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1、蛋白质工程的崛起公开课知识回顾基因工程的操作步骤？基因工程的操作步骤？思考：思考：基因工程产生的蛋白质是否完全基因工程产生的蛋白质是否完全符合人类生产和生活的需要？符合人类生产和生活的需要？“中心法则中心法则”的内容是什么？的内容是什么？为什么要进行蛋白质工程为什么要进行蛋白质工程?一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由自然界的蛋白质只是适应生物自自然界的蛋白质只是适应生物自身的需要，但不一定完全符合人身的需要，但不一定完全符合人类生产和生活需要类生产和生活需要，所以需要加，所以需要加以改造。以改造。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：）基因工程的实
2、质： 将一种生物的基因转移到另一种将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使后者产生本不能产生的生物体内，使后者产生本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。蛋白质，进而表现出新的性状。 天然蛋白质是生物在天然蛋白质是生物在长期进化长期进化过程过程中形成的，它们的中形成的，它们的结构和功能结构和功能符合符合特定特定物种生存的需要物种生存的需要，却，却不一定完全符合人不一定完全符合人类生产和生活的需要类生产和生活的需要。2、天然蛋白质的不足、天然蛋白质的不足3、蛋白质工程的目的、蛋白质工程的目的 生产符合人类生产和生活的需生产符合人类生产和生活的需要的蛋白质。要的蛋白质。满足人类生满足人类生产和生活
3、的产和生活的需要需要例如：例如：改造改造干扰素（半胱氨酸）干扰素（半胱氨酸）体外很难保存体外很难保存干扰素（丝氨酸）干扰素（丝氨酸）体外可以保存半年体外可以保存半年玉米中赖氨酸含量比较低玉米中赖氨酸含量比较低天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（352352位的苏氨酸）位的苏氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶（104104位的天冬酰胺）位的天冬酰胺）天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（异亮氨酸）（异亮氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）（异亮氨酸）玉米中赖氨酸含量可提高数倍玉米中赖氨酸含量可提高数倍改造改造改造改造二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理 根据人们对蛋白质功
4、能的特定需求，根据人们对蛋白质功能的特定需求，对对蛋白质的结构进行分子设计蛋白质的结构进行分子设计。 1、目标：、目标：2、原理：、原理：（原理：（原理：基因修饰和基因合成基因修饰和基因合成）思考：思考：对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋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？白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？ 应该应该从对基因的操作来实现从对基因的操作来实现对天然蛋白质改对天然蛋白质改造，主要原因如下：造，主要原因如下：（1 1）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，）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
5、改造，而且改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过改造过的基因可以遗传下去的基因可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，。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即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。遗传的。（2 2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容容易操作，难度要小得多易操作，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 根据人们对蛋白质功能的特定需求，根据人们对蛋白质功能的特定需求，对对蛋白质的结构进行分子设计蛋白质的结构进行分子设计。 1、目标：、目标：2、原理：、原理：改造基因改造基因（基因修
6、饰或基因合成）（基因修饰或基因合成）逆转录逆转录转录转录DNADNARNARNA翻译翻译蛋白质蛋白质复制复制复制复制天然蛋白质的合成天然蛋白质的合成遵循中心法则遵循中心法则转录转录DNADNARNARNA翻译翻译肽链肽链折叠折叠等等具有空间结具有空间结构的蛋白质构的蛋白质表达生物特有表达生物特有的功能或性状的功能或性状天然蛋白质的合成过程天然蛋白质的合成过程遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变预期预期功能功能DNADNA合成合成分子分子设计设计生物生物功能功能转录转录翻译翻译折叠折叠图图图图1-291-29蛋白质工程流程图蛋白质工程流程图蛋白质工程流
7、程图蛋白质工程流程图. 蛋白质工程流程图蛋白质工程流程图:讨讨 论论某多肽链的一段氨基酸系列是：某多肽链的一段氨基酸系列是：. 丙氨酸丙氨酸色氨色氨酸酸赖氨酸赖氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸.答：确定目的基因的碱基序列后，就可以根答：确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法据人类的需要改造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。或从基因库中获取。（1）怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸）怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸系列？请把相应的碱基系列写出来。系列？请把相应的碱基系列写出来。（2）确定目的基因的碱基系列后，怎样才能）确定目的基因的碱基系列后，怎样才
8、能合成或改造目的基因？合成或改造目的基因？蛋白质工程的概念蛋白质工程的概念 蛋白质工程是指以蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系能的关系作为基础，通过作为基础，通过基因修饰基因修饰或或基因合成基因合成，对，对现有现有蛋白质进行改造，或制造一种蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质新的蛋白质，以，以满足人类的生产和生活的需求。满足人类的生产和生活的需求。 蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第第二基因工程。二基因工程。蛋白质工程的实质是对编码蛋白质的基因进行改造。蛋白质工程的实质是对编码蛋白质的基因进行
9、改造。蛋白质工程操作程序的基本思路与基因蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？工程有什么不同？答：答：基因工程基因工程是遵循是遵循中心法则中心法则，从从DNAmRNA蛋白质蛋白质折叠产生功能折叠产生功能，基本上基本上是生产出自然界已有的蛋白质。是生产出自然界已有的蛋白质。 蛋白质工程蛋白质工程是按照以下思路进行的：是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能确定蛋白质的功能蛋白质应有的高级结构蛋白质应有的高级结构蛋蛋白质应具备的折叠状态白质应具备的折叠状态应有的氨基酸序列应有的氨基酸序列应应有的碱基排列，可以创造自然界不存在的蛋白质。有的碱基排列，可以创造自然界不存在的蛋白质。 注意：蛋
10、白质工程的原理应该是中心注意：蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。法则的逆推。项目项目基因工程基因工程蛋白质工程蛋白质工程操作起点操作起点操作核心操作核心过程过程目标目标结果结果联系联系目的基因目的基因预期的蛋白质功能预期的蛋白质功能基因表达载体基因表达载体基因基因获取目的基因获取目的基因构建表达载体构建表达载体导入受体细胞导入受体细胞目的基因的检测与表达目的基因的检测与表达预期蛋白质功能预期蛋白质功能设计蛋白质结构设计蛋白质结构推测氨基酸序列推测氨基酸序列推测核苷酸序列推测核苷酸序列合成合成DNA 表达出蛋白质表达出蛋白质定向改造生物的遗传特定向改造生物的遗传特性，获得人类所需的生性，获得
11、人类所需的生物类型或生物产品物类型或生物产品定向改造或生产人类所定向改造或生产人类所需的蛋白质需的蛋白质生产自然界中已有的蛋生产自然界中已有的蛋白质白质蛋白质工程是在基因工程的基础上蛋白质工程是在基因工程的基础上,延伸出来的第延伸出来的第二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新二代基因工程。因为对现有蛋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。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生产自然界没有的蛋白质白质异想天开异想天开能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入合适的细菌中，让细菌生产人类所
12、需要的蛋因，导入合适的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋白质食品呢？白质食品呢？理论讲可以，但目前还没有真正成功的例子。一理论讲可以，但目前还没有真正成功的例子。一些报道利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都是些报道利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都是自然界已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计自然界已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来而自然不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质出来而自然不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对蛋白质的高级结构的高级结构非常复杂，人类对蛋白质的高级结构和在生物体内如何行使功能知之甚少，很难设计和在生物体内如何行使功能知之甚少，很难设计出一个崭新而又具有
13、生命功能作用的蛋白质，而出一个崭新而又具有生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的。担心的。五、蛋白质工程的进展和前景1.1.进展进展胰岛素速效型药品胰岛素速效型药品 2.2.前景前景制作电子元件制作电子元件3.3.现状现状蛋白质工程目前成功的例子不多蛋白质工程目前成功的例子不多,原因是对蛋白质的高原因是对蛋白质的高级结构了解不够。要设计出更加符合人类需求的蛋白级结构了解不够。要设计出更加符合人类需求的蛋白质还需经过艰辛的探索。质还需经过艰辛的探索。应用于微电子方面应用于微电子方面具有具有 、耗电少和、耗电少和 的特点的
14、特点体积小体积小效率高效率高思考与探究思考与探究 1.1.蛋白质工程是应怎样的社会需求而崛起的？蛋白质工程是应怎样的社会需求而崛起的？这说明社会需要与科技发展之间有什么关系？这说明社会需要与科技发展之间有什么关系？答：答：蛋白质工程是应工业生产和基础理论研究的需要蛋白质工程是应工业生产和基础理论研究的需要而崛起的，社会需要与科技发展相互促进共同发展。而崛起的，社会需要与科技发展相互促进共同发展。2.2.蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？不同？ 答：基因工程是遵循中心法则，从答：基因工程是遵循中心法则，从DNAmRNADNAmRNA蛋蛋
15、白质白质折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。的蛋白质。 蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能功能蛋白质应有的高级结构蛋白质应有的高级结构蛋白质应具备的蛋白质应具备的折叠状态折叠状态应有的氨基酸序列应有的氨基酸序列应有的碱基排列，应有的碱基排列，可以创造自然界不存在的蛋白质。可以创造自然界不存在的蛋白质。3.3.酶工程酶工程就是指将酶所具有的生物催化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、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生活、医疗诊
16、断和环境保护等方面的一门科学技术。门科学技术。 酶工程的重点在于对已存酶的合理充分利用，酶工程的重点在于对已存酶的合理充分利用，而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造分子的改造。当然，随着蛋白质工程的发展，。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。白质工程的一部分。 1 关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法不正确的是（不正确的是（ ）A是生物在长期进化过程中形成的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
17、种生存的需要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构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种种D一定完全符合人类生产和生活的需要一定完全符合人类生产和生活的需要练习检测练习检测D2蛋白质工程中蛋白质工程中直接直接需要进行操作的对象是需要进行操作的对象是 氨基酸结构氨基酸结构 B蛋白质空间结构蛋白质空间结构 C肽链结构肽链结构 D基因结构基因结构 v3下列关于蛋白质工程的说法下列关于蛋白质工程的说法错误错误的是（）的是（）vA蛋蛋白白质质工工程程能能定定向向改改造造蛋蛋白白质质分分子子的的结结构构，使使之之更加符合人类的需要更加符合人类的需要vB蛋蛋白白质质工工
18、程程是是在在分分子子水水平平上上对对蛋蛋白白质质分分子子直直接接进进行操作，定向改变分子的结构行操作，定向改变分子的结构vC蛋蛋白白质质工工程程能能产产生生出出自自然然界界中中不不曾曾存存在在过过的的新新型型蛋白质分子蛋白质分子vD蛋蛋白白质质工工程程与与基基因因工工程程密密不不可可分分，又又被被称称为为第第二二代基因工程代基因工程v4 4、以以下下关关于于蛋蛋白白质质工工程程的的说说法法正正确确的的是是（）vA A、蛋白质工程以基因工程为基础、蛋白质工程以基因工程为基础vB B、蛋白质工程就是酶工程的延伸、蛋白质工程就是酶工程的延伸vC C、蛋蛋白白质质工工程程就就是是用用蛋蛋白白酶酶对对蛋
19、蛋白白质质进进行行改改造造vD D、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质 v5 5、蛋白质工程的基本流程正确的是（）、蛋白质工程的基本流程正确的是（）v蛋蛋白白质质分分子子结结构构设设计计DNA合合成成预预期期蛋蛋白白质功能质功能根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列vA B v C Dv6 6、蛋蛋白白质质工工程程是是在在基基因因工工程程基基础础上上，延延伸伸出出来来的的第第二二代代基基因因工工程程，其其结结果果产产生生的的蛋蛋白白质质是（）是（）vA氨基酸种类增多氨基酸种类增多 vB氨基酸种类减少氨基酸种类减少vC仍为天然存在蛋白质仍为天然存在蛋白质 vD可合成天然不存在蛋白质可合成天然不存在蛋白质
