【高中生物】高中生物(人教版)选修3同步教师用书：专题1-1.4蛋白质工程的崛起.doc

1.4蛋白质工程的崛起1举例说出蛋白质工程崛起的缘由。2理解蛋白质工程的原理。(重、难点)3了解蛋白质工程的应用。4掌握蛋白质工程的操作过程。(难点)蛋 白 质 工 程 崛 起 的 缘 由1基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。2蛋白质工程的崛起(1)理论和技术条件：分子生物学、晶体学以及计算机技术的迅猛发展。(2)基因工程存在不足：原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。(3)天然蛋白质存在不足：天然蛋白质的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。(4)实例。延长干扰素保存时间：体外很难保存体外可以保存半年提高玉米赖氨酸含量：改造后玉米叶片和种子中的游离赖氨酸分别提高5倍和2倍。探讨：蛋白质工程为什么需直接改造基因，而不直接改造蛋白质？提示：任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白质也是无法遗传的。对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小得多。探讨：蛋白质工程操作的基本思路是什么？提示：蛋白质工程是按照以下思路进行的：从预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)，可以创造出自然界不存在的蛋白质。 1天然蛋白质的不足天然蛋白质的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。2对蛋白质工程内容的理解(1)改造对象：改造蛋白质的结构，本质上是改造控制该蛋白质合成的基因的结构。(2)产物：产生新的蛋白质。(3)原理：基因改造。由于基因决定蛋白质，要对蛋白质的结构进行改造，最终还必须通过改造基因来完成。(4)蛋白质工程中经过处理得到的新基因与基因突变得到的新基因有较大差别，基因突变的新基因中含有不编码蛋白质的序列，而蛋白质工程中的新基因则没有。(5)蛋白质工程的内容主要有两方面：一是根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质；二是确定蛋白质的化学组成及空间结构与生物功能之间的关系，在此基础上，实现从氨基酸序列预测蛋白质的空间结构和生理功能，设计合成具有特定生理功能的全新蛋白质，而氨基酸的排序由基因决定，所以还需要改造控制蛋白质合成的相应基因中的脱氧核苷酸序列，或人工合成所需要的自然界原本不存在的基因片段，用于蛋白质工程。(6)蛋白质的改造方法“大改”：制造出自然界中不存在的全新蛋白质。“中改”：在蛋白质分子中替代个肽段或个特定的结构域。“小改”：改造蛋白质分子中的几个氨基酸残基。(7)蛋白质工程的流程图如下：1下列哪项不是蛋白质工程的研究内容()A分析蛋白质分子的精细结构B对蛋白质进行有目的的改造C分析氨基酸的化学组成D按照人的意愿将天然蛋白质改造成新的蛋白质【解析】本题考查蛋白质工程的原理。蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构和生物活性之间的关系，按照人的意愿改造蛋白质分子，形成自然界不存在的蛋白质分子。为了改造某种蛋白质分子，必须对其精细结构进行分析，但不包括对组成蛋白质的氨基酸的化学成分的分析。【答案】C2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成酶中第104位的氨基酸由天冬酰胺变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸的含量分别提高5倍和2倍。下列对蛋白质的改造，操作正确的是()【导学号：72240013】A直接通过分子水平改造蛋白质B直接改造相应的mRNAC对相应的基因进行操作D重新合成新的基因【解析】蛋白质工程的目的是对蛋白质进行改造，从而使蛋白质功能可以满足人们的需求。蛋白质行使功能与其高级结构密切相关，而蛋白质高级结构又非常复杂，所以直接对蛋白质进行改造非常困难，而蛋白质是由基因控制合成的，对基因进行操作却容易得多。另外，通过改造基因而改造蛋白质可以遗传，而对蛋白质直接改造，即使成功也不能遗传。【答案】C蛋 白 质 工 程 的 基 本 原 理 以 及 进 展 和 前 景1蛋白质工程的基本原理概念基础蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系手段通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质目的获得满足人类生产和生活需求的蛋白质原理由预期的蛋白质找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)流程预期蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)2.蛋白质工程的进展和前景(1)前景诱人。如用此技术制成的电子元件，具有体积小、耗电少和效率高的特点。(2)难度很大。主要是目前科学家对大多数蛋白质的高级结构的了解还很不够。探讨：判断蛋白质工程方法的关键是什么？提示：通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。探讨：为什么说蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程？提示：因为蛋白质的合成由基因控制，所以说蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程。探讨：蛋白质工程和基因工程的操作对象以及得到的蛋白质相同吗？分别体现在哪些方面？提示：不同。(1)操作对象不同：蛋白质工程的操作对象是天然基因改造后的基因；基因工程的操作对象是天然基因。(2)得到的蛋白质不同：蛋白质工程可以得到自然界没有的新的蛋白质；基因工程得到的是自然界原有的蛋白质。1基因工程和蛋白质工程二者在操作上的基本思路比较(1)基因工程遵循中心法则，从DNAmRNA多肽链形成具有高级结构的蛋白质行使生物功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。(2)蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能蛋白质应有的高级结构蛋白质应具备的折叠状态多肽链应有的氨基酸序列基因应有的碱基序列，可以创造出自然界不存在的蛋白质。2二者的区别与联系项目蛋白质工程基因工程区别过程预期的蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列推测相对应的脱氧核苷酸序列合成DNA表达出蛋白质获取目的基因构建基因表达载体导入受体细胞目的基因的检测与鉴定实质定向改造或生产人类所需要的蛋白质定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需要的生物类型或生物产品结果生产自然界没有的蛋白质生产自然界中已有的蛋白质联系蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程，因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现(1)蛋白质工程最终还是回到基因工程上来，因为蛋白质的合成由基因控制，所以说蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程。(2)基因工程中的目的基因一般为自然界存在的基因，而蛋白质工程中的目的基因不是自然界存在的。1蛋白质工程与基因工程相比，其突出特点是 ()A基因工程原则上能生产任何蛋白质B蛋白质工程能对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质C蛋白质工程可以不通过转录和翻译来实现D蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第三代基因工程【解析】蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程，也需要通过转录和翻译来实现，原则上能生产符合人们要求的蛋白质，但和基因工程相比，突出特点是可以改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，而基因工程往往生产现有的蛋白质。【答案】B2下列不属于蛋白质工程成果的是()【导学号：72240014】A改造酶的结构，提高酶的热稳定性B生产出鼠人嵌合抗体C将tPA分子中的天门冬酰胺替换为谷氨酰胺D乳腺生物反应器【解析】A、B、C三项所述都是对现存的蛋白质分子进行改造，属于蛋白质工程的成分。乳腺生物反应器属于基因工程的成果。【答案】D1蛋白质工程中，对蛋白质的结构进行分子设计的根据是()A人们对蛋白质功能的特定需求B蛋白质中氨基酸序列C信使RNA中核糖核苷酸序列D基因中脱氧核苷酸序列【解析】在蛋白质工程中，人们先根据蛋白质功能与结构的关系，以特定的功能为依据设计蛋白质的结构。【答案】A2下列关于蛋白质工程和基因工程的比较，不合理的是()A基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质，而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造，从而制造一种新的蛋白质B蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成C当得到可以在70 条件下保存半年的干扰素后，在相关酶、氨基酸和适宜的温度、pH条件下，干扰素可以大量自我合成D基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的【解析】利用蛋白质工程生产蛋白质产品应通过改造相应基因后，再经基因表达大量产生。【答案】C3某种微生物合成的蛋白酶与人体消化液中的蛋白酶的结构和功能很相似，只是其热稳定性较差，进入人体后容易失效。现要将此酶开发成一种片剂，临床治疗食物消化不良，最佳方案是()A替换此酶中的少数氨基酸，以改善其功能B将此酶与人蛋白酶进行拼接，形成新的蛋白酶C重新设计与创造一种蛋白酶D减少此酶在片剂中的含量【解析】要想使蛋白酶热稳定性有所提高，就要改变蛋白质的结构，此类问题一般是对蛋白质中的个别氨基酸进行替换。【答案】A4如图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答下列问题：【导学号：72240015】生物功能(1)代表蛋白质工程操作思路的过程是_，代表中心法则内容的过程是_。(填数字) (2)写出图中数字代表的生物学过程的名称或内容：_；_；_；_。(3)从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则_。(4)功能是由其结构决定的，直接决定蛋白质多样性的因素有_，从根本上说，蛋白质的结构是由_决定的。(5)根据蛋白质的氨基酸序列推测的mRNA中的碱基序列是否是唯一的？_，为什么？_。(6)将氨基酸合成为多肽链的场所是_。真核细胞中将多肽链转变为具有一定空间结构的蛋白质的场所是_。(7)蛋白质工程中的目的基因一般通过_获得。【解析】蛋白质结构的多样性由组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序和蛋白质的空间结构四个因素共同决定；从根本上说，蛋白质的结构是由基因(DNA)决定的；一种氨基酸可能具有多种密码子，根据蛋白质的氨基酸序列推测的mRNA中的碱基序列可能有多种；蛋白质的合成场所为核糖体，在内质网中将多肽链折叠成具有一定空间结构的蛋白质；蛋白质工程的目的基因的碱基序列已知，可以通过DNA合成仪进行人工合成。【答案】(1)(2)转录翻译折叠分子设计(3)相反(4)氨基酸的种类、数目、排列顺序和蛋白质的空间结构基因(DNA)(5)不唯一一种氨基酸可能具有多种密码子(6)核糖体内质网(7)人工合成课堂小结：网络构建核心回扣1.蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质以满足人类生产和生活的需要。2蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程。3任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且这种改造可以遗传下去。4只能生产出自然界中已存在的蛋白质种类是基因工程的“缺点”，能够生产出自然界中不存在的蛋白质种类则是蛋白质工程的“优点”。高中生物答题技巧有哪些高中生物答题技巧：选择题做题的速度不宜过快对于没有把握的题要随时标记，以便复查。（1）读题，标出关键词：如“正确或错误”“可或可能”“一定”“主要”等。（2）读完所有的选项：一是防止遗漏，一是进一步验证所选答案。（3）不确定的先随意选一个，做需要做标记：一防涂卡出现错误，二是有时间后可以快速找到不确定的试题重新检查。（4）做完所有选择题，就转涂好答题卡。这一点特别重要，因为理综选择21个共126分，若最后涂卡，可能会因为心急造成的紧张导致涂卡出现严重的错误。高中生物答题技巧：图表题1、借助示意图这一截体，能让学生更深刻的理解某些生物学原理，同时可以有效地考查学生识图、分析和综合等方面的能力。因此解答此类题目时要注意:(1)首先要读懂题干文字，要充分利用题干文字给予的提示和说明;(2)要仔细审读图示中的各个细节部分包括图示标题、计量单位、指示线及标注名称、箭头或连线、题注说明等;(3)严密分析设问，有针对性的从图示中寻找有关信息，并应用生物学基本概念和基本原理回答问题。2、表格是标书生物学内容的常用方式，它具有信息密集、比较性和条理性强的特点。在解答此类是提示要注意一下技巧：(1)弄清楚表格材料的描述对象或范围，包括看清题干的文字说明，看清表格名称，看清表格的第一行和第一列，看清有关说明等;(2)筛选信息，就是根据解决问题的需要，有选择的注意表格中的相关内容;(3)信息的处理和转换，即对表格中的数据进行整理，包括求总和、平均值、最大值、最小值、处理频率的高或低的数值等，有时可对表格中数据进行信息转换，如作图等，以便使结果更加清晰。高中生物答题技巧：简答类大题(1)文字信息迁移题：解题时要认真阅读材料，针对材料提出的设问认真推敲，把握有效信息，找出真实内涵，揭示材料与设问之间的关系。答题时要紧扣题意，观点准确，要点全面。(2)曲线信息迁移题：解题时要通过阅读和分析图像，正确识标、明点和析线，理解图像中所表达的生物学内涵，将提取的有效信息转换为可利用的信息，最终迁移到新情境中去回答问题。(3)图示信息迁移题：一要认真阅读，弄清图示的内涵和外延;二要挖掘图示中的隐含条件，找出解题所需条件;三要运用已有生物学知识进行辨析，以获得准确答案。(4)表格信息迁移题：首先要看表格的名称、数据和备注等内容，明确解题所需的知识要点;再通过对表格中列举的数据进行全方位的比较，找到解决问题的突破口;最后分析原因，找到解决问题的方法。解答此类试题的关键在于分析表格中已存在的文字信息，然后根据所示信息，利用设问中的关键语句，搜索相应的信息，提取问题的答案。高中生物答题技巧有哪些高中生物答题技巧：选择题做题的速度不宜过快对于没有把握的题要随时标记，以便复查。（1）读题，标出关键词：如“正确或错误”“可或可能”“一定”“主要”等。（2）读完所有的选项：一是防止遗漏，一是进一步验证所选答案。（3）不确定的先随意选一个，做需要做标记：一防涂卡出现错误，二是有时间后可以快速找到不确定的试题重新检查。（4）做完所有选择题，就转涂好答题卡。这一点特别重要，因为理综选择21个共126分，若最后涂卡，可能会因为心急造成的紧张导致涂卡出现严重的错误。高中生物答题技巧：图表题1、借助示意图这一截体，能让学生更深刻的理解某些生物学原理，同时可以有效地考查学生识图、分析和综合等方面的能力。因此解答此类题目时要注意:(1)首先要读懂题干文字，要充分利用题干文字给予的提示和说明;(2)要仔细审读图示中的各个细节部分包括图示标题、计量单位、指示线及标注名称、箭头或连线、题注说明等;(3)严密分析设问，有针对性的从图示中寻找有关信息，并应用生物学基本概念和基本原理回答问题。2、表格是标书生物学内容的常用方式，它具有信息密集、比较性和条理性强的特点。在解答此类是提示要注意一下技巧：(1)弄清楚表格材料的描述对象或范围，包括看清题干的文字说明，看清表格名称，看清表格的第一行和第一列，看清有关说明等;(2)筛选信息，就是根据解决问题的需要，有选择的注意表格中的相关内容;(3)信息的处理和转换，即对表格中的数据进行整理，包括求总和、平均值、最大值、最小值、处理频率的高或低的数值等，有时可对表格中数据进行信息转换，如作图等，以便使结果更加清晰。高中生物答题技巧：简答类大题(1)文字信息迁移题：解题时要认真阅读材料，针对材料提出的设问认真推敲，把握有效信息，找出真实内涵，揭示材料与设问之间的关系。答题时要紧扣题意，观点准确，要点全面。(2)曲线信息迁移题：解题时要通过阅读和分析图像，正确识标、明点和析线，理解图像中所表达的生物学内涵，将提取的有效信息转换为可利用的信息，最终迁移到新情境中去回答问题。(3)图示信息迁移题：一要认真阅读，弄清图示的内涵和外延;二要挖掘图示中的隐含条件，找出解题所需条件;三要运用已有生物学知识进行辨析，以获得准确答案。(4)表格信息迁移题：首先要看表格的名称、数据和备注等内容，明确解题所需的知识要点;再通过对表格中列举的数据进行全方位的比较，找到解决问题的突破口;最后分析原因，找到解决问题的方法。解答此类试题的关键在于分析表格中已存在的文字信息，然后根据所示信息，利用设问中的关键语句，搜索相应的信息，提取问题的答案。