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(yīng)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(guān)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(chǔ)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)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(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。(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(guān)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(shè)計改造。蛋白質(zhì)功能結(jié)構(gòu)(2)基本思路。從

出發(fā)→設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的

→找到并改變相對應(yīng)的

(基因)或合成

→獲得所需要的蛋白質(zhì)。(3)流程圖。預(yù)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(yīng)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(yīng)用,并認同蛋白質(zhì)工程是一項難度很大的工程。下列有關(guān)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(yīng)氨基酸所對應(yīng)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(yīng)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(xué)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(guān)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(yù)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(gòu)建→將目的基因?qū)胧荏w細胞→目的基因的檢測與鑒定從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設(shè)計預(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(chǔ)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(shè)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(gòu)建新的蛋白質(zhì)模型是蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵,圖中構(gòu)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(dǎo)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(gòu)進行分子設(shè)計。因此,題圖中構(gòu)建新的胰島素模型的主要依據(jù)是胰島素的預(yù)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(dǎo)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(dǎo)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(gòu)建新的胰島素基因,其基本設(shè)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(yù)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。【例2】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(shù)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(shù))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(shè)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(dǎo)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(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā),設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),推測相應(yīng)的氨基酸序列,找到