人教版高中生物選修3專題1第節(jié)蛋白質工程的崛起.ppt課件

1、基因工程的本質：基因工程的本質： 將一種生物的將一種生物的 轉移到另一轉移到另一種生物體內，后者產生它本不能產種生物體內，后者產生它本不能產的的 ，進而表現(xiàn)出，進而表現(xiàn)出 ?；蚧虻鞍踪|蛋白質新的性狀新的性狀回想：回想：基因工程的成果基因工程的成果 基因工程在原那么上只能消費自然界已存在的蛋白質。 這些蛋白質的構造和功能符合特定物種生存的需求，卻不一定完全符合人類消費和生活的需求。 基因工程的局限性：基因工程的局限性：閱讀閱讀P26P26第二自然段思索：第二自然段思索： 科學家在干擾素的保管和玉科學家在干擾素的保管和玉米的賴氨酸的產量上面臨什么米的賴氨酸的產量上面臨什么樣的問題？如何處理這些

2、問題？樣的問題？如何處理這些問題？一、蛋白質工程崛起的緣由一、蛋白質工程崛起的緣由例如：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管體外很難保管干擾素絲氨酸干擾素絲氨酸體外可以保管半年體外可以保管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問題問題1：處理：處理：蛋白質功能蛋白質功能不能滿

3、足需求不能滿足需求改動蛋白質改動蛋白質的構造的構造-半胱氨酸半胱氨酸-體外很難保管體外很難保管？如何改造？如何改造-絲氨酸絲氨酸-體外可以保管半年體外可以保管半年問題問題2：如何對天然蛋白質的構造進展改造？：如何對天然蛋白質的構造進展改造？干擾素干擾素干擾素改干擾素改(他以為直接對蛋白質分子進展操作，還是他以為直接對蛋白質分子進展操作，還是經過對基因的操作來實現(xiàn)？能否說出他的理經過對基因的操作來實現(xiàn)？能否說出他的理由？由？) 答：毫無疑問應該從對基因的操作來實現(xiàn)答：毫無疑問應該從對基因的操作來實現(xiàn)對天然蛋白質改造，主要緣由如下：對天然蛋白質改造，主要緣由如下： 1任何一種天然蛋白質都是由基因編

4、碼任何一種天然蛋白質都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質進展了改造，而的，改造了基因即對蛋白質進展了改造，而且改造過的蛋白質可以遺傳下去。假設對蛋且改造過的蛋白質可以遺傳下去。假設對蛋白質直接改造，即使改呵斥功，被改造過的白質直接改造，即使改呵斥功，被改造過的蛋白質分子還是無法遺傳的。蛋白質分子還是無法遺傳的?；蚋脑旎蚋脑炜蛇z傳；可遺傳； 蛋白質改造蛋白質改造不可遺傳不可遺傳 2對基因進展改造比對蛋白質直接改造對基因進展改造比對蛋白質直接改造要容易操作，難度要小得多。要容易操作，難度要小得多。-半胱氨酸半胱氨酸-體外很難保管體外很難保管？如何改造？如何改造-絲氨酸絲氨酸-體外可以保管半年

5、體外可以保管半年問題問題3、他能推測出干擾素基因改造前和改、他能推測出干擾素基因改造前和改造后的該部分序列嗎？造后的該部分序列嗎？ 半胱氨酸：半胱氨酸：UGU；絲氨酸：；絲氨酸：UCU干擾素干擾素干擾素改干擾素改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-色氨酸色氨酸-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、GCC、GCA、GCG 色氨酸：色氨酸：UGG 賴氨酸：賴氨酸：AAA、AAG 甲硫氨酸：甲硫氨酸：AUG 苯丙氨酸：苯丙氨酸：UUU、UUC 討論：討論：1、請寫出決議這一段肽鏈的、請寫出決議這一段肽鏈的mRNA片段和基因片段

6、片段和基因片段的核苷酸序列。的核苷酸序列。2、確定目的基因的堿基序列后，怎樣才干合成或改、確定目的基因的堿基序列后，怎樣才干合成或改 造目的基因造目的基因DNA？1 1mRNAmRNA序列為：序列為： GCU GCU或或C C或或A A或或G GUGGAAAUGGAAA或或G GAUGUUUAUGUUU或或C C 脫氧核苷酸序列：脫氧核苷酸序列： CGA CGA或或G G或或T T或或C CACCTTTACCTTT或或C CTACAAATACAAA或或G G2 2確定目的基因的堿基序列后，就可以根據(jù)人確定目的基因的堿基序列后，就可以根據(jù)人類的需求改造它，經過人工合成的方法或從基因類的需求改造它

7、，經過人工合成的方法或從基因庫中獲取。庫中獲取。1、蛋白質工程的途徑、蛋白質工程的途徑預期蛋白質功能預期蛋白質功能設計預期的蛋白質構造設計預期的蛋白質構造推測應有的氨基酸序列推測應有的氨基酸序列找到相應的脫氧核苷酸序列找到相應的脫氧核苷酸序列(合成基因合成基因)基因基因DNADNA氨基酸序列氨基酸序列多肽鏈多肽鏈蛋白質蛋白質三維構造三維構造預期功能預期功能生物功能生物功能mRNAmRNA轉錄轉錄翻譯翻譯折疊折疊DNADNA合成合成分子設計分子設計-中心法那么的逆中心法那么的逆推推二、蛋白質工程的根本原理二、蛋白質工程的根本原理(P27)3 3、本質：、本質：2 2、目的、目的P26P26：根據(jù)

8、人們對根據(jù)人們對 的特定需求，的特定需求，對蛋白質的對蛋白質的 進展分子設計。進展分子設計。基因改造基因改造蛋白質功能蛋白質功能 構造構造 蛋白質工程是指以蛋白質分子的構造規(guī)律及其蛋白質工程是指以蛋白質分子的構造規(guī)律及其與生物功能的關系作為根底，經過基因修飾或基與生物功能的關系作為根底，經過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質進展改造或制造一種新的因合成，對現(xiàn)有蛋白質進展改造或制造一種新的蛋白質，以滿足人類對消費和生活的需求。蛋白質，以滿足人類對消費和生活的需求。4 4、蛋白質工程的概念、蛋白質工程的概念 P27 P27了解蛋白質的構造和功能了解蛋白質的構造和功能改造基因基因修飾或基因合成改造基因

9、基因修飾或基因合成定向改造或制造蛋白質定向改造或制造蛋白質5、基因工程與蛋白質工程的區(qū)別、基因工程與蛋白質工程的區(qū)別基因工程基因工程蛋白質工程蛋白質工程本質本質結果結果聯(lián)絡聯(lián)絡經過改造基因，以經過改造基因，以定向改造天然蛋白定向改造天然蛋白質，甚至發(fā)明自然質，甚至發(fā)明自然界不存在的蛋白質界不存在的蛋白質將目的基因從供體將目的基因從供體轉移到受體細胞，并轉移到受體細胞，并在受體細胞中表達在受體細胞中表達只能消費自然界只能消費自然界已存在的蛋白質已存在的蛋白質蛋白質工程是在基因工程根底上，延蛋白質工程是在基因工程根底上，延伸出的第二代基因工程伸出的第二代基因工程能消費自然界能消費自然界不存在的蛋白

10、質不存在的蛋白質重組重組創(chuàng)新創(chuàng)新 能不能根據(jù)人類需求的蛋白質的構造，設計相應能不能根據(jù)人類需求的蛋白質的構造，設計相應的基因，導入適宜的細菌中，讓細菌消費人類所需求的基因，導入適宜的細菌中，讓細菌消費人類所需求的蛋白質食品呢？的蛋白質食品呢？ 實際上講可以，但目前還沒有真正勝利的例子。實際上講可以，但目前還沒有真正勝利的例子。一些報道利用細菌消費人類需求的蛋白質往往都是自一些報道利用細菌消費人類需求的蛋白質往往都是自然界曾經存在的蛋白質，并非完全是人工設計出來而然界曾經存在的蛋白質，并非完全是人工設計出來而自然不存在的蛋白質。主要緣由是蛋白質的高級構造自然不存在的蛋白質。主要緣由是蛋白質的高級

11、構造非常復雜，人類對蛋白質的高級構造和在生物體內如非常復雜，人類對蛋白質的高級構造和在生物體內如何行使功能知之甚少，很難設計出一個嶄新而又具有何行使功能知之甚少，很難設計出一個嶄新而又具有生命功能作用的蛋白質，而且一個嶄新的蛋白質會帶生命功能作用的蛋白質，而且一個嶄新的蛋白質會帶來什么危害也是人們所擔憂的。來什么危害也是人們所擔憂的。 三、蛋白質工程的進展和前景三、蛋白質工程的進展和前景1 1、進展、進展P28P28： 1 1對胰島素的改造，使其成為速效型藥品。對胰島素的改造，使其成為速效型藥品。 天然胰島素制劑在儲存中易構成二聚體和天然胰島素制劑在儲存中易構成二聚體和六聚體，延緩胰島素從注射

12、部位進入血液，從六聚體，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，也添加了抗原性，這而延緩了其降血糖作用，也添加了抗原性，這是胰島素是胰島素B23-B28氨基酸殘基構造所致。利用氨基酸殘基構造所致。利用蛋白質工程技術改動這些殘基，那么可降低其蛋白質工程技術改動這些殘基，那么可降低其聚協(xié)作用，使胰島素快速起作用。該速效胰島聚協(xié)作用，使胰島素快速起作用。該速效胰島素已經過臨床實驗。素已經過臨床實驗。2水蛭素改造水蛭素改造 水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特異抑制劑，水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特異抑制劑，它有多種變異體，由它有多種變異體，由65或或66個氨基酸殘基組成。水個氨基酸殘基組

13、成。水蛭素在臨床上可作為抗栓藥物用于治療血栓疾病。蛭素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，在綜合各變異體構造特點的根為提高水蛭素活性，在綜合各變異體構造特點的根底上提出改造水蛭素主要變異體底上提出改造水蛭素主要變異體HV2的設計方案，的設計方案，將將47位的位的Asn天冬酰胺變成天冬酰胺變成Lys賴氨酸，賴氨酸，使其與分子內第使其與分子內第4或第或第5位位Thr蘇氨酸間構成氫蘇氨酸間構成氫鍵來協(xié)助水蛭素鍵來協(xié)助水蛭素N端肽段的正確取向，從而提高凝端肽段的正確取向，從而提高凝血效率，試管實驗活性提高血效率，試管實驗活性提高4倍，在動物模型上檢倍，在動物模型上檢驗抗血栓構成的

14、效果，提高驗抗血栓構成的效果，提高20倍。倍。2 2、前景誘人：、前景誘人： 探求將蛋白質工程運用于微電子探求將蛋白質工程運用于微電子方面。方面。 3 3、難度很大：、難度很大： 主要是目前科學家對大多數(shù)蛋白質的主要是目前科學家對大多數(shù)蛋白質的高級構造的了解還很不夠。高級構造的了解還很不夠。 用蛋白質工程制造的電子元件具有體積小、用蛋白質工程制造的電子元件具有體積小、耗電少和效率高的特點。耗電少和效率高的特點。 1、他知道人類蛋白質組方案嗎？它與蛋白質工程有什么關、他知道人類蛋白質組方案嗎？它與蛋白質工程有什么關系？我國科學家承當了什么義務？系？我國科學家承當了什么義務？ 人類蛋白質組方案是繼

15、人類基因組方案人類蛋白質組方案是繼人類基因組方案之后，生命科學乃至自然科學領域一項艱苦之后，生命科學乃至自然科學領域一項艱苦的科學命題。的科學命題。2001年，國際人類蛋白質組組年，國際人類蛋白質組組織宣告成立?？椥娉闪?。2003年，該組織正式提出啟動年，該組織正式提出啟動了兩項艱苦國際協(xié)作行動：一項為哪一項由了兩項艱苦國際協(xié)作行動：一項為哪一項由中國科學家牽頭執(zhí)行的中國科學家牽頭執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質組方人類肝臟蛋白質組方案；另一項為哪一項以美國科學家牽頭執(zhí)案；另一項為哪一項以美國科學家牽頭執(zhí)行的行的“人類血漿蛋白質組方案，由此拉開了人類血漿蛋白質組方案，由此拉開了人類蛋白質組方案的帷幕。

16、人類蛋白質組方案的帷幕。 四、知識拓展“人類肝臟蛋白質組方案是國際上第人類肝臟蛋白質組方案是國際上第一個人類組織器官的蛋白質組方案，由一個人類組織器官的蛋白質組方案，由我國賀福初院士牽頭，這是中國科學家第我國賀福初院士牽頭，這是中國科學家第一次領銜的艱苦國際科研協(xié)作方案，總部一次領銜的艱苦國際科研協(xié)作方案，總部設在北京，目前有設在北京，目前有16個國家和地域的個國家和地域的80多多個實驗室報名參與。它的科學目的是提示個實驗室報名參與。它的科學目的是提示并確認肝臟的蛋白質，為艱苦肝病預防、并確認肝臟的蛋白質，為艱苦肝病預防、診斷、治療和新藥研發(fā)的突破提供重要的診斷、治療和新藥研發(fā)的突破提供重要的

17、科學根底?？茖W根底。 人類蛋白質組方案的深化研討將是對蛋人類蛋白質組方案的深化研討將是對蛋白質工程的有力推進和實際支持。白質工程的有力推進和實際支持。2 2、他知道酶工程嗎、他知道酶工程嗎? ?絕大多數(shù)酶都是蛋白質，絕大多數(shù)酶都是蛋白質，酶工程和蛋白質工程有什么區(qū)別？酶工程和蛋白質工程有什么區(qū)別？ 酶工程就是指將酶所具有的生物催化作用，借助工酶工程就是指將酶所具有的生物催化作用，借助工程學的手段，運用于消費、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境維護程學的手段，運用于消費、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境維護等方面的一門科學技術。如加酶洗衣粉等方面的一門科學技術。如加酶洗衣粉 通常所說的酶工程是用工程菌消費酶制劑，而沒有經

18、通常所說的酶工程是用工程菌消費酶制劑，而沒有經過由酶的功能來設計酶的分子構造，然后由酶的分子構過由酶的功能來設計酶的分子構造，然后由酶的分子構造來確定相應基因的堿基序列等步驟。造來確定相應基因的堿基序列等步驟。 因此，酶工程的重點在于對已存酶的合理充分利用，因此，酶工程的重點在于對已存酶的合理充分利用，而蛋白質工程的重點那么在于對已存在的蛋白質分子的而蛋白質工程的重點那么在于對已存在的蛋白質分子的改造。當然，隨著蛋白質工程的開展，其成果也會運用改造。當然，隨著蛋白質工程的開展，其成果也會運用到酶工程中，使酶工程成為蛋白質工程的一部分。到酶工程中，使酶工程成為蛋白質工程的一部分。小結小結1、蛋白

19、質工程崛起的緣由、蛋白質工程崛起的緣由2、蛋白質工程的原理：、蛋白質工程的原理： 中心法那么的逆推中心法那么的逆推預期的蛋白質功能出發(fā)預期的蛋白質功能出發(fā)推測應有的氨基酸序列推測應有的氨基酸序列設計預期的蛋白質構造設計預期的蛋白質構造找到相應的脫氧核苷酸序列找到相應的脫氧核苷酸序列3、蛋白質工程的進展和前景、蛋白質工程的進展和前景練習檢測練習檢測1蛋白質工程中直接需求進展操作的對象蛋白質工程中直接需求進展操作的對象是是 氨基酸構造氨基酸構造 B蛋白質空間構造蛋白質空間構造 C肽鏈構造肽鏈構造 D基因構造基因構造 2、蛋白質工程的根本流程正確的選項是、蛋白質工程的根本流程正確的選項是 蛋白質分子構造設計蛋白質分子構造設計 DNA合成合成 預期蛋白質功能預期蛋白質功能 據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列 A. B. C. D.C 3、關于基因工程和蛋白質工程的說法正確的