生物學(xué)案：第章第節(jié)蛋白質(zhì)工程

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第三節(jié)蛋白質(zhì)工程學(xué)習(xí)目標(biāo)重難點(diǎn)1。能記住蛋白質(zhì)工程的概念。2．能分析出蛋白質(zhì)工程的原理及操作技術(shù).3．能舉例說明蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用。重點(diǎn):1．能分析出蛋白質(zhì)工程的原理。2．能解決蛋白質(zhì)工程應(yīng)用中出現(xiàn)的問題。難點(diǎn)：蛋白質(zhì)工程和基因工程的比較。一、蛋白質(zhì)工程的概念和原理1．蛋白質(zhì)工程的概念蛋白質(zhì)工程是指通過物理化學(xué)與生物化學(xué)等技術(shù)了解蛋白質(zhì)的__________，并借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、基因定點(diǎn)______和重組______技術(shù)改造基因，以定向改造________________，甚至創(chuàng)造自然界不存在的__________的技術(shù)。__________是其中的關(guān)鍵技術(shù)，蛋白質(zhì)工程又被稱為__________________.2。蛋白質(zhì)工程的原理蛋白質(zhì)工程的實(shí)施大致分為結(jié)構(gòu)______、結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)與______、__________、____________和__________幾大步驟。實(shí)施蛋白質(zhì)工程的前提是了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和______的關(guān)系。用X射線晶體衍射法可以測(cè)定其____________，利用核磁共振可以了解其______。此外，隨著DNA和蛋白質(zhì)測(cè)序技術(shù)的________，已能快速地測(cè)定大量蛋白質(zhì)分子的__________，即____________。在此基礎(chǔ)上，可利用__________的方法技術(shù)對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行改造。根據(jù)蛋白質(zhì)被改造部位的多少,可將這種改造分為“______”“______”和“______"。“______”是指通過基因工程中的__________技術(shù)，有目的地改造原有蛋白質(zhì)分子中某__________的一個(gè)或幾個(gè)氨基酸殘基，以改善蛋白質(zhì)的性質(zhì)和功能。____________________是改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的核心技術(shù)之一。每種蛋白質(zhì)都具有特定的空間結(jié)構(gòu)，對(duì)于已知空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，可以采用定點(diǎn)誘變技術(shù)在蛋白質(zhì)肽鏈中引入替代__________，從而改變其結(jié)構(gòu)，有目的地改造蛋白質(zhì)的________。預(yù)習(xí)交流繼人類基因組計(jì)劃完成后不久，又由我國(guó)和美國(guó)、日本、英國(guó)等高新科技較為發(fā)達(dá)的國(guó)家共同計(jì)劃并實(shí)現(xiàn)了偉大的人類蛋白質(zhì)計(jì)劃.我國(guó)大約承擔(dān)了其中16%的任務(wù)，這是中華民族的驕傲。據(jù)科學(xué)家講，該計(jì)劃的重要意義之一是從蛋白質(zhì)水平為人類疾病診斷和制藥作出新的貢獻(xiàn).理由是什么？二、蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用1．工業(yè)化生產(chǎn)中的酶促反應(yīng)要求所使用的酶具有高度的________和__________.一般來說，熱穩(wěn)定性較高的酶也具有較強(qiáng)的耐____、____和__________的能力.2．天然抗體可以增強(qiáng)機(jī)體的免疫力，但是對(duì)于像癌癥這樣的疾病，還需要通過蛋白質(zhì)工程__________或______抗體，使之對(duì)某些腫瘤細(xì)胞具有特異的______能力和________.例如，科學(xué)家發(fā)明的利用鼠源雜交瘤抗體來處理癌細(xì)胞的方法，對(duì)癌細(xì)胞有一定的殺傷力，但也導(dǎo)致機(jī)體高度______的副作用。為了解決這一問題，科學(xué)家又對(duì)該________進(jìn)行了改造,生產(chǎn)出了效果良好的__________嵌合抗體。預(yù)習(xí)交流酵母菌的丙糖磷酸異構(gòu)酶上有兩個(gè)天門冬酰胺，在分別轉(zhuǎn)變?yōu)樘K氨酸和異亮氨酸后，酶的熱穩(wěn)定性提高了將近50％。試想，在用蘇氨酸和異亮氨酸代換丙糖磷酸異構(gòu)酶中的兩個(gè)天門冬酰胺之前，要做的最重要的工作是什么？答案：一、1。結(jié)構(gòu)與功能誘變DNA天然蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)基因工程第二代基因工程2．分析設(shè)計(jì)基因工程蛋白質(zhì)純化功能分析功能三維空間結(jié)構(gòu)構(gòu)象自動(dòng)化一級(jí)結(jié)構(gòu)氨基酸序列基因工程大改中改小改小改定點(diǎn)誘變活性部位基因的定點(diǎn)誘變技術(shù)氨基酸功能預(yù)習(xí)交流：答案：依據(jù)人類基因組計(jì)劃的核心內(nèi)容—-測(cè)定人類基因的堿基序列，可知蛋白質(zhì)計(jì)劃的核心就是測(cè)定人體蛋白質(zhì)的氨基酸序列。所以,該計(jì)劃可從蛋白質(zhì)分子水平對(duì)一些疾病作出更準(zhǔn)確的診斷，也可為生產(chǎn)一些蛋白質(zhì)藥物或其他藥物提供一些更準(zhǔn)確、更直接的依據(jù)。二、1.穩(wěn)定性催化活性酸堿有機(jī)溶劑2．人工合成改造識(shí)別殺傷力過敏抗體鼠—人預(yù)習(xí)交流:答案：蛋白質(zhì)中氨基酸的排列順序，從根本上講是由相應(yīng)基因中的堿基順序所決定的，故在氨基酸替換之前，要做的最重要的工作就是根據(jù)蘇氨酸和異亮氨酸的密碼子，對(duì)丙糖磷酸異構(gòu)酶的基因進(jìn)行再設(shè)計(jì)和改造。在預(yù)習(xí)中還有哪些問題需要你在聽課時(shí)加以關(guān)注？請(qǐng)?jiān)谙铝斜砀裰凶鰝€(gè)備忘吧！我的學(xué)困點(diǎn)我的學(xué)疑點(diǎn)一、蛋白質(zhì)工程某多肽鏈的一段氨基酸序列為：……—丙氨酸-色氨酸—賴氨酸-甲硫氨酸—苯丙氨酸-……，請(qǐng)回答下列問題.（1）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（DNA）?（2）為什么蛋白質(zhì)工程被稱為第二代基因工程?科學(xué)家想提高玉米中賴氨酸的含量，計(jì)劃將天門冬氨酸激酶的第352位的蘇氨酸變成異亮氨酸，將二氫吡啶二羧酸合成酶中104位的天門冬酰胺變成異亮氨酸，這樣就可以使玉米葉片和種子中的游離賴氨酸含量分別提高5倍和2倍。下列對(duì)蛋白質(zhì)的改造，操作正確的是（）。A．直接通過分子水平改造蛋白質(zhì) B．直接改造相應(yīng)的mRNAC．對(duì)相應(yīng)的基因進(jìn)行操作 D．重新合成新的基因項(xiàng)目蛋白質(zhì)工程基因工程區(qū)別過程預(yù)期蛋白質(zhì)功能→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→找到對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列獲取目的基因→構(gòu)建基因表達(dá)載體→將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞→目的基因的檢測(cè)與鑒定實(shí)質(zhì)定向改造或生產(chǎn)人類所需蛋白質(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)品結(jié)果生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì)一般是生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì)聯(lián)系蛋白質(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;對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新的蛋白質(zhì)，必須通過基因修飾或基因合成實(shí)現(xiàn)二、蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用實(shí)例舉例說明蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用成果。干擾素是動(dòng)物體內(nèi)的一種蛋白質(zhì)，它可以用來治療病毒的感染和癌癥,但在體外保存相當(dāng)困難?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)干擾素中的一個(gè)半胱氨酸變成絲氨酸后可以保存半年。你來設(shè)想一下，能不能讓動(dòng)物生產(chǎn)能夠長(zhǎng)期儲(chǔ)存的干擾素？采用什么方法？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)，這種高級(jí)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)的了解還很不夠，要設(shè)計(jì)出更加符合人類需要的蛋白質(zhì)還需經(jīng)過艱辛的探索。答案：?jiǎn)栴}導(dǎo)學(xué)活動(dòng)與探究一：（1)答案：根據(jù)蛋白質(zhì)被改造部位的多少，可以將這種改造分為“大改”“中改”和“小改”。“大改"是指根據(jù)氨基酸的性質(zhì)和特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并制造出自然界中不存在的全新蛋白質(zhì)，使其具有特定的氨基酸序列、空間結(jié)構(gòu)和預(yù)期功能?！爸懈摹笔侵冈诘鞍踪|(zhì)分子中替代某一個(gè)肽段或一個(gè)特定的結(jié)構(gòu)域?！靶「?是指通過基因工程中的定點(diǎn)誘變技術(shù)，有目的地改造蛋白質(zhì)分子中某活性部位的1個(gè)或幾個(gè)氨基酸殘基，以改善蛋白質(zhì)的性質(zhì)和功能?；虻亩c(diǎn)誘變技術(shù)是改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的核心技術(shù)之一。(2）答案:蛋白質(zhì)工程中基因工程是其中的關(guān)鍵技術(shù),因此，蛋白質(zhì)工程又被稱為第二代基因工程。遷移與應(yīng)用：C解析：蛋白質(zhì)是由基因控制合成的，對(duì)基因進(jìn)行操作較容易。要對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,最終通過改造基因來完成?；顒?dòng)與探究二：答案:（1)蛋白質(zhì)工程可通過改造酶的結(jié)構(gòu)，有目的地提高酶的熱穩(wěn)定性。（2）在生物工程制藥領(lǐng)域，蛋白質(zhì)工程也有廣泛的應(yīng)用.例如“鼠—人嵌合抗體"的生產(chǎn)等.（3）科學(xué)家通過對(duì)胰島素的改造，已使其成為速效型藥品。遷移與應(yīng)用：解析:改造蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)從根本上改變基因結(jié)構(gòu)，因?yàn)榛蚩刂频鞍踪|(zhì)的合成。根據(jù)題意，已知干擾素蛋白質(zhì)的氨基酸序列.再根據(jù)科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)，把干擾素的半胱氨酸換成絲氨酸,反推mRNA的堿基序列,再反推DNA序列，然后進(jìn)行基因改造,將改造的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞就能生產(chǎn)能夠長(zhǎng)期儲(chǔ)存的干擾素。答案:能生產(chǎn)能夠長(zhǎng)期儲(chǔ)存的干擾素。根據(jù)氨基酸序列反推mRNA序列,再反推DNA序列,然后進(jìn)行基因改造。1．下列說法正確的是（）。A．蛋白質(zhì)工程和基因工程的目的都是獲得人類需要的蛋白質(zhì)，所以二者沒有區(qū)別B．基因工程是蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵技術(shù)C．通過蛋白質(zhì)工程改造后的蛋白質(zhì)有的仍然是天然的蛋白質(zhì)D．蛋白質(zhì)工程是在蛋白質(zhì)分子水平上直接改造蛋白質(zhì)的2．下列不屬于蛋白質(zhì)工程成果的是(）。A．改造酶的結(jié)構(gòu)，提高酶的熱穩(wěn)定性B．生產(chǎn)出鼠-人嵌合抗體C．將隨“神六”遨游太空的水稻種子,種植后獲得一種新蛋白質(zhì)D．將人工合成的一種基因?qū)氪竽c桿菌，生產(chǎn)一種新抗體3．自然界里還沒發(fā)現(xiàn)有什么材料能像蛛絲的強(qiáng)度和柔韌度那么好.蛛絲強(qiáng)度和柔韌度得益于蛛絲蛋白中氨基酸的特殊布局，使它產(chǎn)生了一個(gè)由堅(jiān)硬的結(jié)晶區(qū)和一個(gè)非結(jié)晶區(qū)構(gòu)成的混合區(qū)域。有人試圖通過破解蛛絲蛋白的結(jié)構(gòu)從而推出其基因結(jié)構(gòu)，以指導(dǎo)對(duì)蠶絲蛋白基因的修改，從而讓蠶也吐出像蛛絲蛋白一樣堅(jiān)韌的絲，此過程運(yùn)用的技術(shù)及流程分別是（)。A．基因突變：DNA→RNA→蛋白質(zhì)B．基因工程：RNA→RNA→蛋白質(zhì)C．基因工程:DNA→RNA→蛋白質(zhì)D．蛋白質(zhì)工程：蛋白質(zhì)→RNA→DNA→RNA→蛋白質(zhì)4．使酶中的天門冬酰胺和谷氨酰胺轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌被?，可以提高酶的熱穩(wěn)定性,對(duì)蛋白質(zhì)的這種改造屬于（）.A．大改B．中改 C．小改D．微改5．蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)是（)。A．通過對(duì)基因進(jìn)行誘變,產(chǎn)生新的蛋白質(zhì)B．通過基因重組，合成生物體本來沒有的蛋白質(zhì)C．根據(jù)人們對(duì)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)答案：1．B解析：蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)是根據(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)行分子設(shè)計(jì)。其中，基因工程是關(guān)鍵技術(shù)，是蛋白質(zhì)工程的基礎(chǔ)，因?yàn)閷?duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的改造是通過改造基因而實(shí)現(xiàn)的，所以蛋白質(zhì)工程是在基因水平上改造蛋白質(zhì)的，改造后的蛋白質(zhì)不再是天然的蛋白質(zhì)。2．C解析：A、B、D三項(xiàng)均是人類有目的地改造或制造蛋白質(zhì),而C項(xiàng)則是生物在突發(fā)性誘變條件下，產(chǎn)生一種新蛋白質(zhì)，故C項(xiàng)不屬于蛋白質(zhì)工程的成果。3．D解析：通過修改已知蛛絲蛋白的基因，從而創(chuàng)造出全新的蛋白質(zhì)的過程叫蛋白質(zhì)工程，其原理是蛋白質(zhì)→RN