蛋白質(zhì)工程教案

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

操作程序依據(jù)氨基酸的性質(zhì)和特點，設(shè)計并制造出自然界中不存在的全蛋白質(zhì)，使之具有特定的氨基酸序列、空間構(gòu)造和預(yù)期功能在蛋白質(zhì)分子中替代某一個多肽鏈片段或一個特定的構(gòu)造通過基因工程中的定點誘變技術(shù)，有目的地改造蛋白質(zhì)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(zhì)的性質(zhì)和功能蛋白質(zhì)純化：純化蛋白質(zhì)，測定和分析其構(gòu)造和功能。功能分析：分析蛋白質(zhì)的生物學(xué)和化學(xué)特性。[[合作探討]β干擾素基因進(jìn)展定點突變導(dǎo)入大腸桿菌中表達(dá)使干擾素第十七位的半胱氨酸轉(zhuǎn)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(shù)屬于什么工程？提示：蛋白質(zhì)工程。探討2：蛋白質(zhì)工程為什么需要直接改造基因，而不直接改造蛋白質(zhì)？了改造即使改造成功的蛋白質(zhì)也是無法遺傳的。②對基因進(jìn)展改造比對蛋白質(zhì)直接改造要簡潔操作，難度要小得多。探討3：蛋白質(zhì)工程操作的根本思路是什么？[思維升華]→設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)構(gòu)造→推想應(yīng)有的氨基酸序列→找到相對應(yīng)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(zhì)的構(gòu)造和功能。(2)其次是設(shè)計蛋白質(zhì)。實質(zhì)是改造基因。最終合成出自然界不存在的蛋白質(zhì)。2．根本原理3．了解蛋白質(zhì)構(gòu)造的方法實施蛋白質(zhì)工程的前提條件是通過物理化學(xué)與生物化學(xué)等技術(shù)手段了解蛋白質(zhì)構(gòu)造與功能的關(guān)系，所以首先要了解蛋白質(zhì)的構(gòu)造。(1)三維構(gòu)造：X射線晶體衍射法。(2)構(gòu)象：核磁共振法。(3)一級構(gòu)造(氨基酸序列)：DNA和蛋白質(zhì)測序技術(shù)。4．核心技術(shù)——定點誘變技術(shù)和非定點誘變技術(shù)定點誘變技術(shù)：基因的定點誘變技術(shù)是轉(zhuǎn)變蛋白質(zhì)構(gòu)造的核心技術(shù)之一。工程工程內(nèi)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(jié)果PCR技術(shù)后代中半數(shù)為誘變的DNA分子適用范圍特點空間構(gòu)造完全清楚的蛋白質(zhì)，進(jìn)展“小改”定點誘變有目的性和針對性非定點誘變技術(shù)來進(jìn)展蛋白質(zhì)的改造。②特點：非定點誘變突變位點多，有時甚至?xí)a(chǎn)生意想不到的改造效果。[特別提示]有關(guān)蛋白質(zhì)工程的三點提示，改造了基因即對蛋白質(zhì)進(jìn)展了改造，被改造的蛋白質(zhì)也是無法遺傳下去的。需要表達(dá)出相應(yīng)的蛋白質(zhì)，同樣需將改造或合成的基因?qū)胧荏w細(xì)胞。蛋白質(zhì)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(zhì)工程中的基因則沒有。蛋白質(zhì)工程中對蛋白質(zhì)分子進(jìn)展設(shè)計時，主要包括哪幾種( )①進(jìn)展少數(shù)氨基酸的替換②對不同來源的蛋白質(zhì)的拼接 排列挨次動身設(shè)計全的蛋白質(zhì)④直接轉(zhuǎn)變蛋白質(zhì)的空間構(gòu)造A．①② B．①②③ C．②③④ D．①②④【解析】蛋白質(zhì)工程中對蛋白質(zhì)分子進(jìn)展設(shè)計時不能直接轉(zhuǎn)變蛋白質(zhì)的能對不同來源的蛋白質(zhì)進(jìn)展拼接夠從氨基酸的排列挨次動身設(shè)計全的蛋白質(zhì)?！敬鸢浮緽以下有關(guān)蛋白質(zhì)工程的表達(dá)，不正確的選項是( )A．收集大量的蛋白質(zhì)分子構(gòu)造的信息，以便分析構(gòu)造與功能之間的關(guān)系B．可以推想具有確定氨基酸序列的蛋白質(zhì)的空間構(gòu)造和生物功能C．依據(jù)特定的生物功能，設(shè)計蛋白質(zhì)的氨基酸序列和空間構(gòu)造D．依據(jù)人們的需要，直接對氨基酸的分子構(gòu)造進(jìn)展改造【解析】蛋白質(zhì)工程中需要收集大量的蛋白質(zhì)分子構(gòu)造的信息以便分析構(gòu)造與功能之間的關(guān)系，A和生物功能，B正確；蛋白質(zhì)工程能依據(jù)特定的生物功能，設(shè)計蛋白質(zhì)的氨基酸序列和空間構(gòu)造，C正確；依據(jù)人們的需要，通過對基因進(jìn)展改造來實現(xiàn)對蛋白質(zhì)的改造，D錯誤。【答案】D學(xué)問點二|蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用改造酶的構(gòu)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(jié)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(jié)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(zhì)芯片法。原理：抗原—抗體的特異性結(jié)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(zhì)編碼基因?qū)胗衩准?xì)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(shù)分別屬于什么工程？提示：基因工程；蛋白質(zhì)工程。探討2：上述兩種提高玉米中賴氨酸含量的技術(shù)的實質(zhì)一樣嗎？為什么？程實質(zhì)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(chǎn)品。探討3：蛋白質(zhì)工程和基因工程的操作對象以及得到的蛋白質(zhì)一樣嗎？分別表達(dá)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(zhì)不同：蛋白質(zhì)工程可以得到自然界沒有的的蛋白質(zhì)；基因工程得到的是自然界原有的蛋白質(zhì)。探討4：基因工程和蛋白質(zhì)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(zhì)分子中引入二硫鍵也可以顯著提高蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性。制造速效胰島素緣由：胰島素進(jìn)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(jìn)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(nèi)的纖溶系統(tǒng)，保證血液循環(huán)的暢通。但t-PA進(jìn)入血漿后大局部與纖溶酶原激活劑抑制物形成復(fù)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(zhì)工程和基因工程的區(qū)分和聯(lián)系(1)區(qū)分實質(zhì)

生物體外預(yù)期蛋白質(zhì)的功能定向改造和生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)

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(chǎn)品操作對象 基因確定蛋白質(zhì)功能→設(shè)計預(yù)期蛋白質(zhì)構(gòu)造→推想氨基酸序列→操作程序找到相應(yīng)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(yīng)生物功能的蛋白質(zhì)主要集中在對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)展應(yīng)用改造

獵取目的基因→構(gòu)建表達(dá)載體→導(dǎo)入受體細(xì)胞→目的基因的檢測與鑒定已被廣泛應(yīng)用，轉(zhuǎn)基因植物的推廣與應(yīng)用已帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益只能生產(chǎn)自然界已有的蛋白結(jié)果(2)聯(lián)系

可生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì)質(zhì)①蛋白質(zhì)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(zhì)工程進(jìn)展修飾、改造。[特別提示]基因工程沒有產(chǎn)生基因，只相當(dāng)于人工基因重組。以下關(guān)于蛋白質(zhì)工程應(yīng)用的表達(dá)，正確的選項是( )A．基因工程和蛋白質(zhì)工程產(chǎn)生的變異都是可遺傳的B．蛋白質(zhì)工程和基因工程的目的是獲得人類需要的蛋白質(zhì)，所以二者沒有區(qū)分C．只有利用蛋白質(zhì)工程才可以在大腸桿菌細(xì)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(zhì)工程產(chǎn)生的變異都導(dǎo)致遺傳物質(zhì)發(fā)生了轉(zhuǎn)變，因此都是可遺傳的，A白質(zhì)但前者可以產(chǎn)生自然界中沒有的蛋白質(zhì)而后者所得蛋白質(zhì)是自然界中已有的，B，C錯誤；干擾素不能進(jìn)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(guān)問題。構(gòu)建的蛋白質(zhì)模型是蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵，圖中構(gòu)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(zhì)粒)結(jié)合過程中需要 酶和 酶。假設(shè)將含有的胰島素基因的表達(dá)載體導(dǎo)入植物細(xì)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(gòu)建的胰島素模型的依據(jù)是預(yù)期胰島素的功能。由的蛋白質(zhì)模型到構(gòu)建的基因，其根本設(shè)計思路是依據(jù)的蛋白質(zhì)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(jìn)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(nèi)切酶DNA連接酶，然后將基因表達(dá)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞中才能得以表達(dá)。把基因表達(dá)載體導(dǎo)入植物細(xì)胞的常用方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。改造好的目的基因需通過基因工程來生產(chǎn)基因產(chǎn)物，并且在生產(chǎn)過程中要借助工程菌發(fā)酵工程?！敬鸢浮?(1)蛋白質(zhì)的預(yù)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(nèi)切DNA連接(4)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法(5)蛋白質(zhì)工程基因工程[課堂小結(jié)]蛋白質(zhì)工程中直接需要進(jìn)展操作的對象是( )C．肽鏈構(gòu)造

D．基因構(gòu)造學(xué)問網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建核心語句歸納蛋白質(zhì)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(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質(zhì)進(jìn)展了改造，而且改造過的蛋白質(zhì)可以遺傳下去。只能生產(chǎn)出自然界中已存在的蛋白質(zhì)種類是基因工程的“缺點”學(xué)問網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建核心語句歸納蛋白質(zhì)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(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質(zhì)進(jìn)展了改造，而且改造過的蛋白質(zhì)可以遺傳下去。只能生產(chǎn)出自然界中已存在的蛋白質(zhì)種類是基因工程的“缺點”，能夠生產(chǎn)出自然界中不存在的蛋白質(zhì)種類則是蛋白質(zhì)工程的“優(yōu)點”。蛋白質(zhì)工程中不對蛋白質(zhì)進(jìn)展直接改造的緣由是對基因進(jìn)展改造比對蛋白質(zhì)直接改造簡潔操作，難度小得多?！敬鸢浮緿蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)是( )通過對基因進(jìn)展誘變，產(chǎn)生的蛋白質(zhì)B．通過基因重組，合成生物體原來沒有的蛋白質(zhì)C．依據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，改造或制造蛋白質(zhì)D．生產(chǎn)大量的蛋白質(zhì)【解析】蛋白質(zhì)工程是指為了滿足人類的生產(chǎn)和生活需要以蛋白質(zhì)分子通過對基因修飾或合成的基因?qū)ΜF(xiàn)有的蛋白質(zhì)進(jìn)展改造或制造一種的蛋白質(zhì)的技術(shù)?！敬鸢浮緾對蛋白質(zhì)的改造有大改、中改和小改之分，其劃分的依據(jù)是( )蛋白質(zhì)分子的簡潔程度C．蛋白質(zhì)改造部位的多少

D．蛋白質(zhì)數(shù)目的多少【解析】，其劃分的依據(jù)是蛋白質(zhì)改造部位的多少?！敬鸢浮緾以下不屬于蛋白質(zhì)工程成果的是( A．改造酶的構(gòu)造，提高酶的熱穩(wěn)定性B．生產(chǎn)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(nèi)生產(chǎn)胰島素【解析】將人的胰島基因整合到大腸桿菌體內(nèi)生產(chǎn)胰島素屬于基因工程的成果?！敬鸢浮緿T4T4溶菌酶的基因進(jìn)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(guān)表達(dá)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(zhuǎn)變