復習想要讓同一物種里的優良性狀集中在一個新品種中，在種內可以用什么方法來實現？

雜交育種要使生殖隔離的種間生物，實現基因交流應該用什么方法？基因工程育種普通棉花

抗蟲棉花普通水稻

抗旱水稻抗病毒木瓜普通木瓜

轉基因豬1.視頻里面有一幅發光的樹，科學家利用了什么技術讓細菌能發出熒光？基因工程技術使細菌表達了熒光蛋白。

從社會中來用細菌“畫”的畫2.綠色熒光蛋白來源于一種發光水母，科學家通過改造綠色熒光蛋白，獲得了能發出其他顏色熒光蛋白，才“畫”出了色彩斑斕的圖案。科學家如何對天然的綠色熒光蛋白進行改造？第三章第4節蛋白質工程的原理和應用本節聚焦閱讀課本P93-951、蛋白質工程概念2、蛋白質工程崛起的緣由3、蛋白質工程的基本原理4、蛋白質工程的應用一.蛋白質工程的概念蛋白質工程是指以

及其與

作為基礎,通過

或

,來改造

或

______________

蛋白質,以滿足

。蛋白質分子的結構規律生物功能的關系改造合成基因現有蛋白質制造一種新的人類生產和生活的需求基礎：操作對象：結果：目的：與基因工程的關系：理論和技術：

蛋白質分子的結構規律及其與生物功能的關系改造或合成基因改造現有蛋白質或制造一種新的蛋白質以滿足人類生產和生活的需求在基因工程基礎上延伸出來的第二代基因工程分子生物學、晶體學和計算機技術12原理：

基因從一種生物轉移到另一種生物

（基因重組）

基因工程實質：將一種生物的基因轉移到另一種生物體內，后者可以產生它本不能產生的蛋白質，進而表現出新性狀。12基因工程的不足：在原則上只能生產自然界已存在的蛋白質。蛋白質工程崛起的緣由天然蛋白質的不足天然蛋白質的結構和功能符合特定物種生存的需要，卻不一定完全符合人類生產和生活的需要。為滿足人類生產和生活的需要，需對現有蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質例如：改造干擾素（半胱氨酸）體外很難保存干擾素（絲氨酸）體外可以保存半年玉米中賴氨酸含量比較低天冬氨酸激酶（352位的蘇氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）改造改造天冬氨酸激酶（異亮氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶（異亮氨酸）玉米中賴氨酸含量可提高數倍二.蛋白質工程的基本原理探索天然干擾素的改造問題：天然干擾素在體外難以保存活動一目標：延長干擾素保存時間前提：了解干擾素結構及其功能的關系方案：改造干擾素結構：一級結構/空間結構二.蛋白質工程的基本原理活動一探索天然干擾素的改造干擾素動物和人體細胞收到病毒侵染后產生的一種糖蛋白功能：抗病毒、抑制細胞增殖、調節免疫、抗腫瘤等。二.蛋白質工程的基本原理探索天然干擾素的改造問題：天然干擾素在體外難以保存活動一目標：延長干擾素保存時間前提：了解干擾素結構及其功能的關系方案：改造干擾素結構：一級結構/空間結構二.蛋白質工程的基本原理活動二探索干擾素的改造思路和方法問題：到底該如何實現對干擾素結構的改造呢？干擾素（半胱氨酸）體外很難保存改造干擾素（絲氨酸）體外可以保存半年

?對天然的蛋白質進行改造，你認為應該直接對蛋白質分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現？基因二.蛋白質工程的基本原理對基因改造的原因:①基因決定蛋白質，改造了基因即對蛋白質進行了改造，且基因改造可以遺傳下去。（基因改造----可以遺傳；蛋白質改造----不可遺傳）②對基因進行改造比對蛋白質直接改造要容易操作，難度要小得多。二.蛋白質工程的基本原理活動二探索干擾素的改造思路和方法基因DNA轉錄mRNA翻譯氨基酸序列多肽鏈折疊蛋白質三維結構生物功能預期功能分子設計DNA合成（1）實質：

。（2）直接操作對象：

。（3）操作水平：

。中心法則的逆推基因DNA分子水平二.蛋白質工程的基本原理4.蛋白質工程的基本思路預期功能設計推測多肽鏈改造或合成目的基因轉錄mRNA翻譯折疊蛋白質（三維結構）行使生物功能構建蛋白質三維結構圖:借助計算機制備蛋白質晶體：通過X射線衍射技術堿基的替換：基因的定點突變技術某多肽鏈的一段氨基酸序列是：思考：1.怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列?思考·討論：蛋白質工程基本思路的應用二.蛋白質工程的基本原理丙氨酸色氨酸賴氨酸谷氨酸苯丙氨酸……查密碼子表……-丙氨酸-色氨酸-賴氨酸-谷氨酸-苯丙氨酸-……氨基酸序列：GCU(或C或A或G)UGGAAA(或G)GAA(或G）UUU(或C)mRNA序列：脫氧核苷酸序列：GCT(或C或A或G)TGGAAA(或G)GAA（或G）TTT(或C)CGA(或G或T或C)ACCTTT(或C)CTT（或C）AAA(或G)某多肽鏈的一段氨基酸序列是：思考·討論：蛋白質工程基本思路的應用二.蛋白質工程的基本原理丙氨酸色氨酸賴氨酸谷氨酸苯丙氨酸……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?⑴確定目的基因的堿基序列后，可以人工合成目的基因，或從基因文庫中獲取、PCR技術擴增；⑵應用基因定點突變技術來進行堿基的替換、增添等進而改造基因；二.蛋白質工程的基本原理活動二探索干擾素的改造思路和方法問題：到底該如何實現對干擾素結構的改造呢？干擾素（半胱氨酸）體外很難保存如何改造？干擾素（絲氨酸）體外可以保存半年（半胱氨酸：UGU、UGC;絲氨酸：AGU、AGC）二.蛋白質工程的基本原理活動三問題：成功獲得新的干擾素基因后，最終如何實現新型干擾素的大量生產？方案：新的干擾素基因+基因的載體基因工程利用轉基因生物生產新型干擾素功效檢測（-70℃，可保存半年）核心歸納基因工程和蛋白質工程的比較比較項目蛋白質工程基因工程區別起點原理過程目標結果聯系預期蛋白質功能→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到并改變相對應的脫氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質目的基因的篩選與獲取→基因表達載體的構建→將目的基因導入受體細胞→目的基因的檢測與鑒定定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需要的新的生物類型和生物產品①都在生物體外對基因進行操作；②蛋白質工程是在基因工程基礎上延伸出來的第二代基因工程預期的蛋白質功能目的基因改造或合成基因基因重組定向改造或生產人類所需的蛋白質生產自然界不存在的蛋白質生產自然界已存在的天然蛋白質蛋白質工程和基因工程的比較思考：如何辨別一個操作是基因工程還是蛋白質工程？看基因看蛋白質是否合成新的基因是否為天然蛋白質蛋白質工程是否對原有基因進行改造是否蛋白質工程基因工程是否是否基因工程蛋白質工程三.蛋白質工程的應用（1）研發速效胰島素類似物天然蛋白質易形成二聚體或六聚體預期功能降低胰島素的聚合作用設計結構改變B鏈第20～29位氨基酸組成改造新胰島素基因B28位脯氨酸替換為天冬氨酸或將它與B29位的賴氨酸交換位置推測序列轉錄mRNA翻譯多肽鏈行使功能速效胰島素類似物預期結構折疊等阻礙胰島素從注射部位進入血液，延緩了降血糖作用定點突變1.醫藥工業方面1.醫藥工業方面（2）降低人對小鼠單克隆抗體的免疫反應基因融合通過

，將小鼠抗體上

的區域（即

）“嫁接”到_______（即__

___）上，經過這樣改造的抗體_______________________________改造基因結合抗原可變區人的抗體恒定區誘發免疫反應的強度就會降低很多鼠—人嵌合抗體三.蛋白質工程的應用2.其他工業方面用于改進酶的性能或開發新的工業用酶，如利用蛋白質工程獲得枯草桿菌蛋白酶的突變體，篩選出符合工業化生產需求的突變體，提高該酶的使用價值3.農業方面(1)科學家嘗試改造某些參與調控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，增加糧食的產量(2)科學家利用蛋白質工程的思路設計優良微生物農藥，通過改造微生物蛋白質的結構，增強微生物防治病蟲害的效果三.蛋白質工程的應用◆蛋白質發揮功能必須依賴于正確的高級結構，而這種高級結構往往十分復雜。◆要設計出更加符合人類需要的蛋白質，還需要不斷地攻堅克難。隨著科技的深入發展，蛋白質工程將會給人類帶來更多的福祉。三級結構一級結構四級結構二級結構難度很大三.蛋白質工程的應用血紅蛋白的三維結構模型異想天開

能不能根據人類需要的蛋白質的結構，設計相應的基因，導入合適的宿主細胞中，讓宿主細胞生產人類所需要的蛋白質食品呢？理論上講可以，但目前還沒有真正成功的例子。主要原因是蛋白質的高級結構非常復雜，人類對大多數蛋白質的高級結構和蛋白質在生物體內如何行使功能了解得還不夠，很難設計出一個全新的而又具有功能的蛋白質。即使設計并獲得了一個全新的蛋白質，它的生理生化特性、用它生產的蛋白質食品的安全性等都需要長期深入的研究。蛋白質食品的工廠化生產想象圖習題鞏固Exercisestoconsolidate1.蛋白質工程可以說是基因工程的延伸，

判斷下列相關表述是否正確。(1)基因工程需要在分子水平對基因進行操作，

蛋白質工程不需要對基因進行操作。()(2)蛋白質工程需要改變蛋白質分子的所有氨基酸序列。()(3)蛋白質工程可以改造酶，提高酶的熱穩定性。()××√習題鞏固Exercisestoconsolidate2.蛋白質工程是在深入了解蛋白質分子的結構與功能關系的

基礎上進行的，它最終要達到的目的是()A.分析蛋白質的三維結構B.研究蛋白質的氨基酸組成C.獲取編碼蛋白質的基因序列信息D.改造現有蛋白質或制造新的蛋白質，滿足人類的需求D習題鞏固Exercisestoconsolidate3.水蛭素是一種蛋白質，可用于預防和治療血栓。研究人員發現，用賴氨酸替換水蛭素第47位的天冬酰胺可以提高它的抗凝血活性。在這項替換研究中，目前可行的直接操作對象是()A.基因B.氨基酸C.多肽鏈D.蛋白質A習題鞏固Exercisestoconsolidate4.T4溶菌酶是一種重要的工業用酶，但是它在溫度較高時容易失去活性。為了提高T4溶菌酶的耐熱性，科學家首先對影響T4溶菌酶耐熱性的一些重要結構進行了研究。然后以此為依據對相關基因進行改造，使T4溶菌酶的第3位異亮氨酸變為半胱氨酸。于是，在該半胱氨酸與第97位的半胱氨酸之間形成了一個二硫鍵，T4溶菌酶的耐熱性得到了提高。這項工作屬于什么工程的范疇?在該實例中引起T4溶菌酶空間結構發生改變的根本原因是什么?如果要將該研究成果應用到生產實踐，還需要做哪些方面的工作?習題鞏固Exercisestoconsolidate這項工作屬于蛋白質工程的范疇。引起T4溶菌酶空間結構發生改變的根本原因是基因的堿基序列發生了變化。如果要將改造后的T4溶菌酶應用于生產實踐,還有很多工作需要做。例如,由于改造后酶的空間結構發生了變化,因此它的一些基本特性需要重新明確,包括它能耐受的溫度范圍、催化反應的最適溫度、酶活力的大小等;需要建立規模化生產該酶的技術體系,評估生產成本等。1.下列關于蛋白質工程的說法，錯誤的是(

)A.蛋白質工程能定向改造蛋白質的分子結構，使之更加符合人類的需要。B.蛋白質工程是在分子水平上對蛋白質分子直接進行操作，定向改變分子結構。C.蛋白質工程能產生出自然界中不曾存在過的新型蛋白質分子。D.蛋白質工程與基因工程密不可分，又稱為第二代基因工程。B例1.下圖為蛋白質工程操作的基本思路，請據圖回答下列問題：(1)代表蛋白質工程操作思路的過程是________；代表中心法則內容的是__________。(填寫數字)(2)寫出圖中各數字代表的生物學過程的名稱或內容：①______；

②______；③______；④______；⑤__________。(3)蛋白質工程的目的是__________________________________________________________，通過____________________實現。(4)從圖中可以看出蛋白質工程的基本途徑與中心法則是______的。④⑤①②③轉錄翻譯折疊推測改造合成根據人們對蛋白質功能的特定需求，基因改造或基因合成相反對蛋白質的結構進行分子設計二.蛋白質工程的基本原理2.下圖為蛋白質工程操作的基本思路，請據圖回答下列問題：（1）代表蛋白質工程操作思路的過程是_____；代表中心法則內容的是________。(填寫數字)（2）寫出圖中各數字代表的生物學過程的名稱或內容：①______；②______；③______；④______；⑤__________。（3）蛋白質工程的目的是____________________________________________________________，通過___________________實現。（4）從圖中可以看出蛋白質工程的基本途徑與中心法則是______的。④⑤①②③轉錄翻譯折疊推測改造合成根據人們對蛋白質功能的特定需求，對蛋白質的結構進行分子設計基因改造或基因合成相反3.IKK激酶參與動物體內免疫細胞的分化。臨床上發現某重癥聯合免疫缺陷(SCID)患兒IKK基因編碼區第1183位堿基T突變為C,導致IKK上第395位酪氨酸被組氨酸代替。