第十單元-蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用(教師版)高二生物單元復(fù)習(xí)知識(shí)清單

第三章基因工程第四節(jié)蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用一、蛋白質(zhì)工程1.對(duì)蛋白質(zhì)分子的設(shè)計(jì)和改造是通過蛋白質(zhì)工程來實(shí)現(xiàn)的。（P93）2.蛋白質(zhì)工程的概念：蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過改造或合成基因，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類生產(chǎn)和生活的需求。（P93）(1)基礎(chǔ)：蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系。(2)手段：通過基因改造或基因合成，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)。(3)操作對(duì)象：基因。(4)目的：對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類生產(chǎn)和生活的需求。(5)地位：在基因工程基礎(chǔ)上延伸出來的第二代基因工程。（P93）(6)理論和技術(shù)條件：分子生物學(xué)、晶體學(xué)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展。（P93）二、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由1．基因工程的實(shí)質(zhì)：將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，后者可以產(chǎn)生它本不能產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，進(jìn)而表現(xiàn)出新的性狀。（P93）2．基因工程的不足：基因工程在原則上只能產(chǎn)生自然界中已存在的蛋白質(zhì)。（P93）3．天然蛋白質(zhì)的不足：天然蛋白質(zhì)是生物長(zhǎng)期進(jìn)化過程中形成的，天然蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)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(chǎn)和生活的需要。（P93）4．實(shí)例：玉米中賴氨酸的含量比較低，賴氨酸合成中兩種酶的氨基酸被替換，就可以使玉米葉片和種子中游離賴氨酸分別提高5倍和2倍。（P93）三、蛋白質(zhì)工程的基本原理1．蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)：根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求，對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造。（P94）2．蛋白質(zhì)工程的實(shí)質(zhì)：改造基因或合成基因（來定向改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造新的蛋白質(zhì)）。（P94）3．天然蛋白質(zhì)合成過程：天然蛋白質(zhì)合成的過程是按照中心法則進(jìn)行的。（P94）4.蛋白質(zhì)工程思路（蛋白質(zhì)工程與天然蛋白質(zhì)合成的過程相反）：從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列→找到并改變相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列或合成新基因→獲得所需要的蛋白質(zhì)（包括目的基因轉(zhuǎn)錄成，然后翻譯獲得氨基酸序列（多肽鏈），再通過盤曲折疊獲得高級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)而行使預(yù)期功能）。（P94）5.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？（P94）確定目的基因的堿基序列后，可以人工合成目的基因，或應(yīng)用基因定點(diǎn)突變技術(shù)來進(jìn)行堿基的替換、增添等進(jìn)而改造基因。蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用1．在醫(yī)藥工業(yè)方面的應(yīng)用(1)研發(fā)速效胰島素類似物：科學(xué)家通過改造胰島素基因使B鏈28位脯氨酸替換為天冬氨酸或者將它與29位的賴氨酸交換位置，從而有效抑制了胰島素的聚合，研發(fā)出速效胰島素類似物。（P95）(2)提高干擾素的保存期：將干擾素分子上的一個(gè)半胱氨酸變成絲氨酸，提高了干擾素的保存時(shí)間。（P95）(3)改造抗體：通過改造基因，將小鼠抗體上結(jié)合抗原的區(qū)域（即可變區(qū)）“嫁接”到人的抗體（即恒定區(qū)）上，經(jīng)過這樣改造的抗體誘發(fā)免疫反應(yīng)的強(qiáng)度就會(huì)降低很多。降低人對(duì)小鼠單抗了抗體的免疫反應(yīng)。（P95）2．在其他工業(yè)和農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用(1)改進(jìn)酶的性能或開發(fā)新的工業(yè)用酶：利用蛋白質(zhì)工程獲得蛋白酶的多種突變體。（P95）(2)改造某些重要的酶：利用蛋白質(zhì)工程改造參與調(diào)控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率。（P95）3.蛋白質(zhì)工程是一項(xiàng)難度很大的工程主要原因：蛋白質(zhì)發(fā)揮功能必須依賴于正確的高級(jí)結(jié)構(gòu)，而這種高級(jí)結(jié)構(gòu)往往十分復(fù)雜。4.蛋白質(zhì)工程與基因工程比較項(xiàng)目蛋白質(zhì)工程基因工程操作對(duì)象基因基因操作起點(diǎn)預(yù)期蛋白質(zhì)功能目的基因操作水平DNA分子水平DNA分子水平操作流程預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測(cè)氨基酸序列→找到并改變對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）或合成新基因→獲得所需要的蛋白質(zhì)目的基因的篩選與獲取→構(gòu)建基因表達(dá)載體→將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞→目的基因的檢測(cè)與鑒定結(jié)果可生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì)可生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì)實(shí)質(zhì)通過改造或合成基因來定向改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造新的蛋白質(zhì)將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，后者可以產(chǎn)生它本不能產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，進(jìn)而表現(xiàn)出新的性狀（基因重組）聯(lián)系①蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上延伸出來的第二代基因工程；②蛋白質(zhì)工程離不開基因工程，其包含基因工程基本操作；5.判斷是基因工程還是蛋白質(zhì)工程的依據(jù)：是否改造或合成基因，得到的蛋白質(zhì)是否為天然蛋白質(zhì)。6.為什么蛋白質(zhì)工程改造基因而不是直接改造蛋白質(zhì)？（1）蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，直接改造難度大。（2）蛋白質(zhì)是由基因編碼的，改造了基因可以間接改造蛋白質(zhì)。（3）基因可以遺傳，蛋白質(zhì)無法遺傳。補(bǔ)充：基因的定點(diǎn)突變技術(shù)1——重疊PCR（1）該過程需要4種引物；（2）PCR1的產(chǎn)物AB是引物a和引物b擴(kuò)增的結(jié)果；（3）PCR2的產(chǎn)物CD是引物c和引物d擴(kuò)增的結(jié)果；（4）產(chǎn)物AD的形成需要引物嗎？不需要，需要耐高溫的DNA聚合酶。（5）需要改變的堿基位于引物b和引物c上。（6）引物b和引物c之間有什么關(guān)系？引物b和引物c應(yīng)有部分堿基互補(bǔ)。（7）PCR3中突變產(chǎn)物AD的擴(kuò)增需要引物a和引物d。（8）PCR1中至少第3次才能獲得產(chǎn)物AB；（9）PCR2中至少第3次才能獲得產(chǎn)物CD；（10）過程①的條件為：先加熱至90-95℃再冷卻至55-60℃。（11）AB下鏈和CD上鏈結(jié)合能得到產(chǎn)物AD嗎？不能，DNA聚合酶只能將游離的脫氧核苷酸連接在已有鏈的3’端(即新鏈的延伸只能從5’端到3’端）。補(bǔ)充：基因的定點(diǎn)突變