高中生物 蛋白質(zhì)工程是基因工程的延伸

第三節(jié)第3章基因工程選擇性必修3蛋白質(zhì)工程是基因工程的延伸蛋白質(zhì)工程：

人胰島素在使用過程中容易聚合成多分子形式，阻斷胰島素從注射部位進入血液，從而延緩其降血糖的作用。另外，胰島素進入血液循環(huán)后容易被降解，患者需要反復注射。天然胰島素存在什么缺點？蛋白質(zhì)工程：修飾改造天然蛋白資料1：人胰島素樣生長因子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與人胰島素高度相似，但它不像人胰島素那樣容易聚合形成多分子。比較這兩種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，人胰島素樣生長因子在與人胰島素B鏈對應的第28位和第29位氨基酸分別是賴氨酸和脯氨酸，而人胰島素在這兩處的氨基酸序列正好顛倒，因而推測這是人胰島素形成多分子形式的關(guān)鍵原因。討論1：為什么胰島素容易聚合討論2：對天然蛋白質(zhì)進行改造，你認為直接對蛋白質(zhì)分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現(xiàn)？人胰島素樣生長因子：賴氨酸脯氨酸人胰島素B鏈：脯氨酸賴氨酸改造后的B鏈：賴氨酸脯氨酸易聚合成多分子1.功能預期降低胰島素聚合作用2.設計結(jié)構(gòu)改變B鏈對應的第28位和第29位氨基酸3.改造基因新基因DNA4.轉(zhuǎn)錄翻譯折疊5.行使預期功能mRNA多肽預期結(jié)構(gòu)有效抑制胰島素聚合總結(jié)：蛋白質(zhì)工程的基本操作流程1．蛋白質(zhì)工程在基因水平上設計和改造蛋白質(zhì)活動1：對照密碼表，寫出“賴氨酸—脯氨酸”的脫氧核苷酸序列。/genbank/人胰島素B鏈基因中編碼第28位脯氨酸和第29位賴氨酸的序列分別為CCC和AAG。因此，只需在人胰島素基因中將原來的“CCCAAG”序列改造成“AAGCCC”1.如何得到改變后的基因，閱讀書本91-92頁。蛋白質(zhì)工程：修飾改造天然蛋白由于人胰島素B鏈基因較短，按照設計好的編碼序列進行化學合成，是獲取這種突變型目的基因的首選。也可采取PCR方案獲取突變型目的基因：首先人工化學合成含有突變序列的突變引物和不含突變序列的正常引物，然后使用這兩種引物以人胰島素基因為模板進行PCR。

活動2：利用改造的基因?qū)懗霁@得改造蛋白的方法。1.選擇下列基因工程和蛋白質(zhì)工程技術(shù)構(gòu)建流程圖（構(gòu)建重組DNA分子，導入大腸桿菌，檢測目的基因及其表達產(chǎn)物，

PCR方案獲取改變型目的基因，質(zhì)粒）2.按操作順序?qū)懺诤诎迳?.不同結(jié)構(gòu)間標注箭頭表示先后順序4.箭頭上方可標注文字表示選用的酶、具體操作技術(shù)（核酸分子雜交、抗原抗體雜交）蛋白質(zhì)工程：修飾改造天然蛋白①定點突變應用1研究證實，由這種突變的目的基因表達的突變型人胰島素不再聚合成多分子形式。將這種突變型人胰島素注射進入患者體內(nèi)，降血糖速率大為提高，因而這種突變型人胰島素被稱為“單體速效胰島素”。蛋白質(zhì)工程：修飾改造天然蛋白①定點突變應用2

L-天冬酰胺酶是治療兒童白血病的有效藥物，但在臨床應用中因其并非人體蛋白常常引起過敏反應，因此降低免疫原性是該藥研究開發(fā)的重要內(nèi)容。采用定點突變技術(shù)將細菌來源的L-天冬酰胺酶某位賴氨酸更換為丙氨酸，形成新型的L-天冬酰胺酶突變蛋白，其免疫原性比天然酶蛋白下降2.5倍，且活性保持不變。蛋白質(zhì)工程：修飾改造天然蛋白①定點突變應用3

臨床上常將人組織型纖溶酶原激活劑（t-PA）用作溶解血栓、搶救心肌梗死患者的特效藥。然而，t-PA存在體內(nèi)半衰期短和誘發(fā)顱內(nèi)出血等缺陷。為了提高t-PA臨床應用的可行性，科研人員采用蛋白質(zhì)工程的定點突變策略，開發(fā)了一系列體內(nèi)半衰期長、血栓溶解效率高、顱內(nèi)出血傾向大幅度降低的優(yōu)質(zhì)t-PA突變蛋白，如TNK型t-PA。思考：改變特定位點的基因，可以得到想要的蛋白質(zhì)，進化到今天的生物體基因都是最優(yōu)的嗎？對特定基因?qū)嵤╇S機突變，改變?nèi)我馕稽c的氨基酸序列，稱為基因的定向進化？蛋白質(zhì)工程：修飾改造天然蛋白②定向進化應用

針對某個特定的基因采用PCR技術(shù)進行擴增，在過程中通過改變反應條件故意讓DNA復制發(fā)生隨機錯誤，便能創(chuàng)建一系列隨機突變的新基因序列。

再將這些新基因序列導入合適的受體細胞中，表達出相應的一系列隨機突變蛋白。

根據(jù)我們的需求從中篩選出具有特定優(yōu)良功能或結(jié)構(gòu)的目的蛋白。

廣角鏡：在實驗室模擬并加速蛋白質(zhì)分子的自然定向進化2018年的諾貝爾化學獎授予了在實驗室里模擬和加速蛋白質(zhì)/酶分子自然定向進化方面作出杰出貢獻的三位科學家：美國的阿諾德、史密斯和英國的溫特。其中，阿諾德發(fā)展了隨機突變和雜交基因片段以獲得高效能酶分子的定向進化技術(shù)。蛋白質(zhì)工程：修飾改造天然蛋白

修飾改造天然蛋白操作策略：①基因的定點突變和②定向進化。

在DNA水平上改變蛋白質(zhì)特定位點的氨基酸序列，稱為基因的定點突變；

在DNA水平上隨機改變蛋白質(zhì)任一位點的氨基酸序列，則稱為基因的定向進化。項目蛋白質(zhì)工程基因工程操作對象操作流程操作起點結(jié)果實質(zhì)聯(lián)系基因基因產(chǎn)生自然界沒有的蛋白質(zhì)預期蛋白質(zhì)功能1.獲取目的基因2.構(gòu)建重組質(zhì)粒3.導入受體細胞4.檢測目的擠眼1.預期蛋白質(zhì)功能2.設計結(jié)構(gòu)3.改造基因4.基因表達5.行使預期功能蛋白質(zhì)工程是基因工程的延續(xù)產(chǎn)生自然界已有的蛋白質(zhì)通過改造基因改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)基因而產(chǎn)生新的性狀目的基因比較蛋白質(zhì)工程和基因工程課外思考：目前蛋白質(zhì)的改造都是在天然蛋白質(zhì)的基礎上進行的，能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，設計相應的基因，導入合適的宿主細胞中，讓宿主細胞生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)食品呢？2．蛋白質(zhì)工程中直接需要進行操作的對象是（）Ａ．氨基酸結(jié)構(gòu)

B．蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)

C．肽鏈結(jié)構(gòu)

D．基因結(jié)構(gòu)

Ｄ3．下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法錯誤的是（）A．蛋白質(zhì)工程能定向改造蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)，使之更加符合人類的需要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，定向改變分子的結(jié)構(gòu)C．蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生出自然界中不曾存在過的新型蛋白質(zhì)分子D．蛋白質(zhì)工程與基因工程密不可分，又被稱為第二代基因工程Ｂ4、以下關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法正確的是（）A、蛋白質(zhì)工程以基因工程為基礎B、蛋白質(zhì)工程就是酶工程的延伸C、蛋白質(zhì)工程就是用蛋白酶對蛋白質(zhì)進行改造D、蛋白質(zhì)工程只能生產(chǎn)