【生物】蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用課件-2023-2024學(xué)年高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

第三章基因工程第4節(jié)蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用授課教師：XXX選必三P93蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)課標內(nèi)容要求核心素養(yǎng)對接1.概述人們根據(jù)基因工程原理，進行蛋白質(zhì)設(shè)計和改造，可以獲得性狀和功能符合人類要求的蛋白質(zhì)。2．舉例說明依據(jù)人類需要對原有蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進行基因改造、生產(chǎn)目標蛋白的過程。1.生命觀念：說明基因的堿基排列順序—蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)—蛋白質(zhì)功能的關(guān)系。2．科學(xué)思維：嘗試通過蛋白質(zhì)工程技術(shù)，根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，設(shè)計改造某一蛋白質(zhì)的設(shè)計流程。從社會中來

你見過用細菌畫畫嗎？右圖是用發(fā)出不同顏色熒光的細菌“畫”的美妙圖案。這些細菌能夠發(fā)出熒光，是因為在它們的體內(nèi)導(dǎo)入了熒光蛋白的基因。

最早被發(fā)現(xiàn)的熒光蛋白是綠色熒光蛋白，科學(xué)家通過改造它，獲得了黃色熒光蛋白等。這些熒光蛋白在細胞內(nèi)生命活動的檢測、腫瘤的示蹤研究等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。那么，科學(xué)家是怎樣對蛋白質(zhì)分子進行設(shè)計和改造的呢？用細菌“畫”的畫用發(fā)出不同顏色熒光的細菌“西畫”的美妙圖案。這些細菌能夠發(fā)出熒光，是因為在它們的體內(nèi)導(dǎo)入了熒光蛋白的基因。

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，來改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)，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。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。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.操作方法及對象:改造或合成基因3.結(jié)果:改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)，或制造一種新的蛋白質(zhì)4.目的:滿足人類生產(chǎn)和生活的需求5.與基因工程的關(guān)系:6.相關(guān)學(xué)科及技術(shù)：分子生物學(xué)、晶體學(xué)和計算機技術(shù)基因工程與蛋白質(zhì)工程的比較基因工程實質(zhì)將一種生物的

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

，進而表現(xiàn)出

。不足在原則上只能生產(chǎn)

。蛋白質(zhì)工程天然蛋白質(zhì)的不足天然蛋白質(zhì)是生物在長期

過程中形成的，它們的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種

的需要，卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。目的生產(chǎn)符合人類生產(chǎn)和生活的需要的蛋白質(zhì)?；虻鞍踪|(zhì)新性狀自然界已存在的蛋白質(zhì)即天然蛋白質(zhì)進化生存一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由實例1：玉米中賴氨酸含量較低，經(jīng)人工設(shè)計改造，可使其葉片和種子中游離賴氨酸的含量分別提高5倍和2倍。賴氨酸合成調(diào)控賴氨酸達到一定濃度兩種酶的活性352位的蘇氨酸變成異亮氨酸二氫吡啶二羧酸合成酶天冬氨酸激酶+104位的天冬酰胺變成異亮氨酸賴氨酸含量抑制提高提高限制提高實例2：

干擾素（半胱氨酸）體外很難保存

干擾素（絲氨酸）體外可以保存半年改造改造蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)滿足人類生產(chǎn)和生活的需要隨堂練習(xí)

1、以下關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法正確的是(

)A.蛋白質(zhì)工程以基因工程為基礎(chǔ)B.蛋白質(zhì)工程就是用蛋白酶對蛋白質(zhì)進行改造C.蛋白質(zhì)工程只能生產(chǎn)天然的蛋白質(zhì)D.蛋白質(zhì)工程的實質(zhì)是改造蛋白質(zhì)A人類蛋白質(zhì)組計劃是繼人類基因組計劃之后，生命科學(xué)乃至自然科學(xué)領(lǐng)域重大的國際合作科研項目。2001年，國際人類蛋白質(zhì)組組織宣布成立。2003年，該組織正式提出啟動兩項重大國際合作項目：一項是由中國科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃”；另一項是由美國科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類血漿蛋白質(zhì)組計劃”，由此拉開了人類蛋白質(zhì)組計劃的帷幕。【P93旁欄思考題】你知道人類蛋白質(zhì)組計劃嗎？它與蛋白質(zhì)工程有什么關(guān)系？我國科學(xué)家承擔了什么任務(wù)？【P93旁欄思考題】你知道人類蛋白質(zhì)組計劃嗎？它與蛋白質(zhì)工程有什么關(guān)系？我國科學(xué)家承擔了什么任務(wù)？“人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃”是國際上第一個人類組織器官的蛋白質(zhì)組計劃，由我國賀福初院士牽頭執(zhí)行，這是中國科學(xué)家第一次牽頭執(zhí)行重大國際科研協(xié)作計劃。它的目標是通過對肝臟蛋白質(zhì)高通量、規(guī)?；难芯?，解析肝臟蛋白質(zhì)在生理、病理過程中的功能意義，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，該計劃“兩譜、兩圖、三庫”的目標初步實現(xiàn)。我國科學(xué)家完成了人類肝臟蛋白質(zhì)組表達譜和修飾譜，繪制了蛋白質(zhì)相互作用連鎖圖和定位圖?！叭龓臁笔墙⒎蠂H標準的肝臟標本庫、發(fā)展規(guī)?；贵w制備技術(shù)并建立肝臟蛋白質(zhì)抗體庫和建立完整的肝臟蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫。人類蛋白質(zhì)組計劃取得的成果有力推動了蛋白質(zhì)工程的發(fā)展，為它提供了重要的理論支持。2014年6月，中國人類蛋白質(zhì)組計劃啟動。

對天然的蛋白質(zhì)進行改造，你認為應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現(xiàn)？1、基因決定蛋白質(zhì)的合成，改造基因即為改造蛋白質(zhì)；2、改造基因可以遺傳，改造蛋白質(zhì)無法遺傳；3、改造基因比改造蛋白質(zhì)更容易操作。蛋白質(zhì)工程最終想要得到：生產(chǎn)符合人們生活需要的、自然界中沒有的蛋白質(zhì)1.目標：二、蛋白質(zhì)工程的基本原理根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計改造。改造基因或合成基因2.方法：3.天然蛋白質(zhì)合成過程：按照中心法則進行基因表達形成具有特定氨基酸序列的多肽鏈形成具有高級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)具有生物功能轉(zhuǎn)錄翻譯逆中心法則

從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到并改變相對應(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)。4.

蛋白質(zhì)工程思路：蛋白質(zhì)工程的基本思路【資料補充與P94學(xué)科交叉】---蛋白質(zhì)工程的主要步驟通常包括：（1）從生物體中分離純化目的蛋白；（2）測定其氨基酸序列；（3）借助核磁共振和X射線晶體衍射等手段，盡可能地了解蛋白質(zhì)的二維結(jié)構(gòu)和三維晶體結(jié)構(gòu);（4）設(shè)計各種處理條件，了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化，包括折疊與去折疊等對其活性與功能的影響；（5）設(shè)計編碼該蛋白的基因改造方案，如點突變；（6）分離、純化新蛋白，功能檢測后投入實際使用。基因定點誘變技術(shù)的理解項目內(nèi)容條件原料酶引物能量

ATP操作方法

PCR法結(jié)果適應(yīng)范圍后代中半數(shù)為誘變的DNA分子脫氧核苷酸DNA聚合酶和DNA連接酶含突變順序的DNA分子片段空間結(jié)構(gòu)完全清楚的蛋白質(zhì)基因定點誘變技術(shù)的示意圖思考：基因定點誘變技術(shù)與基因突變的比較比較基因定點誘變基因突變相同點發(fā)生的過程結(jié)果不同點場所手段方向DNA復(fù)制過程中產(chǎn)生新基因，從而產(chǎn)生新性狀生物體外生物體內(nèi)定向改造不定向性PCR技術(shù)物理化學(xué)方法討論1.

怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列?請把相應(yīng)的堿基序列寫出來。某多肽鏈的一段氨基酸序列是：選必三P94思考·討論：蛋白質(zhì)工程基本思路的應(yīng)用查密碼子表得知：丙氨酸(GCU、GCC、GCA、GCG)、色氨酸(UGG)、賴氨酸(AAA、AAG)、谷氨酸(GAA、GAG)、苯丙氨酸(UUU、UUC)。mRNA序列為：GCU(或C或A或G)UGGAAA(或G)GAA(或G)UUU(或C)DNA序列為：CGA(或G或T或C)ACCTTT(或C)CTT(或C)AAA(或G)GCT(或C或A或G)TGGAAA(或G)GAA(或G)TTT(或C)討論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？某多肽鏈的一段氨基酸序列是：選必三P94思考·討論：蛋白質(zhì)工程基本思路的應(yīng)用

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目的基因。對基因的改造經(jīng)常會用到基因定點突變技術(shù)來進行堿基的替換、增添等。項目蛋白質(zhì)工程基因工程操作對象操作起點操作水平操作流程結(jié)果實質(zhì)聯(lián)系基因基因DNA分子水平DNA分子水平預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測氨基酸序列→找到并改變對應(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)建基因表達載體→將目的基因?qū)胧荏w細胞→目的基因的檢測與鑒定可生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì)生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(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)(體外)基因重組。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)，進而表現(xiàn)出新的性狀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，其包含基因工程的基本操作。預(yù)期蛋白質(zhì)功能目的基因如何辨別一個操作是基因工程還是蛋白質(zhì)工程？是否合成新的基因蛋白質(zhì)工程是否對原有基因進行改造是否是否蛋白質(zhì)工程基因工程二看蛋白質(zhì)一看基因是否為天然蛋白質(zhì)是否蛋白質(zhì)工程基因工程方法ProAsp1．在醫(yī)藥工業(yè)方面的應(yīng)用三、蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用（1）研發(fā)速效胰島素類似物天然蛋白質(zhì)易形成二聚體或六聚體預(yù)期結(jié)構(gòu)改造B28位脯氨酸替換為天冬氨酸或?qū)⑺cB29位的賴氨酸交換位置新胰島素基因轉(zhuǎn)錄mRNA折疊預(yù)期功能行使功能降低胰島素的聚合作用設(shè)計結(jié)構(gòu)改變B鏈第20～29位氨基酸組成推測序列翻譯多肽鏈有效抑制胰島素的聚合1．在醫(yī)藥工業(yè)方面的應(yīng)用（2）延長干擾素體外保存時間天然干擾素不易保存預(yù)期結(jié)構(gòu)改造一個半胱氨酸變成絲氨酸新干擾素基因轉(zhuǎn)錄mRNA折疊預(yù)期功能行使功能延長保存時間設(shè)計結(jié)構(gòu)氨基酸替換推測序列翻譯多肽鏈在-70℃下可以保存半年1．在醫(yī)藥工業(yè)方面的應(yīng)用（3）改造抗體——降低人對小鼠單克隆抗體的免疫反應(yīng)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)的強度就會減低很多。小鼠單克隆抗體會使人體產(chǎn)生免疫反應(yīng)，從而導(dǎo)致治療效果大大降低醫(yī)學(xué)問題:解決辦法:人-鼠嵌合抗體，即抗體的可變區(qū)來自小(大)鼠McAb，而恒定區(qū)則來自人的抗體。這樣的抗體既保持了原來McAb的特異性和親和力，又大大減少了在人體內(nèi)的免疫原性。1．在醫(yī)藥工業(yè)方面的應(yīng)用（4）治癌酶的改造皰疹病毒（HSV）胸腺嘧啶激酶（TK）可以催化胸腺嘧啶和其它結(jié)構(gòu)類似物磷酸化而使一些堿基3’-OH缺乏,從而阻斷DNA的合成，殺死癌細胞。HSV—TK催化能力可以通過基因突變來提高。從大量的隨機突變中進行篩選出一種酶，在酶活性部位附近有6個氨基酸被替換，催化能力提高20倍以上。1．在醫(yī)藥工業(yè)方面的應(yīng)用（5）水蛭素改造水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特異抑制劑，它有多種變異體，由65或66個氨基酸殘基組成。水蛭素在臨床上可作為抗栓藥物用于治療血栓疾病。為提高水蛭素活性，在綜合各變異體結(jié)構(gòu)特點的基礎(chǔ)上提出改造水蛭素主要變異體HV2的設(shè)計方案，將47位的Asn（天冬酰胺）變成Lys（賴氨酸），使其與分子內(nèi)第4或第5位Thr（蘇氨酸）間形成氫鍵來幫助水蛭素N端肽段的正確取向，從而提高凝血效率，試管試驗活性提高4倍，在動物模型上檢驗抗血栓形成的效果，提高20倍。1．在醫(yī)藥工業(yè)方面的應(yīng)用（6）生長激素改造生長激素通過對它特異受體的作用促進細胞和機體的生長發(fā)育，然而它不僅可以結(jié)合生長激素受體，還可以結(jié)合許多種不同類型細胞的催乳激素受體，引發(fā)其他生理過程。在治療過程中為減少副作用，需使人的重組生長激素只與生長激素受體結(jié)合，盡可能減少與其他激素受體的結(jié)合。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，二者受體結(jié)合區(qū)有一部分重疊，但并不完全相同，有可能通過改造加以區(qū)別。由于人的生長激素和催乳激素受體結(jié)合需要鋅離子參與作用，而它與生長激素受體結(jié)合則無需鋅離子參與，于是考慮取代充當鋅離子配基的氨基酸側(cè)鏈，如第18和第21位His（組氨酸）和第17位Glu（谷氨酸）。實驗結(jié)果與預(yù)先設(shè)想一致，但要開發(fā)作為臨床用藥還有大量的工作要做。2．在工業(yè)和農(nóng)業(yè)等方面的應(yīng)用（1）改進酶的性能或開發(fā)新的工業(yè)用酶

如枯草桿菌蛋白酶具有水解蛋白質(zhì)的作用，常被用于洗滌劑工業(yè)、絲綢工業(yè)等。迄今為止，利用蛋白質(zhì)工程獲得的該酶的突變體已有上百種，從中可能篩選出一些符合工業(yè)化生產(chǎn)需求的突變體，從而提高這種酶的使用價值。（2）改造某些參與調(diào)控光合作用的酶，以提高植物光合作用的速率，增加糧食的產(chǎn)量（3）設(shè)計優(yōu)良微生物農(nóng)藥，改造微生物蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，使它防治病蟲害的效果增強；P95異想天開

能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計相應(yīng)的基因，導(dǎo)入合適的宿主細胞中，讓宿主細胞生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)食品呢？

理論上講可以，但目前還沒有真正成功的例子。利用改造后的動物細胞、微生物細胞等可以生產(chǎn)人類需要的蛋白質(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)計出來的、自然界中不存在的蛋白質(zhì)。主要原因是蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，人類對大多數(shù)蛋白質(zhì)的高級結(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)計出一個全新的而又具有功能的蛋白質(zhì)。即使設(shè)計并獲得了一個全新的蛋白質(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期深入的研究。蛋白質(zhì)工程面臨的困難：蛋白質(zhì)工程是一項難度很大的工程；主要原因：

蛋白質(zhì)發(fā)揮功能必須依賴于正確的高級結(jié)構(gòu)，而這種高級結(jié)構(gòu)往往十分復(fù)雜由計算機建立的血紅蛋白三維結(jié)構(gòu)模型

科學(xué)家要設(shè)計出更加符合人類需要的蛋白質(zhì)，還需要不斷地攻堅克難。隨著科技的深入發(fā)展，蛋白質(zhì)工程將會給人類帶來更多的福祉。蛋白質(zhì)工程的前景展望：蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)：指蛋白質(zhì)多肽鏈本身的折疊和盤繞的方式蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)：氨基酸排列順序蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)分子處于它的天然折疊狀態(tài)的三維構(gòu)象蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)：在體內(nèi)有許多蛋白質(zhì)含有2條或2條以上多肽鏈，才能全面地執(zhí)行功能。每一條多肽鏈都有其完完整的三級結(jié)構(gòu)，稱為亞基蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用及現(xiàn)狀：①主要集中在對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，如干擾素、天冬氨酸激酶和二氫吡啶二羧酸合成酶等。②對創(chuàng)造新的蛋白質(zhì)還有許多技術(shù)難題未突破，因為蛋白質(zhì)發(fā)揮功能必須依賴于正確的高級結(jié)構(gòu)。這種高級結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，人們對此知之甚少。基因工程的應(yīng)用及現(xiàn)狀：①已被廣泛應(yīng)用，如轉(zhuǎn)基因植物、動物、藥品生產(chǎn)等已商業(yè)化。②基因治療僅處于初期的臨床試驗階段。酶制劑在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)等方面都有廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)在，酶制劑的生產(chǎn)已經(jīng)形成一個市場可觀的新興產(chǎn)業(yè)。蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用又為酶制劑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了強大助力。請查閱資料，了解我國酶制劑產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢，分析蛋白質(zhì)工程在酶制劑產(chǎn)業(yè)中的作用。選必三P96到社會中去

酶用作工業(yè)催化劑，比無機催化劑具有更大的優(yōu)越性，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。由于酶促反應(yīng)能在常溫、常壓和中性pH條件下進行，因此可以節(jié)省大量的能源和設(shè)備投資；生產(chǎn)過程中不會造成嚴重的污染，符合環(huán)境保護的要求；生產(chǎn)過程簡單、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，通過引進國外先進設(shè)備、優(yōu)良菌種以及開發(fā)新型酶制劑，我國酶制劑產(chǎn)業(yè)保持了較快的增長態(tài)勢，品種越來越豐富，產(chǎn)品的市場競爭力也在不斷提升。2016年，我國工業(yè)酶制劑年產(chǎn)量達120萬噸，年增長率保持在10%左右。在全球范圍內(nèi)，我國酶制劑的市場份額已占到了30%左右，我國進入酶制劑生產(chǎn)大國的行列。

在酶制劑產(chǎn)業(yè)中，蛋白質(zhì)工程被廣泛用于開發(fā)酶的新品種或改進酶的性能，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。隨堂練習(xí)

1．蛋白質(zhì)工程中需要直接進行操作的對象是()A．氨基酸結(jié)構(gòu)B．蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)C．肽鏈結(jié)構(gòu)D．基因結(jié)構(gòu)2．蛋白質(zhì)工程在設(shè)計蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)時依據(jù)的是()A．基因功能B．蛋白質(zhì)功能C．氨基酸序列D．mRNA密碼子序列D提示: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)，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活需求。因此蛋白質(zhì)工程最終還是要對基因進行改造。B提示：蛋白質(zhì)工程依據(jù)蛋白質(zhì)功能，設(shè)計蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，再推測并合成相應(yīng)的基因。一、概念檢測1.蛋白質(zhì)工程可以說是基因工程的延伸。判斷下列相關(guān)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(zhì)工程不需要對基因進行操作。（）（2）蛋白質(zhì)工程需要改變蛋白質(zhì)分子的所有氨基酸序列。（）（3）蛋白質(zhì)工程可以改造酶，提高酶的熱穩(wěn)定性。（）練習(xí)與應(yīng)用

（書本P96）2．蛋白質(zhì)工程是在深入了解蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的基礎(chǔ)上進行的，它最終要達到的目的是（）A．分析蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)B．研究蛋白質(zhì)的氨基酸組成C．獲取編碼蛋白質(zhì)的基因序列信息D．改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造新的蛋白質(zhì)，滿足人類的需求3．水蛭素是一種蛋白質(zhì)，可用于預(yù)防和治療血栓。研究人員發(fā)現(xiàn)，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(zhì)練習(xí)與應(yīng)用

（書本P127）DA

二、拓展應(yīng)用T4溶菌酶是一種重要的工業(yè)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(xué)家首先對影響T4溶菌酶耐熱性的一些重要結(jié)構(gòu)進行了研究。然后以此為依據(jù)對相關(guān)基因進行改造，使T4溶菌酶的第3位異亮氨酸變?yōu)榘腚装彼?。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(jié)構(gòu)發(fā)生改變的根本原因是什么？如果要將該研究成果應(yīng)用到生產(chǎn)實踐，還需要做哪些方面的工作？【解析】這項工作屬于蛋白質(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)模化生產(chǎn)該酶的技術(shù)體系，評估生產(chǎn)成本等。1．某動物體內(nèi)含有研究者感興趣的目的基因，研究者欲將該基因?qū)氪竽c桿菌的質(zhì)粒中保存。該質(zhì)粒含有氨芐青霉素抗性基因（AmpR）、LacZ基因及一些酶切位點，其結(jié)構(gòu)和簡單的操作步驟如下圖所示。請根據(jù)以上信息回答下列問題。（1）在第2步中，應(yīng)怎樣選擇限制酶？（2）在第3步中，為了使質(zhì)粒DNA與目的基因能連接，還需要在混合物中加入哪種物質(zhì)？（3）選用含有AmpR和LacZ基因的質(zhì)粒進行實驗有哪些優(yōu)勢？（4）含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌菌落將呈現(xiàn)什么顏色？為什么？復(fù)習(xí)與提高

（書本P98）（1）在第2步中，應(yīng)怎樣選擇限制酶？應(yīng)選擇用相同的限制酶或切割能產(chǎn)生相同末端的限制酶切割質(zhì)粒和含有目的基因的DNA片段，并且注意限制酶的切割位點不能位于目的基因的內(nèi)部，以防破壞目的基因，限制酶也不能破壞質(zhì)粒的啟動子、終止子、標記基因、復(fù)制原點等結(jié)構(gòu)。（2）在第3步中，為了使質(zhì)粒DNA與目的基因能連接，還需要在混合物中加入哪種物質(zhì)？加入DNA連接酶。1．某動物體內(nèi)含有研究者感興趣的目的基因，研究者欲將該基因?qū)氪竽c桿菌的質(zhì)粒中保存。該質(zhì)粒含有氨芐青霉素抗性基因（AmpR）、LacZ基因及一些酶切位點。（3）選用含有AmpR和LacZ基因的質(zhì)粒進行實驗有哪些優(yōu)勢？該質(zhì)粒便于進行雙重篩選。標記基因AmpR基因可用于檢測質(zhì)粒是否導(dǎo)入了大腸桿菌，一般只有導(dǎo)入了質(zhì)粒的大腸桿菌才能在添加了青霉素的培養(yǎng)基上生長。而由于LacZ基因的效應(yīng)，這些生長的菌落可能出現(xiàn)兩種顏色：含有空質(zhì)粒（沒有連接目的基因的質(zhì)粒）的大腸桿菌菌落呈藍色；含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌菌落呈白色。1．某動物體內(nèi)含有研究者感興趣的目的基因，研究者欲將該基因?qū)氪竽c桿菌的質(zhì)粒中保存。該質(zhì)粒含有氨芐青霉素抗性基因（AmpR）、LacZ基因及一些酶切位點，其結(jié)構(gòu)和簡單的操作步驟如下圖所示。請根據(jù)以上信息回答下列問題。（4）含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌菌落將呈現(xiàn)什么顏色？為什么？含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌菌落呈白色。因為目的基因的插入破壞了LacZ基因的結(jié)構(gòu)，使其不能正常表達，形成β-半乳糖苷酶，底物X-gal也就不會被分解。

2．科學(xué)家將Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4基因通過逆轉(zhuǎn)錄病毒轉(zhuǎn)入小鼠成纖維細胞中，然后在培養(yǎng)ES細胞的培養(yǎng)基上培養(yǎng)這些細胞。2?3周后，這些細胞顯示出ES細胞的形態(tài)、具有活躍的分裂能力，它們就是iPS細胞。請回答下列問題。（1）在這個實驗過程中，逆轉(zhuǎn)錄病毒的作用是什么？（2）如何證明iPS細胞的產(chǎn)生不是由于培養(yǎng)基的作用？（3）如果要了解Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4基因在誘導(dǎo)產(chǎn)生iPS細胞時，每個基因作用的相對大小，該如何進行實驗？請你給出實驗設(shè)計的思路。（4）若將病人的皮膚成纖維細胞誘導(dǎo)成iPS細胞，再使它轉(zhuǎn)化為需要的細胞，用這些細胞給該病人治病，這是否會引起免疫排斥反應(yīng)？為什么？iPS細胞具有分裂活性，用它進行治療時可能存在什么風(fēng)險？

2．科學(xué)家將Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4基因通過逆轉(zhuǎn)錄病毒轉(zhuǎn)入小鼠成纖維細胞中，然后在培養(yǎng)ES細胞的培養(yǎng)基上培養(yǎng)這些細胞。2?3周后，這些細胞顯示出ES細胞的形態(tài)、具有活躍的分裂能力，它們就是iPS細胞。請回答下列問題。（1）在這個實驗過程中，逆轉(zhuǎn)錄病毒的作用是什么？（2）如何證明iPS細胞的產(chǎn)生不是由于培養(yǎng)基的作用？逆轉(zhuǎn)錄病毒是載體，能將外源基因Oct3/4、Sox2、c-Myc和K1f4送入小鼠成纖維細胞?？梢栽O(shè)置對照組。將轉(zhuǎn)入外源基因和沒有轉(zhuǎn)人外源基因的細胞分別培養(yǎng)在相同的培養(yǎng)基中，并確保其他培養(yǎng)條件相同。如果只有轉(zhuǎn)入外源基因的細胞轉(zhuǎn)化成了iPS細胞，就可以證明iPS細胞的產(chǎn)生不是由于培養(yǎng)基的作用。

2．科學(xué)家將Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4基因通過逆轉(zhuǎn)錄病毒轉(zhuǎn)入小鼠成纖維細胞中，然后在培養(yǎng)ES細胞的培養(yǎng)基上培養(yǎng)這些細胞。2?3周后，這些細胞顯示出ES細胞的形態(tài)、具有活躍的分裂能力，它們就是iPS細胞。請回答下列問題