1.4　蛋白質(zhì)工程的崛起

1、1.4蛋白質(zhì)工程的崛起,專題1基因工程,學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.說(shuō)出蛋白質(zhì)工程崛起的緣由。 2.簡(jiǎn)述蛋白質(zhì)工程的基本原理及蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景。,方式一人類可以創(chuàng)造出自然界不存在的蛋白質(zhì)嗎？答案是肯定的。例如：科學(xué)家已生產(chǎn)出一種以前必須從南極魚類身體中提取的抗凍蛋白質(zhì)。這一技術(shù)可用于儲(chǔ)存大量新鮮的動(dòng)植物和人類的組織細(xì)胞，防止形成冰晶，破壞脆弱的細(xì)胞膜和細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。你想了解這方面的知識(shí)嗎？請(qǐng)跟著我一起學(xué)習(xí)：蛋白質(zhì)工程的崛起。,方式二基因工程的誕生，為克服遠(yuǎn)緣雜交的障礙問(wèn)題，帶來(lái)了新的希望，并取得了豐碩成果：大腸桿菌為人類生產(chǎn)出了胰島素，牛的乳腺生物反應(yīng)器為人類制造出了蛋白質(zhì)類藥物，煙草植物體內(nèi)含有了

2、某種藥物蛋白至此，人們也只是實(shí)現(xiàn)了自然界現(xiàn)有基因在轉(zhuǎn)基因生物中的表達(dá)。但一個(gè)新問(wèn)題出現(xiàn)了，生物產(chǎn)生的天然蛋白質(zhì)是在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成的，它的結(jié)構(gòu)、性能不能完全滿足人類生產(chǎn)和生活的需要。 于是要對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，制造出目前從天然蛋白質(zhì)中找不到的蛋白質(zhì)。這樣人們又開始了新一輪的探索，蛋白質(zhì)工程應(yīng)運(yùn)而生了。,新知導(dǎo)學(xué),達(dá)標(biāo)檢測(cè),內(nèi)容索引,新知導(dǎo)學(xué),1.崛起緣由 (1)基因工程的實(shí)質(zhì)：將一種生物的 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 ，進(jìn)而表現(xiàn)出 。 (2)基因工程的不足：基因工程在原則上只能產(chǎn)生自然界 的蛋白質(zhì)。 (3)天然蛋白質(zhì)的不足：天然蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能符合 生存的需要，卻不

3、一定完全符合 的需要。,一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由,基因,蛋白質(zhì),新的性狀,已存在,特定物種,人類生產(chǎn)和生活,2.實(shí)例,(1),干擾素(半胱氨酸),干擾素( ),絲氨酸,體外很難保存體外70 下可以保存半年,(2)提高玉米賴氨酸含量,天冬氨酸激酶(352位的 ),天冬氨酸激酶(異亮氨酸),二氫吡啶二羧酸合成酶(104位的 ),二氫吡啶二羧酸合成酶(異亮氨酸),蘇氨酸,天冬酰胺,(改造后玉米葉片和種子中游離賴氨酸含量分別提高5倍和2倍。),例1科學(xué)家將-干擾素基因進(jìn)行定點(diǎn)突變導(dǎo)入大腸桿菌表達(dá)，使干擾素分子上的半胱氨酸變成絲氨酸，結(jié)果大大提高了-干擾素的抗病毒活性，并且提高了儲(chǔ)存穩(wěn)定性。該生物技術(shù)為

4、 A.蛋白質(zhì)工程 B.基因工程 C.基因突變 D.細(xì)胞工程,答案,解析題干中的操作涉及的基因顯然不再是原來(lái)的基因，其合成的-干擾素也不是天然-干擾素，而是經(jīng)過(guò)改造的，是具有人類所需優(yōu)點(diǎn)的蛋白質(zhì)，因而整個(gè)過(guò)程利用的生物技術(shù)為蛋白質(zhì)工程。,解析,例2將富含賴氨酸的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胗衩准?xì)胞，可以提高玉米中的賴氨酸含量；更換賴氨酸形成過(guò)程中的天冬氨酸激酶和二氫吡啶二羧酸合成酶的個(gè)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。以上兩種技術(shù)分別屬于 A.基因工程、基因工程B.蛋白質(zhì)工程、蛋白質(zhì)工程 C.基因工程、蛋白質(zhì)工程D.蛋白質(zhì)工程、基因工程,答案,解析,解析富含賴氨酸的蛋白質(zhì)是自然界

5、中已有的蛋白質(zhì)，基因工程只是把該蛋白質(zhì)基因轉(zhuǎn)入玉米細(xì)胞，并使之合成該蛋白質(zhì)，屬于基因工程；更換賴氨酸合成過(guò)程中的天冬氨酸激酶和二氫吡啶二羧酸合成酶的個(gè)別氨基酸，是對(duì)自然界中已有的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，屬于蛋白質(zhì)工程。,1.蛋白質(zhì)工程的基本原理 (1)基礎(chǔ)：蛋白質(zhì)分子的 及其與 的關(guān)系。 (2)手段：通過(guò) 或 ，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)。 (3)目的：獲得滿足人類的生產(chǎn)和生活需求的 。,二、蛋白質(zhì)工程的基本原理、進(jìn)展和前景,結(jié)構(gòu)規(guī)律,生物功能,基因修飾,基因合成,蛋白質(zhì),2.蛋白質(zhì)工程的基本流程,預(yù)期的蛋白質(zhì)功能設(shè)計(jì)預(yù)期的 推測(cè)應(yīng)有的 序列找到相對(duì)應(yīng)的 序列(基因)。,蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),氨

6、基酸,脫氧核苷酸,3.蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景,(1)進(jìn)展 醫(yī)藥方面：科學(xué)家通過(guò)對(duì) 的改造，已使其成為速效型藥品。 電子方面：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。用蛋白質(zhì)工程方法制成的電子元件，具有 、 和_ _的特點(diǎn)。 (2)前景和存在的問(wèn)題：蛋白質(zhì)工程前景是誘人的，但難度卻很大，尤其是目前科學(xué)家對(duì)大多數(shù) 的了解還很不夠。,胰島素,體積小,耗電少,效率,高,蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu),1.對(duì)蛋白質(zhì)工程的兩點(diǎn)理解 (1)改造對(duì)象：通過(guò)改造控制蛋白質(zhì)合成的基因的結(jié)構(gòu)來(lái)改造某種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。 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(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且可以遺傳下去。如果對(duì)蛋白質(zhì)

7、直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白質(zhì)還是無(wú)法遺傳的。 對(duì)基因進(jìn)行改造比對(duì)蛋白質(zhì)直接改造要容易操作，難度要小得多。 (2)蛋白質(zhì)工程中經(jīng)過(guò)處理得到的新基因與基因突變得到的新基因有較大差別：基因突變的新基因中含有不編碼蛋白質(zhì)的序列，而蛋白質(zhì)工程中的新基因則沒(méi)有。,歸納總結(jié),2.基因工程和蛋白質(zhì)工程的對(duì)比,例3基因工程與蛋白質(zhì)工程的區(qū)別是 A.基因工程需對(duì)基因進(jìn)行分子水平操作，蛋白質(zhì)工程不需對(duì)基因進(jìn)行操作 B.基因工程合成的是天然存在的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)工程合成的可以是天然不 存在的蛋白質(zhì) C.基因工程是分子水平操作，蛋白質(zhì)工程是細(xì)胞水平(或性狀水平)操作 D.基因工程完全不同于蛋白質(zhì)工程,答案,解析

8、,解析蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延伸出來(lái)的第二代基因工程。蛋白質(zhì)工程是從分子水平上對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)相應(yīng)的基因進(jìn)行修飾、加工，甚至人工進(jìn)行基因合成，從而對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類生產(chǎn)和生活需求；而基因工程只是將外源基因?qū)肓硪簧矬w內(nèi)，并使之表達(dá)，產(chǎn)生人類所需的性狀，或者獲取所需的產(chǎn)品，基因工程原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。,例4蛋白質(zhì)工程與基因工程相比，其突出特點(diǎn)是 A.蛋白質(zhì)工程能生產(chǎn)人類需要的基因產(chǎn)物 B.蛋白質(zhì)工程能對(duì)現(xiàn)有的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì) C.蛋白質(zhì)工程可以不通過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯來(lái)實(shí)現(xiàn) D.蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，

9、延伸出來(lái)的第三代基因工程,答案,解析蛋白質(zhì)工程通過(guò)基因修飾或基因合成，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求，是延伸出來(lái)的第二代基因工程。,解析,“三看法”判斷基因工程和蛋白質(zhì)工程 (1)一看對(duì)基因的操作方法：如果僅將基因用限制酶從DNA片段中切割下來(lái)，沒(méi)有經(jīng)過(guò)對(duì)編碼蛋白序列進(jìn)行修飾、加工，或僅對(duì)其調(diào)控序列進(jìn)行加工，則屬于基因工程；如果將目的基因經(jīng)過(guò)了一些實(shí)質(zhì)性的改造，如對(duì)編碼蛋白序列進(jìn)行了堿基替換或增添或缺失某幾個(gè)堿基，則屬于蛋白質(zhì)工程。,方法鏈接,(2)二看目的基因的合成方式：基因工程和蛋白質(zhì)工程中都可以通過(guò)反轉(zhuǎn)錄合成目的基因，或根據(jù)蛋白質(zhì)的氨基酸序列先合

10、成mRNA，再合成基因。如果合成時(shí)mRNA或氨基酸序列沒(méi)有經(jīng)過(guò)改造，則為基因工程技術(shù)；如果mRNA或氨基酸序列經(jīng)過(guò)了改造，或mRNA、氨基酸序列是根據(jù)蛋白質(zhì)預(yù)期的功能人工設(shè)計(jì)的，則為蛋白質(zhì)工程技術(shù)。 (3)三看合成的蛋白質(zhì)種類：如果合成的蛋白質(zhì)是天然蛋白質(zhì)，則是基因工程；如果合成的蛋白質(zhì)和天然蛋白質(zhì)有差異，甚至是自然界中所沒(méi)有的，則為蛋白質(zhì)工程。,學(xué)習(xí)小結(jié),蛋 白 質(zhì) 工 程,目標(biāo)：根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求，對(duì) 進(jìn)行 分子設(shè)計(jì) 操作對(duì)象：_ 操作過(guò)程：預(yù)期的蛋白質(zhì)功能設(shè)計(jì)預(yù)期的 推 測(cè)應(yīng)有的 找到相對(duì)應(yīng)的_,蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)分子(設(shè)計(jì)改造)和基因(直接操作對(duì)象),蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),氨基酸序

11、列,脫氧核苷酸序列(基因),達(dá)標(biāo)檢測(cè),1.葡萄糖異構(gòu)酶(GI)在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，為提高其熱穩(wěn)定性，科學(xué)家對(duì)GI基因進(jìn)行體外定點(diǎn)誘變，以脯氨酸(Pro138)替代甘氨酸(Gly138)，含突變體的重組質(zhì)粒在大腸桿菌中表達(dá)，結(jié)果最適反應(yīng)溫度提高1012 。這屬于生物工程中的 A.基因工程 B.蛋白質(zhì)工程 C.發(fā)酵工程 D.酶工程,1,2,3,4,5,答案,解析題中是對(duì)基因進(jìn)行修飾改造，以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造，屬于蛋白質(zhì)工程。,解析,2.添加在洗衣粉中的某種酶在低溫下活性較低，影響了洗衣粉的洗滌效果。若讓你用生物工程的方法改變此酶的特性，首先考慮的是 A.基因工程 B.蛋白質(zhì)工程 C.誘變 D.細(xì)

12、胞工程,答案,1,2,3,4,5,解析可通過(guò)蛋白質(zhì)工程可實(shí)現(xiàn)對(duì)蛋白質(zhì)改造的目的。,解析,1,2,3,4,5,3.下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 A.科學(xué)家通過(guò)對(duì)胰島素的改造已經(jīng)使其成為速效型藥品 B.我們可以將蛋白質(zhì)工程應(yīng)用于微電子方面 C.用蛋白質(zhì)工程方法制成的電子元件，具有體積小、耗電少和效率高的 特點(diǎn) D.蛋白質(zhì)工程成功的例子不多，主要是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)種類太少，原料不足,答案,解析蛋白質(zhì)工程是一項(xiàng)難度很大的工程，目前成功的例子不多，主要是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)發(fā)揮功能必須依賴于正確的高級(jí)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，而目前科學(xué)家對(duì)大多數(shù)蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)的了解還不夠。,解析,1,2,3,4,5,4.下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說(shuō)法，

13、錯(cuò)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)，使之更加符合人類需要 B.蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對(duì)蛋白質(zhì)分子直接進(jìn)行操作，定向改變分 子的結(jié)構(gòu) C.蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生自然界中不曾存在的新型蛋白質(zhì)分子 D.蛋白質(zhì)工程的操作起點(diǎn)是從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的基 因，并借助基因工程實(shí)現(xiàn),答案,解析基因的結(jié)構(gòu)決定蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，因此，要對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，最終還必須通過(guò)改造基因來(lái)完成，而不是直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作。,解析,1,2,3,4,5,5.(2015全國(guó)，40)已知生物體內(nèi)有一種蛋白質(zhì)(P)，該蛋白質(zhì)是一種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，由305個(gè)氨基酸組成。如果將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨

14、酸，240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸，改變后的蛋白質(zhì)(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性?；卮鹣铝袉?wèn)題： (1)從上述資料可知，若要改變蛋白質(zhì)的功能，可以考慮對(duì)蛋白質(zhì)的_ _進(jìn)行改造。,酸序列(或結(jié)構(gòu))(其他答案合理也可),氨基,答案,解析對(duì)蛋白質(zhì)的氨基酸序列(或結(jié)構(gòu))進(jìn)行改造，可達(dá)到改變蛋白質(zhì)的功能的目的。,解析,1,2,3,4,5,(2)以P基因序列為基礎(chǔ)，獲得P1基因的途徑有修飾_基因或合成_基因，所獲得的基因表達(dá)時(shí)是遵循中心法則的，中心法則的全部?jī)?nèi)容包括_的復(fù)制，以及遺傳信息在不同分子之間的流動(dòng)，即：_ _。,答案,解析,P,P1,DNA和RNA(或遺傳物質(zhì)),DNARNA、RNADNA、RNA蛋白質(zhì)(或轉(zhuǎn)錄、反轉(zhuǎn)錄、,翻譯),(3)蛋白質(zhì)工程也被