高中生物 第4章 基因工程 第4节 蛋白质工程的崛起同步备课课件 北师大版选修

第4节蛋白质工程的崛起 第4章基因工程 目标导读1 阅读教材P91 92内容 了解蛋白质工程的诞生 2 分析教材P92内容 阐述蛋白质工程的研究与应用 重难点击1 蛋白质工程的诞生 2 蛋白质工程的研究与应用 课堂导入 方式一人类可以创造出自然界不存在的蛋白质吗 答案是肯定的 例如 科学家已生产出一种以前必须从南极鱼类身体中提取的抗冻蛋白质 这一技术可用于储存大量新鲜的动植物和人类的组织细胞 防止形成冰晶 破坏脆弱的细胞膜和细胞的内部结构 你想了解这方面的知识吗 请跟着我一起学习 蛋白质工程的崛起 方式二基因工程的诞生 为克服远缘杂交的障碍问题 带来了新的希望 并取得了丰硕成果 大肠杆菌为人类生产出了胰岛素 牛的乳腺生物反应器为人类制造出了蛋白质类药物 烟草植物体内含有了某种药物蛋白 至此 人们也只是实现了自然界现有基因在转基因生物中的表达 但一个新问题出现了 生物产生的天然蛋白质是在长期进化过程中形成的 它的结构 性能符合特定物种生存的需要 却不一定能完全满足人类生产和生活的需要 于是要对现有蛋白质进行改造 制造出目前从天然蛋白质中找不到的蛋白质 这样人们又开始了新一轮的探索 蛋白质工程应运而生了 一 蛋白质工程的诞生 二 蛋白质工程的研究与应用 内容索引 当堂检测 一 蛋白质工程的诞生 1 概念 蛋白质工程是根据蛋白质的以及结构与功能之间的相互关系 利用的手段 按照人类自身的需要 地改造天然的蛋白质 甚至创造新的 不存在的 具有优良特性的蛋白质分子 2 方法 1 多肽合成法 利用 直接合成一种全新的蛋白质 2 基因改造法 利用基因工程手段对负责编码某种蛋白质的进行改造设计 合成出更符合人们要求的蛋白质 精细结构与生物活性 基因工程 基础梳理 定向 自然界 多肽合成仪 基因 问题探究 天然的干扰素很难在体外保存 如果能把其中的一个半胱氨酸替换成丝氨酸 在体外 70 下可以保存半年 据此分析 答案应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造 主要原因如下 1 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 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 1 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 答案 3 蛋白质工程是否需要限制性内切酶和DNA连接酶等工具 答案 答案需要 蛋白质工程要改造DNA 构建基因表达载体 即按照基因工程的操作 最后获得所需要的目的蛋白质 因此该过程中需要限制性内切酶和DNA连接酶等工具 2 为什么改变一个氨基酸就可以改变蛋白质的稳定性甚至某种蛋白酶的活性 答案蛋白质的结构是由其氨基酸组成决定的 个别氨基酸的改变就会导致其结构的改变 从而影响到其性质和功能 拓展应用 1 蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是A 氨基酸结构B 蛋白质空间结构C 肽链结构D 基因结构 答案 2 下列哪项不是蛋白质工程的研究内容A 分析蛋白质分子的精细结构B 对蛋白质进行有目的的改造C 分析氨基酸的化学组成D 按照人的意愿将天然蛋白质改造成新的蛋白质 答案 解析 解析蛋白质工程就是指根据蛋白质的精细结构与生物活性以及结构与功能之间的关系 利用基因工程的手段 按照人的意愿改造蛋白质分子 形成自然界中不存在的蛋白质分子 对蛋白质的改造包括氨基酸的种类 数量和排列顺序 但不包括氨基酸的化学组成 二 蛋白质工程的研究与应用 1 研究内容通过基因工程技术分析蛋白质的 对蛋白质进行分离纯化 测定蛋白质的序列并对其进行分析 通过计算机辅助设计 对编码蛋白质的DNA进行等 2 应用举例 1 工业改造天然生物酶或者设计制造出全新的 使其适应特殊的工业过程 DNA编码序列 基础梳理 结构与功能 突变区 定点突变改造 人工酶或人工蛋白 2 农业改造酶 使其固定CO2能力提高 光呼吸作用减弱 就能提高光合作用的效率 3 环保改造 转移到微生物或植物中 加强吸附重金属的能力 保护生态环境 RuBP羧化 金属硫蛋白 知识拓展基因的定点诱变技术基因定点诱变技术的具体操作方法较多 其中PCR法是目前常用的方法之一 PCR法利用人工合成带有突变位点的诱变引物 通过PCR扩增而获得定点突变的基因 再通过基因工程的方法将突变基因导入受体细胞 经过转录和翻译就可以合成所需的蛋白质 1 过程和 过程有何不同 答案 过程和 过程基本相反 答案都遵循中心法则 基因工程指导合成天然蛋白质的过程是遵循中心法则的 蛋白质工程操作时 经改造的基因表达所需要的蛋白质仍需遵循中心法则 2 基因工程和蛋白质工程是否都遵循中心法则 为什么 问题探究 下图为蛋白质工程操作的基本思路 请据图回答下列问题 答案 答案不同 1 操作对象不同 蛋白质工程的操作对象是天然基因改造后的基因 基因工程的操作对象是天然基因 2 得到的蛋白质不同 蛋白质工程可以得到自然界没有的新的蛋白质 基因工程得到的是自然界原有的蛋白质 答案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 因为对现有蛋白质进行改造或制造新的蛋白质 必须通过基因修饰或基因合成实现 4 有人把蛋白质工程称为第二代基因工程 你如何理解 3 蛋白质工程和基因工程的操作对象以及得到的蛋白质相同吗 分别体现在哪些方面 答案 解析富含赖氨酸的蛋白质是自然界中已有的蛋白质 基因工程只是把该蛋白质基因转入玉米细胞 并使之合成该蛋白质 属于基因工程 更换赖氨酸合成过程中的天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的个别氨基酸 是对自然界中已有的蛋白质进行改造 属于蛋白质工程 拓展应用 3 将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米细胞 可以提高玉米中的赖氨酸含量 更换赖氨酸形成过程中的天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的个别氨基酸 使两种酶的活性提高 也可以提高玉米中的赖氨酸含量 以上两种技术分别属于A 基因工程 基因工程B 蛋白质工程 蛋白质工程C 基因工程 蛋白质工程D 蛋白质工程 基因工程 答案 解析 4 某多肽链的一段氨基酸序列是 甲硫氨酸 色氨酸 苯丙氨酸 色氨酸 部分氨基酸的密码子为 甲硫氨酸 AUG 色氨酸 UGG 苯丙氨酸 UUU UUC 1 怎样得出决定这一段肽链的脱氧核糖核苷酸序列 请把相应的碱基序列写出来 答案 2 确定目的基因的碱基序列后 怎样才能合成或改造目的基因 DNA 答案 根据DNA的碱基对序列或改造后的DNA碱基对序列 利用四种脱氧核糖核苷酸进行人工合成 蛋白质工程与基因工程比较 课堂小结 蛋白质工程的崛起 蛋白质工程的诞生 定义局限 蛋白质工程的研究与应用 改造合成新的蛋白质第二代 蛋白质 基因工程 当堂检测 1 蛋白质工程制造的蛋白质是A 天然蛋白质B 稀有蛋白质C 自然界中不存在的蛋白质D 尚没有制造出来 2 3 4 5 1 解析蛋白质工程是对基因进行改造进而产生符合人们需要的蛋白质 因此不再是天然的蛋白质 答案 解析 2 添加在洗衣粉中的某种酶在低温下活性较低 影响了洗衣粉的洗涤效果 若让你用生物工程的方法改变此酶的特性 首先考虑的是A 基因工程B 蛋白质工程C 诱变D细胞工程 答案 2 3 4 1 5 解析可通过蛋白质工程实现对蛋白质改造的目的 解析 2 3 4 1 5 3 科学家将 干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达 使干扰素分子上的半胱氨酸变成丝氨酸 结果大大提高了 干扰素的抗病毒活性 并且提高了贮存稳定性 该生物技术为A 蛋白质工程B 基因工程C 基因突变D 细胞工程 答案 解析 解析题干中的操作涉及的基因显然不再是原来的基因 其合成的 干扰素也不是天然 干扰素 而是经过改造的 是具有人类所需优点的蛋白质 因而整个过程利用的生物技术为蛋白质工程 4 基因工程与蛋白质工程的区别是A 基因工程需对基因进行分子水平操作 蛋白质工程不对基因进行操作B 基因工程合成的是天然存在的蛋白质 蛋白质工程合成的可以不是天然存在的蛋白质C 基因工程是分子水平操作 蛋白质工程是细胞水平 或性状水平 的操作D 基因工程完全不同于蛋白质工程 2 3 4 1 答案 5 解析 解析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 是从分子水平对蛋白质进行改造设计 直接对相应的基因进行修饰加工甚至人工进行基因合成 从而对现有蛋白质进行改造 或制造一种新的蛋白质 以满足人类生产和生活需求 而基因工程只是将外源基因导入另一生物体内 并使之表达 体现人类所需的性状 或者获取所需的产品 因此 基因工程只能生产自然界中已存在的蛋白质 2 3 4 1 5 5 如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程 请据图回答有关问题 2 3 4 1 5 1 构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键 图中构建新的胰岛素模型的主要依据是 蛋白质的预期功能 答案 2 通