蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用課件-高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

1、第三章 基因工程第4節(jié) 蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用1.蛋白質(zhì)工程的基本原理2.蛋白質(zhì)工程的實(shí)際應(yīng)用你見過用細(xì)菌畫畫嗎？右圖是用發(fā)出不同顏色熒光的細(xì)菌“畫的美妙圖案。這些細(xì)菌能夠發(fā)出熒光，是因?yàn)樵谒鼈兊捏w內(nèi)導(dǎo)入了熒光蛋白的基因。最早被發(fā)現(xiàn)的熒光蛋白是綠色熒光蛋白，科學(xué)家通過改造它，獲得了黃色熒光蛋白等。這些熒光蛋白在細(xì)胞內(nèi)生命活動(dòng)的檢測、腫瘤的示蹤研究等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。那么，科學(xué)家是怎樣對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行設(shè)計(jì)和改造的呢？用細(xì)菌“畫”的畫 從社會(huì)中來以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，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?；A(chǔ)操作方法及

2、對象目的蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代基因工程，是涉及多學(xué)科的綜合科技工程。結(jié)果蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程崛起的緣由基因工程的實(shí)質(zhì)基因工程是將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，使后者可以產(chǎn)生它原本不能產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，進(jìn)而表現(xiàn)出新性狀?；蚬こ痰牟蛔慊蚬こ淘瓌t上只能生產(chǎn)自然界中已存在（天然）的蛋白質(zhì)。天然蛋白質(zhì)的不足天然蛋白質(zhì)是生物在長期進(jìn)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。理論和技術(shù)條件:分子生物學(xué)、晶體學(xué)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展。產(chǎn)量提高賴氨酸含量低合成時(shí)需：天冬氨酸激酶；二氫吡啶二羧酸合成酶。濃度影響酶活性實(shí)例異亮氨酸

3、蘇氨酸(第352位）異亮氨酸天冬酰胺(第104位)根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)：蛋白質(zhì)工程的基本原理轉(zhuǎn)錄DNARNA翻譯肽鏈逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制折疊等具有空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)表達(dá)生物特有的功能或性狀天然蛋白質(zhì)的合成過程與性狀表達(dá)蛋白質(zhì)只有具有一定空間結(jié)構(gòu)，才能表達(dá)特有性狀或具有特定功能血紅蛋白的三級結(jié)構(gòu)按照中心法則進(jìn)行 對天然的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，為什么不是直接對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操 作， 還是通過對基因的操作來實(shí)現(xiàn)的？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)；蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，直接改造難度大；基因可以遺傳，蛋白質(zhì)無法遺傳；思考討論蛋白質(zhì)工程的基本

4、原理改造或合成基因2、改造蛋白質(zhì)的方法：預(yù)期的蛋白質(zhì)功能設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測應(yīng)有的氨基酸序列找到并改變相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因獲得所需蛋白質(zhì)預(yù)期功能生物功能設(shè)計(jì)推測改造或合成行使折疊目的基因 轉(zhuǎn)錄mRNA翻譯多肽鏈 蛋白質(zhì)(三維結(jié)構(gòu))思路蛋白質(zhì)工程的基本原理逆中心法則，與天然蛋白質(zhì)合成的過程相反思考討論蛋白質(zhì)工程的基本原理某多肽鏈的一段氨基酸序列是：丙氨酸色氨酸賴氨酸谷氨酸苯丙氨酸1.怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？請把相應(yīng)的堿基序列寫出來。每種氨基酸都有對應(yīng)的密碼子，只要查密碼子表就能將氨基酸蓄力的編碼序列查出來。但是由于上述氨基酸序列中有幾個(gè)氨基酸是由多種密

5、碼子編碼的，所以相應(yīng)的堿基排列組合起來就比較復(fù)雜。首先應(yīng)根據(jù)密碼子推出mRNA序列，再根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則推出脫氧核苷酸序列丙氨酸 ：色氨酸：賴氨酸： 甲硫氨酸：苯丙氨酸：丙氨酸 ：色氨酸： 賴氨酸：甲硫氨酸：苯丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCGUGGAAA 、AAGAUGUUU 、UUCCGA、CGG、CGT、CGCACCTTT 、TTCTACTTT 、TTG思考討論蛋白質(zhì)工程的基本原理某多肽鏈的一段氨基酸序列是：丙氨酸色氨酸賴氨酸谷氨酸苯丙氨酸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？確定目的基因的堿基序列后，可以根據(jù)人類的需要改造它，通過人工合成的方法獲取。拓展延伸根

6、據(jù)改造蛋白質(zhì)的部位的多少，對蛋白質(zhì)的改造可分為三類：（1）大改：設(shè)計(jì)并制造出自然界中不存在的全新蛋白質(zhì)（2）中改：在蛋白質(zhì)分子中替換某一個(gè)肽段或某一個(gè)特定的結(jié)構(gòu)域。（3）小改：改造蛋白質(zhì)分子中的幾個(gè)氨基酸殘基項(xiàng)目蛋白質(zhì)工程基因工程區(qū)別 起點(diǎn)過程實(shí)質(zhì)結(jié)果應(yīng)用及現(xiàn)狀聯(lián)系預(yù)期蛋白質(zhì)功能目的基因預(yù)期蛋白質(zhì)功能設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測氨基酸序列推測脫氧核苷酸序列合成DNA表達(dá)出蛋白質(zhì)獲取目的基因構(gòu)建基因表達(dá)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞目的基因的檢測與鑒定通過改造相應(yīng)的基因達(dá)到對蛋白質(zhì)進(jìn)行改造的目的基因重組可以創(chuàng)造出自然界不存在的蛋白質(zhì)生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)主要集中在對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，如干擾素、天冬氨酸激酶和二氫吡啶

7、二羧酸合成酶等對創(chuàng)造新蛋白質(zhì)有許多技術(shù)難題未突破，蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，人們對此知之甚少已被廣泛應(yīng)用，如轉(zhuǎn)基因植物、動(dòng)物、藥品生產(chǎn)等已商業(yè)化基因治療僅處于初期的臨床試驗(yàn)階段蛋白質(zhì)工程獲得目的基因后，需要通過基因工程獲得預(yù)期蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代基因工程(3)蛋白質(zhì)工程的目的是_ _，通過_實(shí)現(xiàn)。(2)寫出圖中各數(shù)字代表的生物學(xué)過程的名稱或內(nèi)容：_； _；_；_；_。(1)代表蛋白質(zhì)工程操作思路的過程是_；代表中心法 則內(nèi)容的是_。(填寫數(shù)字)下圖為蛋白質(zhì)工程操作的基本思路，請據(jù)圖回答下列問題：轉(zhuǎn)錄翻譯折疊推測改造合成根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，基因改造或基

8、因合成相反對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)習(xí)題鞏固(4)從圖中可以看出蛋白質(zhì)工程的基本途徑與中心法則是_的。 科學(xué)家通過改造_使B鏈28位脯氨酸替換為天冬氨酸或者將它與29位的賴氨酸交換位置，從而有效抑制了_，研發(fā)出速效胰島素類似物。改造干擾素（半胱氨酸）體外很難保存干擾素（絲氨酸）體外可以保存半年（2）提高干擾素的保存期天然胰島素制劑容易形成二聚體或六聚體，延緩療效改造速效胰島素類似物產(chǎn)品有效抑制胰島素的聚合1.在醫(yī)藥方面的應(yīng)用（1）研發(fā)速效胰島素類似物：胰島素基因胰島素的聚合（3）改造抗體：將小鼠單克隆抗體上_“嫁接”到人的抗體上，降 低了誘發(fā)人體免疫反應(yīng)的強(qiáng)度。結(jié)合抗原的區(qū)域蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用制備人鼠嵌合抗體對人體的不良反應(yīng)減少（2）開發(fā)新的工業(yè)用酶。2.在工業(yè)方面的應(yīng)用（1）改進(jìn)酶的性能，從而提高其使用價(jià)值。如利用蛋白質(zhì)工程獲得枯