蛋白質工程教案

10/12第三節(jié)蛋白質工程理解蛋白質工程的概念和原理。(重、難點)把握基因工程和蛋白質工程的區(qū)分和聯(lián)系。(重點)了解蛋白質工程的應用和進展。學問點一|蛋白質工程的概念和原理概念根底：蛋白質的構造和功能的關系。手段：借助計算機關心設計、基因定點誘變和重組DNA技術改造基因。(3)目的：定向改造自然蛋白質，甚至制造自然界不存在的蛋白質。原理①前提條件：了解蛋白質的構造和功能的關系。X射線晶體衍射法②了解蛋白質構造的方法核磁共振法DNA和蛋白質測序技術構造推想與設計：構建蛋白質空間構造模型?；蚬こ蹋簩蜻M展改造，是蛋白質工程的關鍵技術。改造類型大改中改小改

操作程序依據(jù)氨基酸的性質和特點，設計并制造出自然界中不存在的全蛋白質，使之具有特定的氨基酸序列、空間構造和預期功能在蛋白質分子中替代某一個多肽鏈片段或一個特定的構造通過基因工程中的定點誘變技術，有目的地改造蛋白質分子中某活性部位的一個或幾個氨基酸殘基，以改善蛋白質的性質和功能蛋白質純化：純化蛋白質，測定和分析其構造和功能。功能分析：分析蛋白質的生物學和化學特性。[[合作探討]β干擾素基因進展定點突變導入大腸桿菌中表達使干擾素第十七位的半胱氨酸轉變成絲氨酸β干擾素的抗病活性并且提高了儲存穩(wěn)定性。探討1：上述材料中的技術屬于什么工程？提示：蛋白質工程。探討2：蛋白質工程為什么需要直接改造基因，而不直接改造蛋白質？了改造即使改造成功的蛋白質也是無法遺傳的。②對基因進展改造比對蛋白質直接改造要簡潔操作，難度要小得多。探討3：蛋白質工程操作的根本思路是什么？[思維升華]→設計預期的蛋白質構造→推想應有的氨基酸序列→找到相對應的脫氧核苷酸序列(基因)[思維升華]1．對概念的理解(1)首先了解蛋白質的構造和功能。(2)其次是設計蛋白質。實質是改造基因。最終合成出自然界不存在的蛋白質。2．根本原理3．了解蛋白質構造的方法實施蛋白質工程的前提條件是通過物理化學與生物化學等技術手段了解蛋白質構造與功能的關系，所以首先要了解蛋白質的構造。(1)三維構造：X射線晶體衍射法。(2)構象：核磁共振法。(3)一級構造(氨基酸序列)：DNA和蛋白質測序技術。4．核心技術——定點誘變技術和非定點誘變技術定點誘變技術：基因的定點誘變技術是轉變蛋白質構造的核心技術之一。工程工程內容原料脫氧核苷酸條酶件引物DNA多聚酶(聚合酶)和DNA連接酶含突變位點的DNA分子片段操作方法結果PCR技術后代中半數(shù)為誘變的DNA分子適用范圍特點空間構造完全清楚的蛋白質，進展“小改”定點誘變有目的性和針對性非定點誘變技術來進展蛋白質的改造。②特點：非定點誘變突變位點多，有時甚至會產生意想不到的改造效果。[特別提示]有關蛋白質工程的三點提示，改造了基因即對蛋白質進展了改造，被改造的蛋白質也是無法遺傳下去的。需要表達出相應的蛋白質，同樣需將改造或合成的基因導入受體細胞。蛋白質工程中經(jīng)過處理得到的基因與基因突變得到的基因有較大差異而蛋白質工程中的基因則沒有。蛋白質工程中對蛋白質分子進展設計時，主要包括哪幾種( )①進展少數(shù)氨基酸的替換②對不同來源的蛋白質的拼接 排列挨次動身設計全的蛋白質④直接轉變蛋白質的空間構造A．①② B．①②③ C．②③④ D．①②④【解析】蛋白質工程中對蛋白質分子進展設計時不能直接轉變蛋白質的能對不同來源的蛋白質進展拼接夠從氨基酸的排列挨次動身設計全的蛋白質?！敬鸢浮緽以下有關蛋白質工程的表達，不正確的選項是( )A．收集大量的蛋白質分子構造的信息，以便分析構造與功能之間的關系B．可以推想具有確定氨基酸序列的蛋白質的空間構造和生物功能C．依據(jù)特定的生物功能，設計蛋白質的氨基酸序列和空間構造D．依據(jù)人們的需要，直接對氨基酸的分子構造進展改造【解析】蛋白質工程中需要收集大量的蛋白質分子構造的信息以便分析構造與功能之間的關系，A和生物功能，B正確；蛋白質工程能依據(jù)特定的生物功能，設計蛋白質的氨基酸序列和空間構造，C正確；依據(jù)人們的需要，通過對基因進展改造來實現(xiàn)對蛋白質的改造，D錯誤?！敬鸢浮緿學問點二|蛋白質工程的應用改造酶的構造，提高酶的熱穩(wěn)定性生物工程制藥實例1：鼠源雜交瘤抗體的改造?？贵w。②結果：對人體的不良反響削減。實例2：對t PA的改造。①t PA功能：溶解血栓塊，醫(yī)治心肌梗死等疾病。②改造方法：將t PA分子中的天冬酰胺替換為谷氨酰胺。③結果：t PA在血液循環(huán)中停留時間延長，療效更加顯著。疾病診斷方法：蛋白質芯片法。原理：抗原—抗體的特異性結合。(3)實例：SARS病毒的檢測與診斷。[合作探討[合作探討]資料1 富含賴氨酸的蛋白質編碼基因導入玉米細胞可以提高玉米中的賴氨酸含量；資料2 程中的天冬氨酸激酶和二氫吡啶二羧酸合成酶的個別氨基酸，使兩種酶的活性提高，也可以提高玉米中的賴氨酸含量。探討11、2中的技術分別屬于什么工程？提示：基因工程；蛋白質工程。探討2：上述兩種提高玉米中賴氨酸含量的技術的實質一樣嗎？為什么？程實質是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品。探討3：蛋白質工程和基因工程的操作對象以及得到的蛋白質一樣嗎？分別表達在哪些方面？提示：(1)操作對象一樣都是基因。(2)得到的蛋白質不同：蛋白質工程可以得到自然界沒有的的蛋白質；基因工程得到的是自然界原有的蛋白質。探討4：基因工程和蛋白質工程是否都遵循中心法則？為什么？[思維升華][思維升華](1)緣由(2)方法①方法一：通過替換酶的幾種氨基酸，可以提高酶的熱穩(wěn)定性。②方法二：在蛋白質分子中引入二硫鍵也可以顯著提高蛋白質的熱穩(wěn)定性。制造速效胰島素緣由：胰島素進入血液速度緩慢的主要緣由是胰島素分子會聚合成二聚體或多聚體。BB28脯氨酸—B29賴氨酸改B28賴氨酸—B29脯氨酸，獲得單體速效胰島素。鼠—人嵌合抗體的形成緣由：小鼠單克隆抗體的制備比較簡潔，但這種鼠源性的單克隆抗體會被人的免疫系統(tǒng)排斥，不能直接用于人體。方法：在基因水平上對抗體進展重組嵌合抗體，就是保存鼠單克隆抗體原性顯著下降，而抗體的特異識別功能沒有喪失，可用于臨床治療。制造長效纖維蛋白溶解酶原激活因子緣由：組織纖溶酶原激活物(t-PA)專一激活人體內的纖溶系統(tǒng)，保證血液循環(huán)的暢通。但t-PA進入血漿后大局部與纖溶酶原激活劑抑制物形成復合物，并快速失去活性。(t-PA)分子中的天冬酰胺替換為谷氨酰胺，使t-PA在血液循環(huán)中的停留時間大大延長，療效更加顯著。蛋白質工程和基因工程的區(qū)分和聯(lián)系(1)區(qū)分實質

生物體外預期蛋白質的功能定向改造和生產人類所需要的蛋白質

獵取目的基因定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需的生物類型或產品操作對象 基因確定蛋白質功能→設計預期蛋白質構造→推想氨基酸序列→操作程序找到相應的脫氧核苷酸序列→人工合成或修飾目的基因→合成具有相應生物功能的蛋白質主要集中在對現(xiàn)有蛋白質進展應用改造

獵取目的基因→構建表達載體→導入受體細胞→目的基因的檢測與鑒定已被廣泛應用，轉基因植物的推廣與應用已帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟效益只能生產自然界已有的蛋白結果(2)聯(lián)系

可生產自然界沒有的蛋白質質①蛋白質工程是在基因工程根底上，延長出的其次代基因工程。②基因工程中所利用的某些酶需要通過蛋白質工程進展修飾、改造。[特別提示]基因工程沒有產生基因，只相當于人工基因重組。以下關于蛋白質工程應用的表達，正確的選項是( )A．基因工程和蛋白質工程產生的變異都是可遺傳的B．蛋白質工程和基因工程的目的是獲得人類需要的蛋白質，所以二者沒有區(qū)分C．只有利用蛋白質工程才可以在大腸桿菌細胞中得到人的胰島素適宜的溫度、pH條件下，干擾素可以大量自我合成【解析】基因工程和蛋白質工程產生的變異都導致遺傳物質發(fā)生了轉變，因此都是可遺傳的，A白質但前者可以產生自然界中沒有的蛋白質而后者所得蛋白質是自然界中已有的，B，C錯誤；干擾素不能進展自我合成，D錯誤?！敬鸢浮緼胰島素可以用于治療糖尿病，但是胰島素被注射入人體后，會積存在皮有關問題。構建的蛋白質模型是蛋白質工程的關鍵，圖中構建的胰島素模型的主要依據(jù)是 。圖解中從的胰島素模型到的胰島素基因的根本思路是：依據(jù)的胰島素的 推測出其基因中的 ，然后利用 來合成的基因。的胰島素基因與運載體(質粒)結合過程中需要 酶和 酶。假設將含有的胰島素基因的表達載體導入植物細胞中，最常用的有效做法是 。 、 和發(fā)酵工程?！窘馕觥?1)，對因此題圖中構建的胰島素模型的依據(jù)是預期胰島素的功能。由的蛋白質模型到構建的基因，其根本設計思路是依據(jù)的蛋白質中氨基酸的序列，推想出基因中的脫氧核苷酸序列，DNA合成儀直接合需對原有的胰島素進展改造依據(jù)的胰島素中氨基酸的序列推想出其基因中的脫氧核苷酸序列，人工合成的胰島素基因，形成目的基因。，需要用限制性核酸內切酶DNA連接酶，然后將基因表達載體導入受體細胞中才能得以表達。把基因表達載體導入植物細胞的常用方法是農桿菌轉化法。改造好的目的基因需通過基因工程來生產基因產物，并且在生產過程中要借助工程菌發(fā)酵工程?！敬鸢浮?(1)蛋白質的預期功能 (2)氨基酸的序列 脫氧核苷酸序列DNA合成儀(3)限制性核酸內切DNA連接(4)農桿菌轉化法(5)蛋白質工程基因工程[課堂小結]蛋白質工程中直接需要進展操作的對象是( )C．肽鏈構造

D．基因構造學問網(wǎng)絡構建核心語句歸納蛋白質工程是在基因工程的根底上延長出來的其次代基因工程。任何—種自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，而且改造過的蛋白質可以遺傳下去。只能生產出自然界中已存在的蛋白質種類是基因工程的“缺點”學問網(wǎng)絡構建核心語句歸納蛋白質工程是在基因工程的根底上延長出來的其次代基因工程。任何—種自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，而且改造過的蛋白質可以遺傳下去。只能生產出自然界中已存在的蛋白質種類是基因工程的“缺點”，能夠生產出自然界中不存在的蛋白質種類則是蛋白質工程的“優(yōu)點”。蛋白質工程中不對蛋白質進展直接改造的緣由是對基因進展改造比對蛋白質直接改造簡潔操作，難度小得多?！敬鸢浮緿蛋白質工程的目標是( )通過對基因進展誘變，產生的蛋白質B．通過基因重組，合成生物體原來沒有的蛋白質C．依據(jù)人們對蛋白質功能的特定需求，改造或制造蛋白質D．生產大量的蛋白質【解析】蛋白質工程是指為了滿足人類的生產和生活需要以蛋白質分子通過對基因修飾或合成的基因對現(xiàn)有的蛋白質進展改造或制造一種的蛋白質的技術?！敬鸢浮緾對蛋白質的改造有大改、中改和小改之分，其劃分的依據(jù)是( )蛋白質分子的簡潔程度C．蛋白質改造部位的多少

D．蛋白質數(shù)目的多少【解析】，其劃分的依據(jù)是蛋白質改造部位的多少?！敬鸢浮緾以下不屬于蛋白質工程成果的是( A．改造酶的構造，提高酶的熱穩(wěn)定性B．生產出鼠—人嵌合抗體C．將t-PA分子中的天冬酰胺替換為谷氨酰胺D．將人的胰島基因整合到大腸桿菌體內生產胰島素【解析】將人的胰島基因整合到大腸桿菌體內生產胰島素屬于基因工程的成果。【答案】DT4T4溶菌酶的基因進展T4溶菌酶第397位的半胱氨酸之間形成一個二硫鍵，提高了酶的耐熱性。以下相關表達正確的選項是()4溶菌酶耐熱性提高的緣由是組成該酶的氨基酸種類和數(shù)量發(fā)生了轉變