1、选修三 专题 1 1.4 蛋白质工程的崛起 一、 学习目标 1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。 2.简述蛋白质工程的原理。 3.尝试运用逆向思维分析和解决问题。 二、教学建议 1.课时数：本节教学建议用 1 课时。 2.课时侧重点： （1）为什么要开展蛋白质工程的研究？ （2）蛋白质工程的原理。 3.教学策略 （1）建议采用“问题探究新问题再探究”的教学模式。 本节内容是基因工程的延伸和发展。由于蛋白质工程刚刚起步，学习内容较少。如何 学得充实，又让学生悟出些终身学习的道理，建议采用“问题探究新问题再探究” 的教学模式。 新课一开始，可以带领学生回忆原有知识：要想让一种生物的性状在另一种生物中
2、表 达，在种内可以用常规杂交育种的办法实现，但要使有生殖隔离的种间生物实现基因交流， 就显得力不从心了。基因工程的诞生，为克服这一远缘杂交的障碍问题，带来了新的希望。 于是取得了丰硕成果：大肠杆菌为人类生产出了胰岛素，牛的乳腺生物反应器为人类制造 出了蛋白质类药物，烟草植物体内含有了某种药物蛋白至此，人们也只是实现了世界 上现有基因在转基因生物中的表达。但一个新问题出现了，生物产生的天然蛋白质是在长 期进化过程中形成的，它的结构、性能不能完全满足人类生产和生活的需要。为了加深这 一点的认识，可调动学生从书中找实例（干扰素例子、工业用酶的例子）加以佐证。于是 要对现有蛋白质进行改造，制造出目前从
3、天然蛋白质中找不到的蛋白质。这样人们又开始 了新一轮的探索，蛋白质工程应运而生了。 （2）建议加强与已有知识的联系，用逆向思维的方法解决新问题。 学生在必修课中已学习过中心法则及蛋白质具有复杂的空间结构等知识。中心法则告 诉我们遗传信息的流动方向如图 1-4 所示。 图 1-4 遗传信息的流动方向 这是学习新知识的基础。既然蛋白质的功能是由 DNA 决定的，那么要制造出新的蛋白 质，就要改造 DNA。所以蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。结合课本中插图，可 以较明确地说明这一点。 还有两点教学建议需要说明。第一，蛋白质工程的诞生是有其理论与技术条件支撑的， 正如课本中开头描述的，它是随着分
4、子生物学、晶体学以及计算机技术的迅猛发展而诞生 的，也与基因组学、蛋白质组学、生物信息学的发展等因素有关（本书“前沿动态”中有 简要介绍）。第二，说明蛋白质工程目前的现状：成功的例子不多，主要是因为蛋白质发 挥其功能需要依赖于正确的空间结构，而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。 这样学习，可以使学生认识到科学探索之路的漫长、艰辛和永无止境。 三、达标检测 1玉米是生产赖氨酸的好材料，可是产量较低，可以通过改变什么结构来提高产量( ) A天冬氨酸激酶 B二氢吡啶二羧酸合成酶 C肽酶 DA、B 两项都是 2下列关于蛋白质工程的说法，正确的是 ( ) A蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子
5、直接进行操作 B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 C对蛋白质的改造是通过直接改造相应的 mRNA 来实现的 D蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是相同的 3蛋白质工程操作的实质是 ( ) A改造蛋白质 B改造 mRNA C改造基因 D改造氨基酸 4在设计合成自然界中不存在的蛋白质时，首先应该设计 ( ) A基因结构 BmRNA 结构 C氨基酸序列 D蛋白质结构 5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 6科学家为提高玉米中赖氨酸含量，计划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
6、成酶中 104 位的氨基酸由天冬氨酸变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片 和种子中的游离赖氨酸含量分别提高 5 倍和 2 倍。下列对蛋白质的改造，操作正确的是 ( ) A直接通过分子水平改造蛋白质 B直接改造相应的 mRNA C对相应的基因进行操作 D重新合成新的基因 7下列说法正确的是 ( ) A蛋白质工程和基因工程的目的都是获得人类需要的蛋白质，所以二者没有区别 B基因工程是蛋白质工程的关键技术 C通过蛋白质工程改造后的蛋白质，有的仍然是天然的蛋白质 D蛋白质工程是在蛋白质分子水平上直接改造蛋白质的 8用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有下列哪些特点 ( ) 体积小 耗电少 效率高 灵活性强 A
7、 B C D 9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从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 10下列关于蛋白质工程的叙述，错误的是 ( ) A蛋白质工程操作的实质是改造基因 B蛋白质工程在设计蛋白质结构时的依据是现有基因的脱氧核苷酸序列 C蛋白质工程的基础是基因工程 D蛋白质工程遵循的原理包括中心法则 11下列关于基因工程的叙述，不正确的是 ( ) A基因工程的实质是外源基因的导入使生物产生出本身不能产生的蛋白质 B基因工
8、程可使生物产生出自然界中不存在的蛋白质种类 C基因工程使生物产生的变异属于基因重组 D基因工程操作程序遵循的思路是中心法则，从 DNAmRNA蛋白质生物功能 12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生产体外耐储存的干扰素 D用蛋白质工程生产血红蛋白 13关于基因工程和蛋白质工程的说法正确的是 ( ) A都是分子水平上的操作 B基因工程就是改造基因的分子结构 C蛋白质工程就是改造蛋白质的分子结构 D基因工程能创造出自然界根本不存在的基因，蛋白质工程能创造出自然界根本不存在 的蛋白质 14干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可
9、以用于治疗病毒感染和癌症，但体外保存相当困 难，如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可在 70 下保存半年，给广大患者 带来福音。 (1)蛋白质的合成是受基因控制的，因此获得能够控制合成“可以保存的干扰素”的基因 是生产的关键，依据蛋白质工程原理，设计实验流程，让动物生产“可以保存的干扰素” (请填写)。 (2)基因工程和蛋白质工程相比较，基因工程在原则上只能生产_的蛋白 质，不一定符合人类生产和生活的需要。而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_或_，对现有蛋白质进行 _，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活需要。 (3)蛋白质工程实施的难度很
10、大，原因是蛋白质具有十分复杂的_结构。 (4)对天然蛋白质进行改造，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？_。原因 是_。 15近期肝脏学杂志发表了一篇文章称科学家经研究发现：乙肝病毒 HBX 蛋白质调控宿主 细胞内许多基因的转录，广泛影响宿主细胞的各种生命活动，包括调节细胞凋亡、抑制细胞 DNA 的修复、干扰细胞有丝分裂和细胞周期进程等，因此可利用该蛋白质治疗乙肝。下图表示 利用乳腺反应器生产乙肝病毒 HBX 蛋白的流程示意图。 (1)已知 HBX 蛋白基因的核苷酸序列，则可采用_获得目的基因，并用 _技术进行扩增。 (2)为获得更高活性的 HBX 蛋白质，需要对蛋白质
11、结构进行设计改造，但必须通过基因修 饰或基因合成来完成，而不直接改造蛋白质的原因是_ _。 (3)图中载体是_，为胚胎移植到受体，在该步骤操作前对胚胎进行了检查 和筛选，发现有些胚胎因为外源基因的插入而死亡，请你分析外源基因插入导致胚胎死亡 的原因：_。 答案 1D 2B 3C 4D 5D 6C 7B 8A 9C 10B 11B 12A 13A 14(1)预期蛋白质的功能 蛋白质三维结构 应有的氨基酸序列 相应的脱氧核苷酸序列(基 因) (2)自然界已存在 基因修饰 基因合成 改造 (3)空间(或高级) (4)基因 基因控制蛋白质的合成，并且基因能遗传给下一代 15(1)人工合成法 PCR (2)改造基因易于操作且改造后能够遗传 (3)动物病毒 外源基因 的插入导致胚胎正常发育所需的基因不能表达
