新教材2023年高中生物第3章基因工程第4節(jié)蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用學(xué)案新人教版選擇性必修3

第4節(jié)蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用新課程標(biāo)準(zhǔn)核心素養(yǎng)1．說(shuō)出蛋白質(zhì)工程崛起的緣由。2．概述蛋白質(zhì)工程的基本原理。3．舉例說(shuō)明依據(jù)人類(lèi)需要對(duì)原有蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行基因改造、生產(chǎn)目標(biāo)蛋白的過(guò)程。1．科學(xué)思維——嘗試通過(guò)蛋白質(zhì)工程技術(shù)，根據(jù)人類(lèi)需要的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)或改造某一蛋白質(zhì)的設(shè)計(jì)流程。2．社會(huì)責(zé)任——嘗試運(yùn)用逆向思維分析和解決問(wèn)題。知識(shí)導(dǎo)圖必備知識(shí)·夯實(shí)雙基一、蛋白質(zhì)工程1．概念(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(guò)__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)目的：獲得滿(mǎn)足人類(lèi)的生產(chǎn)和生活需求的__蛋白質(zhì)__。2．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。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__。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)。3．天然蛋白質(zhì)的不足：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(lèi)生產(chǎn)和生活__的需要。4．實(shí)例：玉米中賴(lài)氨酸的含量比較低，賴(lài)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(lài)氨酸分別提高5倍和2倍。三、蛋白質(zhì)工程的基本原理1．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。2．方法：__改造基因__或__合成基因__。3．流程：預(yù)期蛋白質(zhì)功能→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→找到相對(duì)應(yīng)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(zhì)。四、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(lèi)似物：科學(xué)家通過(guò)改造__胰島素基因__使B28位脯氨酸替換為天冬氨酸或者將它與29的賴(lài)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(lèi)似物。(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。(3)改造抗體：將小鼠單克隆抗體上__結(jié)合抗原的區(qū)域__“嫁接”到人的抗體上，降低了誘發(fā)人體免疫反應(yīng)的強(qiáng)度。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(kāi)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__。(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。┃┃學(xué)霸記憶__■1．基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界中已存在的蛋白質(zhì)。2．蛋白質(zhì)工程并不是直接改造蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)，而是通過(guò)基因操作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)天然蛋白質(zhì)的改造。3．蛋白質(zhì)工程的基本途徑：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→找到相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列。4．蛋白質(zhì)工程是以蛋白質(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(guò)基因改造或基因合成，來(lái)改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿(mǎn)足人類(lèi)的生產(chǎn)和生活的需要。┃┃活學(xué)巧練__■1．蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對(duì)蛋白質(zhì)分子直接進(jìn)行操作，定向改變分子的結(jié)構(gòu)。(×)2．蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生自然界中不存在的新型蛋白質(zhì)分子。(√)3．實(shí)施蛋白質(zhì)工程的前提條件是了解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系。(√)4．基因工程遵循中心法則，而蛋白質(zhì)工程不遵循。(×)5．根據(jù)某多肽鏈的一段氨基酸序列，可以很容易地確定控制該肽鏈合成的基因的脫氧核苷酸序列。(×)6．蛋白質(zhì)工程是一項(xiàng)難度很大的工程，主要是因?yàn)槿藗儗?duì)蛋白質(zhì)復(fù)雜的高級(jí)結(jié)構(gòu)沒(méi)有完全認(rèn)識(shí)。(√)思考：1．為什么蛋白質(zhì)工程不是直接改造蛋白質(zhì)而是通過(guò)基因改造和基因合成來(lái)完成？提示：①任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且改造過(guò)的蛋白質(zhì)可以遺傳下去。如果對(duì)蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白質(zhì)也是無(wú)法遺傳下去的。②對(duì)基因進(jìn)行改造比對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行直接改造容易操作，難度小得多。2．蛋白質(zhì)工程的操作程序的基本思路與基因工程有什么不同？提示：基因工程操作程序的基本思路遵循中心法則，從DNA→mRNA→多肽→折疊產(chǎn)生蛋白質(zhì)，基本上是生產(chǎn)出自然界中已有的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程是按照相反的思路進(jìn)行的，確定蛋白質(zhì)的功能→蛋白質(zhì)應(yīng)有的高級(jí)結(jié)構(gòu)→蛋白質(zhì)具備的折疊狀態(tài)→應(yīng)有的氨基酸序列→基因中的堿基序列，可以創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)。課內(nèi)探究·名師點(diǎn)睛知識(shí)點(diǎn)蛋白質(zhì)工程1．對(duì)蛋白質(zhì)工程的2點(diǎn)說(shuō)明(1)改造對(duì)象：通過(guò)改造控制蛋白質(zhì)合成的基因的結(jié)構(gòu)來(lái)改造某種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。①任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且可以遺傳下去。如果對(duì)蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造過(guò)的蛋白質(zhì)分子還是無(wú)法遺傳的。②對(duì)基因進(jìn)行改造比對(duì)蛋白質(zhì)直接進(jìn)行改造要容易操作，難度要小得多。(2)蛋白質(zhì)工程中經(jīng)過(guò)處理得到的新基因與基因突變得到的新基因有較大差別：基因突變的新基因中含有不編碼蛋白質(zhì)的序列，而蛋白質(zhì)工程中的新基因則沒(méi)有。2．蛋白質(zhì)工程的基本流程┃┃典例剖析__■典例1目前科學(xué)家通過(guò)蛋白質(zhì)工程制造出了藍(lán)色熒光蛋白、黃色熒光蛋白等，采用蛋白質(zhì)工程技術(shù)制造出藍(lán)色熒光蛋白過(guò)程的正確順序是(B)①推測(cè)藍(lán)色熒光蛋白的氨基酸序列和基因的核苷酸序列②藍(lán)色熒光蛋白的功能分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)序列③藍(lán)色熒光蛋白基因的合成④表達(dá)出藍(lán)色熒光蛋白A．①②③④ B．②①③④C．②③①④ D．④②①③解析：蛋白質(zhì)工程的基本流程是從預(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(基因)或合成新的基因→表達(dá)出相應(yīng)的蛋白質(zhì)，故正確順序應(yīng)該是②①③④。┃┃變式訓(xùn)練__■1．下圖表示蛋白質(zhì)工程的操作過(guò)程，相關(guān)說(shuō)法不正確的是(C)A．a(chǎn)、b過(guò)程分別是轉(zhuǎn)錄、翻譯B．蛋白質(zhì)工程中對(duì)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的了解是非常關(guān)鍵的工作C．蛋白質(zhì)工程是完全擺脫基因工程技術(shù)的一項(xiàng)全新的生物工程技術(shù)D．蛋白質(zhì)工程中可能構(gòu)建出一種全新的基因解析：a過(guò)程是以DNA的一條鏈為模板合成mRNA的轉(zhuǎn)錄過(guò)程，b過(guò)程是以mRNA為模板合成具有一定氨基酸順序的多肽鏈的翻譯過(guò)程，A項(xiàng)正確；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(guò)改造或合成基因，來(lái)改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿(mǎn)足人類(lèi)的生產(chǎn)和生活的需求，因此蛋白質(zhì)工程中對(duì)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的了解是非常關(guān)鍵的工作，B、D項(xiàng)正確；蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來(lái)的第二代基因工程，C項(xiàng)錯(cuò)誤。知識(shí)點(diǎn)蛋白質(zhì)工程與基因工程的區(qū)別與聯(lián)系比較項(xiàng)目蛋白質(zhì)工程基因工程區(qū)別起點(diǎn)預(yù)期的蛋白質(zhì)功能目的基因過(guò)程預(yù)期蛋白質(zhì)功能→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→找到相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列→獲得需要的蛋白質(zhì)獲取目的基因→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)與鑒定目標(biāo)定向改造或生產(chǎn)人類(lèi)所需的蛋白質(zhì)定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類(lèi)所需的生物類(lèi)型或生物產(chǎn)品結(jié)果生產(chǎn)非天然的蛋白質(zhì)生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì)聯(lián)系①都在生物體外對(duì)基因進(jìn)行操作；②蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上延伸出來(lái)的第二代基因工程知識(shí)貼士“二看法”判斷基因工程和蛋白質(zhì)工程一看對(duì)基因的操作方法—eq\b\lc\[(\a\vs4\al\co1(剪切、連接→基因工程,合成、改造→蛋白質(zhì)工程))二看合成的蛋白質(zhì)種類(lèi)—eq\b\lc\[(\a\vs4\al\co1(自然界已有的天然蛋白質(zhì)→,基因工程,非天然的、自然界沒(méi)有的蛋,白質(zhì)→蛋白質(zhì)工程))┃┃典例剖析__■典例2蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延伸出來(lái)的第二代基因工程，有廣闊的發(fā)展前景。下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的描述，正確的是(C)A．因?yàn)樾枰獙?duì)蛋白質(zhì)直接改造，所以操作更難B．因?yàn)榈鞍踪|(zhì)不能遺傳，所以蛋白質(zhì)工程的產(chǎn)物不能大量生產(chǎn)C．蛋白質(zhì)工程也需要設(shè)計(jì)出相應(yīng)的基因D．蛋白質(zhì)工程在各個(gè)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用解析：蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延伸出來(lái)的第二代基因工程，是在分子水平上對(duì)基因分子直接進(jìn)行操作，A項(xiàng)錯(cuò)誤；分子水平上對(duì)基因分子直接進(jìn)行操作使其遺傳物質(zhì)發(fā)生改變，可以遺傳給下一代，B項(xiàng)錯(cuò)誤；蛋白質(zhì)工程對(duì)基因分子直接進(jìn)行操作，需要推測(cè)出應(yīng)有的氨基酸序列，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的基因，C項(xiàng)正確；蛋白質(zhì)工程的發(fā)展并不成熟，仍需一段時(shí)間提升，其目前并不能在各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，D項(xiàng)錯(cuò)誤。┃┃變式訓(xùn)練__■2．下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的敘述，正確的是(A)A．通過(guò)對(duì)基因結(jié)構(gòu)的定點(diǎn)改造實(shí)現(xiàn)對(duì)玉米中賴(lài)氨酸合成過(guò)程中的關(guān)鍵酶結(jié)構(gòu)的改造屬于蛋白質(zhì)工程B．將人的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌細(xì)胞內(nèi)，使大腸桿菌生產(chǎn)人的胰島素的技術(shù)屬于蛋白質(zhì)工程C．蛋白質(zhì)工程不需要構(gòu)建基因表達(dá)載體D．通過(guò)蛋白質(zhì)工程改造后的蛋白質(zhì)的特性不能遺傳給子代解析：通過(guò)對(duì)基因結(jié)構(gòu)的定點(diǎn)改造實(shí)現(xiàn)對(duì)玉米中賴(lài)氨酸合成過(guò)程中的關(guān)鍵酶結(jié)構(gòu)的改造屬于蛋白質(zhì)工程，A項(xiàng)正確；將人的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌細(xì)胞內(nèi)，使大腸桿菌生產(chǎn)人的胰島素的技術(shù)屬于基因工程，B項(xiàng)錯(cuò)誤；在蛋白質(zhì)工程中，改造后的基因需要導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)才能表達(dá)出相應(yīng)的蛋白質(zhì)，故需要構(gòu)建基因表達(dá)載體，C項(xiàng)錯(cuò)誤；蛋白質(zhì)工程的實(shí)質(zhì)是對(duì)基因進(jìn)行改造，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)蛋白質(zhì)的改造，改造后的蛋白質(zhì)的特性可遺傳給子代，D項(xiàng)錯(cuò)誤。指點(diǎn)迷津·撥云見(jiàn)日區(qū)分蛋白質(zhì)組計(jì)劃、蛋白質(zhì)工程與酶工程人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃是繼人類(lèi)基因組計(jì)劃之后，生命科學(xué)乃至自然科學(xué)領(lǐng)域另一項(xiàng)重大的科學(xué)命題，是研究細(xì)胞中基因編碼的全部蛋白質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、修飾及其功能的國(guó)際合作計(jì)劃。目前科學(xué)家對(duì)大多數(shù)蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)的了解還很不夠，要設(shè)計(jì)出更加符合人類(lèi)需要的蛋白質(zhì)還需要經(jīng)過(guò)艱辛的探索。人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃的深入研究將是對(duì)蛋白質(zhì)工程的有力推動(dòng)和理論支持。酶工程就是指酶所具有的生物催化作用，借助工程學(xué)的手段，應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境保護(hù)等方面的一門(mén)科學(xué)技術(shù)。概括地說(shuō)，酶工程是由酶制劑的生產(chǎn)和應(yīng)用兩方面組成的。酶工程的應(yīng)用主要集中于食品工業(yè)、輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中。如固定化酶技術(shù)、加酶洗衣粉、嫩肉粉等。通常所說(shuō)的酶工程是用工程菌生產(chǎn)酶制劑，而沒(méi)有經(jīng)過(guò)由酶的功能來(lái)設(shè)計(jì)酶的分子結(jié)構(gòu)，然后由酶的分子結(jié)構(gòu)來(lái)確定相應(yīng)基因的堿基序列等步驟。因此，酶工程的重點(diǎn)在于對(duì)已存在酶的合理、充分利用，而蛋白質(zhì)工程的重點(diǎn)則在于對(duì)已存在的蛋白質(zhì)分子進(jìn)行改造。當(dāng)然，隨著蛋白質(zhì)工程的發(fā)展，其成果也會(huì)應(yīng)用到酶工程中，使酶工程成為蛋白質(zhì)工程的一部分。┃┃典例剖析__■典例3T4溶菌酶在高溫時(shí)易失去活性。研究人員對(duì)編碼T4溶菌酶的基因進(jìn)行改造，使T4溶菌酶的第3位的異亮氨酸變成半胱氨酸，該半胱氨酸與第97位的半胱氨酸之間形成一個(gè)二硫鍵，提高了T4溶菌酶的耐熱性。下列相關(guān)敘述正確的是(D)A．T4溶菌酶耐熱性提高的原因是組成該酶的氨基酸種類(lèi)和數(shù)目發(fā)生了改變B．T4溶菌酶的改造屬于蛋白質(zhì)工程，自然界中的酶都可通過(guò)蛋白質(zhì)工程進(jìn)行改造C．蛋白質(zhì)工程與中心法則的流程方向一致，即DNA→mRNA→蛋白質(zhì)D．若高溫等使蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，則蛋白質(zhì)的功能也會(huì)受影響解析：由題意可知，T4溶菌酶耐熱性提高的原因是組成該酶的肽鏈的氨基酸序列發(fā)生了改變，氨基酸的數(shù)目沒(méi)有改變，A項(xiàng)錯(cuò)誤；T4溶菌酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，對(duì)其進(jìn)行改造屬于蛋白質(zhì)工程，在自然界中絕大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，但也有少數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是RNA，化學(xué)本質(zhì)是RNA的酶不能通過(guò)蛋白質(zhì)工程進(jìn)行改造，B項(xiàng)錯(cuò)誤；蛋白質(zhì)工程與中心法則的流程方向相反，其流程是從預(yù)期蛋白質(zhì)的功能出發(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(基因)或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質(zhì)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；蛋白質(zhì)的功能由蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定，蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，蛋白質(zhì)的功能也會(huì)受到影響，D項(xiàng)正確。解疑答惑從社會(huì)中來(lái)?P93提示：科學(xué)家解析了多管水母綠色熒光蛋白的晶體結(jié)構(gòu)，并利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上再采用定點(diǎn)突變的技術(shù)將綠色熒光蛋白發(fā)光基團(tuán)正下方的第203位的蘇氨酸替換為酪氨酸，從而獲得了一種新的綠色熒光蛋白的衍生物——黃色熒光蛋白。旁欄思考?P93提示：人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃是繼人類(lèi)基因組計(jì)劃之后，生命科學(xué)乃至自然科學(xué)領(lǐng)域重大的國(guó)際合作科研項(xiàng)目。2001年，國(guó)際人類(lèi)蛋白質(zhì)組組織宣布成立。2003年，該組織正式提出啟動(dòng)兩項(xiàng)重大國(guó)際合作項(xiàng)目：一項(xiàng)是由中國(guó)科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類(lèi)肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”；另一項(xiàng)是由美國(guó)科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類(lèi)血漿蛋白質(zhì)組計(jì)劃”，由此拉開(kāi)了人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃的帷幕?！叭祟?lèi)肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”是國(guó)際上第一個(gè)人類(lèi)組織器官的蛋白質(zhì)組計(jì)劃，由我國(guó)賀福初院士牽頭，這是中國(guó)科學(xué)家第一次領(lǐng)銜重大國(guó)際科研協(xié)作計(jì)劃。它的目標(biāo)是通過(guò)對(duì)肝臟蛋白質(zhì)高通量、規(guī)模化的研究，解析肝臟蛋白質(zhì)在生理、病理過(guò)程中的功能意義，為重大肝病的預(yù)防、診斷、治療和新藥的研發(fā)提供重要的科學(xué)依據(jù)。2010年，該計(jì)劃“兩譜、兩圖、三庫(kù)”的目標(biāo)初步實(shí)現(xiàn)。我國(guó)科學(xué)家完成了人類(lèi)肝臟蛋白質(zhì)組表達(dá)譜和修飾譜，繪制了蛋白質(zhì)相互作用連鎖圖和定位圖?！叭龓?kù)”則是建立符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的肝臟標(biāo)本庫(kù)、發(fā)展規(guī)模化抗體制備技術(shù)并建立肝臟蛋白質(zhì)抗體庫(kù)和建立完整的肝臟蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫(kù)。人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃取得的成果有力推動(dòng)了蛋白質(zhì)工程的發(fā)展，為它提供了重要的理論支持。2014年6月，中國(guó)人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃啟動(dòng)。思考·討論?P941．提示：每種氨基酸都有對(duì)應(yīng)的密碼子，只要查一下遺傳密碼子表，就可以將教材中氨基酸序列的編碼序列查出來(lái)。但是由于上述氨基酸序列中有幾個(gè)氨基酸是由多種密碼子編碼的，因此相應(yīng)的堿基排列組合起來(lái)就比較復(fù)雜，至少可以排列出32種，可以根據(jù)學(xué)過(guò)的排列組合知識(shí)自己排列一下。首先應(yīng)該根據(jù)密碼子推出mRNA序列[GCU(或C或A或G)UGGAAA(或G)GAA(或G)UUU或(C)]，再根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則推出脫氧核苷酸序列[CGA(或G或T或C)ACCTTT(或C)CTT(或C)AAA(或G)]。2．提示：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(kù)中獲取目的基因。對(duì)基因的改造經(jīng)常會(huì)用到基因定點(diǎn)突變技術(shù)來(lái)進(jìn)行堿基的替換、增添等。異想天開(kāi)?P95提示：理論上講可以，但目前還沒(méi)有真正成功的例子。利用改造后的動(dòng)物細(xì)胞、微生物細(xì)胞等可以生產(chǎn)人類(lèi)需要的蛋白質(zhì)，但這些蛋白質(zhì)往往都是自然界中已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)，并非完全是人工設(shè)計(jì)出來(lái)的、自然界中不存在的蛋白質(zhì)。主要原因是蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，人類(lèi)對(duì)大多數(shù)蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)和蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)如何行使功能了解得還不夠，很難設(shè)計(jì)出一個(gè)全新的而又具有功能的蛋白質(zhì)。即使設(shè)計(jì)并獲得了一個(gè)全新的蛋白質(zhì)，它的生理生化特性、用它生產(chǎn)的蛋白質(zhì)食品的安全性等都需要長(zhǎng)期深入的研究。到社會(huì)中去?P96提示：酶用作工業(yè)催化劑，比無(wú)機(jī)催化劑具有更大的優(yōu)越性，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。由于酶促反應(yīng)能在常溫、常壓和中性pH條件下進(jìn)行，因此可以節(jié)省大量的能源和設(shè)備投資；生產(chǎn)過(guò)程中不會(huì)造成嚴(yán)重的污染，符合環(huán)境保護(hù)的要求；生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單、效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，生產(chǎn)成本低。因此，酶制劑在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，通過(guò)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)設(shè)備、優(yōu)良菌種以及開(kāi)發(fā)新型酶制劑，我國(guó)酶制劑產(chǎn)業(yè)保持了較快的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，品種越來(lái)越豐富，產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力也在不斷提升。2016年，我國(guó)工業(yè)酶制劑年產(chǎn)量達(dá)120萬(wàn)噸，年增長(zhǎng)率保持在10%左右。在全球范圍內(nèi)，我國(guó)酶制劑的市場(chǎng)份額已占到了30%左右，我國(guó)進(jìn)入酶制劑生產(chǎn)大國(guó)的行列。在酶制劑產(chǎn)業(yè)中，蛋白質(zhì)工程被廣泛用于開(kāi)發(fā)酶的新品種或改進(jìn)酶的性能，如提高酶的熱穩(wěn)定性，增加某些被用作去污劑的酶的去污效率等。練習(xí)與應(yīng)用?P96一、概念檢測(cè)1．(1)×提示：基因決定蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)工程也需要對(duì)基因進(jìn)行操作。(2)×(3)√2．D提示：蛋白質(zhì)工程的最終目的是改造現(xiàn)有的蛋白質(zhì)，或者制造一種全新的蛋白質(zhì)，以滿(mǎn)足人類(lèi)的需求。3．A提示：蛋白質(zhì)工程目前可操作的直接對(duì)象為基因。二、拓展應(yīng)用提示：這項(xiàng)工作屬于蛋白質(zhì)工程的范疇。引起T4溶菌酶空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的根本原因是基因的堿基序列發(fā)生了變化。如果要將改造后的T4溶菌酶應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，還有很多工作需要做。例如，由于改造后酶的空間結(jié)構(gòu)發(fā)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(yīng)的最適溫度、酶活力的大小等；需要建立規(guī)?；a(chǎn)該酶的技術(shù)體系，評(píng)估生產(chǎn)成本等。訓(xùn)練鞏固·課堂達(dá)標(biāo)1．蛋白質(zhì)工程崛起的緣由是(C)A．天然蛋白質(zhì)使生物適應(yīng)環(huán)境B．天然蛋白質(zhì)均為自然界中存在的種類(lèi)C．天然蛋白質(zhì)不能夠完全滿(mǎn)足人類(lèi)生產(chǎn)和生活的需要D．天然蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和種類(lèi)是長(zhǎng)期自然選擇的結(jié)果解析：蛋白質(zhì)工程崛起的緣由：基因工程原則上只能生產(chǎn)自然界中已存在的蛋白質(zhì)，而這些天然蛋白質(zhì)卻不一定能夠完全滿(mǎn)足人類(lèi)生產(chǎn)和生活的需要。2．從某海洋動(dòng)物中獲得一基因，其表達(dá)產(chǎn)物為一種抗菌性和溶血性均較強(qiáng)的多肽P1。目前