蛋白质工程的崛起

这些蛋白质只是适应生物自身的需要，但不一定完全符合人类生产和生活需要，所以需要加以改造。 一、蛋白质工程崛起的缘由 活动1:阅读P26. 回答:为什么要进行蛋白质工程? 这些蛋白质只是适应生物自身的需要，但不一定完全符合人类生产和生活需要，所以需要加以改造。

一、蛋白质工程崛起的缘由 1、基因工程的应用 （1）基因工程的实质： 将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使后者产生本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。 （2）基因工程的不足： 在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。

3、蛋白质工程的目的 2、天然蛋白质的不足 生产符合人类生产和生活的需要的蛋白质。 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。 3、蛋白质工程的目的 生产符合人类生产和生活的需要的蛋白质。

满足人类生产和生活的需要 例如： 干扰素（半胱氨酸） 干扰素（丝氨酸） 天冬氨酸激酶 （352位的苏氨酸） 天冬氨酸激酶 （异亮氨酸） 改造 干扰素（半胱氨酸） 体外很难保存 干扰素（丝氨酸） 体外可以保存半年 玉米中赖氨酸含量比较低 玉米中赖氨酸含量可提高数倍 天冬氨酸激酶 （352位的苏氨酸） 天冬氨酸激酶 （异亮氨酸） 改造 二氢吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺） 二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸） 改造

二、蛋白质工程的基本原理 1、目标： 根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。 2、原理：

思考：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？ 应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造，主要原因如下： （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。

二、蛋白质工程的基本原理 1、目标： 2、原理： 改造基因（基因修饰或基因合成） 根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。 2、原理： 改造基因（基因修饰或基因合成）

复制 复制 转录 翻译 DNA RNA 蛋白质 逆转录 天然蛋白质的合成遵循中心法则

遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变 天然蛋白质的合成过程 转录 翻译 DNA RNA 肽链 折叠等 表达生物特有的功能或性状 具有空间结构的蛋白质 遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变

３. 途径: 预期的蛋白质功能 设计预期的蛋白质结构 推测应有的氨基酸序列 找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）

氨基酸序 蛋白质 列多肽链 三维结构 生物功能 预期功能 分子设计 DNA合成 基因 DNA mRNA 转录 翻译 折叠 图1-29蛋白质工程流程图

4、基础： 蛋白质的结构和功能

蛋白质工程的概念 蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其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。 蛋白质工程的实质是对编码蛋白质的基因进行改造

比较基因工程和蛋白质工程 基因工程 蛋白质工程 相同点 都要改造基因，都属于分子水平 产生新的 基因型，无新基因 基因（型） 产生的蛋白质 原有的 新的 联系 蛋白质工程以基因工程为基础， 是基因工程的应用和延伸

五、蛋白质工程的进展和前景 胰岛素速效型药品 1.进展 应用于微电子方面 2.前景 制作电子元件 具有 、耗电少和 的特点 3.现状 体积小 具有 、耗电少和 的特点 体积小 效率高 3.现状 蛋白质工程目前成功的例子不多,原因是对蛋白质的高级结构了解不够。要设计出更加符合人类需求的蛋白质还需经过艰辛的探索。

讨论：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。 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-…… 丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG 色氨酸：UGG 赖氨酸：AAA、AAG 甲硫氨酸：AUG 苯丙氨酸：UUU、UUC 讨论：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。

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）？ mRNA序列 GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C） GCT (或C或A或G) TGGAAA (或G)ATGTTT (或C) CGA (或G或T或C) ACCTTT（或C)TACAAA (或G) 脱氧核苷酸　序列 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）？ 确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法或可以通过基因的定点诱变技术来改变后从基因文库中获取。

思考与探究 2.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。

3.酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。 概括地说，酶工程是由酶制剂的生产和应用两方面组成的。酶工程的应用主要集中于食品工业、轻工业以及医药工业中。

通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂，而没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构，然后由酶的分子结构来确定相应基因的碱基序列等步骤。因此，酶工程的重点在于对已存酶的合理充分利用，而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造。当然，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。

D 练习检测 1 ．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 1 ．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

Ｄ Ｂ 2．蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是 Ａ．氨基酸结构 B．蛋白质空间结构 C．肽链结构 D．基因结构 3．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，定向改变分子的结构 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．蛋白质工程与基因工程密不可分，又被称为第二代基因工程 Ｂ

Ａ 4、以下关于蛋白质工程的说法正确的是（ ） A、蛋白质工程以基因工程为基础 B、蛋白质工程就是酶工程的延伸 4、以下关于蛋白质工程的说法正确的是（　　） A、蛋白质工程以基因工程为基础 B、蛋白质工程就是酶工程的延伸 C、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造 D、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质 Ａ

Ｃ 5、蛋白质工程的基本流程正确的是（ ） ①蛋白质分子结构设计②DNA合成③预期蛋白质功能④根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列 5、蛋白质工程的基本流程正确的是（　　　） ①蛋白质分子结构设计②DNA合成③预期蛋白质功能④根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列 A．①②③④ B．④②①③ C．③①④② D．③④①② Ｃ

Ｄ 6、蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出来的第二代基因工程，其结果产生的蛋白质是（ ） A．氨基酸种类增多 B．氨基酸种类减少 6、蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出来的第二代基因工程，其结果产生的蛋白质是（　　　） A．氨基酸种类增多 B．氨基酸种类减少 C．仍为天然存在蛋白质 D．可合成天然不存在蛋白质 Ｄ

C 7、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 7、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