3.4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3章 基因工程第4節(jié) 蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用 從社會(huì)中來(lái) 發(fā)熒光的細(xì)菌 右圖是用發(fā)出不同顏色熒光的細(xì)菌“畫(huà)”的美妙圖案。這些細(xì)菌能夠發(fā)出熒光，是因?yàn)樗鼈兊捏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(guò)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(cè)、腫瘤的示蹤研究等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。 對(duì)蛋白質(zhì)分子的設(shè)計(jì)和改造是通過(guò)蛋白質(zhì)工程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(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(guò)改造或合成基因，來(lái)改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿(mǎn)足人類(lèi)生產(chǎn)和生活的需求。屬第二代基因工程，已成為研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的重要手段，并將廣

2、泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)和其他工業(yè)生產(chǎn)中。 一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由 1基因工程的實(shí)質(zhì) 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(jìn)而表現(xiàn)出新的性狀。 2基因工程的不足 原則上只能生產(chǎn)自然界中已存在的蛋白質(zhì)。 3蛋白質(zhì)工程崛起的緣由 天然蛋白質(zhì)是生物在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)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(lèi)生產(chǎn)和生活的需要。 /你知道人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃嗎？它與蛋白質(zhì)工程有什么關(guān)系？我國(guó)科學(xué)家承擔(dān)了什么任務(wù)？/？ 二、蛋白質(zhì)工程基本原理 1蛋白質(zhì)工程的目標(biāo) 根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求，對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造。 2蛋白質(zhì)工程的實(shí)質(zhì) 通過(guò)改

3、造或合成基因，定向改造或生產(chǎn)人類(lèi)所需蛋白質(zhì)。 3蛋白質(zhì)工程的常用技術(shù) 計(jì)算機(jī)技術(shù)、晶體學(xué)技術(shù)、基因的定點(diǎn)突變技術(shù)等。 4蛋白質(zhì)工程的基本思路 從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列找到并改變相對(duì)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)。 二、蛋白質(zhì)工程基本原理蛋白質(zhì)工程基本思路的應(yīng)用 某多肽鏈的一段氨基酸序列是：丙氨酸色氨酸賴(lài)氨酸谷氨酸苯丙氨酸 討論1：怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？請(qǐng)把相應(yīng)的堿基序列寫(xiě)出來(lái)。思考討論？ 首先根據(jù)密碼子推出mRNA序列：GCU(C/A/G)-UGG-AAA(G)-GAA(G)-UUU(C)可以排列出32種。再根

4、據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則推出脫氧核苷酸序列：CGA(G/T/C)-ACC-TTT(C)-CTT(C)-AAA(G) 討論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？ 確定目的基因的序列后，可以人工合成目的基因或從基因文庫(kù)中獲取目的基因。對(duì)基因的改造經(jīng)常會(huì)用到基因定點(diǎn)突變技術(shù)來(lái)進(jìn)行堿基的替換、增添等。 三、蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用 1在醫(yī)藥工業(yè)方面 研發(fā)速效胰島素類(lèi)似物 干擾素體外保存 降低人對(duì)小鼠單克隆抗體的免疫反應(yīng) 科學(xué)家將小鼠抗體上結(jié)合抗原的區(qū)域“嫁接”到人的抗體上，經(jīng)過(guò)這樣改造的抗體誘發(fā)免疫反應(yīng)的強(qiáng)度就會(huì)降低很多。天然胰島素易形成二聚體或六聚體B29位（脯氨酸）、B28位（賴(lài)氨酸）B28

5、位（天冬氨酸）B29位（賴(lài)氨酸）、B28位（脯氨酸）速效胰島素類(lèi)似物聚合作用降低，起效快只改造B28位交換改造胰島素基因干擾素（絲氨酸）天然干擾素（半胱氨酸）改造 三、蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用 2在其他工業(yè)方面 改進(jìn)酶的性能或開(kāi)發(fā)新的工業(yè)酶。 3在農(nóng)業(yè)方面 改造某些參與調(diào)控光合作用的酶，提高植物光合作用的效率，增加糧食的產(chǎn)量。 設(shè)計(jì)優(yōu)良微生物農(nóng)藥，改造微生物蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，使其防治病蟲(chóng)害的效果增強(qiáng)。 蛋白質(zhì)工程是一項(xiàng)難度很大的工程，主要是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)發(fā)揮功能必須依賴(lài)于正確的高級(jí)結(jié)構(gòu)，而這種高級(jí)結(jié)構(gòu)往往十分復(fù)雜?？茖W(xué)家要設(shè)計(jì)出更加符合人類(lèi)需要的蛋白質(zhì)，還需要不斷地攻堅(jiān)克難。練一練1下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說(shuō)法，

6、不正確的是（ ）A蛋白質(zhì)工程能將人抗體的某些區(qū)段替代鼠單克隆抗體的某些區(qū)段，降低人對(duì)鼠單克隆抗體的免疫反應(yīng)B蛋白質(zhì)工程可對(duì)酶的催化活性、底物專(zhuān)一性、抗氧化性、熱變性等加以改變C理論上通過(guò)對(duì)關(guān)鍵氨基酸的轉(zhuǎn)換與增刪是進(jìn)行蛋白質(zhì)工程的唯一方法D蛋白質(zhì)工程的崛起的原因主要是工業(yè)生產(chǎn)和基礎(chǔ)理論研究的需要C練一練2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)行分子水平的操作，蛋白質(zhì)工程不對(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)工程合成的不是天然存在的蛋白質(zhì)C基因工程是分子水平的操作，蛋白質(zhì)工程是細(xì)胞水平（或性狀水平）的操作D基因工程完全不同于蛋白質(zhì)工程B練一練3干擾素是動(dòng)物體內(nèi)合

7、成的一種蛋白質(zhì)，可以用于治療病毒感染和癌癥，但體外保存相當(dāng)困難，如果將其分子上的一個(gè)半胱氨酸變成絲氨酸，就可在70下保存半年，給廣大患者帶來(lái)福音。（1）蛋白質(zhì)的合成是受基因控制的，因此獲得能夠控制合成“可以保存的干擾素”的基因是生產(chǎn)的關(guān)鍵，依據(jù)蛋白質(zhì)工程原理，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程，讓動(dòng)物生產(chǎn)“可以保存的干擾素”。（2）和蛋白質(zhì)工程相比，基因工程在原則上只能生產(chǎn)_的蛋白質(zhì)，不一定符合人類(lèi)生產(chǎn)和生活的需要。而蛋白質(zhì)工程是以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過(guò)_或_，來(lái)_現(xiàn)有蛋白質(zhì)，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿(mǎn)足人類(lèi)的生產(chǎn)和生活需要。蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)預(yù)期蛋白質(zhì)的功能應(yīng)有的氨基酸序列相應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）設(shè)計(jì)推測(cè)合成自然界已存在改造合成基因改造練一練3干擾素是動(dòng)物體內(nèi)合成的一種蛋白質(zhì)，可以用于治療病毒感染和癌癥，但體外保存相當(dāng)困難，如果將其分子上的一個(gè)半胱氨酸變成絲氨酸，就可在70下保存半年，給廣大患者帶來(lái)福音。（3）蛋白質(zhì)工程實(shí)施的難度很大，原因是蛋白質(zhì)具有十分復(fù)雜的_結(jié)構(gòu)。（4）對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改