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1、专题基因工程专题基因工程v1.蛋白质工程的崛起教学目标教学目标 v知识与能力知识与能力v1举例说出蛋白质工程崛起的缘由。v2、简述蛋白质工程的基本原理及基本途径。v3、尝试运用逆向思维分析和解决问题。v教学重点和难点教学重点和难点v1、教学重点、教学重点v（1）为什么要开展蛋白质工程的研究？v（2）蛋白质工程的原理v2、教学难点、教学难点v 蛋白质工程的原理一、蛋白质工程崛起的缘由为什么要进行蛋白质工程的研究呢？为什么要进行蛋白质工程的研究呢？1.基因工程的实质基因工程的实质：将一种生物的将一种生物的转移到转移到另一种生物体内，后者产生它本不另一种生物体内，后者产生它本不能产的能产的，进而表现
2、出，进而表现出。基因基因蛋白质蛋白质新的性状新的性状 基因工程在原则上只能生产自基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。然界已存在的蛋白质。这些蛋白质的这些蛋白质的结构和功能结构和功能符合符合特定物种特定物种生存的需要，却不一定完生存的需要，却不一定完全符合全符合人类生产和生活人类生产和生活的需要。的需要。 2.基因工程的局限性：基因工程的局限性：二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理蛋白质工程该如何进行设计呢？蛋白质工程该如何进行设计呢？1、蛋白质工程的目标：、蛋白质工程的目标： 根据人们对蛋白质根据人们对蛋白质功能功能的特定的特定需求，对蛋白质的需求，对蛋白质的分子结构分子
3、结构进行进行分分子设计子设计。2、天然蛋白质的合成过程：中中心法则告诉我们遗传信息的流动方向如图心法则告诉我们遗传信息的流动方向如图 ：结论结论：通过改造基因改造基因来实现改造蛋白质改造蛋白质3、对基因进行操作的依据：蛋白质的功能蛋白质的功能4、蛋白质工程流程、蛋白质工程流程v从预期的蛋白质功能出发从预期的蛋白质功能出发v设计预期的蛋白质结构设计预期的蛋白质结构v推测应有的氨基酸序列推测应有的氨基酸序列v找到相应的脱氧核苷酸序列（基因）找到相应的脱氧核苷酸序列（基因）v该基因表达的产物即为符合要求的蛋白质该基因表达的产物即为符合要求的蛋白质1、目标：根据人们对、目标：根据人们对功能的特定需求，
4、功能的特定需求，对蛋白质的对蛋白质的进行分子设计。进行分子设计。2、原理：改造基因（基因、原理：改造基因（基因或基因或基因）。3、流程：、流程：预期蛋白质功能预期蛋白质功能设计推推测应有的有的序列序列找到找到对应的的序序列列获取目的基因并表达取目的基因并表达获得符合要求的蛋得符合要求的蛋白白质蛋白质蛋白质结构结构修饰修饰合成合成预期的蛋白质结构预期的蛋白质结构氨基酸氨基酸脱氧核苷酸脱氧核苷酸二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理总结：蛋白质工程的概念 蛋白质工程是指以蛋白质分子的_及其与_的关系作为基础，通过_或_，对现有蛋白质进行_，或制造一种_，以满足生产和生活的需求。结构规律生
5、物功能基因修饰基因合成改造新的蛋白质三、蛋白质工程的进展和前景三、蛋白质工程的进展和前景1、蛋白质工程的进展：（1）对胰岛素的改造胰岛素的改造天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚体，延缓胰岛素从注射部位进入血液，和六聚体，延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓了其降血糖作用，也增加了抗原性，从而延缓了其降血糖作用，也增加了抗原性，这是胰岛素这是胰岛素B23-B28B23-B28氨基酸残基结构所致。利氨基酸残基结构所致。利用蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其用蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚合作用，使胰岛素快速起作用。该聚合作用，使胰岛素快速起作
6、用。该速效胰岛速效胰岛素素已通过临床实验。已通过临床实验。（2）对生长激素的改造生长激素的改造生长激素通过对它特异受体的作用促进细胞和机生长激素通过对它特异受体的作用促进细胞和机体的生长发育，然而它不仅可以结合体的生长发育，然而它不仅可以结合生长激素受体生长激素受体，还可以结合许多种不同类型细胞的还可以结合许多种不同类型细胞的催乳激素受体催乳激素受体，引，引发其他生理过程。在治疗过程中为减少副作用，需使发其他生理过程。在治疗过程中为减少副作用，需使人的重组生长激素只与生长激素受体结合，尽可能减人的重组生长激素只与生长激素受体结合，尽可能减少与其他激素受体的结合。经研究发现，二者受体结少与其他激
7、素受体的结合。经研究发现，二者受体结合区有一部分重叠，但并不完全相同，有可能通过改合区有一部分重叠，但并不完全相同，有可能通过改造加以区别。由于人的生长激素和催乳激素受体结合造加以区别。由于人的生长激素和催乳激素受体结合需要锌离子参与作用，而它与生长激素受体结合则无需要锌离子参与作用，而它与生长激素受体结合则无需锌离子参与，于是考虑取代充当锌离子配基的氨基需锌离子参与，于是考虑取代充当锌离子配基的氨基酸侧链，如第酸侧链，如第18和第和第21位位His（组氨酸）和第（组氨酸）和第17位位Glu（谷氨酸）。实验结果与预先设想一致，但要开发（谷氨酸）。实验结果与预先设想一致，但要开发作为临床用药还有
8、大量的工作要做。作为临床用药还有大量的工作要做。（3）应用于微电子方面 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。用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有体积小、耗电少和效率高的特点，因此有极为广阔的发展前景。2、蛋白质工程的现状蛋白质工程目前的现状：蛋白质工程目前的现状：成功的成功的例子不多，例子不多，主要是因为蛋白质发挥其主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的高级结构，而功能需要依赖于正确的高级结构，而科学家目前对大多数蛋白质的高级结科学家目前对大多数蛋白质的高级结构了解很少，构了解很少，要设计出更加符合人类要设计出更加符合人类需要的蛋白质还需要经过艰辛的探索。需要的蛋白质还
9、需要经过艰辛的探索。四、课堂练习四、课堂练习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构建表达载体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蛋白质结构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，获得人类所需的生物类型或生物产品物类型或生物产品定向
10、定向改造或生产改造或生产人类所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二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新。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讨论、怎样得出决定这一段、怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？肽链的脱氧核苷酸序列？写出相应的碱基序列。写出相应的碱基序列。、确定目的基因的碱基、确定目的基因的碱基序列后，怎样合成或改造序列后，怎样合成或改造目的基因？目的基因？某多肽链的一段氨基酸某多肽链的一段氨基酸序列是：序列是：丙氨酸丙氨酸色色氨酸氨酸赖氨酸赖氨酸甲硫氨酸苯甲硫氨酸苯丙氨酸丙氨酸
