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2019-2020年高中生物難點(diǎn)剖析 14 蛋白質(zhì)工程的崛起學(xué)案 新人教版選修3 疏導(dǎo)引導(dǎo) 1.蛋白質(zhì)工程與基因工程的區(qū)別 蛋白質(zhì)工程首先是對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，然后推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列，再找到對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列，即基因的結(jié)構(gòu)，最終還是回到基因工程上來解決蛋白質(zhì)的合成。因?yàn)榈鞍踪|(zhì)的合成由基因控制，所以說蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延伸出來的第二代基因工程。 蛋白質(zhì)工程就是根據(jù)蛋白質(zhì)的精細(xì)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，利用基因工程手段，按照人類自身需求，定向改造天然蛋白質(zhì)，甚至創(chuàng)造新的、自然界本不存在的、具有優(yōu)良特性的蛋白質(zhì)分子。蛋白質(zhì)工程自誕生起就與基因工程密不可分?；蚬こ淌峭ㄟ^基因操作把外源基因轉(zhuǎn)入適當(dāng)?shù)纳矬w內(nèi)，并在其中進(jìn)行表達(dá)，它的產(chǎn)品還是該基因編碼的天然存在的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程則更進(jìn)一步，它可以根據(jù)對(duì)分子預(yù)先設(shè)計(jì)的方案，通過對(duì)天然蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行改造，來實(shí)現(xiàn)對(duì)它編碼的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造。因此它的產(chǎn)品已不再是天然的蛋白質(zhì)，而是經(jīng)過改造的、具有了人類所需優(yōu)點(diǎn)的蛋白質(zhì)。 2.蛋白質(zhì)工程的概念及途徑 學(xué)習(xí)過程中應(yīng)結(jié)合必修課本中的中心法則深入理解，中心法則中遺傳信息的傳遞過程是基因→mRNA→決定氨基酸種類、排序→蛋白質(zhì)的性質(zhì)和功能，而蛋白質(zhì)工程途徑與之相反。既然蛋白質(zhì)的功能是由DNA決定的，那么要制造新的蛋白質(zhì)，就要改造DNA，所以蛋白質(zhì)工程的原理應(yīng)該是中心法則的逆推。蛋白質(zhì)是由基本單位氨基酸按特定的順序構(gòu)成特定結(jié)構(gòu)的生物大分子，參與生命體系的幾乎所有過程，在生理?xiàng)l件下，由于肽鏈內(nèi)部相鄰氨基酸殘基之間的相互作用，使肽鏈總在空間上傾向于達(dá)到最穩(wěn)定的存在形式，這種特定的空間結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)功能密切相關(guān)，因而可以通過改造蛋白質(zhì)中氨基酸組成及排序來改變其原有的空間結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響其功能。 蛋白質(zhì)工程的內(nèi)容主要有兩方面：一是根據(jù)需要設(shè)計(jì)具有特定氨基酸序列和空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)；二是確定蛋白質(zhì)的化學(xué)組成及空間結(jié)構(gòu)與生物功能之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)從氨基酸序列預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)和生理功能，設(shè)計(jì)合成具有特定生理功能的全新蛋白質(zhì)，而氨基酸的排列順序由基因決定，所以還需要改造控制蛋白質(zhì)合成的相應(yīng)基因中的脫氧核苷酸序列或人工合成所需要的自然界原本不存在的基因片段，用于蛋白質(zhì)工程。 活學(xué)巧用 【例1】 科學(xué)家將β干擾素基因進(jìn)行定點(diǎn)突變導(dǎo)入大腸桿菌表達(dá)，使干擾素第十七位的半胱氨酸，改變成絲氨酸，結(jié)果大大提高了β干擾素的抗病活性，并且提高了儲(chǔ)存穩(wěn)定性。該生物技術(shù)為（　　） A.基因工程　　　　　　　 B.蛋白質(zhì)工程 C.基因突變 D.細(xì)胞工程 解題提示：基因工程是通過對(duì)基因的操作，將符合人們需要的目的基因?qū)脒m宜的生物體，使其高效表達(dá)，從中提取所需的基因控制合成的蛋白質(zhì)，或表現(xiàn)某種性狀，蛋白質(zhì)產(chǎn)品仍然為天然存在的蛋白質(zhì)，而蛋白質(zhì)工程卻是對(duì)控制蛋白質(zhì)合成的基因進(jìn)行改造，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)其編碼的蛋白質(zhì)的改變，所得到的已不是天然的蛋白質(zhì)。題目中的操作涉及的基因顯然不再是原來的基因，其合成的β干擾素也不是天然β干擾素，而是經(jīng)過改造的，是人類所需優(yōu)點(diǎn)的蛋白質(zhì)，因而整個(gè)過程利用的生物技術(shù)應(yīng)為蛋白質(zhì)工程。 答案：B 【例2】 某多肽鏈的一段氨基酸序列是：…—甲硫氨酸—色氨酸—苯丙氨酸—色氨酸—… （1）怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？請(qǐng)把相應(yīng)的堿基序列寫出來。 （2）確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合成或改造目的基因（DNA）？ 解題提示：蛋白質(zhì)工程是首先設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)氨基酸序列，然后找到對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列，根據(jù)DNA（基因）脫氧核苷酸序列進(jìn)行人工合成或進(jìn)行基因改造。由氨基酸序列知，翻譯該蛋白質(zhì)的mRNA上堿基序列為…—AUGUGGUUCUCG—…或…—AUGUGGUUUUGG—…。由mRNA上堿基序列知，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生mRNA的DNA分子堿基序列為：或  答案：（1）根據(jù)氨基酸序列反推mRNA密碼子序列，再反推DNA上脫氧核苷酸序列。其DNA堿基序列為：  （2）根據(jù)DNA的堿基對(duì)序列或改造后的DNA序列，利用四種脫氧核苷酸進(jìn)行人工合成。