《广东省高中生物课件：选修三 1.4 蛋白质工程的崛起》由会员分享，可在线阅读，更多相关《广东省高中生物课件：选修三 1.4 蛋白质工程的崛起（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、蛛丝蛋白 1 4蛋白质工程的崛起 学习目标 1 了解蛋白质工程崛起的缘由 2 了解蛋白质工程的进展和前景蛋白质工程的进展和前景 3 理解蛋白质工程的原理和过程 重点 蛋白质工程崛起的缘由和蛋白质工程的 基本原理 汕头市潮阳实验学校 任培勇 阅读P26 回答 为什么要进行蛋白质工程 我们已经掌握了基因工程 它能够 定向的改变生物的性状 为什么还要去 研究蛋白质工程 难道基因工程有什么 不足之处 一 蛋白质工程崛起的缘由 一 蛋白质工程崛起的缘由 1 基因工程的实质 将一种生物的 转移到另一种生物 体内 后者可以产生它本不能产生的 进而表现出 基因 蛋白质 新性状 2 基因工程的不足 在原则上只能
2、生产自然界已存在的 蛋白质 即天然蛋白质 3 天然蛋白质的不足 天然蛋白质是生物在长期 过程中 形成的 它们的 符合特定物种 的需要 却不一定完全符合人类生 产和生活的需要 进化 结构和功能 生存 4 蛋白质工程的目的 生产符合人类生产和生活需要的 蛋白质 天然蛋白质的不足的实例 改造 干扰素 半胱氨酸 体外很难保存 干扰素 丝氨酸 体外可以保存半年 玉米中赖氨酸 含量比较低 天冬氨酸激酶 352位的苏氨酸 二氢吡啶二羧酸合成酶 104位的天冬酰胺 改造 改造 天冬氨酸激酶 异亮氨酸 二氢吡啶二羧酸合成 酶 异亮氨酸 玉米中赖氨酸含 量可提高数倍 许多工业用酶是在改变天然酶的特性后 才使之适应
3、生产和使用需要的 实例1 实例2 实例3 思考 对天然蛋白质进行改造 你认为应该直接对蛋 白质分子进行操作 还是通过对基因的操作来实现 应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造 主要原因如下 1 任何一种天然蛋白质都是由基因编码的 改造 了基因即对蛋白质进行了改造 而且可以遗传下去 如果对蛋白质直接改造 即使改造成功 被改造 过的蛋白质分子还是无法遗传的 2 对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操 作 难度要小得多 二 蛋白质工程的基本原理 二 蛋白质工程的基本原理 获得满足人类生产和生活需求的新的 1 理解蛋白质工程概念的3个角度 基础 蛋白质分子的 及其与 的关系 手段 通过 或 对现有
4、蛋白质进行 或制造一种新的蛋白质 目的 结构规律生物功能 基因修饰基因合成 改造 蛋白质 某多肽链的一段氨基酸序列是 丙氨酸 色氨酸 赖氨酸 甲硫氨酸 苯丙氨酸 丙氨酸 GCU GCC GCA GCG 色氨酸 UGG 赖氨酸 AAA AAG 甲硫氨酸 AUG 苯丙氨酸 UUU UUC 思考与讨论 讨论 1 怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列 请把相应的碱基序列写出来 首先应该根据三联密码子推出mRNA序列为GCU 或 C或A或G UGGAAA 或G AUGUUU 或C 再根据 碱基互补配对规律推出脱氧核苷酸序列为CGA 或G或 T或C ACCTTT 或C TACAAA 或G 2 确定目的基
5、因的碱基序列后 怎样才能合 成或改造目的基因 DNA 可以通过人工合成的方法获取 某多肽链的一段氨基酸序列是 丙氨酸 色氨酸 赖氨酸 甲硫氨酸 苯丙氨酸 思考与讨论 二 蛋白质工程的基本原理 从预期的蛋白质功能出发 到找到相对应的 即 的逆推 2 原理 基因中心法则 3 途径 预期蛋白质功能 设计 推测 应有的 序列 找到对应的 序列 预期的蛋白质结构 氨基酸 脱氧核苷酸 生产出自然界从来没有过的蛋白质 4 最终结果 蛋白质 三维结构 氨基酸序 列多肽链 基因 DNA 预期 功能 DNA合成 分子 设计 mRNA 生物 功能 转录翻译折叠 5 蛋白质工程的流程 与天然蛋白合区别 蛋白质的功能是
6、DNA决定的 那么要制造出新 的蛋白质 就要改造DNA 所以蛋白质工程的原理 应该是中心法则的逆推 主要是目前科学家对大多数蛋白质 的 了解还很不够 三三 蛋白质工程的进展和前景蛋白质工程的进展和前景 1 前景诱人 采用蛋白质工程方法制成的电子元件 具有 和 的特点 通过对胰岛素 的改造 使其成为 药品 体积小耗电少 速效型 2 难度很大 效率高 高级结构 基因工程是遵循中心法则 从DNA mRNA 蛋白质 折叠产生功 能 基本上是生产出自然界已有的蛋白质 蛋白质工程是按照以下思路进行的 确定蛋白质的功能 蛋白质应有的高级结 构 蛋白质应具备的折叠状态 应有的氨基 酸序列 应有的碱基排列 可以
7、创造自然界 不存在的蛋白质 思考与探究 P28 2 蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工 程有什么不同 3 你知道酶工程吗 绝大多数酶都是蛋白质 酶工程 与蛋白质工程有什么区别 酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用 借助工 程学的手段 应用于生产 生活 医疗诊断和环境保 护等方面的一门科学技术 概括地说 酶工程是由酶制剂的生产和应用两方面 组成的 酶工程的应用主要集中于食品工业 轻工业 以及医药工业中 通常所说的酶工程是用工程菌生产 酶制剂 而没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构 然后由酶的分子结构来确定相应基因的碱基序列等 步骤 因此 酶工程的重点在于对已存酶的合理充分 利用 而蛋白质工程的
8、重点则在于对已存在的蛋白质 分子的改造 当然 随着蛋白质工程的发展 其成果 也会应用到酶工程中 使酶工程成为蛋白质工程的一 部分 项目基因工程蛋白质工程 操作起点 操作核心 过程 目标 实质 结果 联系 目的基因 预期的蛋白质功能 基因表达载体基因 获取目的基因 构建表达 载体 导入受体细胞 目 的基因的检测与表达 预期蛋白质功能 设计蛋白质结构 推测氨基酸序列 推测核苷酸序列 合成DNA 表达出蛋白质 定向改造生物的遗传特性 获得 人类所需的生物类型或生物产品 定向改造或生产人 类所需的蛋白质 生产自然界中已有的蛋白质 蛋白质工程是在基因工程的基础上 延伸出来的第 二代基因工程 因为对现有蛋
9、白质的改造或制造 新的蛋白质 必须通过基因的修饰或基因的合成 生产自然界没 有的蛋白质 基因工程与蛋白质工程的比较小结 1 关于生物体内存在的天然蛋白质 下列说法 不正确的是 A 是生物在长期进化过程中形成的 B 它们的结构和功能符合特定物种生存的需要 C 构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种 D 一定完全符合人类生产和生活的需要 D 当堂训练 2 蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是 氨基酸结构 B 蛋白质空间结构 C 肽链结构 D 基因结构 D 3 下列关于蛋白质工程的说法错误的是 A 蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构 使之更 加符合人类的需要 B 蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质
10、分子直接进行 操作 定向改变分子的结构 C 蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋 白质分子 D 蛋白质工程与基因工程密不可分 又被称为第二代 基因工程 B 4 蛋白质工程是在基因工程基础上 延伸出来 的第二代基因工程 其结果产生的蛋白质是 A 氨基酸种类增多 B 氨基酸种类减少 C 仍为天然存在蛋白质 D 可合成天然不存在蛋白质 D 5 科学家将 干扰素基因进行定点突变导入大 肠杆菌表达 使干扰素第17位的半胱氨酸变成丝 氨酸 结果大大提高了 干扰素的抗病活性 并且提高了储存稳定性 该生物技术为 A 基因工程 B 蛋白质工程 C 基因突变 D 细胞工程 B 6 以下关于蛋白质工程的说法
11、正确的是 A 蛋白质工程以基因工程为基础 B 蛋白质工程就是酶工程的延伸 C 蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造 D 蛋白质工程只能生产天然的蛋白质 A 7 蛋白质工程的基本流程正确的是 蛋白质分子结构设计 DNA合成 预期蛋白质功能 根据氨基酸序列推出 脱氧核苷酸序列 A B C D C 8 关于蛋白质工程的进展和应用 下列说法 不正确的是 A 科学家通过对胰岛素的改造 已使其成为速 效药品 B 生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程 应用于微电子方面 C 蛋白质工程技术已经非常成熟 目前正被大 力推广应用 D 蛋白质工程是一项难度很大的工程 目前成 功的例子不多 C 9 人们发现蛛丝蛋
12、白比蚕丝蛋白更细 但强 度却更大 于是有人试图通过破解蛛丝蛋白 的结构从而推出其基因结构 以指导对蚕丝 蛋白基因的修改 从而让蚕也吐出像蛛丝一 样坚韧的丝 此过程的名称和依据的原理分 别是 A 基因突变 DNA RNA 蛋白质 B 基因工程 RNA RNA 蛋白质 C 基因工程 DNA RNA 蛋白质 D 蛋白质工程 蛋白质 RNA DNA RNA 蛋白质 D 9 科学家为提高玉米中赖氨酸含量 将天冬氨 酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸 将 二氢吡啶二羧酸合成酶中104位的氨基酸由天 冬酰胺变成异亮氨酸 就可以使玉米叶片和种 子中的游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍 下 列对蛋白质的改造
13、操作正确的是 A 直接通过分子水平改造蛋白质 B 直接改造相应的mRNA C 对相应的基因进行操作 D 重新合成新的基因 C 10 科研人员通过蛋白质工程来设计改变酶的构象 在研 究溶菌酶的过程中 得到了多种突变酶 测其酶50 发生 变性时的温度 Tm 部分结果见下表 酶 半胱氨酸 Cys 的位置和数目 二硫键 数目 Tm 野生型T4溶菌 酶 Cys54 Cys97 无 41 9 突变酶C Cys21 Cys142 152 9 突变酶F Cys3 Cys9 Cys21 Cys97 Cys142 Cys164 365 5 溶菌酶热稳定性的提高 是通过改变 和增加 得以实现的 从 热稳定性高的酶的氨基酸序列出发 利用 方法获 得目的基因 通过基因工程的手段 可以生产自然界中不存在 的蛋白质 注 Cys上角的数字表示半胱氨酸在肽链中的位置 半胱氨酸的位置和数目 二硫键的数目 人工合成 化学 4 蛋白质工程的流程 基因 DNA 氨基酸序列 多肽链 蛋白质 三维结构 预期功能 生物功能mRNA 转录翻译折叠 DNA合成 分子设计 天然蛋白质的合成途径 基因 表达 转录和翻译 形成氨基酸序列的多肽 链 形成具有高级结构的蛋白质 行使生物功能 蛋白质的功能是DNA决定的 那么要制造出新的 蛋白质 就要改造DNA 所以蛋白质工程的原理应 该是中心法则的逆推 二 蛋白质工程的基本原理
