高中生物新人教版選擇性必修3蛋白質(zhì)工程的原理和應用課件（19張）

第3章基因工程探究一蛋白質(zhì)工程的基本原理

1.蛋白質(zhì)工程的概念。閱讀教科書第93頁相關內(nèi)容,闡明蛋白質(zhì)工程的概念,并說出蛋白質(zhì)工程能夠取得很大進展的原因。概念基礎以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構規(guī)律及其與生物功能的關系作為基礎操作改造或合成基因目的對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造,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2.蛋白質(zhì)工程崛起的緣由。閱讀教科書第93頁最后一段內(nèi)容,結(jié)合具體實例說明進行蛋白質(zhì)工程研究的原因,并對基因工程和蛋白質(zhì)工程進行比較。(1)基因工程的實質(zhì)是什么?在生產(chǎn)符合人們生產(chǎn)、生活所需要的蛋白質(zhì)時,基因工程存在的不足是什么?提示:基因工程的實質(zhì)是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?；蚬こ檀嬖诘牟蛔阌谢蚬こ淘瓌t上只能生產(chǎn)自然界中已存在的蛋白質(zhì)。這些天然蛋白質(zhì)的結(jié)構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。(2)提高玉米中賴氨酸含量的途徑。①玉米中賴氨酸含量低的原因②如何通過對酶的改造,進而提高玉米中賴氨酸的含量?提示:將天冬氨酸激酶中第352位的蘇氨酸變成異亮氨酸,將二氫吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺變成異亮氨酸,就可以使玉米葉片和種子中游離賴氨酸的含量分別提高5倍和2倍。3.蛋白質(zhì)工程的基本原理。觀察教科書第94頁的圖3-17,并閱讀相關內(nèi)容,認真分析蛋白質(zhì)工程的基本思路,找出中心法則與蛋白質(zhì)工程基本思路的聯(lián)系。(1)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(2)基本思路。從

出發(fā)→設計預期的蛋白質(zhì)結(jié)構→推測應有的

→找到并改變相對應的

(基因)或合成

→獲得所需要的蛋白質(zhì)。(3)流程圖。預期的蛋白質(zhì)功能氨基酸序列脫氧核苷酸序列新的基因探究二蛋白質(zhì)工程的應用

閱讀教科書第95頁內(nèi)容,分析、總結(jié)蛋白質(zhì)工程在醫(yī)藥、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等方面的具體應用,并認同蛋白質(zhì)工程是一項難度很大的工程。下列有關表述,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,延長干擾素的保存時間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探究一蛋白質(zhì)工程的基本原理蛋白質(zhì)工程的基本原理(1)下面是某多肽鏈的一段氨基酸序列,思考并回答下列問題。①怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列?提示:首先找出相應氨基酸所對應的密碼子(即mRNA)中的核苷酸序列,然后根據(jù)堿基互補配對原則得出對應的基因中的脫氧核苷酸序列。②確定目的基因的堿基序列后,怎樣才能合成或改造目的基因?提示:根據(jù)目的基因的堿基序列或改造后的目的基因的堿基序列,利用四種脫氧核苷酸進行人工合成。(2)天然胰島素制劑容易形成二聚體或六聚體,皮下注射后需要經(jīng)歷較長時間解離為單體,見效慢?？茖W研究發(fā)現(xiàn),胰島素B鏈第20~29位的氨基酸是胰島素分子相互作用形成多聚體的關鍵區(qū)域,若將第28位的脯氨酸替換為天冬氨酸,可以有效抑制胰島素的聚合。①結(jié)合蛋白質(zhì)工程的基本原理,討論改造胰島素分子的思路。提示:可以通過改造胰島素的特定基因來實現(xiàn)對第28位脯氨酸的替換。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?提示:基因工程中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。③在速效胰島素類似物合成過程中,為什么要通過改造基因來完成,而不是直接對蛋白質(zhì)進行改造?提示:a.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)可以通過改造過的基因遺傳下去。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。b.對基因進行改造比對蛋白質(zhì)直接進行改造要容易操作,難度要小得多。

基因工程與蛋白質(zhì)工程的比較

項目基因工程蛋白質(zhì)工程操作環(huán)境(場所)生物體外生物體外操作核心基因基因操作起點目的基因預期的蛋白質(zhì)功能基本過程目的基因的篩選與獲取→基因表達載體的構建→將目的基因?qū)胧荏w細胞→目的基因的檢測與鑒定從預期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設計預期的蛋白質(zhì)結(jié)構→推測應有的氨基酸序列→找到并改變相對應的脫氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質(zhì)實質(zhì)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(基因的異體表達)定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì)結(jié)果生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)可以創(chuàng)造出自然界不存在的蛋白質(zhì)聯(lián)系蛋白質(zhì)工程最終還是要回到基因工程上來,因為蛋白質(zhì)的合成由基因控制,所以說蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎上延伸出來的第二代基因工程【例1】胰島素可以用于治療糖尿病,但是胰島素被注射到人體后,會堆積在皮下,并且要經(jīng)過較長時間才能進入血液中,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。下圖是用蛋白質(zhì)工程設計速效胰島素類似物的生產(chǎn)過程示意圖,請據(jù)圖回答下列問題。(1)構建新的蛋白質(zhì)模型是蛋白質(zhì)工程的關鍵,圖中構建新的胰島素模型的主要依據(jù)是

。

(2)人工合成的DNA與

結(jié)合后,被導入

中才能得以表達。

(3)若要利用大腸桿菌生產(chǎn)速效胰島素類似物,需用到的生物工程有

、

和發(fā)酵工程。

(4)圖中從新的胰島素模型到新的胰島素基因的基本思路是什么?解析:(1)蛋白質(zhì)工程的目標是根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求,對蛋白質(zhì)結(jié)構進行分子設計。因此,題圖中構建新的胰島素模型的主要依據(jù)是胰島素的預期功能,即速效胰島素類似物的功能。(2)人工合成的目的基因與載體結(jié)合后,被導入受體細胞中才能得以表達。(3)利用蛋白質(zhì)工程生產(chǎn)速效胰島素類似物,需對原有的胰島素進行改造,根據(jù)新的胰島素中氨基酸的序列推測出其基因中的脫氧核苷酸序列,人工合成新的胰島素基因,即目的基因,需通過基因工程將其導入受體細胞,再利用發(fā)酵工程,從而獲取大量產(chǎn)品,因此該過程涉及蛋白質(zhì)工程、基因工程和發(fā)酵工程。(4)由新的胰島素模型到構建新的胰島素基因,其基本設計思路是根據(jù)新的胰島素模型中的氨基酸序列,推測出其基因中的脫氧核苷酸序列,然后利用DNA合成儀合成新的胰島素基因。答案:(1)胰島素的預期功能(2)載體受體細胞(3)蛋白質(zhì)工程基因工程(4)根據(jù)新的胰島素模型中的氨基酸序列,推測出其基因中的脫氧核苷酸序列,然后利用DNA合成儀合成新的胰島素基因?！纠?】人的T細胞可以產(chǎn)生某種具有臨床價值的蛋白質(zhì)(Y),該蛋白質(zhì)由一條多肽鏈組成。目前可以利用現(xiàn)代生物技術生產(chǎn)Y。請思考回答下列問題。(1)若要獲得Y的基因,可從人的T細胞中提取

作為模板,在

的催化下合成cDNA,再利用

(技術)在體外擴增獲得大量Y的基因。

(2)將目的基因?qū)胫参锛毎Ｓ玫姆椒ㄊ寝r(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。若將上述所得Y的基因插入農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒上的

中,得到含目的基因的重組Ti質(zhì)粒,則可用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將該基因?qū)肽撤N植物的葉肉細胞中。若該葉肉細胞經(jīng)培養(yǎng)、篩選等得到了能穩(wěn)定表達Y的愈傷組織,則說明Y的基因已經(jīng)

。

(3)天然的Y通常需要在低溫條件下保存。假設將Y的第6位氨基酸甲改變?yōu)榘被嵋铱商岣咂錈岱€(wěn)定性,若要根據(jù)蛋白質(zhì)工程的原理對Y進行改造以提高其熱穩(wěn)定性,具體思路是

。解析:(1)由于人的T細胞可以產(chǎn)生Y,要獲得Y的基因,可從人的T細胞中提取mRNA作為模板,在逆轉(zhuǎn)錄酶的催化下,利用四種游離的脫氧核苷酸合成cDNA,再利用PCR在體外擴增獲得大量Y的基因。(2)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法中,T-DNA可以攜帶目的基因轉(zhuǎn)移至受體細胞,并整合到受體細胞的染色體DNA上,故需要將Y的基因插入農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒上的T-DNA中,得到含目的基因的重組Ti質(zhì)粒。把含目的基因的重組Ti質(zhì)粒導入農(nóng)桿菌中,再讓含目的基因的農(nóng)桿菌侵染植物的葉肉細胞。若該葉肉細胞經(jīng)培養(yǎng)、篩選等得到了能穩(wěn)定表達Y的愈傷組織,則說明Y的基因已經(jīng)整合到葉肉細胞的染色體DNA上。(3)蛋白質(zhì)工程需要從預期的蛋白質(zhì)功能出發(fā),設計預期的蛋白質(zhì)結(jié)構,推測相應的氨基酸序列,找到