生物學(xué)案：課堂互動(dòng)蛋白質(zhì)工程的崛起

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精課堂互動(dòng)三點(diǎn)剖析一、蛋白質(zhì)工程的概念及途徑中心法則中遺傳信息的傳遞過程是基因→mRNA→決定氨基酸種類、排序→蛋白質(zhì)性質(zhì)功能，而蛋白質(zhì)工程途徑與之相反。既然蛋白質(zhì)的功能是由DNA決定,那么要制造新的蛋白質(zhì)，就要改造DNA，所以蛋白質(zhì)工程的原理應(yīng)該是中心法則的逆推.蛋白質(zhì)是由基本單位氨基酸按特定的排序形成特定結(jié)構(gòu)的生物大分子，參與生命體系幾乎所有過程，在生理?xiàng)l件下,由于肽鏈內(nèi)部相鄰氨基酸殘基之間的相互作用,使肽鏈總在空間上傾向于達(dá)到最穩(wěn)定的存在形式,這種特定的空間結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)功能密切相關(guān)，因而可以通過改造蛋白質(zhì)中氨基酸組成及排序來改變其原有的空間結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響其功能.蛋白質(zhì)工程的內(nèi)容主要有兩方面:一是根據(jù)需要設(shè)計(jì)具有特定氨基酸序列和空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì);二是確定蛋白質(zhì)的化學(xué)組成及空間結(jié)構(gòu)與生物功能之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)從氨基酸序列預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)和生理功能，設(shè)計(jì)合成具有特定生理功能的全新蛋白質(zhì)，而氨基酸排序由基因決定,所以還需要改造控制蛋白質(zhì)合成的相應(yīng)基因中脫氧核苷酸序列或人工合成所需要的自然界原本不存在的基因片段，用于蛋白質(zhì)工程。二、蛋白質(zhì)工程與基因工程的區(qū)別與聯(lián)系蛋白質(zhì)工程主要是根據(jù)蛋白質(zhì)精細(xì)結(jié)構(gòu)和生物活性的作用機(jī)制之間的關(guān)系，利用基因工程手段，按人類需要定向改造天然的蛋白質(zhì)分子,甚至創(chuàng)造自然界根本就不存在的、具有優(yōu)良特性的蛋白質(zhì)分子。蛋白質(zhì)工程與基因工程密不可分，基因工程是通過基因操作把外源基因轉(zhuǎn)入適當(dāng)?shù)纳矬w內(nèi)，并在其中進(jìn)行表達(dá)，它的產(chǎn)品還是該基因編碼的天然存在的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)工程則更進(jìn)一步根據(jù)分子設(shè)計(jì)方案，通過對(duì)天然蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行改造來實(shí)現(xiàn)對(duì)其編碼的蛋白質(zhì)的改造，它的產(chǎn)品已不再是天然的蛋白質(zhì),而是經(jīng)過改造的具有人類所需優(yōu)點(diǎn)的蛋白質(zhì)。天然蛋白質(zhì)是通過漫長(zhǎng)進(jìn)化過程,由自然選擇而來的，而蛋白質(zhì)工程對(duì)天然蛋白質(zhì)的改造好比在實(shí)驗(yàn)室里加快了進(jìn)化過程,能更快、更有效地為人類需要服務(wù)。三、酶工程和蛋白質(zhì)工程的區(qū)別與聯(lián)系酶工程就是指將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)等方面的一門科學(xué)技術(shù)。概括地說,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。通常所說的酶工程是用工程菌生產(chǎn)酶制劑,而沒有經(jīng)過由酶的功能來設(shè)計(jì)酶的分子結(jié)構(gòu)，然后由酶的分子結(jié)構(gòu)來確定相應(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)分子的改造。當(dāng)然，隨著蛋白質(zhì)工程的發(fā)展，其成果也會(huì)應(yīng)用于酶工程中,使酶工程成為蛋白質(zhì)工程的一部分。學(xué)以致用【例1】人們發(fā)現(xiàn),蛛絲蛋白比蠶絲蛋白更細(xì),但強(qiáng)度卻更大，于是有人試圖通過破解蛛絲蛋白的結(jié)構(gòu)從而推出其基因結(jié)構(gòu)，以指導(dǎo)對(duì)蠶絲蛋白基因的修改,從而讓蠶也吐出像蛛絲蛋白一樣堅(jiān)韌的絲,此過程的名稱和依據(jù)的原理分別是()A.基因突變:DNA→RNA→蛋白質(zhì)B?；蚬こ蹋篟NA→RNA→蛋白質(zhì)C?；蚬こ蹋篋NA→RNA→蛋白質(zhì)D。蛋白質(zhì)工程：蛋白質(zhì)→RNA→DNA→RNA→蛋白質(zhì)解析：通過修改已知絲蛋白的基因，從而創(chuàng)造出全新蛋白質(zhì)的過程叫蛋白質(zhì)工程，其原理是蛋白質(zhì)→RNA→DNA→RNA→蛋白質(zhì)。答案：D【例2】蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)是（)A.通過對(duì)基因進(jìn)行誘變，產(chǎn)生新的蛋白質(zhì)B.通過基因重組，合成生物體本來沒有的蛋白質(zhì)C.根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求，改造或制造蛋白質(zhì)D。生產(chǎn)大量的蛋白質(zhì)解析：蛋白質(zhì)工程是指為了滿足人類的生產(chǎn)和生活的需要，以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律和生物功能為基礎(chǔ)，通過對(duì)基因修飾或合成新的基因，對(duì)現(xiàn)有的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造或制造一種新的蛋白質(zhì)。答案：C【例3】蛋白質(zhì)工程中直接需要進(jìn)行操作的對(duì)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)解析：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(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造或制造一種新的蛋白質(zhì),以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。其目標(biāo)是根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求，對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì),但因?yàn)榛驔Q定蛋白質(zhì)，因此對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，歸根到底，還需對(duì)相應(yīng)的基因進(jìn)行操作，按要求進(jìn)行修飾、加工、改造，使之能控制合成人類需要的蛋白質(zhì)。答案：D【例4】某種微生物合成的蛋白酶與人體消化液中的蛋白酶的結(jié)構(gòu)和功能很相似，只是對(duì)熱穩(wěn)定性較差，進(jìn)入人體后容易失效?，F(xiàn)要將此酶開發(fā)成一種片劑，臨床治療食物的消化不良,最佳方案是（）A.對(duì)此酶中的少數(shù)氨基酸替換，以改善其功能B.將此酶與人