师：同学们，现在我们上高二人教版生物学选择性必修三，第三章蛋白质工程的原理和应用。大家看几张漂亮的画，这些可是细菌画的。细菌为什么能画画呢？其实这些画是细菌发出的不同颜色的荧光。细菌能发出荧光，是因为它们体内导入了荧光蛋白的基因，最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋白。科学家通过改造它，获得了黄色荧光蛋白等。这些荧光蛋白在细胞内生命活动的检测、肿瘤的研究等领域有着重要作用。那科学家利用什么技术让细菌发出荧光的呢？
生：利用基因工程技术，使细菌表达了荧光蛋白。
师：非常好。绿色荧光蛋白来源于一种发光水母，科学家通过改造绿色荧光蛋白，获得了能发出其他颜色荧光的蛋白，才画出了色彩斑斓的图案。那科学家是如何对天然的绿色荧光蛋白进行改造的呢？
生：通过蛋白质工程对蛋白质分子进行设计和改造。
师：没错。蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过改造或合成基因，来改造现有的蛋白质或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需要。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。蛋白质工程通常要借助计算机建立蛋白质的三维结构模型，通过X射线衍射技术分析蛋白质晶体的结构，还要用到基因定点突变技术进行碱基的替换，它是涉及分子生物学、晶体学和计算机技术等多学科的综合科技工程。
首先，我们来了解一下蛋白质工程崛起的缘由。玉米是重要的粮食作物，含有丰富的蛋白质、脂肪、维生素、微量元素、纤维素等，具有开发高营养、高生物学功能食品的巨大潜力。但玉米中赖氨酸含量较低，赖氨酸是人体必需氨基酸。玉米中赖氨酸含量低与赖氨酸合成过程中的两种关键酶——天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶有关。赖氨酸达到一定浓度后，就会抑制这两种酶的活性。如果我们将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变为异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶的第104位天冬酰胺变为异亮氨酸，就可使玉米叶片和种子中游离赖氨酸的含量分别提高5倍和两倍。
我们前面学习的基因工程，其实质是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，但只能生产自然界已存在的蛋白质。天然蛋白质是生物长期进化过程中形成的，它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，因此蛋白质工程崛起了。
蛋白质工程的目标，就是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。其实质是改造或合成基因，来定向改造现有的蛋白质或制造新的蛋白质。那为什么蛋白质工程改造基因而不是直接改造蛋白质呢？
生：原因一是蛋白质的高级结构十分复杂，直接改造难度大；蛋白质是由基因编码的，改造了基因就可以间接改造蛋白质；基因可以遗传，蛋白质无法遗传，所以要改造或合成基因。
师：非常正确。我们来做一道题，水蛭素是一种蛋白质，可用于预防和治疗血栓。研究人员发现，用赖氨酸替换水蛭素第47位的天冬酰胺，可以提高它的抗凝血活性。在这项替换研究中，目前可行的直接操作对象是A.基因；B.氨基酸；C.多肽链；D.蛋白质。
生：根据蛋白质工程的实质，答案是A。
师：很棒。那蛋白质工程的具体流程是怎样的呢？我们先回顾一下天然蛋白质的合成过程。天然蛋白质是按中心法则进行的，请同学们拿出一张纸，在纸上写出中心法则的内容。
天然蛋白质的合成过程，是经转录和翻译形成具有特定氨基酸序列的多肽链，再经过加工和修饰形成具有高级结构的蛋白质，从而行使相应的生物功能。而蛋白质工程却与之相反，它的基本思路是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，找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列，也就是基因，或合成新的基因，再通过基因工程获得所需要的蛋白质。我们从一道题中巩固蛋白质工程的流程。下图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答下列问题：一、代表蛋白质工程操作思路的过程是？4和5代表中心法则的内容。
生：1、2、3。
师：二、写出图中各数字代表的生物学过程的名称或内容。
生：1是转录，2是翻译，3是折叠，4是推测，5是改造合成。
师：三、蛋白质工程的目的是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计，通过什么来实现？
生：通过基因改造或基因合成实现。
师：从图中可以看出，蛋白质工程的基本途径与中心法则是相反的。根据这个思路，我们来看课本94页的思考讨论，某多肽链的一段氨基酸序列是丙氨酸、色氨酸、赖氨酸、谷氨酸、苯丙氨酸，怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。
生：第一步查密码子表，找到这些氨基酸对应的密码子。密码子是mRNA上的，因此可以写出mRNA上对应的核苷酸序列，再根据碱基互补配对原则，写出模板链及互补链的脱氧核苷酸序列，即目的基因的序列。