【高中生物】蛋白質(zhì)工程的原理和應用課件+高二下學期人教版選擇性必修3

第4節(jié)蛋白質(zhì)工程的原理和應用第三章

基因工程復習——基因工程的應用基因工程已經(jīng)取得了一系列的成功，為什么還要進行蛋白質(zhì)工程的研究？基因工程實質(zhì)將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物的體內(nèi)，后者可以產(chǎn)生它本不能產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，進而表現(xiàn)出新性狀。局限性基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。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生存的需要，卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。天然蛋白質(zhì)的缺陷基因工程實質(zhì)將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物的體內(nèi)，后者可以產(chǎn)生它本不能產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，進而表現(xiàn)出新性狀。局限性基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。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生存的需要，卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。天然蛋白質(zhì)的缺陷某種微生物合成的蛋白酶與人體消化液中的蛋白酶結(jié)構(gòu)與功能相似，可以將其制成藥片治療消化不良，但該酶的熱穩(wěn)定差，進入人體后容易失效蛋白質(zhì)工程蛋白質(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系作為基礎，通過改造或合成基因，來改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類生產(chǎn)和生活的需求。（1）基礎：蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關系（2）操作：改造或合成基因（3）操作對象：基因（4）目的：改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類生產(chǎn)和生活的需求（5）地位：在基因工程基礎上延伸出來的第二代基因工程（6）理論和技術(shù)：分子生物學、晶體學和計算機技術(shù)蛋白質(zhì)工程的實質(zhì)天然蛋白質(zhì)的合成過程天然蛋白質(zhì)的合成是按照

進行的DNA轉(zhuǎn)錄mRNA翻譯肽鏈盤曲折疊具有空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)表達生物特有的功能或性狀蛋白質(zhì)只有具有一定空間結(jié)構(gòu)，才能表達特有性狀或具有特定功能。中心法則中心法則包括DNA和RNA的自我復制，轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄和翻譯蛋白質(zhì)工程的基本思路——中心法則的逆推蛋白質(zhì)（三維結(jié)構(gòu)）預期功能生物功能翻譯折疊行使轉(zhuǎn)錄設計推測改造或合成mRNA目的基因預期功能推測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)氨基酸序列mRNA設計推測查密碼子表丙氨酸色氨酸賴氨酸谷氨酸苯丙氨酸……蛋白質(zhì)工程的基本思路——中心法則的逆推密碼子的簡并性蛋白質(zhì)工程的基本思路——中心法則的逆推……-丙氨酸-色氨酸-賴氨酸-谷氨酸-苯丙氨酸-……氨基酸序列：GCU(或C或A或G)UGGAAA(或G)GAA(或G）UUU(或C)mRNA序列：GCT(或C或A或G)TGGAAA(或G)GAA（或G）TTT(或C)CGA(或G或T或C)ACCTTT(或C)CTT（或C）AAA(或G)DNA序列：查密碼子表根據(jù)堿基互補配對原則蛋白質(zhì)工程的基本思路——中心法則的逆推蛋白質(zhì)（三維結(jié)構(gòu)）預期功能生物功能翻譯折疊行使轉(zhuǎn)錄設計推測改造或合成mRNA目的基因預期功能生物功能推測翻譯折疊轉(zhuǎn)錄基因DNA蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)氨基酸序列mRNA設計行使推測①化學方法人工合成②應用基因定點突變技術(shù)來進行堿基的替換、增添改造或合成蛋白質(zhì)工程的基本思路思考1：為什么要通過改造基因來完成蛋白質(zhì)的改造，而不是直接對蛋白質(zhì)進行改造？①蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)十分復雜，直接改造難度大氨基酸之間脫水縮合形成肽鏈一條肽鏈的特定區(qū)域進行有規(guī)律的盤曲折疊這條肽鏈進一步盤曲折疊形成了一定的空間結(jié)構(gòu)四條肽鏈聚集在一起形成復雜的空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)工程的基本思路思考1：為什么要通過改造基因來完成蛋白質(zhì)的改造，而不是直接對蛋白質(zhì)進行改造？①蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)十分復雜，直接改造難度大②蛋白質(zhì)是由基因編碼的，改造了基因可以間接改造蛋白質(zhì)③基因可以遺傳，蛋白質(zhì)無法遺傳蛋白質(zhì)工程的基本思路思考1：為什么要通過改造基因來完成蛋白質(zhì)的改造，而不是直接對蛋白質(zhì)進行改造？①蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)十分復雜，直接改造難度大②蛋白質(zhì)是由基因編碼的，改造了基因可以間接改造蛋白質(zhì)③基因可以遺傳，蛋白質(zhì)無法遺傳思考2：基因工程中的目的基因與蛋白質(zhì)工程中的目的基因有何區(qū)別？基因工程的目的基因一般是天然存在的，而蛋白質(zhì)工程中的目的基因不是天然存在的蛋白質(zhì)工程vs基因工程項目蛋白質(zhì)工程基因工程操作對象操作起點操作水平操作流程結(jié)果實質(zhì)聯(lián)系基因基因DNA分子水平DNA分子水平預期蛋白質(zhì)功能→設計蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測氨基酸序列→找到并改變對應的脫氧核苷酸序列（基因）或合成新基因→獲得所需要的蛋白質(zhì)目的基因的篩選與獲取→構(gòu)建基因表達載體→將目的基因?qū)胧荏w細胞→目的基因的檢測與鑒定可生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì)生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì)通過改造或合成基因來定向改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造新的蛋白質(zhì)將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，后者可以產(chǎn)生它本不能產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，進而表現(xiàn)出新的性狀①蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎上延伸出來的第二代基因工程；②蛋白質(zhì)工程離不開基因工程，其包含基因工程的基本操作。預期蛋白質(zhì)功能目的基因蛋白質(zhì)工程vs基因工程思考3：如何辨別一個操作是基因工程還是蛋白質(zhì)工程？是否改造原有基因或合成新的基因看蛋白質(zhì)看基因是否為天然蛋白質(zhì)是否蛋白質(zhì)工程基因工程是否蛋白質(zhì)工程基因工程蛋白質(zhì)工程vs基因工程下列表述中，屬于蛋白質(zhì)工程的是__________①通過對胰島素基因的改造，有效抑制了胰島素的聚合②將干擾素分子上的一個半胱氨酸變成絲氨酸，在一定條件下，可以延遲保存時間③利用大腸桿菌來生產(chǎn)人的胰島素④將小鼠抗體上結(jié)合抗原的區(qū)域與人的抗體進行“嫁接”⑤利用植物細胞來生產(chǎn)藥物⑥通過改造參與調(diào)控光合作用的酶，來提高植物光合作用的效率⑦生產(chǎn)單克隆抗體①②④⑥蛋白質(zhì)工程的應用——醫(yī)藥天然蛋白質(zhì)易形成二聚體或六聚體預期結(jié)構(gòu)改造B28位脯氨酸替換為天冬氨酸或?qū)⑺cB29位的賴氨酸交換位置新胰島素基因轉(zhuǎn)錄mRNA折疊預期功能行使功能降低胰島素的聚合作用設計結(jié)構(gòu)改變B鏈第20～29位氨基酸組成推測序列翻譯多肽鏈有效抑制胰島素的聚合（1）研發(fā)速效胰島素類似物蛋白質(zhì)工程的應用——醫(yī)藥天然干擾素不易保存預期結(jié)構(gòu)改造一個半胱氨酸變成絲氨酸新干擾素基因轉(zhuǎn)錄mRNA折疊預期功能行使功能延長保存時間設計結(jié)構(gòu)氨基酸替換推測序列翻譯多肽鏈在-70℃下可以保存半年（2）延長干擾素體外保存時間蛋白質(zhì)工程的應用——醫(yī)藥（3）降低人對小鼠單抗隆抗體的免疫反應通過改造基因，將小鼠抗體上結(jié)合抗原的區(qū)域（即可變區(qū)）“嫁接”到人的抗體（即恒定區(qū)）上，經(jīng)過這樣改造的抗體誘發(fā)免疫反應的強度就會減低很多。蛋白質(zhì)工程的應用用于改進酶的性能或開發(fā)新的工業(yè)用酶，如利用蛋白質(zhì)工程獲得枯草桿菌蛋白酶的突變體，篩選出符合工業(yè)化生產(chǎn)需求的突變體，提高該酶的使用價值（1）改造某些參與調(diào)控光合作用的酶，以提高植物光合作用的速率，增加糧食的產(chǎn)量。（2）利用蛋白質(zhì)工程的思路設計優(yōu)良微生物農(nóng)藥，通過改造微生物蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，使它防治病蟲害的效果增強。工業(yè)方面農(nóng)業(yè)方面總結(jié)一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由：基因工程原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。二、蛋白質(zhì)工程的基本原理：預期蛋白質(zhì)功能→設計蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測氨基酸序列→找到并改變對應的脫氧核苷酸序列（基因）或合成新基因→獲得所需要的蛋白質(zhì)三、蛋白質(zhì)工程的應用練習例1

下圖表示蛋白質(zhì)工程的操作過程，相關敘述<zzd>錯誤</zzd>的是(

)。A.蛋白質(zhì)工程是以基因工程為基礎的生物工程技術(shù)B.蛋白質(zhì)工程需要改變蛋白質(zhì)分子的所有氨基酸序列C.蛋白質(zhì)工程中對蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的了解是非常關鍵的工作D.蛋白質(zhì)工程可以改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造一種新的蛋白質(zhì)B練習對點練1

下列關于蛋白質(zhì)工程的說法，<zzd>錯誤</zzd>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)分子直接進行操作的C.蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生自然界中不曾存在的新型蛋白質(zhì)分子D.蛋白質(zhì)工程需要從預期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)，從而設計出相應的基因B練習例2

下列關于蛋白質(zhì)工程應用的敘述，<zzd>不正確</zzd>的是(

)。A.蛋白質(zhì)工程實施中最大的難題是對大多數(shù)蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)不清楚B.將人的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌細胞內(nèi)，使大腸桿菌產(chǎn)生人的胰島素的技術(shù)屬于蛋白質(zhì)工程C.蛋白質(zhì)工程可以改變蛋白質(zhì)的活性，實質(zhì)是通過基因改造或基因合成來實現(xiàn)的D.蛋白質(zhì)工程可以對胰島素進行改造和修飾，合成速效型胰島素制劑B練習胰島素可以用于治療糖尿病，但是胰島素被注射到人體中后，會堆積在皮下，要經(jīng)過較長的時間才能進入血液，而進入血液的胰島素又容易被分解，因此，治療效果受到影響。下圖表示用蛋白質(zhì)工程設計速效胰島素的生產(chǎn)過程，據(jù)圖回答下列問題：（1）蛋白質(zhì)工程的目標是根據(jù)人們對____________的特定需求，對蛋白質(zhì)的______進行設計改造。蛋白質(zhì)功能結(jié)構(gòu)練習（2）人工合成的新的胰島素基因在導入受體細胞前要先構(gòu)建______________，其目的是使目的基因在__________中穩(wěn)定存在，并且可以遺傳給下一代，同時使目的基因能夠________________。在這個過程中需要__________________酶的參與。成熟的基因表達載體除了含有新的胰島素基因外，還必須有啟動子、終止子以及__________________等?；虮磉_載體受體細胞

表達和發(fā)揮作用限制酶和DNA連接標記基因、復制原點（3）在將基因表達載體導入大腸桿菌時，一般要用___________