福建省壽寧縣高中生物 基因工程 1.4 蛋白質(zhì)工程的崛起課件 新人教版選修3

1、13.1.4蛋白質(zhì)工程的崛起2一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由1、基因工程的應用、基因工程的應用（1）基因工程的實質(zhì)：將一種生物的）基因工程的實質(zhì)：將一種生物的 轉(zhuǎn)移到另轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，使后者產(chǎn)生本不能產(chǎn)生的一種生物體內(nèi)，使后者產(chǎn)生本不能產(chǎn)生的 ，進而表現(xiàn)出新的進而表現(xiàn)出新的 。（2）基因工程的不足：在原則上只能生產(chǎn)自然界已存）基因工程的不足：在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的在的 。2、天然蛋白質(zhì)的不足、天然蛋白質(zhì)的不足 天然蛋白質(zhì)是生物在長期天然蛋白質(zhì)是生物在長期 過程中形成的，過程中形成的，它們的它們的 符合特定物種符合特定物種 的需要，卻的需要，卻不不一定完全符合一定

2、完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。人類生產(chǎn)和生活的需要。3、蛋白質(zhì)工程的目的、蛋白質(zhì)工程的目的 生產(chǎn)生產(chǎn)符合人類符合人類生產(chǎn)和生活的生產(chǎn)和生活的需要需要的的 ?；蚧虻鞍踪|(zhì)蛋白質(zhì)性狀性狀蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)進化進化結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)和功能生存生存蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)34蛋白質(zhì)工程：以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類對生產(chǎn)和生活的需求。前提前提：原理原理：目的：目的：了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能改造基因（基因修飾或基因合成）改造基因（基因修飾或基因合成）定向改造或制造蛋白質(zhì)定向改造或制造蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)工程的實質(zhì)

3、是對編碼蛋白質(zhì)的基因進行改造。5蛋白質(zhì)工程的流程蛋白質(zhì)工程的流程基因基因DNA氨基酸序列氨基酸序列多肽鏈多肽鏈蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)三維結(jié)構(gòu)預期功能預期功能生物功能生物功能mRNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯折疊折疊DNA合成合成分子設(shè)計分子設(shè)計蛋白質(zhì)工程原理蛋白質(zhì)工程原理天然蛋白質(zhì)的合成途徑：天然蛋白質(zhì)的合成途徑：基因表達（轉(zhuǎn)錄和翻譯）形成基因表達（轉(zhuǎn)錄和翻譯）形成氨基酸序列氨基酸序列的多肽的多肽鏈形成具有高級鏈形成具有高級結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)行使生物的蛋白質(zhì)行使生物功能功能預期的蛋白質(zhì)預期的蛋白質(zhì)功能功能出發(fā)設(shè)計預期的蛋白質(zhì)出發(fā)設(shè)計預期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)推測推測應有的應有的氨基酸序列氨基酸序列找到相應的脫氧核

4、苷找到相應的脫氧核苷酸酸序列酸序列酸蛋白質(zhì)工程的途徑：蛋白質(zhì)工程的途徑：6（1 1）從生物體中）從生物體中分離純化分離純化目的目的蛋白蛋白；（2 2）測定測定其氨基酸其氨基酸序列序列；（3 3）借助核磁共振和）借助核磁共振和X X射線晶體衍射等手段，盡可能射線晶體衍射等手段，盡可能地地了解了解蛋白質(zhì)的二維重組和三維晶體蛋白質(zhì)的二維重組和三維晶體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu); ;（4 4）設(shè)計設(shè)計各種各種處理條件處理條件，了解了解蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化結(jié)構(gòu)變化，包，包括折疊與去折疊等括折疊與去折疊等對其活性與功能的影響對其活性與功能的影響；（5 5）設(shè)計設(shè)計編碼該蛋白的編碼該蛋白的基因改造方案基因改造方案，如定點

5、突變；，如定點突變；（6 6）分離、純化新蛋白分離、純化新蛋白，功能檢測功能檢測后投入實際使用。后投入實際使用。7水蛭素改造水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特異抑制劑，在臨床上可作為抗栓藥物用于治療血栓疾病。為提高水蛭素活性，將水蛭素47位的Asn（天冬酰胺）變成Lys（賴氨酸），使其與分子內(nèi)第4或第5位Thr（蘇氨酸）間形成氫鍵來幫助水蛭素N端肽段的正確取向，從而提高抗凝血效率，試管試驗活性提高了4倍，在動物模型上檢驗抗血栓形成的效果，提高20倍。8胰島素改造天然胰島素制劑在儲存中易形成二聚體和六聚體，延緩胰島素從注射部位進入血液，從而延緩了其降血糖作用，也增加了抗原性，這是胰島素B23-B2

6、8氨基酸殘基結(jié)構(gòu)所致。利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)改變這些殘基，則可降低其聚合作用，使胰島素快速起作用。該速效胰島素已通過臨床實驗。91、蛋白質(zhì)工程中直接需要進行操作的對象是（）氨基酸結(jié)構(gòu) B蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu) C肽鏈結(jié)構(gòu) D基因結(jié)構(gòu) 102、 下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法錯誤的是（）A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B蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對蛋白質(zhì)分子直接進行操作，定向改變分子的結(jié)構(gòu)C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D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113、以下關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法正確的是（）A、蛋白質(zhì)工程以基因工程為基礎(chǔ)B、蛋白質(zhì)工程就是

7、酶工程的延伸C、蛋白質(zhì)工程就是用蛋白酶對蛋白質(zhì)進行改造D、蛋白質(zhì)工程只能生產(chǎn)天然的蛋白質(zhì) 124、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DNA合成預期蛋白質(zhì)功能根據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列A B C D135、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)是（）A氨基酸種類增多 B氨基酸種類減少C仍為天然存在蛋白質(zhì) D可合成天然不存在蛋白質(zhì)14項目項目基因工程基因工程蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程操作起點操作起點操作核心操作核心過程過程目標目標結(jié)果結(jié)果聯(lián)系聯(lián)系目的基因目的基因預期的蛋白質(zhì)功能預期的蛋白質(zhì)功能基因表達載體基因表達載體基因基因獲取目的基因獲取目的基

8、因構(gòu)建表達載體構(gòu)建表達載體導入受體細胞導入受體細胞目的基因的檢測與表達目的基因的檢測與表達預期蛋白質(zhì)功能預期蛋白質(zhì)功能設(shè)計蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測氨基酸序列推測氨基酸序列推測核苷酸序列推測核苷酸序列合成合成DNA 表達出蛋白質(zhì)表達出蛋白質(zhì)定向改造生物的遺傳特定向改造生物的遺傳特性，獲得人類所需的生性，獲得人類所需的生物類型或生物產(chǎn)品物類型或生物產(chǎn)品定向改造或生產(chǎn)人類所定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì)需的蛋白質(zhì)生產(chǎn)自然界中已有的蛋生產(chǎn)自然界中已有的蛋白質(zhì)白質(zhì)蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上,延伸出來的第延伸出來的第二代基因工程。因為對現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造二代基因工

9、程。因為對現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新的蛋白質(zhì)，必須通過基因的修飾或基因的合成。新的蛋白質(zhì)，必須通過基因的修飾或基因的合成。生產(chǎn)自然界沒有的蛋生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì)白質(zhì)151、你知道人類蛋白質(zhì)組計劃嗎？它與蛋白質(zhì)工程有、你知道人類蛋白質(zhì)組計劃嗎？它與蛋白質(zhì)工程有什么關(guān)系？我國科學家承擔了什么任務(wù)？什么關(guān)系？我國科學家承擔了什么任務(wù)？人類蛋白質(zhì)組計劃是繼人類基因組計劃之后，生命科學乃至自然領(lǐng)域一人類蛋白質(zhì)組計劃是繼人類基因組計劃之后，生命科學乃至自然領(lǐng)域一項重大的科學命題。項重大的科學命題。2001年，國際人類蛋白質(zhì)組組織宣告成立。年，國際人類蛋白質(zhì)組組織宣告成立。2003年，年，該組織正式提出啟動

10、了兩項重大國際合作行動：一項是由中國科學家牽該組織正式提出啟動了兩項重大國際合作行動：一項是由中國科學家牽頭執(zhí)行的頭執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃”；另一項是以美國科學家牽頭的；另一項是以美國科學家牽頭的“人類血將蛋白質(zhì)組計劃人類血將蛋白質(zhì)組計劃”，由此拉開了人類蛋白質(zhì)組計劃的帷幕。，由此拉開了人類蛋白質(zhì)組計劃的帷幕?！叭祟惛闻K蛋白質(zhì)組計劃人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃”是國際上第一個人類組織器官的蛋白質(zhì)組計是國際上第一個人類組織器官的蛋白質(zhì)組計劃，由我國賀福初院士牽頭，這是中國科學家第一次領(lǐng)銜重大國際科研劃，由我國賀福初院士牽頭，這是中國科學家第一次領(lǐng)銜重大國際科研協(xié)作計劃，總部設(shè)在

11、北京。它的科學目標是揭示并確認肝臟的蛋白質(zhì)，協(xié)作計劃，總部設(shè)在北京。它的科學目標是揭示并確認肝臟的蛋白質(zhì)，為重大肝病預防、診斷、治療和新藥研發(fā)的突破提供重要的科學基礎(chǔ)。為重大肝病預防、診斷、治療和新藥研發(fā)的突破提供重要的科學基礎(chǔ)。隨后，相繼啟動了由德國、瑞士、英國、加拿大和日本等國牽頭的各類隨后，相繼啟動了由德國、瑞士、英國、加拿大和日本等國牽頭的各類蛋白質(zhì)組計劃。人類蛋白質(zhì)組計劃的深入研究將是對蛋白質(zhì)工程的有力蛋白質(zhì)組計劃。人類蛋白質(zhì)組計劃的深入研究將是對蛋白質(zhì)工程的有力推動和理論支持。推動和理論支持。161718基因定點誘變技術(shù)的常用方法是基因定點誘變技術(shù)的常用方法是PCR法。法。突變點：

12、突變點：人工合成的引物上人工合成的引物上手段：手段：PCRPCR技術(shù)（定點突變試劑盒）技術(shù)（定點突變試劑盒）目的：目的：獲得定點突變的基因獲得定點突變的基因可以通過人工合成的方法獲取或基因的定點誘變技術(shù)來改變。19基因定點誘變技術(shù)的理解基因定點誘變技術(shù)的理解(蘇教版蘇教版)項目項目內(nèi)容內(nèi)容條條件件原料原料酶酶引物引物能量能量 操作方法操作方法 法法結(jié)果結(jié)果適應范圍適應范圍后代中半數(shù)為誘變的分子后代中半數(shù)為誘變的分子脫氧核苷酸脫氧核苷酸聚合酶和連接酶聚合酶和連接酶含突變順序的分子片段含突變順序的分子片段空間結(jié)構(gòu)完全清楚的蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)完全清楚的蛋白質(zhì)20思考：基因定點誘變技術(shù)與基因突變的比較思考

13、：基因定點誘變技術(shù)與基因突變的比較比較比較基因定點誘變基因定點誘變基因突變基因突變相相同同點點發(fā)生的發(fā)生的過程過程結(jié)果結(jié)果不不同同點點場所場所手段手段方向方向DNA復制過程中復制過程中產(chǎn)生新基因，從而產(chǎn)生新性狀產(chǎn)生新基因，從而產(chǎn)生新性狀生物體外生物體外生物體內(nèi)生物體內(nèi)定向改造定向改造不定向性不定向性PCR技術(shù)技術(shù)物理化學方法物理化學方法21基因會發(fā)生突變，突變可以自發(fā)，也可以誘發(fā)，這是每個稍基因會發(fā)生突變，突變可以自發(fā)，也可以誘發(fā)，這是每個稍有生物學知識的人都知道的常識。但在加拿大生物化學家有生物學知識的人都知道的常識。但在加拿大生物化學家M史密斯（史密斯（19322000）發(fā)明定點突變法之前

14、，突變株的）發(fā)明定點突變法之前，突變株的產(chǎn)生必須經(jīng)由自然界或用化學等方法誘使基因體突變。這類產(chǎn)生必須經(jīng)由自然界或用化學等方法誘使基因體突變。這類方法屬于隨機突變，突變株必須在生物性狀上有所改變，才方法屬于隨機突變，突變株必須在生物性狀上有所改變，才能確定有突變發(fā)生，但除非用分子生物方法或遺傳方法找到能確定有突變發(fā)生，但除非用分子生物方法或遺傳方法找到此突變處，否則無法確定突變位置。也就是說，這種突變是此突變處，否則無法確定突變位置。也就是說，這種突變是盲目的。而史密斯發(fā)明的定點突變法卻是有目的的，該法可盲目的。而史密斯發(fā)明的定點突變法卻是有目的的，該法可經(jīng)由設(shè)計好的寡核苷酸，在任何一個基因片段上進行隨意或經(jīng)由設(shè)計好的寡核苷酸，在任何一個基因片段上進行隨意或設(shè)計好的突變，也就是說，這種突變是預先設(shè)定好的，