選修三1.4《蛋白質(zhì)工程的崛起》課件

1、1.能舉例說出蛋白質(zhì)工程崛起的緣由。能舉例說出蛋白質(zhì)工程崛起的緣由。 2.掌握蛋白質(zhì)工程的基本原理和操作流程掌握蛋白質(zhì)工程的基本原理和操作流程(重、難點重、難點) 3.明確蛋白質(zhì)工程的含義，區(qū)分蛋白質(zhì)工程和基因工明確蛋白質(zhì)工程的含義，區(qū)分蛋白質(zhì)工程和基因工 程的不同之處。程的不同之處。 4.了解蛋白質(zhì)工程的發(fā)展情況，大致了解人類蛋白質(zhì)了解蛋白質(zhì)工程的發(fā)展情況，大致了解人類蛋白質(zhì) 組計劃、酶工程等與其相關(guān)的前沿科學(xué)研究。組計劃、酶工程等與其相關(guān)的前沿科學(xué)研究。 思考：如果想讓某一個生物的性狀在另思考：如果想讓某一個生物的性狀在另 外一個生物的身上表達(dá)，常用的方法有外一個生物的身上表達(dá)，常用的方法

2、有 哪些？哪些？ 雜交育種雜交育種 基因工程育種基因工程育種 基因工程的實質(zhì)基因工程的實質(zhì)： 將一種生物的將一種生物的 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移 到另一種生物體內(nèi)，后者產(chǎn)生到另一種生物體內(nèi)，后者產(chǎn)生 它本不能產(chǎn)生的它本不能產(chǎn)生的 ，進(jìn)而，進(jìn)而 表現(xiàn)出表現(xiàn)出 。 基因基因 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 新的性狀新的性狀 優(yōu)點：優(yōu)點： 育種周期短；育種周期短； 目的性強，可定向改變生物性狀；目的性強，可定向改變生物性狀； 克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。 （重點記憶重點記憶） 試回顧總結(jié)基因工程的豐碩成果試回顧總結(jié)基因工程的豐碩成果 基因工程在基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界原則上只能生產(chǎn)自然界 已存在的蛋白質(zhì)

3、已存在的蛋白質(zhì)。 生物產(chǎn)生的天然蛋白質(zhì)是生物在長生物產(chǎn)生的天然蛋白質(zhì)是生物在長 期進(jìn)化過程中形成的，這些蛋白質(zhì)的期進(jìn)化過程中形成的，這些蛋白質(zhì)的 結(jié)構(gòu)和功能符合結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種特定物種生存的需要，生存的需要， 卻不一定完全符合人類卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活生產(chǎn)和生活的的 需要。需要。 基因工程的局限性：基因工程的局限性： 于是，于是，要對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行要對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行 改造改造，制造出目前從天然蛋，制造出目前從天然蛋 白質(zhì)中找不到的蛋白質(zhì)，成白質(zhì)中找不到的蛋白質(zhì)，成 為必然。為必然。 蛋白質(zhì)工程應(yīng)運而生了。蛋白質(zhì)工程應(yīng)運而生了。 滿足人類生產(chǎn)滿足人類生產(chǎn) 和生活的需要和生活的需要

4、例如：例如： 改造改造 干擾素（半胱氨酸）干擾素（半胱氨酸） 體外很難保存體外很難保存 干擾素（絲氨酸）干擾素（絲氨酸） 體外可以保存半年體外可以保存半年 玉米中賴氨酸含量比較低玉米中賴氨酸含量比較低 天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶 （352352位的蘇氨酸）位的蘇氨酸） 二氫吡啶二羧酸合成酶（二氫吡啶二羧酸合成酶（ 104104位的天冬酰胺）位的天冬酰胺） 天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶 （異亮氨酸（異亮氨酸） 二氫吡啶二羧酸合成酶（二氫吡啶二羧酸合成酶（ 異亮氨酸）異亮氨酸） 玉米中賴氨酸含量可提高數(shù)倍玉米中賴氨酸含量可提高數(shù)倍 改造改造 改造改造 1、你知道人類蛋白質(zhì)組計劃嗎？它與蛋、你知道人類蛋白

5、質(zhì)組計劃嗎？它與蛋 白質(zhì)工程有什么關(guān)系？我國科學(xué)家承擔(dān)了白質(zhì)工程有什么關(guān)系？我國科學(xué)家承擔(dān)了 什么任務(wù)？什么任務(wù)？ （了解了解） 旁欄思考題旁欄思考題 人類蛋白質(zhì)組計劃人類蛋白質(zhì)組計劃是繼人類基因組計是繼人類基因組計 劃之后，生命科學(xué)乃至自然科學(xué)領(lǐng)域一項劃之后，生命科學(xué)乃至自然科學(xué)領(lǐng)域一項 重大的科學(xué)命題。重大的科學(xué)命題。20012001年年，國際人類蛋白，國際人類蛋白 質(zhì)組組織宣告質(zhì)組組織宣告成立成立。20032003年年該組織正式提該組織正式提 出出啟動啟動了兩項重大國際合作行動：一項是了兩項重大國際合作行動：一項是 由由中國科學(xué)家牽頭執(zhí)行的中國科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類肝臟蛋白人類肝臟蛋白

6、質(zhì)組計劃質(zhì)組計劃”；另一項是以；另一項是以美國科學(xué)家牽頭美國科學(xué)家牽頭 執(zhí)行的執(zhí)行的“人類血漿蛋白質(zhì)組計劃人類血漿蛋白質(zhì)組計劃” ” ， 人類蛋白質(zhì)組計劃的深入研究將是人類蛋白質(zhì)組計劃的深入研究將是: :對蛋白對蛋白 質(zhì)工程的有力推動和理論支持質(zhì)工程的有力推動和理論支持。 天然蛋白質(zhì)是怎樣合成的？天然蛋白質(zhì)是怎樣合成的？ 結(jié)論結(jié)論： 蛋白質(zhì)的功能是由蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)的功能是由蛋白質(zhì)的_決定的，決定的， 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)是由蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)是由_決定的。決定的。 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) DNA（基因）（基因） 理由有：理由有： 任何一種天然任何一種天然蛋白質(zhì)都是基因編碼蛋白質(zhì)都是基因編碼的，的，改造了基因，改造了基因，

7、 即對蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造即對蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，經(jīng)這樣，經(jīng)這樣改造過的蛋白質(zhì)可改造過的蛋白質(zhì)可 以遺傳下去以遺傳下去；若直接改造蛋白質(zhì)，即使成功，被改；若直接改造蛋白質(zhì)，即使成功，被改 造過的蛋白質(zhì)還是不能遺傳的；造過的蛋白質(zhì)還是不能遺傳的； 對基因進(jìn)行改造對基因進(jìn)行改造比對蛋白質(zhì)進(jìn)行改造要比對蛋白質(zhì)進(jìn)行改造要容易操作，容易操作， 難度要小得多難度要小得多。 1 1、蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)：、蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)： 根據(jù)人們對蛋白質(zhì)根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能功能的特定需求，的特定需求， 對蛋白質(zhì)的對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)行分子設(shè)計分子設(shè)計。 3、天然蛋白質(zhì)合成過程、天然蛋白質(zhì)合成過程遵循中心法則遵循中心法則 基因

8、基因表達(dá)（轉(zhuǎn)錄和翻譯）表達(dá)（轉(zhuǎn)錄和翻譯）形成氨基酸序列的多肽鏈形成氨基酸序列的多肽鏈 形成具有高級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)形成具有高級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)行使生物功能行使生物功能 DNA（基因）（基因）mRNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 轉(zhuǎn)錄翻譯 2 2、原理：、原理： 改造基因改造基因（基因修飾或基因合成）（基因修飾或基因合成） 4 4. .蛋白質(zhì)工程的蛋白質(zhì)工程的途徑途徑: : 預(yù)期的蛋白質(zhì)功能預(yù)期的蛋白質(zhì)功能 設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 推測應(yīng)有的氨基酸序列推測應(yīng)有的氨基酸序列 找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因） 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 三維結(jié)構(gòu)三維結(jié)構(gòu) 氨基酸序氨基酸序 列多肽鏈列

9、多肽鏈 基因基因 DNADNA 預(yù)期預(yù)期 功能功能 DNADNA合成合成 分子分子 設(shè)計設(shè)計 mRNAmRNA 生物生物 功能功能 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯折疊折疊 圖圖1-291-29蛋白質(zhì)工程流程圖蛋白質(zhì)工程流程圖 （P27P27） 某多肽鏈的一段氨基酸序列是：某多肽鏈的一段氨基酸序列是：丙氨酸丙氨酸色氨色氨 酸酸賴氨酸賴氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸, 丙氨酸：丙氨酸：GCU（或（或C或或A或或G），色氨酸：），色氨酸：UGG， 賴氨酸：賴氨酸：AAA（或（或G），甲硫氨酸：），甲硫氨酸：AUG； 苯丙氨酸：苯丙氨酸：UUU（或（或C） （2 2）確定目的基因的堿基序列后，怎樣才）確定目的

10、基因的堿基序列后，怎樣才 能合成或改造目的基因（能合成或改造目的基因（DNADNA）？）？ 確定目的基因的堿基序列后，就確定目的基因的堿基序列后，就 可以根據(jù)人類的需要改造它，通過可以根據(jù)人類的需要改造它，通過人人 工合成的方法工合成的方法或從或從基因文庫中獲取后基因文庫中獲取后 進(jìn)行改造進(jìn)行改造。 5 5、蛋白質(zhì)工程的概念、蛋白質(zhì)工程的概念 蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子 的_及其與_的 關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過_或 _，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行 _，或制造一種_， 以滿足生產(chǎn)和生活的需求。 結(jié)構(gòu)規(guī)律生物功能 基因修飾 基因合成 改造新的蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程是是第二代基因工程第二代基因工程 5 5、蛋

11、白質(zhì)工程和基因工程的區(qū)別、蛋白質(zhì)工程和基因工程的區(qū)別 1、對胰島素改造，使其成為速效型藥品對胰島素改造，使其成為速效型藥品 2 2、微電子方面的應(yīng)用、微電子方面的應(yīng)用 生物和材料科學(xué)家正積極探索將蛋生物和材料科學(xué)家正積極探索將蛋 白質(zhì)工程應(yīng)用于微電子方面。用蛋白質(zhì)白質(zhì)工程應(yīng)用于微電子方面。用蛋白質(zhì) 工程方法制成的工程方法制成的電子元件電子元件，具有，具有體積小體積小、 耗電少耗電少和和效率高效率高的特點，因此有極為廣的特點，因此有極為廣 闊的發(fā)展前景。闊的發(fā)展前景。 3 3、蛋白質(zhì)工程目前、蛋白質(zhì)工程目前難度很大、成功不多難度很大、成功不多， 主要是因為蛋白質(zhì)主要是因為蛋白質(zhì)發(fā)揮其功能發(fā)揮其功

12、能需要依賴于需要依賴于 正確的正確的高級結(jié)構(gòu)高級結(jié)構(gòu)，而科學(xué)家目前對大多數(shù)，而科學(xué)家目前對大多數(shù) 蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)高級結(jié)構(gòu)了解很少，了解很少，在生物體內(nèi)在生物體內(nèi) 如何行使功能也知之甚少，如何行使功能也知之甚少，要設(shè)計出更加要設(shè)計出更加 符合人類需要的蛋白質(zhì)還需要經(jīng)過艱辛的符合人類需要的蛋白質(zhì)還需要經(jīng)過艱辛的 探索。探索。 能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計 相應(yīng)的基因，導(dǎo)入合適的細(xì)菌中，讓細(xì)菌生產(chǎn)人相應(yīng)的基因，導(dǎo)入合適的細(xì)菌中，讓細(xì)菌生產(chǎn)人 類所需要的蛋白質(zhì)食品呢？類所需要的蛋白質(zhì)食品呢？ u理論上講可以，但目前還沒有真正成功的例子。理論上講

13、可以，但目前還沒有真正成功的例子。 一些報道的利用細(xì)菌生產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì)往往都一些報道的利用細(xì)菌生產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì)往往都 是自然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)，并非完全是人工設(shè)計是自然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)，并非完全是人工設(shè)計 出來而自然不存在的蛋白質(zhì)。出來而自然不存在的蛋白質(zhì)。主要原因是蛋白質(zhì)的主要原因是蛋白質(zhì)的 高級結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，人類對蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)和在高級結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，人類對蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)和在 生物體內(nèi)如何行使功能知之甚少生物體內(nèi)如何行使功能知之甚少，很難設(shè)計出一個很難設(shè)計出一個 嶄新而又具有生命功能作用的蛋白質(zhì)，而且嶄新而又具有生命功能作用的蛋白質(zhì)，而且一個嶄一個嶄 新的蛋白質(zhì)會帶來什么危害也

14、是人們所擔(dān)心的新的蛋白質(zhì)會帶來什么危害也是人們所擔(dān)心的。 你知道酶工程嗎？絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)，你知道酶工程嗎？絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)， 酶工程與蛋白質(zhì)工程有什么區(qū)別？酶工程與蛋白質(zhì)工程有什么區(qū)別？ 概括地說，酶工程是由概括地說，酶工程是由酶制劑的生產(chǎn)酶制劑的生產(chǎn)和和應(yīng)用應(yīng)用兩兩 方面組成的。酶工程的應(yīng)用主要集中于食品工方面組成的。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。業(yè)、輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中。加酶洗衣粉、嫩加酶洗衣粉、嫩 肉粉肉粉等，就是酶工程最直接的體現(xiàn)。等，就是酶工程最直接的體現(xiàn)。 通常所說的通常所說的酶工程是用工程菌生產(chǎn)酶制劑酶工程是用工程菌生產(chǎn)酶制劑， 而沒有經(jīng)過由酶

15、的功能來設(shè)計酶的分子結(jié)而沒有經(jīng)過由酶的功能來設(shè)計酶的分子結(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，的堿基序列等步驟。因此，酶工程的重點酶工程的重點 在于在于對已存在酶的合理充分利用對已存在酶的合理充分利用，而，而蛋白蛋白 質(zhì)工程的重點質(zhì)工程的重點則在于則在于對已存在的蛋白質(zhì)分對已存在的蛋白質(zhì)分 子的改造子的改造。當(dāng)然，隨著蛋白質(zhì)工程的發(fā)展，。當(dāng)然，隨著蛋白質(zhì)工程的發(fā)展， 其成果也會應(yīng)用到酶工程中，使酶工程成其成果也會應(yīng)用到酶工程中，使酶工程成 為蛋白質(zhì)工程的一部分。為蛋白質(zhì)工程的一部分。 1 1 關(guān)于生物體內(nèi)存在的天然蛋白質(zhì)，下列說關(guān)

16、于生物體內(nèi)存在的天然蛋白質(zhì)，下列說 法不正確的是法不正確的是 A A是生物在長期進(jìn)化過程中形成的是生物在長期進(jìn)化過程中形成的 B B它們的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要它們的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要 C C構(gòu)成天然蛋白質(zhì)的氨基酸目前發(fā)現(xiàn)的有構(gòu)成天然蛋白質(zhì)的氨基酸目前發(fā)現(xiàn)的有2020種種 D D一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要 反饋練習(xí)反饋練習(xí) D 2 2蛋白質(zhì)工程中直接需要進(jìn)行操作的對象是蛋白質(zhì)工程中直接需要進(jìn)行操作的對象是 氨基酸結(jié)構(gòu)氨基酸結(jié)構(gòu) B B蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu) C C肽鏈結(jié)構(gòu)肽鏈結(jié)構(gòu) D D基因結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu) 3 3下列關(guān)于蛋白質(zhì)工

17、程的說法錯誤的是下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法錯誤的是 A A蛋白質(zhì)工程能定向改造蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)，使蛋白質(zhì)工程能定向改造蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)，使 之更加符合人類的需要之更加符合人類的需要 B B蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對蛋白質(zhì)分子直接蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對蛋白質(zhì)分子直接 進(jìn)行操作，定向改變分子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行操作，定向改變分子的結(jié)構(gòu) C C蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生出自然界中不曾存在過的新蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生出自然界中不曾存在過的新 型蛋白質(zhì)分子型蛋白質(zhì)分子 D D蛋白質(zhì)工程與基因工程密不可分，又被稱為第蛋白質(zhì)工程與基因工程密不可分，又被稱為第 二代基因工程二代基因工程 4 4、以下關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法正確的是、以下

18、關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法正確的是 A A、蛋白質(zhì)工程以基因工程為基礎(chǔ)、蛋白質(zhì)工程以基因工程為基礎(chǔ) B B、蛋白質(zhì)工程就是酶工程的延伸、蛋白質(zhì)工程就是酶工程的延伸 C C、蛋白質(zhì)工程就是用蛋白酶對蛋白質(zhì)進(jìn)行改、蛋白質(zhì)工程就是用蛋白酶對蛋白質(zhì)進(jìn)行改 造造 D D、蛋白質(zhì)工程只能生產(chǎn)天然的蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)工程只能生產(chǎn)天然的蛋白質(zhì) 5 5、蛋白質(zhì)工程的基本流程正確的是（）、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)計蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計 DNADNA合成合成 預(yù)期蛋白質(zhì)功能預(yù)期蛋白質(zhì)功能 根據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列根據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列 A A B B C C D D 6 6、蛋白質(zhì)工

19、程是在基因工程基礎(chǔ)上，延伸出、蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上，延伸出 來的第二代基因工程，其結(jié)果產(chǎn)生的蛋白質(zhì)來的第二代基因工程，其結(jié)果產(chǎn)生的蛋白質(zhì) 是（）是（） A A氨基酸種類增多氨基酸種類增多 B B氨基酸種類減少氨基酸種類減少 C C仍為天然存在蛋白質(zhì)仍為天然存在蛋白質(zhì) D D可合成天然不存在蛋白質(zhì)可合成天然不存在蛋白質(zhì) 7 7、關(guān)于蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和應(yīng)用，下列說法、關(guān)于蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和應(yīng)用，下列說法 不正確的是（不正確的是（ ） A A科學(xué)家通過對胰島素的改造，已使其成為科學(xué)家通過對胰島素的改造，已使其成為 速效藥品速效藥品 B B生物和材料科學(xué)家正積極探索將蛋白質(zhì)工生物和材料科學(xué)家正積極探索將蛋白