高中生物 第一章 基因工程 1.3 蛋白質(zhì)工程課件 蘇教版選修3.ppt

第三節(jié)蛋白質(zhì)工程 第一章基因工程 學(xué)習(xí)導(dǎo)航1 結(jié)合教材p35 概述蛋白質(zhì)工程的概念和基本原理 2 結(jié)合教材p35 37 說(shuō)出蛋白質(zhì)工程的基本過(guò)程 3 結(jié)合教材p38 39 舉例描述蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用和發(fā)展 重難點(diǎn)擊蛋白質(zhì)工程的概念和基本原理 課堂導(dǎo)入方式一人類可以創(chuàng)造出自然界不存在的蛋白質(zhì)嗎 答案是肯定的 例如 科學(xué)家已生產(chǎn)出一種以前必須從南極魚類身體中提取的抗凍蛋白質(zhì) 這一技術(shù)可用于儲(chǔ)存大量新鮮的動(dòng)植物和人類的組織細(xì)胞 防止形成冰晶 破壞脆弱的細(xì)胞膜和細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 你想了解這方面的知識(shí)嗎 請(qǐng)跟著我一起學(xué)習(xí) 蛋白質(zhì)工程 方式二基因工程的誕生 為克服遠(yuǎn)緣雜交的障礙問(wèn)題 帶來(lái)了新的希望 并取得了豐碩成果 大腸桿菌為人類生產(chǎn)出了胰島素 牛的乳腺生物反應(yīng)器為人類制造出了蛋白質(zhì)類藥物 煙草植物體內(nèi)含有了某種藥物蛋白 至此 人們也只是實(shí)現(xiàn)了自然界現(xiàn)有基因在轉(zhuǎn)基因生物中的表達(dá) 但一個(gè)新問(wèn)題出現(xiàn)了 生物產(chǎn)生的天然蛋白質(zhì)是在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成的 它的結(jié)構(gòu) 性能不能完全滿足人類生產(chǎn)和生活的需要 于是要對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造 制造出目前從天然蛋白質(zhì)中找不到的蛋白質(zhì) 這樣人們又開(kāi)始了新一輪的探索 蛋白質(zhì)工程應(yīng)運(yùn)而生了 一 蛋白質(zhì)工程概述 內(nèi)容索引 當(dāng)堂檢測(cè) 二 蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用 一 蛋白質(zhì)工程概述 基礎(chǔ)梳理 1 蛋白質(zhì)工程的概念 1 基礎(chǔ) 的結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系 2 手段 借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 和重組dna技術(shù)改造 3 目的 天然蛋白質(zhì) 甚至創(chuàng)造自然界的蛋白質(zhì) 4 關(guān)鍵技術(shù) 基因工程 2 蛋白質(zhì)工程的流程預(yù)期功能 蛋白質(zhì) 3 蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵技術(shù)蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵技術(shù)是 蛋白質(zhì)工程又被稱為 基因定點(diǎn)誘變 蛋白質(zhì) 基因 不存在 定向改造 氨基酸序列 基因 基因工程 第二代基因工程 4 對(duì)蛋白質(zhì)改進(jìn)的三種類型 氨基酸的性質(zhì)和特點(diǎn) 不存在 氨基酸序列 功能 預(yù)期 蛋白質(zhì)分子 多肽鏈片段 基因工程 蛋白質(zhì)分子 氨基酸殘基 5 兩種改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的技術(shù) 1 適用于已知空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì) 2 適用于不能預(yù)先確定誘變位點(diǎn)的蛋白質(zhì) 定點(diǎn)誘變技術(shù) 非定點(diǎn)誘變技術(shù) 答案 1 中心法則如下 2 獲取目的基因的方法是人工合成法 問(wèn)題探究 對(duì)照右面蛋白質(zhì)工程的基本過(guò)程 分析回答問(wèn)題 1 請(qǐng)寫出中心法則 并說(shuō)明蛋白質(zhì)工程中獲取目的基因的方法 答案 2 基因工程合成的蛋白質(zhì)有哪些不足 答案 答案在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì) 天然蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要 卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要 3 對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造 你認(rèn)為應(yīng)該直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作 還是通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn) 答案 答案應(yīng)該通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)天然蛋白質(zhì)的改造 主要原因如下 1 任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的 改造了基因即對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造 而且改造過(guò)的蛋白質(zhì)可能會(huì)遺傳下去 如果對(duì)蛋白質(zhì)直接改造 即使改造成功 但被改造過(guò)的蛋白質(zhì)分子也是無(wú)法遺傳的 2 對(duì)基因進(jìn)行改造比對(duì)蛋白質(zhì)直接改造要容易操作 難度要小得多 4 基因的定點(diǎn)誘變技術(shù)是改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的核心技術(shù)之一 試從以下各項(xiàng)分析此技術(shù) 脫氧核苷酸 dna聚合酶和dna連接酶 突變位點(diǎn) pcr技術(shù) 空間結(jié)構(gòu)完全清楚的蛋白質(zhì) 目的性和針對(duì)性 5 非定點(diǎn)誘變技術(shù)的適用對(duì)象和特點(diǎn)是什么 答案 答案 1 適用對(duì)象 對(duì)于不能預(yù)先確定誘變位點(diǎn)的蛋白質(zhì) 可采用非定點(diǎn)誘變技術(shù)來(lái)進(jìn)行蛋白質(zhì)的改造 2 特點(diǎn) 非定點(diǎn)誘變突變位點(diǎn)多 有時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生意想不到的改造效果 有關(guān)蛋白質(zhì)工程的三點(diǎn)提醒 1 任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的 改造了基因即對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造 而且改造過(guò)的蛋白質(zhì)可以遺傳下去 如果對(duì)蛋白質(zhì)直接改造 即使改造成功 被改造的蛋白質(zhì)也是無(wú)法遺傳下去的 2 蛋白質(zhì)工程在改造基因時(shí)需要與基因工程有關(guān)的工具酶 改造后的基因需要表達(dá)出相應(yīng)的蛋白質(zhì) 同樣需將改造或合成的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 3 蛋白質(zhì)工程中經(jīng)過(guò)處理得到的新基因與基因突變得到的新基因有較大差別 基因突變的新基因中含有不編碼蛋白質(zhì)的序列 而蛋白質(zhì)工程中的新基因則沒(méi)有 歸納總結(jié) 拓展應(yīng)用 1 科學(xué)家將 干擾素基因進(jìn)行定點(diǎn)突變導(dǎo)入大腸桿菌表達(dá) 使干擾素分子上的半胱氨酸變成絲氨酸 結(jié)果大大提高了 干擾素的抗病毒活性 并且提高了儲(chǔ)存穩(wěn)定性 該生物技術(shù)為a 蛋白質(zhì)工程b 基因工程c 基因突變d 細(xì)胞工程 解析題干中的操作涉及的基因顯然不再是原來(lái)的基因 其合成的 干擾素也不是天然 干擾素 而是經(jīng)過(guò)改造的 是具有人類所需優(yōu)點(diǎn)的蛋白質(zhì) 因而整個(gè)過(guò)程利用的生物技術(shù)為蛋白質(zhì)工程 解析 答案 解析富含賴氨酸的蛋白質(zhì)是自然界中已有的蛋白質(zhì) 基因工程只是把該蛋白質(zhì)基因轉(zhuǎn)入玉米細(xì)胞 并使之合成該蛋白質(zhì) 屬于基因工程 更換賴氨酸合成過(guò)程中的天冬氨酸激酶和二氫吡啶二羧酸合成酶的個(gè)別氨基酸 是對(duì)自然界中已有的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造 屬于蛋白質(zhì)工程 2 將富含賴氨酸的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胗衩准?xì)胞 可以提高玉米中的賴氨酸含量 更換賴氨酸形成過(guò)程中的天冬氨酸激酶和二氫吡啶二羧酸合成酶的個(gè)別氨基酸 使兩種酶的活性提高 也可以提高玉米中的賴氨酸含量 以上兩種技術(shù)分別屬于a 基因工程 基因工程b 蛋白質(zhì)工程 蛋白質(zhì)工程c 基因工程 蛋白質(zhì)工程d 蛋白質(zhì)工程 基因工程 解析 答案 答案不相同 蛋白質(zhì)工程的實(shí)質(zhì)是定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì) 基因工程的實(shí)質(zhì)是將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi) 定向改造生物的遺傳特性 以獲得人類所需的生物類型或生物產(chǎn)品 一題多變上述兩種提高玉米中賴氨酸含量的技術(shù)的實(shí)質(zhì)相同嗎 為什么 答案 二 蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用 1 改造酶的結(jié)構(gòu) 提高酶的熱穩(wěn)定性 2 生物工程制藥 1 實(shí)例1 鼠源雜交瘤抗體的改造 改造方法 在上對(duì)抗體進(jìn)行重組 產(chǎn)生人恒定區(qū)和鼠可變區(qū)嵌合抗體 結(jié)果 對(duì)人體的不良反應(yīng)減少 2 實(shí)例2 對(duì)t pa的改造 t pa功能 溶解血栓塊 醫(yī)治心肌梗死等疾病 改造方法 將t pa分子中的天冬酰胺替換為 結(jié)果 t pa在血液循環(huán)中停留時(shí)間延長(zhǎng) 療效更加顯著 基礎(chǔ)梳理 基因水平 谷氨酰胺 3 疾病診斷 1 方法 法 2 原理 的特異性結(jié)合 3 實(shí)例 sars病毒的檢測(cè)與診斷 4 基因工程和蛋白質(zhì)工程的優(yōu)缺點(diǎn) 1 基因工程 原則上只能生產(chǎn)自然界中的蛋白質(zhì) 2 蛋白質(zhì)工程 能更充分地利用自然界中存在的蛋白質(zhì) 能在上對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行再設(shè)計(jì)和改造 進(jìn)而創(chuàng)造出 的蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)芯片 抗原 抗體 已經(jīng)存在 分子水平 自然界中 不存在 答案依據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求 對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)和改造 進(jìn)而創(chuàng)造出自然界中不存在的蛋白質(zhì) 問(wèn)題探究 1 從理論上分析 蛋白質(zhì)工程的最基本原理就是中心法則的逆推 但是由某一氨基酸序列推導(dǎo)出的目的基因?yàn)槭裁从卸喾N 2 為什么說(shuō)蛋白質(zhì)工程是第二代基因工程 3 蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)是什么 答案一種氨基酸可以由一種或幾種不同的密碼子決定 這樣推導(dǎo)出的基因也就有多種 答案蛋白質(zhì)工程離不開(kāi)基因工程 改造基因后 要通過(guò)基因工程生產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì) 答案 基因工程和蛋白質(zhì)工程的對(duì)比 歸納總結(jié) 拓展應(yīng)用 3 下圖為蛋白質(zhì)工程操作的基本思路 請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題 1 代表蛋白質(zhì)工程操作思路的過(guò)程是 代表中心法則內(nèi)容的是 填寫數(shù)字 2 寫出圖中各數(shù)字代表的生物學(xué)過(guò)程的名稱或內(nèi)容 3 蛋白質(zhì)工程的目的是 通過(guò) 實(shí)現(xiàn) 4 從圖中可以看出蛋白質(zhì)工程的基本途徑與中心法則是 的 答案 轉(zhuǎn)錄 根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求 對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì) 基因合成或改造 翻譯 折疊 分子設(shè)計(jì) dna合成 相反 4 科學(xué)家通過(guò)對(duì)胰島素的改造 已使其成為速效型藥品 閱讀教材 結(jié)合資料完成下述分析 如圖是用蛋白質(zhì)工程設(shè)計(jì)速效胰島素的生產(chǎn)過(guò)程 請(qǐng)據(jù)圖回答有關(guān)問(wèn)題 1 構(gòu)建新的蛋白質(zhì)模型是蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵 圖中構(gòu)建新的胰島素模型的主要依據(jù)是 2 通過(guò)人工合成dna形成的新基因應(yīng)與 結(jié)合后轉(zhuǎn)移到 中才能得到準(zhǔn)確表達(dá) 答案 蛋白質(zhì)的預(yù)期功能 載體 受體細(xì)胞 大腸桿菌等 3 若要利用大腸桿菌生產(chǎn)速效胰島素 需用到的生物工程有 和發(fā)酵工程 4 圖解中從新的胰島素模型到新的胰島素基因的基本思路是 答案 基因工程 蛋白質(zhì)工程 根據(jù)新的胰島素模型中氨基酸的序列 推測(cè)出其基因中的脫氧核苷酸序列 然后利用dna合成儀來(lái)合成出新的胰島素基因 課堂小結(jié) 結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)與設(shè)計(jì) 醫(yī)藥生產(chǎn) 當(dāng)堂檢測(cè) 1 蛋白質(zhì)工程的基本流程正確的是 蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) dna合成 預(yù)期蛋白質(zhì)功能 據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列a b c d 2 3 4 5 1 解析蛋白質(zhì)工程是根據(jù)人們的需要首先要預(yù)期相應(yīng)功能 然后對(duì)其空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì) 目前這一步是科學(xué)家們?nèi)晕赐耆莆盏?根據(jù)相應(yīng)的氨基酸序列推導(dǎo)出基因中的堿基序列 再利用人工合成法合成相應(yīng)的目的基因 答案 解析 2 蛋白質(zhì)工程與基因工程相比 其突出特點(diǎn)是a 蛋白質(zhì)工程能生產(chǎn)人類需要的基因產(chǎn)物b 蛋白質(zhì)工程能對(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)c 蛋白質(zhì)工程可以不通過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯來(lái)實(shí)現(xiàn)d 蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上 延伸出來(lái)的第三代基因工程 答案 2 3 4 1 5 解析蛋白質(zhì)工程通過(guò)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 是延伸出來(lái)的第二代基因工程 解析 2 3 4 1 5 3 以下蛋白質(zhì)工程中 目前已成功的是a 對(duì)胰島素進(jìn)行改造 生產(chǎn)速效型藥品b 蛋白質(zhì)工程應(yīng)用于微電子方面c 生產(chǎn)體外耐儲(chǔ)存的干擾素d 用蛋白質(zhì)工程生產(chǎn)血紅蛋白 答案 解析 解析a已經(jīng)實(shí)現(xiàn) b c d三項(xiàng)目前尚未實(shí)現(xiàn) 只是蛋白質(zhì)工程的發(fā)展前景 有待于進(jìn)一步研究和設(shè)計(jì) 4 蛋白質(zhì)工程中 要對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造 必須通過(guò)基因修飾或基因合成來(lái)完成 而不直接改造蛋白質(zhì)的原因是a 缺乏改造蛋白質(zhì)所必需的工具酶b 改造基因易于操作且改造后能夠遺傳c 人類對(duì)大多數(shù)蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)知之甚少d 蛋白質(zhì)中氨基酸的排列順序千變?nèi)f化 操作難度大 2 3 4 1 答案 5 解析由于基因控制蛋白質(zhì)的合成 所以對(duì)蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)改造可通過(guò)對(duì)基因進(jìn)行修飾或合成來(lái)完成 且改造后的基因能夠遺傳給子代 解析 5 2008年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了三位在研究綠色熒光蛋白 gfp 方面作出突出貢獻(xiàn)的科學(xué)家 綠色熒光蛋白能在藍(lán)光或紫外光的激發(fā)下發(fā)出熒光 這樣借助gfp發(fā)出的熒光就可以跟蹤蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)部的移動(dòng)情況 幫助推斷蛋白質(zhì)的功能 gfp基因可作為目的基因用于培育綠色熒光小鼠 如圖表示培育綠色熒光小鼠的基本流程 請(qǐng)根據(jù)上述材料回答下列問(wèn)題 1 用于培育綠色熒光小鼠的基因表達(dá)載體的組成必須有啟動(dòng)子 標(biāo)