高中生物 蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用 蛋白質(zhì)工程 課件

1、廣東省教育科學(xué)規(guī)劃課題“基于深度學(xué)習(xí)的高中生物學(xué)情境教學(xué)實(shí)踐研究”（立項(xiàng)編號2021YQJK598）研究成果第3章 基因工程 第4節(jié) 蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用生物學(xué)選擇性必修3年 級：高二年級 學(xué) 科：生物學(xué)（人教版）主講人：姚舒 學(xué) 校：深圳市新安中學(xué)（集團(tuán)）高中部糖尿病和胰島素從重組人胰島素到胰島素類似物蛋白質(zhì)工程的原理蛋白質(zhì)工程的其他應(yīng)用CONTENTS糖尿病和胰島素“閉目逾十旬，大江不止渴?！倍鸥?/01糖尿病與胰島素糖尿病是以血糖升高為特征、以胰島素缺乏或利用障礙（胰島素抵抗）引起的糖代謝異常性疾??；長期血糖升高引起的并發(fā)癥高達(dá)100多種，是目前已知并發(fā)癥最多的一種疾病。胰島素的發(fā)現(xiàn)和

2、用于臨床治療，不僅能很好的控制高血糖，也使糖尿病患者恢復(fù)原有的壽命，得到與正常人相同的享受生活的權(quán)利。胰島素的來源胰島素制備的兩種方法以動物胰臟為原料提取胰島素傳統(tǒng)胰島素-豬、牛胰臟提取重組DNA技術(shù)生產(chǎn)人胰島素AB鏈合成：分別表達(dá)AB鏈，化學(xué)方法連接Ins A鏈Ins B鏈轉(zhuǎn)化大腸桿菌發(fā)酵A鏈B鏈純化二硫鍵活性胰島素 需要導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞的質(zhì)粒上需要重組什么基因呢？基因來源是什么呢？能否將人胰島素基因直接導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)？重組人胰島素的誕生和局限性1982年第一個基因工程藥物：重組人胰島素重組人胰島素存在問題： 能不能改造胰島素的結(jié)構(gòu)，使其不易聚合，且仍然具有胰島素的功能特性呢？如何克服？

3、 容易形成二聚體或六聚體，延緩了療效。從重組人胰島素到胰島素類似物為了改善糖尿病人的生活質(zhì)量/02怎樣解決分子聚合的問題？ 研究發(fā)現(xiàn)，改變胰島素B鏈末端兩個氨基酸導(dǎo)致羧基端構(gòu)型改變，比如將B28和29位的氨基酸調(diào)換位置，該轉(zhuǎn)換可降低分子自聚力，顯著抑制單聚體聚集，可以大大增加吸收速率。怎樣合成特定氨基酸序列的多肽鏈呢？如何對天然胰島素的B鏈進(jìn)行改造并大規(guī)模生產(chǎn)呢？ 可否直接改造蛋白質(zhì)分子呢？ 可以通過對基因的操作來實(shí)現(xiàn)對胰島素改造，原因是：（1）任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且改造過的蛋白質(zhì)可以遺傳下去。如果對蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白

4、質(zhì)分子還是無法遺傳的。（2）對基因進(jìn)行改造比對蛋白質(zhì)直接改造要容易操作，難度要小得多。能否讓大腸桿菌直接表達(dá)所需氨基酸序列的胰島素產(chǎn)品嗎？可以通過什么途徑呢？ 難度大，成本高昂。如何找到蛋白質(zhì)的氨基酸序列呢？通過在Genbank數(shù)據(jù)庫（）中搜索更改B28和29位后的蛋白質(zhì)序列為：FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTKPT正常人胰島素B鏈的蛋白質(zhì)序列為：FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTPKT中文名稱單字母符號中文名稱單字母符號甘氨酸G蘇氨酸T丙氨酸A半胱氨酸C纈氨酸V蛋氨酸M亮氨酸L天冬酰胺N異亮氨酸I谷氨酰胺Q脯氨酸P天冬氨酸D苯丙氨酸F谷氨酸E酪氨酸Y

5、賴氨酸K色氨酸W精氨酸R絲氨酸S組氨酸H怎樣得到基因序列？更改B28和29位后的蛋白質(zhì)序列為：FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTKPT正常人胰島素B鏈的蛋白質(zhì)序列為：FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTPKT 怎樣得出替換氨基酸后的胰島素B鏈基因序列？ 得到改造的胰島素B鏈基因序列是唯一的嗎？ 根據(jù)密碼子推出對應(yīng)mRNA序列，再根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則推出基因序列。 不是，密碼子具有簡并性。怎樣獲得目的基因？ 確定目的基因的堿基序列之后，怎樣才能合成或改造目的基因？ 確定目的基因的堿基序列后，可以人工合成或者從基因文庫中獲取目的基因。對基因的改造經(jīng)常會用到基因

6、定點(diǎn)突變技術(shù)來進(jìn)行堿基的替換、增添。 PCR介導(dǎo)的定點(diǎn)突變 在最初所建立的PCR方法中就可看出只要引物帶有錯配堿基便可使PCR產(chǎn)物的末端引入突變。胰島素類似物速效胰島素類似物蛋白質(zhì)工程的原理蛋白質(zhì)工程的原理、過程以及和基因工程的區(qū)別/03蛋白質(zhì)工程的原理按照人類需要依據(jù)蛋白結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)改造或制造新蛋白質(zhì)通過基因修飾或基因合成1、蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)2、蛋白質(zhì)工程的實(shí)質(zhì) 通過基因修飾或基因合成，改造基因。 根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計，生產(chǎn)出符合人類生產(chǎn)和生活需要的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程的原理3、蛋白質(zhì)工程流程圖生物性狀基因DNAmRNA轉(zhuǎn)錄氨基酸序列多肽鏈翻譯蛋

7、白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)折疊分子設(shè)計DNA合成預(yù)期功能生物性狀4、蛋白質(zhì)工程的原理正向和逆向中心法則蛋白質(zhì)工程與基因工程的區(qū)別項(xiàng)目蛋白質(zhì)工程基因工程過程預(yù)期蛋白質(zhì)功能設(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相對應(yīng)脫氧核苷酸序列合成預(yù)期蛋白基因DNA構(gòu)建基因表達(dá)載體將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測與鑒定獲取目的基因構(gòu)建基因表達(dá)載體將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測與鑒定原理定向改造或生產(chǎn)人類所需蛋白質(zhì)（逆向和正向的中心法則）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（正向中心法則）結(jié)果生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì)生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)工程的其他應(yīng)用讓我們腦洞大開/04醫(yī)藥方面干擾素

8、：體外不易保存若將干擾素分子上的一個半胱氨酸變成絲氨酸，那么在-70的條件下，可以保存半年，而活性不發(fā)生改變。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面玉米中賴氨酸（必需氨基酸）含量比較低。賴氨酸含量低天冬氨酸激酶二氫吡啶二羧酸合成酶賴氨酸合成增多抑制這兩種酶活性賴氨酸含量很難提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面玉米中賴氨酸含量可提高5倍改造352位的蘇氨酸104位的天冬酰胺天冬氨酸激酶二氫吡啶二羧酸合成酶異亮氨酸改造異亮氨酸玉米中賴氨酸含量可提高2倍討論：蛋白質(zhì)工程改善我們的生活，你還能舉出其他例子嗎？蛋白質(zhì)功能高級結(jié)構(gòu)依賴十分復(fù)雜，目前對大多數(shù)蛋白的高級結(jié)構(gòu)了解有限蛋白質(zhì)工程的局限性課后作業(yè)2、T4溶菌酶是一種重要的工業(yè)用酶，但是它在溫度較高時容易失去活性。為了提高T4溶菌酶的耐熱性，科學(xué)家首先對影響T4溶菌酶耐熱性的一些重要結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。然后以此為依據(jù)對相關(guān)基因進(jìn)行改造，使T4溶菌酶的第3位異亮氨酸變?yōu)榘腚装彼帷Ｓ谑?，在該半胱氨酸與第97位的半胱氨