3.3蛋白質(zhì)工程課件高二下學(xué)期生物蘇教版選擇性必修3

第3節(jié)蛋白質(zhì)工程第三章基因工程從社會中來人工全合成結(jié)晶牛胰島素開創(chuàng)了我國人工合成蛋白質(zhì)的新紀(jì)元關(guān)于胰島素，你還知道多少？1、胰島素的化學(xué)本質(zhì)？2、胰島素的功能？3、胰島素的合成場所？胰島素能促進(jìn)組織細(xì)胞加速攝取、利用和儲存葡萄糖，從而使血糖水平降低蛋白質(zhì)胰島B細(xì)胞胰島素六聚體資料1：

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)經(jīng)皮下注射的天然胰島素進(jìn)入血液的速率較為緩慢，其主要原因是胰島素分子會聚合成二聚體或多聚體。這影響了胰島素功能的及時(shí)發(fā)揮。胰島素要發(fā)揮作用必須由多聚體經(jīng)過解聚變成單聚體才能發(fā)揮其降糖作用。胰島素的空間結(jié)構(gòu)→生物功能胰島素單體任務(wù)一：探究胰島素改造基本原理資料2：

科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，將第28位的脯氨酸替換為天冬氨酸，或者將它與第29位的賴氨酸交換位置，可以有效抑制胰島素的聚合，從而獲得胰島素單體。思考1：科學(xué)家是如何改造胰島素分子？B28脯氨酸B29賴氨酸任務(wù)一：探究胰島素改造基本原理天然胰島素B鏈部分氨基酸序列：酪氨酸蘇氨酸脯氨酸賴氨酸蘇氨酸設(shè)計(jì)后胰島素B鏈部分氨基酸序列：B28B29酪氨酸蘇氨酸賴氨酸脯氨酸蘇氨酸B28B29mRNAmRNA思考2：怎樣得出決定肽鏈的脫氧核苷酸序列?互動探究天然胰島素B鏈部分氨基酸序列：酪氨酸蘇氨酸脯氨酸賴氨酸蘇氨酸設(shè)計(jì)后胰島素B鏈部分氨基酸序列：B28B29酪氨酸蘇氨酸賴氨酸脯氨酸蘇氨酸B28B29mRNAmRNA由于人胰島素B鏈基因較短，按照設(shè)計(jì)好的編碼序列進(jìn)行化學(xué)合成，是獲取這種突變型目的基因的首選方法。翻譯翻譯轉(zhuǎn)錄天然胰島素對應(yīng)的基因序列：改造后應(yīng)得到的基因序列：轉(zhuǎn)錄互動探究任務(wù)一：探究胰島素改造基本原理互動探究天然胰島素對應(yīng)的基因序列改造后應(yīng)得到的基因序列思考3：結(jié)合中心法則的有關(guān)知識，寫出改造后胰島素的合成過程。新胰島素____

mRNA

轉(zhuǎn)錄翻譯折疊特定________序列的多肽鏈具有高級____的蛋白質(zhì)

行使相應(yīng)功能結(jié)構(gòu)基因氨基酸任務(wù)一：探究胰島素改造基本原理除了通過查密碼子表的方式得知基因序列，可以通過查找數(shù)據(jù)庫獲取序列信息獲取基因和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)NCBI，全稱為美國國家生物技術(shù)信息中心

/在NCBI數(shù)據(jù)庫中，可以找到大量的生物信息學(xué)數(shù)據(jù)，包括DNA和蛋白質(zhì)序列，基因組組裝，基因注釋，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)等。一、蛋白質(zhì)工程一般過程任務(wù)二：探究胰島素改造的一般過程思考：確定基因的堿基序列后，怎樣改造目的基因？天然胰島素對應(yīng)的基因序列改造后應(yīng)得到的基因序列互動探究任務(wù)二：探究胰島素改造的一般過程由于人胰島素B鏈的基因比較短，可以根據(jù)設(shè)計(jì)好的基因序列進(jìn)行化學(xué)合成使用PCR進(jìn)行定點(diǎn)誘變天然胰島素B鏈部分氨基酸序列：酪氨酸蘇氨酸脯氨酸賴氨酸蘇氨酸設(shè)計(jì)后胰島素B鏈部分氨基酸序列：B28B29酪氨酸蘇氨酸賴氨酸脯氨酸蘇氨酸B28B29mRNAmRNA翻譯翻譯轉(zhuǎn)錄天然胰島素對應(yīng)的部分基因：改造后應(yīng)得到的基因序列：轉(zhuǎn)錄由于人胰島素B鏈基因較短，按照設(shè)計(jì)好的編碼序列進(jìn)行化學(xué)合成，是獲取這種突變型目的基因的首選方法。待突變位點(diǎn)常規(guī)下游引物突變上游引物進(jìn)行PCR產(chǎn)物作為下一輪PCR的大引物天然胰島素對應(yīng)的部分基因：待突變位點(diǎn)常規(guī)下游引物突變上游引物進(jìn)行PCR產(chǎn)物作為下一輪PCR的大引物進(jìn)行PCR待突變位點(diǎn)下游大引物常規(guī)上游引物天然胰島素對應(yīng)的部分基因：待突變位點(diǎn)常規(guī)下游引物突變上游引物進(jìn)行PCR產(chǎn)物作為下一輪PCR的大引物進(jìn)行PCR待突變位點(diǎn)下游大引物常規(guī)上游引物進(jìn)行PCR天然胰島素對應(yīng)的部分基因：待突變位點(diǎn)PCR合成的人胰島素突變基因大引物PCR使用PCR進(jìn)行定點(diǎn)誘變重疊延伸PCR設(shè)計(jì)含有非特異性配對堿基的引物，再通過PCR將突變位點(diǎn)引入產(chǎn)物中寡核苷酸介導(dǎo)的定點(diǎn)誘變引物突變DNA聚合酶DNA連接酶受體細(xì)胞轉(zhuǎn)錄突變T-A定向誘變?yōu)镚-C（1）適用對象：不能預(yù)先確定誘變位點(diǎn)的蛋白質(zhì)。非定點(diǎn)誘變技術(shù)基因的體外定向突變歸納一、蛋白質(zhì)工程一般過程（2）缺點(diǎn)：目的性和針對性不夠強(qiáng)。（3）優(yōu)點(diǎn)：突變位點(diǎn)多，有時(shí)會產(chǎn)生意想不到的改造效果。（1）適用對象：掌握了基本結(jié)構(gòu)信息的蛋白質(zhì)（2）方法:寡核苷酸介導(dǎo)的定點(diǎn)誘變、使用PCR進(jìn)行定點(diǎn)誘變等二、蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用定點(diǎn)誘變的方法，使T4溶菌酶編碼第3個(gè)氨基酸的核苷酸序列改變，氨基酸由異亮氨酸變成半胱氨酸，可以和第97位半胱氨酸形成新的二硫鍵，增強(qiáng)蛋白質(zhì)穩(wěn)定性。實(shí)例1.提高酶的熱穩(wěn)定性實(shí)例2.延長干擾素體外保存時(shí)間天然干擾素不易保存改造新干擾素基因預(yù)期功能延長保存時(shí)間設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)氨基酸替換一個(gè)半胱氨酸變成絲氨酸推測序列預(yù)期結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄mRNA折疊翻譯多肽鏈行使功能在-70℃下可以保存半年定點(diǎn)突變二、蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用二、蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用實(shí)例3.提高水蛭素活性水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶抑制劑,是由65個(gè)氨基酸組成的蛋白質(zhì)為提高水蛭素活性，科學(xué)通過蛋白質(zhì)工程將47位的天冬酰胺變成賴氨酸。這種新的蛋白質(zhì)抗凝血效率可提高4倍。一、蛋白質(zhì)工程一般過程（3）大改：以據(jù)氨基酸的性質(zhì)和特點(diǎn)，制造全新蛋白質(zhì)（到目前還沒有成功的例子）（2）中改：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（1）小改：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）蛋白質(zhì)工程的類型思考1.通過以上實(shí)例嘗試概括蛋白質(zhì)工程的基本思路預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)____→推測應(yīng)有的________序列→找到對應(yīng)的____________序列→合成新________→獲得所需要的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)氨基酸脫氧核苷酸基因蛋白質(zhì)工程原理：中心法則的逆推三、蛋白質(zhì)工程的基本原理三、蛋白質(zhì)工程的基本原理思考2：蛋白質(zhì)工程和基因工程的操作對象相同嗎？為什么？操作對象相同：蛋白質(zhì)工程和基因工程的操作對象都為基因。原因是：①蛋白質(zhì)的高級結(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，改造了基因可以間接改造蛋白質(zhì)③基因可以遺傳，蛋白質(zhì)無法遺傳地位：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三、蛋白質(zhì)工程的基本原理思考3：蛋白質(zhì)工程和基因工程的得到的蛋白質(zhì)相同嗎？原則上只能產(chǎn)生自然界已存在的蛋白質(zhì)（天然蛋白）基因工程的局限性對天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造或制造新的蛋白質(zhì)，以滿足人類需要。蛋白質(zhì)工程的目的基因工程的實(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)出新的性狀項(xiàng)目基因工程蛋白質(zhì)工程操作起點(diǎn)原理過程實(shí)質(zhì)結(jié)果聯(lián)系目的基因預(yù)期的蛋白質(zhì)功能基因重組基因工程、中心法則獲取目的基因→______________→導(dǎo)入受體細(xì)胞→目的基因及其表達(dá)產(chǎn)物的檢測與鑒定預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測氨基酸序列→推測核苷酸序列→合成_________→表達(dá)出蛋白質(zhì)定向改造生物的________，獲得人類所需的生物類型或生物產(chǎn)品定向改造或生產(chǎn)人類所需的______生產(chǎn)自然界中已有的蛋白質(zhì)①都在__________對基因操作②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。生產(chǎn)自然界_____的蛋白質(zhì)遺傳特性蛋白質(zhì)生物體外構(gòu)建表達(dá)載體沒有DNA4.列表比較蛋白質(zhì)工程與基因工程蛋白質(zhì)工程是一項(xiàng)難度很大的工程.蛋白質(zhì)發(fā)揮功能必須依賴于正確的高級結(jié)構(gòu)，而這種高級結(jié)構(gòu)往往十分復(fù)雜。要設(shè)計(jì)出更加符合人類需要的蛋白質(zhì)，還需要不斷地攻堅(jiān)難。四、蛋白質(zhì)工程的現(xiàn)狀由計(jì)算機(jī)建立的血紅蛋白三維結(jié)構(gòu)模型學(xué)以致用（2）圖中①的名稱叫______________，其組成包括了目的基因、

、

、復(fù)制原點(diǎn)和

等。（3）目的基因經(jīng)過體外定點(diǎn)誘變后，為了提高其導(dǎo)入大腸桿菌的成功率，需用一定濃度的

____________處理大腸桿菌。（4）與正常基因相比，經(jīng)過定點(diǎn)誘變后的基因中發(fā)生了兩對堿基的

。（5）基因工程最后一步是

，________從分子水平檢測的方法有__________________________________________

基因表達(dá)載體啟動子終止子

標(biāo)記基因C