说蛋白质工程是第二代基因工程？ 提示：蛋白质工程离不开基因工程，改造基因后，要通过基因工程生产人类需要的蛋白质。 5.蛋白质工程的目标是什么？ 提示：依据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。

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.自然界中不存在的蛋白质 D.肌肉蛋白 【解析】选C。蛋白质工程生产的是自然界中不存在的蛋白质，A、B、D项所述都是自然界中已存在的蛋白质。

2.蛋白质工程的实质是(　　) A.改造基因结构 B.改造蛋白质结构 C.改变肽链结构 D.改变氨基酸结构 【解析】选A。蛋白质工程是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，其实质就是改造基因结构。

3.下列对物质的改造不属于蛋白质工程范畴的是(　　) A.胰岛素改造 B.抗体改造 C.限制酶的改造 D.性激素改造 【解析】选D。蛋白质工程改造的是蛋白质，而性激素属于脂质。

4.干扰素经过改造可长期保存，从蛋白质水平上应改变的是 (　　) A.基因　　　B.精氨酸　　C.谷氨酸　　D.半胱氨酸 【解析】选D。干扰素是一种蛋白质，如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，在-70℃条件下，可保存半年。

5.下列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分子的结构，使之更加符合人类需要 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，定向改变分子的结构 C.蛋白质工程能产生自然界中不曾存在的新型蛋白质分子 D.蛋白质工程与基因工程密不可分，又称为第二代基因工程

【解析】选B。由于基因决定蛋白质，因此，要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造基因的结构来完成，这种操作既简单，又能够遗传；而不是直接对蛋白质分子进行操作。

6.以下蛋白质工程中目前已成功的是(　　) A.对胰岛素进行改造，生产速效型药品 B.蛋白质工程应用于微电子方面 C.用蛋白质工程生产高产赖氨酸玉米 D.生产生物体外耐保存的干扰素 【解析】选A。蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多，A项所述已经成功。

7.下列关于蛋白质工程应用的叙述不正确的是(　　) A.蛋白质工程可以改造酶的结构，提高酶的热稳定性 B.通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性 C.利用蛋白质工程可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素 D.蛋白质工程可以对胰岛素进行改造和修饰，合成速效型胰岛素制剂 【解析】选C。蛋白质工程是依据人们设计的蛋白质分子的结构，来改造基因，进而控制合成新的蛋白质或改变自然界中的蛋白质，而在大肠杆菌中生产人胰岛素利用基因工程技术便可达到。

蛋白质工程 1.蛋白质工程的操作流程(如图)： 中心法则

2.蛋白质工程的实施方法： 方法一：通过改变蛋白质肽链中的个别氨基酸或一段氨基酸序列可以实现对蛋白质的改造。 方法二：改变蛋白质肽链中个别氨基酸时，通常采用定点诱变技术，从而获得人类所需要的目的蛋白质。

3.蛋白质工程与基因工程的比较： 项目 蛋白质工程 基因工程 区 别 起 点 预期蛋白质功能 目的基因 过 程 预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质 获取目的基因→构建基因表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定 实 质 通过改造相应的基因达到对蛋白质进行改造的目的 基因重组 结 果 可以创造出自然界不存在的蛋白质 生产自然界已存在的蛋白质

项目 蛋白质工程 基因工程 区 别 应 用 及 现 状 ①主要集中在对现有蛋白质进行改造，如β-干扰素、天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶等 ②对创造新的蛋白质还有许多技术难题未突破，因为蛋白质高级结构非常复杂，人们对此知之甚少 ①已被广泛应用，如转基因植物、动物、药品生产等已商业化 ②基因治疗仅处于初期的临床试验阶段 联 系 ①蛋白质工程获得目的基因后，需要通过基因工程获得预期蛋白质 ②蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程

【易错提醒】 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.(2013·新课标全国卷Ⅰ改编)阅读如下资料： T4溶菌酶在温度较高时易失去活性。科学家对编码T4溶菌酶的基因进行了改造，使其表达的T4溶菌酶第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸，在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，提高了T4溶菌酶的耐热性。

回答下列问题： (1)资料中的技术属于　　　　　　　　　工程的范畴。 (2)该工程是指以分子生物学相关理论为基础，通过基因修饰或基因合成，对　　　　　　　　　　进行改造，或制造一种 　　　　　　　　的技术。 (3)在该实例中，引起T4溶菌酶空间结构改变的原因是组成该酶肽链的　　　　　序列发生了改变。

【解题关键】解答本题需明确： 蛋白质工程应先研究蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系，然后再进行基因修饰或基因合成。 【解析】蛋白质工程是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的技术。该实例中，T4溶菌酶空间结构改变的原因是该酶肽链的氨基酸序列发生了改变。 答案：(1)蛋白质　(2)现有的蛋白质　新蛋白质　(3)氨基酸

2.(2013·南京高二检测)基因工程与蛋白质工程的区别是 (　　) A.基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程不需对基因进行操作 B.基因工程合成的是天然存在的蛋白质，蛋白质工程合成的可以是自然界不存在的蛋白质 C.基因工程是分子水平操作，蛋白质工程是细胞水平(或性状水平)操作 D.基因工程完全不同于蛋白质工程

【解题关键】解答本题应明确基因工程与蛋白质工程的原理、目的、操作对象和步骤。 【解析】选B。蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程。蛋白质工程是从分子水平上对蛋白质进行改造设计，通过对相应的基因进行修饰加工，甚至人工进行基因合成，从而对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活需求；而基因工程只是将外源基因导入另一生物体内，并使之表达，体现人类所需的性状，或者获取所需的产品，基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。

【方法规律】基因工程与蛋白质工程的判断方法

【变式备选】某种微生物合成的蛋白酶与人体消化液中的蛋白酶的结构和功能很相似，只是热稳定性较差，进入人体后容易失效。现要将此酶开发成一种片剂，临床治疗消化不良，最佳方案是(　　) A.对此酶中的少数氨基酸替换，以改善其功能 B.将此酶与人蛋白酶进行拼接，形成新的蛋白酶 C.重新设计与创造一种全新的蛋白酶 D.减少此酶在片剂中的含量

【解析】选A。本题考查蛋白质工程的应用。要想使蛋白酶热稳定性有所提高，就要改变蛋白质的结构，此类问题一般是对蛋白质中的少数氨基酸进行替换。