人教版高中生物專題蛋白質(zhì)工程的崛起-完整版課件

選修3現(xiàn)代生物科技專題專題1基因工程1.4蛋白質(zhì)工程的崛起一、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，或制造一種新蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。

蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代基因工程，是包含多學(xué)科的綜合科技工程領(lǐng)域。2、蛋白質(zhì)工程的目的生產(chǎn)符合人類生產(chǎn)和生活的需要的

。二、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由1、基因工程的不足基因工程在原則上只能生產(chǎn)

的蛋白質(zhì)。這些天然蛋白質(zhì)是生物在長期進化過程中形成的，它們的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種

的需要，卻不一定完全符合人類的

的需要。蛋白質(zhì)生存自然界已存在的生產(chǎn)和生活滿足人類生產(chǎn)和生活的需要實例：改造干擾素（第17位為半胱氨酸）體外很難保存干擾素（第17位為絲氨酸）體外可以保存半年玉米中賴氨酸含量比較低天冬氨酸激酶（第352位為蘇氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶（第104位為天冬酰胺）改造改造天冬氨酸激酶（第352位為異亮氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶（第104位為異亮氨酸）玉米中賴氨酸含量可提高數(shù)倍1、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(xué)家承擔了什么任務(wù)？旁欄思考題

人類蛋白質(zhì)組計劃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)域一項重大的科學(xué)命題。2001年，國際人類蛋白質(zhì)組組織宣告成立。2003年，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(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃”；另一項是以美國科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類血漿蛋白質(zhì)組計劃”，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”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(xué)家第一次領(lǐng)銜的重大國際科研協(xié)作計劃，總部設(shè)在北京，目前有16個國家和地區(qū)的80多個實驗室報名參加。它的科學(xué)目標是揭示并確認肝臟的蛋白質(zhì)，為重大肝病預(yù)防、診斷、治療和新藥研發(fā)的突破提供重要的科學(xué)基礎(chǔ)。

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。2.對天然蛋白質(zhì)進行改造，你認為應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現(xiàn)？答：毫無疑問應(yīng)該從對基因的操作來實現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)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，改造了基因即對蛋白質(zhì)進行了改造，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，被改造過的蛋白質(zhì)分子還是無法遺傳的。（2）對基因進行改造比對蛋白質(zhì)直接改造要容易操作，難度要小得多。旁欄思考題三、蛋白質(zhì)工程的基本原理1、目標：根據(jù)人們對蛋白質(zhì)

的特定需求，對蛋白質(zhì)的

進行分子設(shè)計。2、原理：改造基因（基因

或基因

）。3、基本途徑：預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計

→推測應(yīng)有的

序列→找到對應(yīng)的

序列。功能結(jié)構(gòu)修飾合成預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)氨基酸脫氧核苷酸蛋白質(zhì)工程的流程基因DNA氨基酸序列多肽鏈

蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)預(yù)期功能生物功能mRNA轉(zhuǎn)錄翻譯折疊DNA合成分子設(shè)計天然蛋白質(zhì)合成的過程：基因表達（轉(zhuǎn)錄和翻譯）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)行使生物功能預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測應(yīng)有的氨基酸序列找到相應(yīng)的脫氧核苷酸序列蛋白質(zhì)工程的基本途徑：

異想天開

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)入合適的細菌中，讓細菌生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)食品呢？

理論上講可以，但目前還沒有真正成功的例子。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)和在生物體內(nèi)如何行使功能知之甚少，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)，而且一個嶄新的蛋白質(zhì)會帶來什么危害也是人們所擔心的。四、蛋白質(zhì)工程的進展與前景1、科學(xué)家通過對胰島素的改造，使其成為速效型藥品。2、改造酶結(jié)構(gòu)，提高酶的熱穩(wěn)定性和催化活性。3、生物制藥——人—鼠嵌合抗體。4、蛋白質(zhì)工程用于微電子方面。

蛋白質(zhì)工程匯集了當代分子生物學(xué)等學(xué)科的一些前沿領(lǐng)域的最新成就，它把核酸與蛋白質(zhì)結(jié)合、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與生物功能結(jié)合起來研究。蛋白質(zhì)工程將蛋白質(zhì)與酶的研究推進到嶄新的時代，為蛋白質(zhì)和酶在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥方面的應(yīng)用開拓了誘人的前景。蛋白質(zhì)工程開創(chuàng)了按照人類意愿改造、創(chuàng)造符合人類需要的蛋白質(zhì)的新時期。

蛋白質(zhì)工程是一項難度很大的工程，目前成功的例子不多，主要是因為蛋白質(zhì)發(fā)揮其功能需要依賴于正確的高級結(jié)構(gòu)，而科學(xué)家目前對大多數(shù)蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)了解很少。B例1例2B例3C

蛋白質(zhì)工程的基本流程正確的是

①蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計

②DNA合成

③預(yù)期蛋白質(zhì)功能

④根據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列

A．①②③④B．④②①③

C．③①④②D．③④①②Ｃ例4

關(guān)于蛋白質(zhì)工程的進展和應(yīng)用，下列說法不正確的是

A．科學(xué)家通過對胰島素的改造，已使其成為速效藥品

B．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

C．蛋白質(zhì)工程技術(shù)已經(jīng)非常成熟，目前正被大力推廣應(yīng)用

D．蛋白質(zhì)工程是一項難度很大的工程，目前成功的例子不多C例5(1)飼料加工過程溫度較高，要求植酸酶具有較好的高溫穩(wěn)定性。利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)對其進行改造時，首先必須了解植酸酶的

，然后改變植酸酶的________，從而得到新的植酸酶。(2)培育轉(zhuǎn)植酸酶基因的大豆，可提高其作為飼料原料時磷的利用率。將植酸酶基因?qū)氪蠖辜毎Ｓ玫姆椒ㄊ莀_____________________。請簡述獲得轉(zhuǎn)基因植株的完整過程：分子結(jié)構(gòu)及預(yù)期功能基因農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法首先將目的基因與質(zhì)粒組合，構(gòu)建基因表達載體，將含目的基因的表達載體導(dǎo)入植物細胞，通過植物組織培養(yǎng)獲得表現(xiàn)新性狀的植物例6(3)為了提高豬對飼料中磷的利用率，科學(xué)家將帶有植酸酶基因的重組質(zhì)粒通過

轉(zhuǎn)入豬的受精卵中。該受精卵培養(yǎng)至一定時期可通過________方法，從而一次得到多個轉(zhuǎn)基因豬個體。(4)若