【高中生物】《生物技术及工程》第3章 第4节 蛋白质工程的原理和应用（附练习及应用答案）

第3章 基因工程

第 4 节 蛋白质工程的原理和应用

从社会中来

科学家解析了多管水母绿色荧光蛋白的晶体结构，并利用计算机进行辅助设计。在此基础上再采用定点突变的技术将绿色荧光蛋白发光基团正下方的第 203 位的苏氨酸替换为酪氨酸，从而获得了一种新的绿色荧光蛋白的衍生物一一黄色荧光蛋白。（P93）

旁栏思考题

人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科学领域重大的国际合作科研项目。

2001 年，国际人类蛋白质组组织宣布成立。2003 年，该组织正式提出启动两项重大国际合作项目：一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是由美国科学家牵头执行的“人类血浆蛋白质组计划”；由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。“人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类组织器官的蛋白质组计划，由我国贺福初院土牵头，这是中国科学家第一次领衔重大国际科研协作计划。它的目标是通过对肝脏蛋白质高通量、规模化的研究，解析肝脏蛋白质在生理、病理过程中的功能意义，为重大肝病的预防、诊断、治疗和新药的研发提供重要的科学依据。2010 年，该计划“两谱、两图、三库” 的目标初步实现。我国科学家完成了人类肝脏蛋白质组表达谱和修饰谱，绘制了蛋白质相互作用连锁图和定位图。“三库”则是建立符合国际标准的肝脏标本库、发展规模化抗体制备技术并建立肝脏蛋白质抗体库和建立完整的肝脏蛋白质组数据库。人类蛋白质组计划取得的成果有力推动了蛋白质工程的发展， 为它提供了重要的理论支持。2014 年 6 月，中国人类蛋白质组计划启动。（P93）

思考•讨论

1. 每种氨基酸都有对应的密码子，只要査一下密码子表，就可以将题中的氨基酸序列的编码序列査出来。但是由于题中的氨基酸序列中有几个氨基酸是由多个密码子编码的，因此其碱基排列组合起来就比较复杂，至少可以排列出 32种，可以让学生根据学过的排列组合的知识自己排列一下。首先应该根据密码子推出 mRNA序列为 GCU(或 C，或 A，或 G) UGGAAA(或 GGAA(或 G)UUU(或 C)，再根据碱基互补配对原则推出脱氧核苷酸序列为 CGA(或 G，或 T或 C)ACTT(或 C)CTT(或 C)AAA(或 G)。（P94）

2. 确定目的基因的碱基序列后，可以人工合成目的基因或从基因文库中获取目的基因。对基因的改造经常会用到基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等。（P94）

异想天开

理论上讲可以，但目前还没有真正成功的例子。利用改造后的动物细胞、微生物细胞等可以生产人类需要的蛋白质，但这些蛋白质往往都是自然界中已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来的、自然界中不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对大多数蛋白质的高级结构和蛋白质在生物体内如何行使功能了解得还不够，很难设计出一个全新的而又具有功能的蛋白质。

即使设计并获得了一个全新的蛋白质，它的生理生化特性、用它生产的蛋白质食品的安全性等都需要长期深入的研究。（P95）

到社会中去

酶用作工业催化剂，比无机催化剂具有更大的优越性，主要体现在以下几个方面：由于酶促反应能在常温、常压和中性 pH 条件下进行，因此可以节省大量的能源和设备投资；生产过程中不会造成严重的污染，符合环境保护的要求；生产过程简单、效率高，产品质量好，生产成本低。因此,酶制剂在工业领域得到了广泛的应用。近年来，通过引进国外先进设备、优良菌种以及开发新型酶制剂，我国酶制剂产业保持了较快的增长态势，品种越来越丰富，产品的市场竞争力也在不断提升。2016 年，我国工业酶制剂年产量达 120 万吨，年增长率保持在 10%左右。在全球范围内，我国酶制剂的市场份额已占到了 30% 左右，我国进入酶制剂生产大国的行列。在酶制剂产业中，蛋白质工程被广泛用于开发酶的新品种或改进酶的性能，如提高酶的热稳定性，增加某些被用作去污剂的酶的去污效率等。（P96）

一、概念检测

1．(1)x (2)x (3)√ （P96）

2．D（P96）

3．A（P96）  

二、拓展应用

这项工作属于蛋白质工程的范畴。引起 T4 溶菌酶空间结构发生改变的根本原因是基因的碱基序列发生了变化。如果要将改造后的 T4 溶菌酶应用于生产实践，还有很多工作需要做。

例如由于改造后酶的空间结构发生了变化，因此它的一些基本特性需要重新明确，包括它能耐受的温度范围、催化反应的最适温度、酶活力的大小等；需要建立规模化生产该酶的技术体系，评估生产成本等。（P96）