蛋白質(zhì)工程課件高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

第三節(jié)

蛋白質(zhì)工程能說(shuō)出蛋白質(zhì)的概念,概述蛋白質(zhì)工程的一般過(guò)程能概述蛋白質(zhì)工程與基因工程的不同能概述蛋白質(zhì)工程的設(shè)計(jì)思路與應(yīng)用

基因工程是通過(guò)對(duì)生物A的基因進(jìn)行改造或重新組合，然后導(dǎo)入生物B的細(xì)胞中使其產(chǎn)生新的蛋白質(zhì)并表達(dá)出新性狀，這個(gè)蛋白質(zhì)往往是自然界中已存在的蛋白質(zhì)，這個(gè)蛋白質(zhì)一定符合人類的生產(chǎn)生活需要嗎？怎樣解決這一問(wèn)題？對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行定向改造，以滿足人類生產(chǎn)生活需要。一、蛋白質(zhì)工程是基因工程的延伸任務(wù)一：閱讀教材110頁(yè)的內(nèi)容，思考以下幾個(gè)問(wèn)題：蛋白質(zhì)工程的一般過(guò)程是怎樣的？蛋白質(zhì)工程中的關(guān)鍵技術(shù)是什么？蛋白質(zhì)工程跟基因工程相比有哪些創(chuàng)新的地方？

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)系為基礎(chǔ)，對(duì)編碼該蛋白的基因進(jìn)行有目的的設(shè)計(jì)改造，以改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造新的蛋白質(zhì)。新蛋白質(zhì)預(yù)期功能改造或合成分子設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)錄翻譯折疊基因DNA新蛋白質(zhì)新功能氨基酸序列多肽鏈蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)mRNA起點(diǎn)：目的：終點(diǎn)：實(shí)質(zhì)：前提：蛋白質(zhì)的預(yù)期功能了解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系獲得大量的改造后的蛋白質(zhì)改造基因結(jié)構(gòu)生產(chǎn)出符合人們生活需要的蛋白質(zhì)關(guān)鍵技術(shù)：基因工程又稱第二代基因工程1.蛋白質(zhì)工程的一般過(guò)程思考：為什么蛋白質(zhì)工程不是直接改造蛋白質(zhì)？①蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，直接改造難度大；②蛋白質(zhì)是由基因編碼的，改造了基因（改造基因需要利用基因工程技術(shù)）可以間接改造蛋白質(zhì)；③基因可以遺傳，蛋白質(zhì)無(wú)法遺傳。2.蛋白質(zhì)工程的實(shí)例實(shí)例：提高水蛭素的抗凝血效率

水蛭素第47位天冬酰胺改造成賴氨酸或精氨酸，以此來(lái)提高抗凝血效率，可提高4倍。

水蛭素是自然界存在的最強(qiáng)抗凝血物質(zhì)，在防治心腦血管疾病和抗癌方面等具有特效。a.以據(jù)氨基酸的性質(zhì)和特點(diǎn)，制造全新蛋白質(zhì)（到目前還沒(méi)有成功的例子）b.改變蛋白質(zhì)分子中某一個(gè)多肽鏈片段或一個(gè)特定的結(jié)構(gòu)域c.利用基因工程中的定點(diǎn)誘變技術(shù)，改造蛋白質(zhì)分子某活性部位的一個(gè)或幾個(gè)氨基酸殘基（實(shí)踐中運(yùn)用的最多）借助計(jì)算機(jī)構(gòu)建蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)圖3.蛋白質(zhì)工程的類型?定點(diǎn)誘變法的過(guò)程示意圖引物突變DNA聚合酶DNA連接酶受體細(xì)胞轉(zhuǎn)錄突變?歸納總結(jié)定點(diǎn)誘變技術(shù)項(xiàng)目?jī)?nèi)容條件原料酶引物操作方法結(jié)果適用范圍特點(diǎn)4種脫氧核苷酸DNA聚合酶和DNA連接酶含突變位點(diǎn)的DNA分子片段先通過(guò)PCR擴(kuò)增已獲得定點(diǎn)突變的基因，再通過(guò)基因工程將突變基因?qū)胧荏w細(xì)胞，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯合成所需的蛋白質(zhì)后代中半數(shù)為誘變的DNA分子空間結(jié)構(gòu)完全清楚的蛋白質(zhì)，進(jìn)行“小改”定點(diǎn)誘變有目的性和針對(duì)性①能更充分地利用自然界中存在的蛋白質(zhì)。②能在分子水平上對(duì)編碼蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行再設(shè)計(jì)和改造，進(jìn)而創(chuàng)造出自然界中不存在的蛋白質(zhì)。a.蛋白質(zhì)工程優(yōu)勢(shì)b.基因工程的不足①原則上只能生產(chǎn)自然界中已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)。②生產(chǎn)的蛋白質(zhì)不一定符合人們生產(chǎn)和生活的需要。4.比較蛋白質(zhì)工程與基因工程比較項(xiàng)目基因工程蛋白質(zhì)工程操作對(duì)象操作水平區(qū)別原理過(guò)程實(shí)質(zhì)結(jié)果應(yīng)用現(xiàn)狀在轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物、藥物生產(chǎn)等領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用主要集中在對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造，還需不斷地攻堅(jiān)克難基因DNA分子水平基因重組中心法則、基因重組目的基因的篩選與獲取→構(gòu)建基因表達(dá)載體→將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞→目的基因及其表達(dá)產(chǎn)物的檢測(cè)與鑒定預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的氨基酸序列→改造或合成對(duì)應(yīng)的DNA序列（基因）

→基因工程技術(shù)合成新的蛋白質(zhì)通過(guò)基因重組定向改造生物的遺傳特性，獲得人類所需的生物或產(chǎn)品通過(guò)改造基因定向改造或生產(chǎn)人類所需的新的蛋白質(zhì)可生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì)可生產(chǎn)自然界沒(méi)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(lái)的第二代基因工程________________預(yù)期功能降低胰島素的聚合作用設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)改變B鏈第20～29位氨基酸組成改造新胰島素基因B28位脯氨酸替換為天冬氨酸或?qū)⑺cB29位的賴氨酸交換位置推測(cè)序列轉(zhuǎn)錄mRNA翻譯多肽鏈行使功能速效胰島素類似物預(yù)期結(jié)構(gòu)折疊等天然蛋白質(zhì)易形成二聚體或六聚體阻礙胰島素從注射部位進(jìn)入血液，延緩了降血糖作用二、蛋白質(zhì)工程的設(shè)計(jì)思路和應(yīng)用實(shí)例1.研發(fā)速效胰島素類似物第3位上的異亮氨酸半胱氨酸-s-s-

改造后的T4溶菌酶，可在第3位（異亮氨酸）與第97位（半胱氨酸）之間形成一個(gè)新的二硫鍵，使T4溶菌酶獲得了較強(qiáng)的耐熱特征實(shí)例2.提高蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性酶的催化活性中心附近有少數(shù)關(guān)鍵性氨基酸殘基，在很大程度上決定了酶的催化活性。如何改善酶的催化活性呢？1．轉(zhuǎn)換氨基酸殘基

應(yīng)用：將嗜熱芽孢桿菌酪氨酰-tRNA合成酶分子中的一個(gè)蘇氨酸殘基改變?yōu)楸彼峄蚋彼釟埢鶗r(shí)，酶的活性大幅度提高。實(shí)例3.改善酶的催化活性2．刪除末端部分氨基酸序列或某些肽段。1．思路：通過(guò)轉(zhuǎn)換氨基酸殘基可以消除酶的被抑制特性。2．應(yīng)用

枯草芽孢桿菌蛋白酶是一種絲氨酸型蛋白酶，它具有廣譜的蛋白質(zhì)降解能力。但該酶會(huì)因漂白劑的抑制作用而無(wú)法用作洗滌添加劑。將該酶分子中第222位的甲硫氨酸殘基轉(zhuǎn)換成半胱氨酸殘基或丙氨酸殘基，酶的活性將不再受漂白劑的抑制。實(shí)例4.消除酶的被抑制特性蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程的一般過(guò)程蛋白質(zhì)工程的設(shè)計(jì)思路和應(yīng)用1．如圖為蛋白質(zhì)工程操作的基本思路，下列敘述錯(cuò)誤的是(

)A．圖中①代表轉(zhuǎn)錄，②代表翻譯，④代表分子設(shè)計(jì)，⑤代表DNA合成B．代表蛋白質(zhì)工程操作思路的過(guò)程是④⑤，代表中心法則內(nèi)容的是①②C．蛋白質(zhì)工程的目的是對(duì)基因的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)D．從圖中可以看出蛋白質(zhì)工程的基本途徑與中心法則是相反的C2.科學(xué)家為提高玉米中賴氨酸含量，計(jì)劃將天冬氨酸激酶的第352位的蘇氨酸變成異亮氨酸，將二氫吡啶二羧酸合成酶中10